JPS6235743Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、泥水工法における揚泥装置としての
水中サクシヨンポンプ等の水中アクチユエータの
回転軸部の軸封装置に関する。

リバースサーキユレーシヨンドリル等の泥水工
法において、掘削した土砂を水と共に地上に排出
するためのサクシヨンポンプを水中に入れたもの
が実用化されている。これらのものは掘削ビツト
の直上に取り付けられ、掘削の進歩に伴つて掘削
ビツトと共に地中深く進行する。ここで問題とな
るのは、深度が増すにつれ掘削孔内の水圧が高く
なり、外圧と水中ポンプの内圧との圧力差が大き
くなつて水中ポンプの回転軸シールの性能向上が
要求されることである。通常サクシヨンポンプは
陸上に設置されているが、これを水中に入れる目
的としては、ポンプの性能が吸込揚程に制限され
ることなく、全揚程を吐出揚程におきかえること
ができる点を利用し、含泥率を高めるねらいと、
掘削深度が深くなつた場合の揚水を可能にするこ
とをねらいとしている。従つて水中ポンプ式の竪
孔掘削機にとつては非常に高い性能をもつ回転軸
シールが必要となる。

このため回転軸シール性能を高めなくても使用
できるようにするものとして、地上からハウジン
グの内部に圧力媒体を送り込んで循環させ、その
作用圧力を外圧より高める方法が考え出されてい
る。これに類したものとしてすでに実公昭48−
21521、特開昭50−155005、特公昭52−7644、実
開昭49−9003、実開昭49−10307号公報等が開示
されている。しかしこれらは圧力媒体を送り込む
手段を別途準備せねばならない欠点を有する。

この圧力媒体を別途送り込まずに回転駆動源と
しての油圧を利用し、油圧モータのドレーン油を
途中から分岐して回転軸封室に導き、地上のオイ
ルタンクまでのヘツド圧が軸封室にかかるように
して、内・外圧差を油と外部の泥水の比重差分に
限定させ、特別な圧力負荷手段を排除し内・外圧
差調整機構の簡素化を図つたものとして、特公昭
52−9921号公報が開示されている。

この装置は、掘削機におけるカツタを回転軸動
する油圧モータのドレーン油の圧力を利用したも
のである。カツタの回転数は土質によつて異な
り、従つて油圧モータのドレーン油量も変化す
る。このため油量が変化しても常にヘツド圧のみ
作用させるようにして圧力が一定となるような配
慮がなされたものである。しかし乍ら、作動油の
比重は泥水の比重より低いので、軸封部にかゝる
内外圧力には前記比重差に基づく圧力差が必らず
生じ、特にその圧力差は深度が増すにつれて増加
するので、軸封室にかゝる内圧は常に外圧より低
くなる。このため僅かの洩れを避けることのでき
ないメカニカルシールを使用した場合や使用中に
シールが寿命等により破損した場合は、かならず
圧力の高い側から低い側へ洩れが生じるので、ベ
アリングや油圧モータひいては地上の油圧機器に
トラブルが発生する懸念がある。

本考案は、上記した特公昭52−9921号公報の改
良に関するもので、油圧モータのドレーン圧をヘ
ツド圧として利用するのでなく、動圧として利用
することにより、掘削深度が増加しても軸封部が
回転している時には常に内圧が外圧より高くなる
ようにして、軸封部から外部へ洩れることはあつ
てもこの逆は生じないようにした水中軸封装置を
提供することを目的としたものである。

