JPH09324737A

JPH09324737A - 水力機械の軸封装置

Info

Publication number: JPH09324737A
Application number: JP8145465A
Authority: JP
Inventors: Koji Aizawa; 宏二会沢; Yoshiaki Chiba; 吉秋千葉; Yusuke Arai; 勇輔荒井; Shigenobu Nagasawa; 重信長澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】水力機械の軸封装置で、端面型の軸封構造であ
って、軸封装置を構成しているシールケースが長期間の
使用に対して安定した追従性を示し、長期間安定した密
封性能がえられる軸封装置を提供する。【解決手段】シールケース４の外周側でＯリング３の上
部、かつ、カバー１１の内周側の隙間を囲むようにシー
ルケース４及びカバー１１の上部に弾性を有する多孔質
部材９を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水車，ポンプ等の
水力機械の主軸部からの流体の漏れを防止する端面型セ
ラミック軸封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水車，ポンプ等の水力機械では
図７に示されているように、回転軸１に直結されたイン
ペラ（図示せず）の近傍にケーシング１２とケーシング
１２を貫通する回転軸１とで構成される隙間から高圧濁
水が漏れることを防止するため、軸封装置が設置されて
いる。軸封装置の構造としては種々あるが、水力機械に
対しては実開昭58−12678 号公報や特開昭59−9367号公
報に端面型軸封装置が提案されている。図７は特開昭59
−9367号公報に示されている軸封装置である。同図に示
されているように軸封装置はフランジ８の外周を囲むケ
ーシング１２とケーシング１２の内側に位置し、シール
リング６を格納するシールケース４と、シールケース４
に取り付けられ、カバー１１との対向面に設けられたＯ
リング３とシールケース４を押圧するコイルばね２とか
ら構成されている。

【０００３】このように構成された軸封装置では、フラ
ンジ８の面に押圧されたシールリング６及びシールケー
ス４に取り付けられたＯリング３の部分で高圧流体を封
止している。

【０００４】この構造で漏洩した水は図中矢印方向に流
れる。漏洩した水はシール面隙間を通過した異物を含ん
でいる。そのため、前記シールケース４の外周側でＯリ
ングの上部かつカバー１１の内周側で構成される隙間に
異物が侵入し、堆積する。長期間運転しない場合は堆積
した異物が乾燥し固まる。また、Ｏリング３の対向面も
乾燥し、摺動の際Ｏリング３の摩擦力が増大しシールケ
ース４の動きが悪くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、特開昭59
−9367号公報に示すような軸封装置では、乾燥した堆積
物によりシールケース４の上下方向の動きが拘束され、
主軸１の動きに対して追従性が悪くなり、安定した密封
性能が得られない欠点がある。そこで、異物の侵入を防
止する密閉容器を取り付けることが考えられるが、密閉
容器をつけて圧力が逃げないようにすると、Ｏリング３
が損傷し高圧水が漏れた場合シールケース４の上面に高
圧水がまわってシールケース４を強く押しつけることに
なり、シールリングを焼損させる恐れがある。一方、特
開平2−154869 号公報ではシールケース４の上部に遮蔽
板を設けて異物の侵入を防止しているが、遮蔽板の上に
異物が堆積するので、堆積した異物がアンバランスウェ
イトとなりシールケース４にモーメント力が作用し、シ
ール面が片当たり損傷する可能性もある。

【０００６】本発明の目的は、軸封装置を構成している
シールケース４が長期間の使用に対して安定した追従性
を示し、長期間安定した密封性能が得られる水力機械の
軸封装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では前記装置に前記シールケースの外周側で
Ｏリングの上部かつカバーの内周側で構成される隙間に
異物の侵入を防止し、さらに潤滑水を保持する手段を構
成した。

【０００８】すなわち、主軸１にフランジ８を有し、こ
のフランジ８にシートリング７を格納したケース５ｂを
固定し、この主軸１とフランジ８を囲むようにポンプケ
ーシング１２ａを取り付け、ポンプケーシング１２ａと
主軸１とで構成される隙間にカバー１１とシールリング
６を装着したケース５ａおよびＯリング３を取り付けた
シールケース４とを配置し、シールリング６をシートリ
ング７の面に押圧して流体の漏れを防止する端面形の軸
封装置で、装置にシールケース４の外周側でＯリング３
の上部かつカバー１１の内周側で構成される隙間を囲む
ようにシールケース４及びカバー１１の上部に配置した
弾性を有する多孔質部材９で構成したことを特徴とする
水力機械の軸封装置。

