ポンプ
【課題】 部品の摩耗が極めて少なく、また軸封装置への水の供給が不要である安価なポンプを提供する。
【解決手段】 ポンプ１０は、モータに連結された回転軸１６と、回転軸１６に取り付けられた羽根車１３と、羽根車１３を収容したケーシング１１，１２，１４と、羽根車１３の回転により昇圧された液体がケーシング１４の外部に流れ出すことを防止する減圧羽根車１８と、軸封装置２０とを備えている。軸封装置２０は、回転軸１６とケーシング１４との間をシールするシール機構３０と、回転軸１６の回転による遠心力の作用によりシール機構３０によるシールを解除するシール解除機構４０とを有している。
【解決手段】 ポンプ１０は、モータに連結された回転軸１６と、回転軸１６に取り付けられた羽根車１３と、羽根車１３を収容したケーシング１１，１２，１４と、羽根車１３の回転により昇圧された液体がケーシング１４の外部に流れ出すことを防止する減圧羽根車１８と、軸封装置２０とを備えている。軸封装置２０は、回転軸１６とケーシング１４との間をシールするシール機構３０と、回転軸１６の回転による遠心力の作用によりシール機構３０によるシールを解除するシール解除機構４０とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに係り、特に製紙工場で用いられるパルプ液などのスラリーを移送するためのポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からパルプ液などのスラリーの移送には遠心式の渦巻ポンプが広く使用されている。この種の遠心式ポンプを図１および図２に示す。図１に示す遠心式ポンプは、吸込口１ａを有する吸込ケーシング１と、吐出口２ａを有する吐出ケーシング２と、吐出ケーシング２内に配置された羽根車３と、吐出ケーシング２に固定されたカバーケーシング４と、軸受５に支持されたポンプ軸６とを備えている。吸込ケーシング１は吐出ケーシング２に固定されている。また、羽根車３の開口部は、吸込ケーシング１の吸込口１ａを向くように配置されている。ポンプ軸６には図示しないモータが連結されており、このモータの駆動によりポンプ軸６を介して羽根車３が回転される。
【０００３】
図１に示すように、羽根車３の背面側には軸封機構としてのグランドパッキン７が設けられている。ポンプ軸６はグランドパッキン７を貫通するように配置されている。グランドパッキン７は、円筒状のシールケース７ａと、シールケース７ａ内に充填されたパッキン７ｂと、パッキン７ｂを押さえ付けるパッキン押さえ７ｃとから基本的に構成されている。パッキン７ｂは、ポンプ軸６の外周面に固定されたスリーブ６ａに摺接し、これにより、吐出ケーシング２内の液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。
【０００４】
グランドパッキン７では、ポンプ軸６のスリーブ６ａがパッキン１６に摺接しながら回転するため、発熱を伴う。このため、ポンプ運転中は、グランドパッキン７の冷却のために清浄な水が外部からパッキン７ｂに常時供給されるようになっている。
【０００５】
図２に示す遠心式ポンプは、軸封機構としてメカニカルシール８を用いており、その他の構成は図１に示す遠心式ポンプと同様である。このメカニカルシール８は、シールカバー８ａと、スリーブ６ａの外周面に取り付けられた回転側摺動部材８ｂと、シールカバー８ａに固定された固定側摺動部材８ｃと、回転側摺動部材８ｂを固定側摺動部材８ｃに押圧するスプリング８ｄとから基本的に構成されている。回転側摺動部材８ｂは固定側摺動部材８ｃに摺接しながら回転し、これにより、吐出ケーシング２内の液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。
【０００６】