以下本考案の一実施例を第１図ないし第３図に
従つて具体的に説明する。

まず第１図は本考案に係る竪孔掘削機で竪孔を
掘削している途中の状態を示した全体側面図であ
る。１は地上に据付けたベースで、ベース１の上
には掘削トルク供給装置であるロータリテーブル
２が固定されている。このロータリテーブル２の
中央にはケリーバ３が掘削トルクをロータリテー
ブル２の回転に伴つて受給可能な形状で係合して
いる。そしてケリーバ２の下端に順次連結された
ドリルパイプ４、クロスオーバーサブ５、スタビ
ライザ６、スタビライザ付水中ポンプユニツト
７、ビツト８を駆動するように構成されている。
そしてケリーバ３の上部にはスイベルジヨイント
９が連結され、スイベルジヨイント９の上部には
油圧ロータリジヨイント１０が連結されて、地上
に設置された油圧ポンプユニツト１１から油圧ホ
ースを通じて供給される圧油を水中ポンプユニツ
ト７に導く。スイベルジヨイント９にはサスペン
シヨン９ａが取付けられており、クレーン１２で
スイベルトジヨイント９をはじめとするビツト８
までのドリルストリングを吊り下げている。ビツ
ト８の下端中央には吸込口があいており、水中ポ
ンプユニツト７によつて掘削した土砂が水と共に
吸い上げられて各ドリルストリングの内筒を経
て、スイベルジヨイント９に取付けられたデリベ
リホース１３を経由して沈澱槽１４に放出され
る。そして上澄み液を水中ポンプ１５で吸い上げ
掘削孔内に戻す。これを繰りかえすことにより竪
孔を掘削していく。

次に第３図で水中ポンプユニツト７の駆動シス
テムについて説明する。地上に設置された油圧ポ
ンプユニツト１１のオイルタンク１６は二槽に分
かれており、一槽目のタンク１６ａからフイルタ
１７を経て電動モータ１８によつて駆動される油
圧ポンプ１９によつて作動油が吸い上げられる。
そしてコントロールバルブ２０を図示の中立状態
から「油圧モータ正転」側へ倒すことにより、作
動油は油圧モータ２１を正回転させる配管に導か
れ、第１図に示すロータリジヨイント１０の固定
側のポートから、内部管路を経て中央に位置する
回転側の内部管路へ流れ、スイベルジヨイント９
の回転側の内部管路を経てケリーバ３に導かれ
る。ここで、ドリルストリングが回転しても、油
圧ポンプユニツト１１から油圧ロータリジヨイン
ト１０に至る油圧ホースが伴廻わりしないよう
に、ロータリジヨイント１０には固定側の回転止
めストツパ１０ａがついている。そしてケリーバ
３からドリルパイプ４、クロスオーバーサブ５、
スタビライザ６の外部配管を経て、水中ポンプユ
ニツト７の油圧モータ２１に導かれる。そして油
圧モータ２１で仕事をした作動油は同じ経路をた
どつて二槽目のオイルタンク１６ｂに戻る。そし
て、フイルタ２９を経て再び一槽目のオイルタン
ク１６ａに流入する。この戻り配管の途中には目
づまり検知器及び目づまり時のバイパス回路のつ
いたラインフイルタ２２、油温の高くなつた時に
だけ作動するようにしたオイルクーラ２３がつい
ている。油圧ポンプ１９は電動レギユレータ２４
により吐出量を可変できるようになつている。ま
た吐出圧の圧力設定はリリーフ弁２５によつて行
われる。油圧モータ２１のドレーン油はドレーン
配管２６を通り途中目づまり検知器及び目づまり
時のパイパス回路のついたラインフイルタ２７、
シーケンス弁２８を経て三槽目のオイルタンク１
６ｃへ流入する。三槽目のオイルタンク１６ｃを
オーバーフローした作動油は一槽目のオイルタン
ク１６ａへ流れ込むようになつている。二槽目の
オイルタンク１６ｂと三槽目のオイルタンク１６
ｃのそれぞれの一槽目のオイルタンク１６ａへの
流入の仕方が違うのは、各作動油の流入量の違い
による。すなわち三槽目のオイルタンク１６ｃへ
のドレーン油量は油圧ポンプ１９の吐出量の２〜
５％程度であるのに対し二槽目のオイルタンク１
６ｂへの戻り油量は油圧ポンプ１９の吐出量の95
〜98％程度と非常に大きいため、もし油の中に泥
水が混入していた場合オイルタンク１６ｂ内に沈
澱せずに一槽目のオイルタンク１６ａに流れ込む
恐れがあり、この点を考慮したことによる。オイ
ルタンク１６ｂ，１６ｃにそれぞれ取り付けられ
た静電容量式の泥水混入感知器３０，３１は、タ
ンク内に泥水が混入した際、作動油の静電容量と
泥水が混入した際の静電容量の変化を検出して、
油圧ポンプの駆動を停止させるものである。同様
にラインフイルタ２２，２７が目づまりをおこし
た場合も電気的に検出し、警報を嗚らすようにな
つている。これは掘削孔内が泥水によつて満たさ
れていることから掘削孔内部の配管や、水中軸封
装置が大きく破損し泥水が混入した場合にいち早
く現象をキヤツチし大事に至る前に対策を施すこ
とができるようにしたものである。