【０００９】本発明の軸封装置では、弾性を有する多孔
質部材９がフィルタの機能を発揮するので、シールケー
ス４の外周側でＯリング３の上部かつカバー１１の内周
側で構成される隙間に異物が侵入堆積しなくなる。ま
た、弾性を有する多孔質部材９は保水性を有するのでＯ
リング３の潤滑水として機能し安定した摺動が得られ
る。そのため、シールケース４がフランジ８の動きに良
く追従し、長期間安定した密封性能が得られる。一方、
弾性を有する多孔質部材９に対しては漏水時に自動給水
される。一度貯水された潤滑水は蒸発面積が小さいので
殆ど蒸発しないので長時間保持される。そのため、外部
からの給水をしなくても長時間安定した性能が得られ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。本発明の実施例のポンプ用軸封装置は、
シール材料がセラミックスからなるポンプ用軸封装置
（以下、セラミック軸封装置と呼称）であり、排水ポン
プに搭載するものである。すなわち、本発明の実施例で
は、ポンプ用軸封装置のシール材料としてセラミックス
を使用したが、シール材料がセラミックスのみに特に限
定されるものではない。

【００１１】図１は本発明の一実施例の軸封装置の縦断
面図である。図中、軸封装置１６は主軸１とポンプケー
シング１２ａとの隙間からの流体の漏れを防止する装置
であり、主軸１に固定されたフランジ８、フランジ８の
上面にシートリング７を格納固定したケース５ｂを固定
し、このシートリング７にシールリング６が押圧され、
シールリング６はシールケース４に着脱できるようにケ
ース５ａに格納され、ボルト（図示せず）で固定されて
いる。また、主軸１とフランジ８を囲むようにポンプケ
ーシング１２ａを取り付け、ポンプケーシング１２ａに
はカバー１１が取り付けられ、シールケース４とカバー
１１の隙間を封止するＯリング３を備えている。また、
２はコイルばねでシールリング６をシートリング７に押
圧するために設置されている。そして、シールケース４
の外周側でＯリング３の上部かつカバー１１の内周側で
構成される隙間に異物の侵入を防止し、さらに潤滑水を
保持する手段を構成した。

【００１２】すなわち、シールケース４の外周側でＯリ
ング３の上部かつカバー１１の内周側で構成される隙間
を囲むようにシールケース４及びカバー１１の上部に弾
性を有する多孔質部材９を配置した。弾性を有する多孔
質部材９の下面はシールケース４の上面と接着剤により
密着固定されている。接着剤は常温硬化型が望ましい。
ここでは、シートリング７及びシールリング６の材料を
セラミックス（炭化珪素）にしている。

【００１３】軸封装置で、揚水時はシール面の外周側か
ら内周側に流体が通過し漏れる。漏水した流体は主軸１
の外周面とシールケース４内周面とで構成される隙間を
上昇し弾性を有する多孔質部材９の内周面に達する。そ
の後は弾性を有する多孔質部材９を固定している位置決
め部材１０の上面を外周側に流れる。そのため、土砂粒
子も漏水した流体といっしょに運ばれ、シールケース４
の外周側でＯリング３の上部かつカバー１１の内周側で
構成される隙間に土砂等の異物が堆積しない。弾性を有
する多孔質部材９は容易に変形するので、シールケース
４の動きを全く拘束するものではなく安定した動きが得
られる。揚水が終了するとポンプケーシング１２ａ内の
水は落水するが、揚水時に弾性を有する多孔質部材９に
貯水される。

【００１４】本発明の軸封装置では、弾性を有する多孔
質部材９がフィルタの機能を発揮するので、シールケー
ス４の外周側でＯリング３の上部かつカバー１１の内周
側で構成される隙間に異物が侵入堆積しなくなる。ま
た、弾性を有する多孔質部材９は保水性を有するので貯
水した揚水液がＯリング３の潤滑水として機能し安定し
た摺動が得られる。また、Ｏリング３の摩擦力はドライ
潤滑条件に比較し水潤滑状態にすると摩擦力が一桁低下
することが実験で確認されている。そのため、シールケ
ース４がフランジ８の動きに良く追従し、長期間安定し
た密封性能が得られる。一方、弾性を有する多孔質部材
９に対しては漏水時に自動給水される。一度貯水された
潤滑水は蒸発面積が小さいので殆ど蒸発しないので長時
間保持される。そのため、外部からの給水をしなくても
長時間安定した性能が得られる。

【００１５】上述のような軸封装置の構成により、弾性
を有する多孔質部材９は水を良く通過させるので、Ｏリ
ング３が損傷し高圧水が漏れた場合でも容易に圧力が低
下しシールケース４を異常な力で押しつけることがな
く、焼損が確実に防止される。また、位置決め部材１０
の上面に異物が堆積するが、シールケース４の押しつけ
力としては全く作用いないため、モーメント力によるシ
ール面の片当たりがなくなり損傷が確実に防止される。