メカニカルシール８では、回転側摺動部材８ｂが固定側摺動部材８ｃに摺接しながら回転するため、発熱を伴う。また、取扱液がスラリーの場合、メカニカルシール８にスラリーが付着すると、シール機能が損なわれ、また、回転側摺動部材８ｂと固定側摺動部材８ｃの摩耗を促進させてしまう。このため、ポンプ運転中は、メカニカルシール８の冷却および洗浄を目的として清浄な水が外部からメカニカルシール８に常時供給されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した軸封機構には次のような不都合がある。図１に示すグランドパッキン７においては、パッキン７ｂは回転するポンプ軸６と摺接するため、ポンプ軸６とパッキン７ｂが摩耗する。図１の例では、ポンプ軸６の摩耗を防ぐためにポンプ軸６の摺接部にスリーブ６ａを装着しているが、この場合はスリーブ６ａが摩耗することになる。また、摺接に伴って熱が発生するので、ポンプ運転中は清浄な水を外部から常時注水する必要があり、多量の水を消費する。
【０００８】
図２に示すメカニカルシール８においては、回転側摺動部材８ｂと固定側摺動部材８ｃが互いに摺接するため、これらの部材が摩耗する。また、上述したように、メカニカルシール８の冷却および洗浄を目的として、ポンプ運転中は清浄な水を外部から常時注水する必要があり、多量の水を消費する。
【０００９】
いずれの場合も、パッキン７ｂ、ポンプ軸６あるいはスリーブ６ａ、回転側摺動部材８ｂ、および固定側摺動部材８ｃなどの部品が摩耗するため、これらの摩耗した部品を定期的に交換する必要があり、そのために、ポンプを停止して交換する作業が必要となる。また、従来の軸封機構では、水を供給するための部品費用、水の費用などが発生することになる。また、供給された水が外部に漏れてポンプ周辺を汚すなどの問題もある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、部品の摩耗が極めて少なく、また軸封装置への水の供給が不要である安価なポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、部品の摩耗が極めて少なく、また軸封装置への水の供給が不要である安価なポンプが提供される。このポンプは、モータに連結された回転軸と、上記回転軸に取り付けられた羽根車と、上記羽根車を収容したケーシングと、上記羽根車の回転により昇圧された液体が上記ケーシングの外部に流れ出すことを防止する減圧羽根車と、軸封装置とを備えている。この軸封装置は、上記回転軸と上記ケーシングとの間をシールするシール機構と、上記回転軸の回転による遠心力の作用により上記シール機構によるシールを解除するシール解除機構とを有している。
【００１２】
本発明に係るポンプによれば、ポンプの運転中は、減圧羽根車の中において、内周側に存在する空気と外周側に存在する減圧された液体とがバランスし、液体が減圧羽根車内に留まる。したがって、液体が軸封装置側に流出することがなく、液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。また、軸封装置のシール解除機構は、回転軸の回転による遠心力の作用によりシール機構によるシールを解除するため、シール機構における部材の接触による摩耗をなくすことができる。
【００１３】
一方、ポンプが停止するとき、羽根車の昇圧作用および減圧羽根車の減圧作用がなくなり、液体は羽根車および減圧羽根車を通過して軸封装置に到達するが、このときは、回転軸の回転による遠心力の作用がなくなり、軸封装置のシール機構によるシール作用が回復するため、軸封装置のシール機構により液体の漏洩が防止される。
【００１４】
シール機構は、軸方向に移動可能な回転側シール部材と、回転側シール部材と当接可能な固定側シール部材とを備えていることが好ましい。回転側シール部材は回転軸に取り付けられ、固定側シール部材はケーシングに取り付けられる。また、シール解除機構は、回転軸の回転による遠心力の作用により回転側シール部材を軸方向に移動させて固定側シール部材から引き離す遠心錘と、遠心錘を支持する支持部とを備えていることが好ましい。これにより、ポンプの運転中は、回転軸の回転による遠心力の作用により、回転側シール部材が軸方向に移動され、回転側シール部と固定側シール部材との間に隙間が形成される。
【００１５】
また、シール機構は、回転側シール部材を固定側シール部材側に付勢するばねを有することが好ましい。これにより、ポンプの停止時に、ばねの付勢力により固定側シール部材を固定側シール部材に当接させることができる。
【００１６】