また各ドリルパイプ４には前記の如く外部配管
がなされているが、各ドリルパイプを接続した
際、この外部配管同志をセルフシールジヨイント
３２，３３で接続する。

なお、コントロールバルブ２０を中立状態から
「油圧モータ逆転」側へ倒した場合には、油圧ポ
ンプユニツト１１のコントロールバルブ２０を出
たところの配管が、正転の場合に対し「行き」と
「戻り」が逆になる。

次に第２図に基づき水中ポンプユニツト７の構
成を具体的に説明する。

水中ポンプユニツト７はビツト８の直上に取付
けられており、掘削された土砂のかたまりがポン
プ内でつまることのないように、ポンプ吸込口経
と吐出口径が同じになつている。ポンプは遠心ポ
ンプで、ケーシング３６内のインペラ３７をシヤ
フト３８を介して油圧モータ２１で駆動するもの
である。シヤフト３８は油圧モータ２１のシヤフ
トとチエーンカツプリング３９で連結されてい
る。そしてシヤフト３８はハウジング４０に取付
けられたベアリング４１とハウジング４２に取付
けられたベアリング４３とでサポートされてい
る。油圧モータ２１とハウジング４０との間には
ケース４４があり、それらとはＯリング４５，４
６とによつてシールされた形でボルトで接続され
ている。ケース４４には左右にチエーンカツプリ
ング３９を取付けるための蓋４７がＯリングを介
してボルトによつて取付けられている。油圧モー
タ２１のシヤフトにはシールが設けられていない
ため、ドレーン油がケース４４に流れ込むように
なつている。ハウジング４０の上部には複数個の
貫通孔４９があいており、ケース４４、ハウジン
グ４０の中の被軸封部空間Ｃに満たされたドレー
ン油が容易に循環できるようになつている。ハウ
ジング４０の底には中に満たされた油を抜くこと
ができるように排出口（図示してない）が設けら
れている。ハウジング４０とハウジング４２との
間にはＯリング５０をはさんでボルトによつて接
続されている。ハウジング４２によつて形成され
た空間Ａの上部にはエア抜きの穴５１がついてお
り、プラグ５２で塞がれていてる。ベアリング４
３の下部には、シヤフト３８にキー５３で一体と
なつて回転するスリーブ５４とハウジング４２と
の間に上部回転軸シール５５と下部回転軸シール
５６が取付けられている。そして上部回転軸シー
ル５５と下部回転軸シール５６との間の空間はハ
ウジング４２の空間Ａと通じている。このハウジ
ング４２にはジヤバラ式均圧器５７がカバー５８
と共に掘削孔内に露出して取付けられている。カ
バー５８の内径はジヤバラ式均圧器５７が最も加
圧された時の外径と僅かな隙間を要してほぼ等し
い。従つてジヤバラ式均圧器５７の伸縮に際して
はカバー５８の内径部分がガイドする形になるた
め、横方向に取付けることができる。またジヤバ
ラ式均圧器５７のジヤバラは渦巻形状ではなくそ
れぞれのリングの集合体によつて形成されている
点と、カバー５８の下部に排出口５８ａが複数個
あいているため、泥がジヤバラ部に付着しにく
く、かつ排出が容易であるためジヤバラの伸縮に
支障をきたしにくい構造になつている。これはハ
ウジング４２の空間Ａに満たされた作動油の熱に
よる膨張や、空間Ａの内圧と外圧とがバランスす
る上で伸縮をスムーズにする必要がある。そして
ジヤバラの伸縮量に対し余裕をもつてカバー５８
の長さが決められている。ハウジング４２の空間
Ａの底部には排油口があいておりプラグ５９でふ
さがれている。