【００１６】本発明の第２実施例を、図２を用いて説明
する。図２は、本実施例の軸封装置の縦断面図である。
本実施例は第１実施例と構造的にはほぼ同じであるが、
異なる点は、本実施例では、シールケース４の外周側で
Ｏリング３の上部かつカバー１１の内周側で構成される
隙間に潤滑用のグリース１３を封入し、さらにシールケ
ース４及びカバー１１の上部に弾性を有する多孔質部材
９を配置したことである。ここで、Ｏリング３の潤滑剤
としてグリース１３を使用しているので、水より粘性が
高く摩擦力を低減できる。

【００１７】本発明の第３実施例を、図３を用いて説明
する。図３は、本実施例の軸封装置の縦断面図である。
本実施例は第２実施例と構造的にはほぼ同じであるが、
異なる点は、本実施例では、シールケース４の外周側で
Ｏリング３の上部及び下部かつカバー１１の内周側で構
成される隙間に潤滑用のグリース１３を封入し、Ｏリン
グ３の上部と下部の両方に弾性を有する多孔質部材９を
配置したことである。このような構成により、Ｏリング
部の潤滑作用が改善され、長時間に亘ってシールケース
の追従性が確実に維持される。

【００１８】本発明の第４実施例を、図４を用いて説明
する。図４は、本実施例の軸封装置の縦断面図である。
本実施例は第１実施例と構造的にはほぼ同じであるが、
異なる点は、本実施例では、シールケース４の外周側で
Ｏリング３の上部かつカバー１１の内周側で構成される
隙間を囲むようにシールケース４及びカバー１１の上部
に配置した弾性を有する多孔質部材９の下面側に周方向
の溝１４を設けたことである。

【００１９】このような構成により、シールケースの上
下動に対する変形力が小さく押えられる効果がある。

【００２０】本発明の第５実施例を、図５を用いて説明
する。図５は、本実施例の軸封装置の縦断面図である。
本実施例は第２実施例と構造的にはほぼ同じであるが、
異なる点は、本実施例では、シールケース４の外周側で
Ｏリング３の上部かつカバー１１の内周側で構成される
隙間を囲むようにシールケース４及びカバー１１の上部
に配置した弾性を有する多孔質部材９を厚さ方向に粗密
９ａ，９ｂの２層構造としたことである。

【００２１】このように多孔質部材を厚さ方向に粗密の
２層構造とし、密層側をＯリング側に設置することで、
密層の側のＯリング側に潤滑水を集めることが可能とな
り、蒸発減量を減少させる効果がある。

【００２２】本発明の第６実施例を、図６を用いて説明
する。図６は、本実施例の軸封装置の縦断面図である。
本実施例は第２実施例と構造的にはほぼ同じであるが、
異なる点は、本実施例では、シールケース４の外周側で
Ｏリング３の上部かつカバー１１の内周側で構成される
隙間を囲むようにシールケース４及びカバー１１の上部
に配置した弾性を有する多孔質部材９の位置決め部材１
０ａを無数の穴１０ｂがある鋼板としたことである。

【００２３】このように構成にすることで、多孔質部材
に対する給水効果が得られるので、保水機能が長時間に
亘って維持でき、シールケース４の追従性が安定する。

【００２４】本発明の第８実施例を、図８を用いて説明
する。図８は、本実施例の軸封装置を搭載した排水ポン
プの構成を示す断面図である。排水ポンプは変速機１５
を介して駆動される主軸１と主軸１の下端に固定された
羽根１７および羽根１７の上に取り付けられる軸封装置
１６で構成されている。なお、軸封装置１６は、前述の
第１実施例と殆ど同一構造形状のものである。

【００２５】ここでは、本実施例の軸封装置を搭載した
排水ポンプの構成について断面図を示したが、水車の場
合もほぼ同じ構成となる。

【００２６】本発明の実施例では、シールリング，シー
トリング材料として、セラミックスを使用した場合であ
るが、どちらも超硬合金等の高硬度材料、又は一方を超
硬合金等の高硬度材料にし超硬合金とセラミックスの組
合せを用いた場合でも、同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００２７】なお、以上の説明では、軸封装置のシール
材料としてセラミックスを使用した場合について説明し
てきた（勿論セラミックスシール材が最も適している）
が、シール材料がセラミックスの場合のみに限定される
ものではなく、他の材料であっても何等差し支えないこ
とは勿論である。