また、固定側シール部材は遊動可能に構成されていることが好ましい。羽根車は、液体を減圧させるための複数の減圧羽根を裏面に有していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポンプ運転中の摩耗を低減することができるので、摩耗によって交換が必要となる部品の数を少なくすることができる。また、摩耗が少ないため、部品の寿命が長くなる。さらに、ポンプ運転中に軸封装置に清浄な水を供給する必要がないので、給水のための諸費用を省くことができる。また、ポンプの外部に水が漏れるといった問題も解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るポンプの実施形態について図３から図９を参照して詳細に説明する。なお、図３から図９において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態におけるポンプ１０を示す断面図である。図１に示すように、ポンプ１０は、吸込口１１ａを有する吸込ケーシング１１と、吐出口１２ａおよび渦巻室１２ｂを有する吐出ケーシング１２と、吐出ケーシング１２内に配置された羽根車１３と、吐出ケーシング１２に固定されたカバーケーシング１４と、軸受１５に支持された回転軸としてのポンプ軸１６とを備えている。吸込ケーシング１１は吐出ケーシング１２に固定され、カバーケーシング１４は吐出ケーシング１２に対して吸込ケーシング１１とは反対側に位置している。
【００２０】
羽根車１３の背面側には、減圧室カバー１７がカバーケーシング１４との間に配置されており、羽根車１３は、吐出ケーシング１２、吸込ケーシング１１、および減圧室カバー１７により画成された空間内に収容されている。この羽根車１３は、遠心式羽根車であり、表面の複数の表羽根１３ａと、裏面の複数の裏羽根（第１の減圧羽根）１３ｂとを有している。裏羽根１３ｂは取扱液を減圧するために設けられている。
【００２１】
減圧室カバー１７とカバーケーシング１４により画成される減圧室には、複数の減圧羽根（第２の減圧羽根）１８ａを備えた減圧羽根車１８が配置されている。この減圧羽根車１８は羽根車１３の背面側に配置され、羽根車１３および減圧羽根車１８は、いずれもポンプ軸１６に固定されている。ポンプ軸１６は軸受１５によって回転自在に支持されており、ポンプ軸１６には図示しないモータが連結されている。
【００２２】
すなわち、ポンプ軸１６の一方の端部には羽根車１３が固定され、他方の端部にはモータが連結されている。ポンプ軸１６に固定された羽根車１３および減圧羽根車１８は、モータの駆動によって一体に回転される。減圧羽根車１８は、その外周部から液体が流入するように配置されていて、回転する減圧羽根車１８により液体が減圧されるようになっている。
【００２３】
図４は、図３に示す羽根車１３をモータ側から見たときの平面図である。図４に示すように、羽根車１３の表面（吸込側の面）には、螺旋状に延びる４枚の表羽根１３ａが設けられ、羽根車１３の裏面（モータ側の面）には、螺旋状に延びる４枚の裏羽根１３ｂが設けられている。裏羽根１３ｂの入口角度α１および出口角度β１は、表羽根１３ａの入口角度α２および出口角度β２よりもそれぞれ大きく設定されている。なお、図４に示す矢印Ａは羽根車１３の回転方向を示している。
【００２４】
図５は、図３に示す減圧羽根車１８をモータ側から見たときの平面図である。図５に示すように、減圧羽根車１８の裏面（モータ側の面）には６枚の減圧羽根１８ａが設けられている。これらの減圧羽根１８ａは放射状に延び、周方向において等間隔に配置されている。
【００２５】
図３に示すように、ポンプ軸１６の外周面には、円筒状のスリーブ１６ａが取り付けられており、このスリーブ１６ａの一部を取り囲むように軸封装置２０が設けられている。この軸封装置２０は減圧羽根車１８のモータ側に位置している。ポンプ軸１６上には、モータ側から順番に、スリーブ１６ａ、減圧羽根車１８、および羽根車１３が配置されている。ポンプ軸１６は、軸封装置２０、カバーケーシング１４、および減圧室カバー１７を貫通し、その一端は吐出ケーシング１２内に位置している。
【００２６】
図６は、図３に示す軸封装置２０を示す拡大断面図である。図６に示すように、軸封装置２０は、ポンプ軸１６とカバーケーシング１４との間をシールするシール機構３０と、ポンプ軸１６の回転による遠心力の作用によりシール機構３０によるシールを解除するシール解除機構４０とを備えている。