また、インペラ３７には薄い裏羽根３７ａ，３
７ｂがついている。これはインペラ３７の裏側の
圧力を下げるねらいで取付けられたものである。
インペラ３７はシヤフト３８とキー６０を介して
一体に回転するように挿嵌されており、インペラ
ナツト６１によつて抜け止めされている。またケ
ーシング３６と連結されたハウジング４２にはプ
レート６２が取付けられており、そのプレート６
２とインペラ３７とでラビリンスシール６２ａを
形成している。これにより大きな流動物がインペ
ラ３７のボス部とハウジング４２との間に形成さ
れる空間Ｂに浸入するのを防止することができ
る。またこの空間Ｂに向けられてハウジング４２
に固定羽根４２ａが設けられている。これはイン
ペラ３７の裏羽根３７ａを通じて流入した土砂
が、この空間Ｂで渦をまくことによつて生じる空
間Ｂの周囲の摩耗を防ぐ目的で取付けられたもの
である。しかし下部回転軸シール５６を冷却させ
ることも必要なため、外部で通じる貫通穴６３を
あけて、裏羽根３７ａからの揚液を導いている。
これは通常土建用水中ポンプの全揚程は約10〜20
ｍであるため、ケーシング３６の内圧は外圧より
１〜２Kg／cm²常に高い圧力になつており、裏羽根
３７ａ及びラビリンス６２ａの効果があつたとし
ても、空間Ｂの圧力は0.3〜1.3Kg／cm²程度外圧よ
り高いので、貫通穴６３を径て揚液が循環するよ
うにしたものである。

本考案は上記のように構成されているので、第
２図に示す空間Ａはジヤバラ式均圧器５７によつ
て外圧とほぼ等しい圧力になつているため、下部
回転軸シール５６にとつてシール圧力は0.3〜1.3
Kg／cm²ということになる。従つてこの部分のシー
ルに洩れが発生した場合には揚液は空間Ａに流入
する。このためジヤバラ式均圧器５７が次第にふ
くらみ、最終的にはジヤバラの形状もくずれてカ
バー５８の内壁にピツタリとはりつくことにな
る。しかし上部回転軸シール５５が破損していな
ければ被回転軸封部にトラブルを発生させる恐れ
はない。そして１本の掘削孔を掘り終つた段階で
地上に引き上げるので、この時にジヤバラ式均圧
器５７を点検すれば異常を発見することができ
る。また上部回転軸シール５５のシール圧を考え
てみる。

シール圧は泥水の比重1.1と作動油の比重0.85
との比重差で考えればよいから、100ｍの深さに
おいては2.5Kg／cm²のシール圧となる。しかし、
100ｍの深さで、かつ空間Ａに揚液が空間Ｂより
流れ込んだ最悪の状態を考えるなら、前記の如く
空間Ｂの圧力は外圧より0.3〜1.3Kg／cm²程度高い
ので、ドレーン圧を2.8〜3.8Kg／cm²にすればよい
わけである。

本考案においては、前記の如く、油圧モータ２
１のドレーン油がケース４４内および被軸封部空
間Ｃに充満されており、かつそのドレーン油がド
レーン配管２６の途中に設けられたラインフイル
タ２７あるいはシーケンス弁２８などの管路抵抗
付加手段を介してタンクに戻すように構成してい
るので、被軸封部空間Ｃのドレーン圧力を容易に
前記の値に設定することができる。すなわち、水
中ポンプのように作業中常時ほぼ一定回転でまわ
つているものはドレーン油量もほぼ一定であり、
これから容易に配管抵抗が求まるので、配管サイ
ズを任意に選定すればドレーン圧も決められるこ
とからドレーン圧の設定は容易であるが、これも
含めて、掘削ビツトのように土質によつて回転数
が異なるようなものに本回転軸シール機構を用い
る場合は、最低の吐出量でのドレーン油量を考慮
し、この時の油量による配管抵抗がこれを上廻る
ように途中の回路２６に可変絞り等のオリフイス
を設ける方法（図示しない）や第３図で示したよ
うに途中の回路２６にシーケンス弁２８を設け、
これの圧力を2.8〜3.8Kg／cm²に設定することによ
り、流量の大小にかかわらず、ハウジング４０，
４２内の最小作動油圧を2.8〜3.8Kg／cm²にするこ
とができる。もちろんこの値は掘削深さや水中ポ
ンプの能力を仮定した場合の値であることはいう
までもない。