【００２８】本実施例によれば、次の効果が得られる。
すなわち（１）弾性を有する多孔質部材がフィルタの機能を示す
ので、シールケースの外周側でＯリングの上部かつカバ
ーの内周側で構成される隙間に異物が侵入堆積するのを
防止する。また、多孔質部材が保水性を有するのでＯリ
ングの潤滑水として機能し安定した摺動が得られる。そ
のため、シールケースの追従性が改善され、長期間安定
した密封性能が発揮される。

【００２９】（２）弾性を有する多孔質部材は水を良く
通過させるので、Ｏリングが損傷し高圧水が漏れた場合
でも容易に圧力が低下しシールケースを異常な力で押し
つけることがなく、シールリングの焼損が確実に防止で
きる。

【００３０】（３）位置決め部材の上面に異物が堆積す
るが、シールケースの押しつけ力としては全く作用しな
いため、モーメント力によるシール面の片当たりを防止
できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、軸封装置を構成してい
るシールケースが良好な追従性を示すので長期間の使用
に対して、安定した密封性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水力機械の軸封装置の一実施例を示す
断面図。

【図２】本発明の水力機械の軸封装置の第二の実施例を
示す断面図。

【図３】本発明の水力機械の軸封装置の第三の実施例を
示す断面図。

【図４】本発明の水力機械の軸封装置の第四の実施例を
示す断面図。

【図５】本発明の水力機械の軸封装置の第五の実施例を
示す断面図。

【図６】本発明の水力機械の軸封装置の第六の実施例を
示す断面図。

【図７】従来の水力機械の軸封装置の実施例を示す断面
図。

【図８】従来の排水ポンプ用軸封装置を備えた排水ポン
プを示す断面図。

【符号の説明】

１…主軸、２…コイルばね、３…Ｏリング、４…シール
ケース、５ａ，５ｂ…ケース、６…シールリング、７…
シートリング、８…フランジ、９…多孔質部材、１０…
位置決め部材、１２ａ…ポンプケーシング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長澤重信茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸にフランジを有し、前記フランジにシ
ートリングを格納したケースを固定し、前記主軸と前記
フランジを囲むようにポンプケーシングを取り付け、前
記ポンプケーシングと前記主軸とで構成される隙間にカ
バーとシールリングを装着したケースおよびＯリングを
取り付けたシールケースとを配置し、前記シールリング
を前記シートリング面に押圧して流体の漏れを防止する
端面形の軸封装置において、前記シールケースの外周側
で前記Ｏリングの上部かつ前記カバーの内周側で構成さ
れる隙間に異物の侵入を防止し、潤滑水を保持する手段
を備えたことを特徴とする水力機械の軸封装置。
【請求項２】請求項１において、前記シールケースの外
周側で前記Ｏリングの上部かつ前記カバーの内周側で構
成される隙間に異物の侵入を防止し、潤滑水を保持する
手段が前記隙間を囲むように前記シールケース及び前記
カバーの上部に配置した弾性を有する多孔質部材で構成
した水力機械の軸封装置。
【請求項３】主軸にフランジを有し、前記フランジにシ
ートリングを格納したケースを固定し、前記主軸と前記
フランジを囲むようにポンプケーシングを取り付け、前
記ポンプケーシングと前記主軸とで構成される隙間にカ
バーとシールリングを装着したケースおよびＯリングを
取り付けたシールケースとを配置し、前記シールリング
を前記シートリング面に押圧して流体の漏れを防止する
端面形の軸封装置において、前記シールケースの外周側
で前記Ｏリングの上部かつカバーの内周側で構成される
隙間に潤滑剤を入れ、前記隙間を囲むように前記シール
ケース及び前記カバーの上部に配置した弾性を有する多
孔質部材で構成したことを特徴とする水力機械の軸封装
置。
【請求項４】主軸にフランジを有し、前記フランジにシ
ートリングを格納したケースを固定し、前記主軸と前記
フランジを囲むようにポンプケーシングを取り付け、前
記ポンプケーシングと前記主軸とで構成される隙間にカ
バーとシールリングを装着したケースおよびＯリングを
取り付けたシールケースとを配置し、前記シールリング
を前記シートリング面に押圧して流体の漏れを防止する
端面形の軸封装置において、前記シールケースの外周側
でかつ前記カバーの内周側で、さらに前記Ｏリングを囲
むように、弾性を有する多孔質部材を配置したことを特
徴とする水力機械の軸封装置。
【請求項５】請求項２，３または４において、前記弾性
を有する多孔質部材を粗密の２層構造で構成した水力機
械の軸封装置。
【請求項６】請求項２，３または４において、前記弾性
を有する多孔質部材の下面側の周方向に溝を設けた水力
機械の軸封装置。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６のいず
れかに記載の水力機械の軸封装置を搭載した排水ポン
プ。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５または６のいず
れかに記載の水力機械の軸封装置を搭載した水車。