【００２７】
シール機構３０は、カバーケーシング１４に固定されたシールケース３１と、シールケース３１に固定されたシールカバー３２と、シールケース３１の内周面に嵌入された環状の固定側シール部材３３と、スリーブ１６ａの外周に取り付けられた回転側シール部材３４と、回転側シール部材３４を固定側シール部材３３側に付勢するばね３５とを備えている。回転側シール部材３４は、スリーブ１６ａ上を軸方向に移動可能に構成されている。固定側シール部材３３と回転側シール部材３４とは互いに当接可能となっている。なお、回転側シール部材３４の内周面には周方向に延びる断面凹状の溝が形成されており、この溝には弾性材からなるシールリング（例えばＯリング）３６が収容されている。
【００２８】
固定側シール部材３３の外周面には周方向に延びる断面凹状の溝が形成されており、この溝にはゴムなどの弾性材からなるシールリング（例えばＯリング）３７が嵌入されている。固定側シール部材３３を嵌入するためのシールケース３１の空間の内径および軸方向長さは、固定側シール部材３３の外径および軸方向厚さよりもやや大きく設定されている。また、シールリング３７の外径は、固定側シール部材３３の外径よりもやや大きくなっている。したがって、シールケース３１内に嵌入された固定側シール部材３３は、シールリング３７の弾性によって軸方向および径方向に遊動可能となっており、その軸方向への動きがシールカバー３２によって規制されている。
【００２９】
シール解除機構４０は、スリーブ１６ａの外周に設けられ、シール機構３０に対して軸受１５側に位置している。図７は図６のVII-VII線矢視図、図８は図６のVIII-VIII線矢視図である。図６から図８に示すように、シール解除機構４０は、ポンプ軸１６の回転による遠心力の作用によりシール機構３０の回転側シール部材３４を軸方向に移動させて固定側シール部材３３から引き離す遠心錘５０と、遠心錘５０を支持する支持部６０とを備えている。本実施形態では、シール解除機構４０は、ポンプ軸１６に対称な２つの遠心錘５０を有しているが、遠心錘５０の個数はこれに限られるものではない。
【００３０】
遠心錘５０は、ポンプ軸１６と同心の円筒を２分割した形状の錘５１と、錘５１の中央部のシール機構３０側に取り付けられた直方体状または立方体状の基部５２とを備えている。また、支持部６０は、スリーブ１６ａの外周に嵌入される円筒部６１と、円筒部６１のカバーケーシング１４側の端部に接続された略円板状の台座６２とを有している。円筒部６１は、止めビスなどでスリーブ１６ａに固定されており、円筒部６１と台座６２とは一体に形成されている。また、遠心錘５０の錘５１の内径は、支持部６０の円筒部６１の外径よりも大きく設定されている。
【００３１】
図７に示すように、支持部６０の台座６２の外周部には、台座６２の中心に対して対称な位置に同一形状の切欠き６３が形成されている。この切欠き６３は、台座６０の外周縁から台座６２の中心に向かって円筒部６１の外周縁まで延びている。この切欠き６３の寸法は、遠心錘５０の錘５１の寸法よりもやや大きく設定されており、この切欠き６３の内部に遠心錘５０の錘５１が遊動可能な状態で収容される。
【００３２】
これらの切欠き６３によって、支持部６０の台座６２には一組の支持片６４が形成されている。これらの支持片６４には、ポンプ軸１６の軸方向および半径方向の双方に垂直な方向に延びる貫通孔６５が形成されている。また、遠心錘５０の基部５２にも、ポンプ軸１６の軸方向および半径方向の双方に垂直な方向に延びる貫通孔５３が形成されている。支持片６４の貫通孔６５と基部５２の貫通孔５３には、支柱７０が挿通されている。これらの貫通孔６５，５３の内径は、支柱７０の外周面と遊動可能な最小限の隙間を有するように設定されている。支柱７０の両端は、台座６２から脱落しないようにナット７１で固定されている。これにより、遠心錘５０は、支柱７０を中心として回転可能に構成される。
【００３３】
ここで、図６に示すように、回転側シール部材３４は、ポンプ軸１６の半径方向外側に突出する駆動ピン３４ａを有している。台座６２には、この駆動ピン３４ａが軸方向に移動可能な幅を有する溝６６が軸方向に沿って形成されている。また、図７に示すように、遠心錘５０の基部５２の内周側には、駆動ピン３４ａが遊動可能な径と深さを有する係合孔５４が形成されている。回転側シール部材３４の駆動ピン３４ａは、遠心錘５０の係合孔５４に係合されている。これにより、遠心錘５０の回転による基部５２の移動に伴い、駆動ピン３４ａが台座６２の溝６６内を軸方向に移動するようになっている。