また別の方法として掘削深度が深くなるにつ
れ、ドリルパイプ４を継ぎ足していかねばならな
い点を利用し、これの接続毎に配管も継ぎ足すよ
うにして、この継ぎ足しに、第３図で示したセル
フシールジヨイント３３を使用すればよい。この
ような方法でセルフシールジヨイント３３を圧損
を考えたサイズのものを選定し掘削深さが増すに
つれ、油と泥水の比重差による圧力差が増すの
で、この増分をセルフシールジヨイント３３の圧
損で補うようにすれば掘削深度が変つてもシール
圧をほぼ一定に保つことができる。また、ドレー
ン油が少なくて所望の圧力損失が得られなくて被
軸封部空間Ｃの圧力が外圧より低くなる場合は、
油圧モータ２１からの戻り配管の途中を分岐し、
必要な油量をドレーン配管へ流すようにしてもよ
い。

上記したように、油圧モータ２１のドレーン排
口からオイルタンク１６ｃに亘るドレーン配管２
６の任意の箇所に、可変絞り等のオリフイス、シ
ーケンス弁２８、圧損を考えたセルフシールジヨ
イント３３、等の管路抵抗付加手段を用いれば、
被軸封部空間Ｃ内の圧力を常に外圧より高い値に
設定することができる。

なお、これらのシール圧は回転中について考慮
したが、通常シールは静止中より回転や摺動中に
おいて苛酷であり、静止中においてはかなりのシ
ール圧までもつものでも、回転や摺動させた場合
には僅かなシール圧でももたないことがあると考
えるのが一般概念である。従つて特に問題となる
回転や摺動時の軸シールについて本考案を適用す
ることにより、最良の効果を得ることができる。

以上述べたように、本考案の水中軸封装置によ
れば、油圧モータのドレーン油を被軸封部に満た
し、ここでの圧力が軸シールを介した外圧より掘
削深度が大きくなつても常に高くなるように、ド
レーン配管の途中に管路抵抗付加手段を設けたの
で、僅かの洩れを避けることのできないメカニカ
ルシールを使用した場合や、使用中にシールが寿
命等で破損した場合僅かの隙間が生じるだけであ
ることからかならず被軸封部に満たされた作動油
が外部へ洩れることはあつても、外部から被軸封
部に泥水が入り込むことはないので、ベアリング
や油圧モータ等にトラブルが発生するのを完全に
回避することができる。このため別途ポンプ等を
設け、圧力媒体を被軸封部に送り込んで循環させ
るような手段を設けなくても、常に内圧を外圧よ
り高くすることができるので、高いシール性能を
要求する必要もなく構造も簡単になる。従つて保
守も容易となり、かつ費用も安くてすむ効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の水中軸封装置を用いた一実施
例である竪孔掘削機の全体側面図、第２図は第１
図で示した水中ポンプユニツトの拡大断面図、第
３図は水中ポンプユニツトの駆動及び本考案の軸
封装置の原理を説明するための油圧回路図であ
る。 ７……水中ポンプユニツト、８……ビツト、２
１……油圧モータ、２６……ドレーン配管、２８
……シーケンス弁、３３……セルフシールジヨイ
ント、３６……ケーシング、３７……インペラ、
３８……シヤフト、４０，４２……ハウジング、
４４……ケース、４９……貫通穴、５４……スリ
ーブ、５５……上部回転軸シール、５６……下部
回転軸シール、５７……ジヤバラ式均圧器、５８
……カバー、Ａ……ハウジング４２の空間、Ｂ…
…インペラ３７とハウジング４２との間に形成さ
れる空間、Ｃ……被軸封部空間。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 油圧モータによつて駆動される水中アクチユエ
   ータの軸シール上部に設けられた被軸封部空間に
   前記油圧モータのドレーン油が流入充満するよう
   に構成し、かつ該軸封部空間に充満されたドレー
   ン油をドレーン配管およびその途中に設けた管路
   抵抗付加手段を介してオイルタンクに戻すように
   構成し、前記油圧モータの駆動時における被軸封
   部空間の内圧を前記管路抵抗付加手段により外圧
   より高くなるようにしたことを特徴とする水中軸
   封装置。