【００３４】
また、図６に示すように、支持部６０の内周側には、スリーブ１６ａの外周面との間にシール機構３０のばね３５を収容する空間６７が形成されている。このばね３５は、支持部６０と回転側シール部材３４との間に介装されており、回転側シール部材３４を固定側シール部材３３側に付勢している。
【００３５】
次に、上述のように構成されたポンプの動作について説明する。モータにより羽根車１３を回転させると、吸込口１１ａから吸い込まれた液体は、羽根車１３の回転により昇圧され、吐出口１２ａから吐出される。羽根車１３から出た液体の一部は、羽根車１３の裏羽根１３ｂに流れ込み、回転する裏羽根１３ｂにより減圧される。液体は減圧羽根車１８の外周部に流入し、減圧羽根車１８によりさらに減圧される。減圧羽根車１８により減圧された液体は、減圧羽根車１８の中で環状をなして存在する。すなわち、減圧羽根車１８の中では、内周側に存在する空気と外周側に存在する液体とがバランスした状態が保たれる。このようにして、減圧された液体は回転する減圧羽根車１８によって保持されるので、液体は軸封装置２０側に流出しない。
【００３６】
このとき、ポンプ軸１６の回転に伴い、遠心錘５０に遠心力が作用する。この遠心力の作用により遠心錘５０の錘５１は、図９に矢印Ｒで示すように、支柱７０を支点として軸受１５側に回転する。これにより、遠心錘５０の基部５２の係合孔５４に係合している回転側シール部材３４の駆動ピン３４ａが、ばね３５の付勢力に抗して軸受１５側に移動され、回転側シール部材３４が固定側シール部材３３から引き離される。このようにして、回転側シール部材３４のカバーケーシング１４側の端面と固定側シール部材３３の軸受１５側の端面との間には隙間ができ、ポンプの運転中にこれらが接触して摩耗することがなくなる。なお、回転側シール部材３４と固定側シール部材３３との間に隙間ができても、減圧羽根車１８によって液体が軸封装置２０側に流出することが阻止されているので、液体漏洩の問題は生じない。
【００３７】
ポンプの運転が停止すると、羽根車１３による昇圧作用がなくなり、羽根車１３の裏羽根１３ｂによる減圧作用と減圧羽根車１８による減圧作用もなくなる。この状態では、吸込口１１ａから流入した液体は裏羽根１３ｂと減圧羽根車１８を通過して、軸封装置２０側に到達するが、このとき、遠心錘５０の錘５１には遠心力が作用しなくなるため、錘５１は支柱７０を支点にして図９の矢印Ｒの方向とは逆の方向に回転し、元の位置に戻る。そして、ばね３５の付勢力により、遠心錘５０の基部５２の係合孔５４に係合している回転側シール部材３４の駆動ピン３４ａがカバーケーシング１４側に移動され、回転側シール部材３４のカバーケーシング１４側の端面が固定側シール部材３３の軸受１５側の端面と当接する。このようにして、回転側シール部材３４の端面と固定側シール部材３３の端面とが当接することにより、ポンプ軸１６とカバーケーシング１４との間がシールされ、ポンプ停止時の液体が軸封装置２０側に漏洩することが防止される。
【００３８】
なお、固定側シール部材３３は、弾性体のシールリング３７を介して遊動可能に取り付けられているので、ポンプ停止時に回転側シール部材３４が固定側シール部材３３に接触したときに、固定側シール部材３３が回転側シール部材３４の傾きに追随しやすくなる。このように、固定側シール部材３３を遊動可能とすることで、軸封装置２０のシール性能を向上させることができる。
【００３９】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】グランドパッキンを備えた従来のポンプを示す断面図である。
【図２】メカニカルシールを備えた従来のポンプを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるポンプを示す断面図である。
【図４】図３のポンプの羽根車をモータ側から見たときの平面図である。
【図５】図３のポンプの減圧羽根車をモータ側から見たときの平面図である。
【図６】図３のポンプの軸封装置を示す拡大断面図である。
【図７】図６のVII-VII線矢視図である。
【図８】図６のVIII-VIII線矢視図である。
【図９】図６の軸封装置のポンプ運転時の状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ ポンプ
１１ 吸込ケーシング
１１ａ 吸込口
１２ 吐出ケーシング
１２ａ 吐出口
１２ｂ 渦巻室
１３ 羽根車
１３ａ 表羽根
１３ｂ 裏羽根
１４ カバーケーシング
１５ 軸受
１６ ポンプ軸
１６ａ スリーブ
１８ 減圧羽根車
１８ａ 減圧羽根
２０ 軸封装置
３０ シール機構
３１ シールケース
３２ シールカバー
３３ 固定側シール部材
３４ 回転側シール部材
３４ａ 駆動ピン
３５ ばね
３６，３７ シールリング
４０ シール解除機構
５０ 遠心錘
５１ 錘
５２ 基部
５３，６５ 貫通孔
５４ 係合孔
６０ 支持部
６１ 円筒部
６２ 台座
６３ 切欠き
６４ 支持片
７０ 支柱
７１ ナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに係り、特に製紙工場で用いられるパルプ液などのスラリーを移送するためのポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からパルプ液などのスラリーの移送には遠心式の渦巻ポンプが広く使用されている。この種の遠心式ポンプを図１および図２に示す。図１に示す遠心式ポンプは、吸込口１ａを有する吸込ケーシング１と、吐出口２ａを有する吐出ケーシング２と、吐出ケーシング２内に配置された羽根車３と、吐出ケーシング２に固定されたカバーケーシング４と、軸受５に支持されたポンプ軸６とを備えている。吸込ケーシング１は吐出ケーシング２に固定されている。また、羽根車３の開口部は、吸込ケーシング１の吸込口１ａを向くように配置されている。ポンプ軸６には図示しないモータが連結されており、このモータの駆動によりポンプ軸６を介して羽根車３が回転される。
【０００３】
図１に示すように、羽根車３の背面側には軸封機構としてのグランドパッキン７が設けられている。ポンプ軸６はグランドパッキン７を貫通するように配置されている。グランドパッキン７は、円筒状のシールケース７ａと、シールケース７ａ内に充填されたパッキン７ｂと、パッキン７ｂを押さえ付けるパッキン押さえ７ｃとから基本的に構成されている。パッキン７ｂは、ポンプ軸６の外周面に固定されたスリーブ６ａに摺接し、これにより、吐出ケーシング２内の液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。
【０００４】
グランドパッキン７では、ポンプ軸６のスリーブ６ａがパッキン１６に摺接しながら回転するため、発熱を伴う。このため、ポンプ運転中は、グランドパッキン７の冷却のために清浄な水が外部からパッキン７ｂに常時供給されるようになっている。
【０００５】
図２に示す遠心式ポンプは、軸封機構としてメカニカルシール８を用いており、その他の構成は図１に示す遠心式ポンプと同様である。このメカニカルシール８は、シールカバー８ａと、スリーブ６ａの外周面に取り付けられた回転側摺動部材８ｂと、シールカバー８ａに固定された固定側摺動部材８ｃと、回転側摺動部材８ｂを固定側摺動部材８ｃに押圧するスプリング８ｄとから基本的に構成されている。回転側摺動部材８ｂは固定側摺動部材８ｃに摺接しながら回転し、これにより、吐出ケーシング２内の液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。
【０００６】
メカニカルシール８では、回転側摺動部材８ｂが固定側摺動部材８ｃに摺接しながら回転するため、発熱を伴う。また、取扱液がスラリーの場合、メカニカルシール８にスラリーが付着すると、シール機能が損なわれ、また、回転側摺動部材８ｂと固定側摺動部材８ｃの摩耗を促進させてしまう。このため、ポンプ運転中は、メカニカルシール８の冷却および洗浄を目的として清浄な水が外部からメカニカルシール８に常時供給されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した軸封機構には次のような不都合がある。図１に示すグランドパッキン７においては、パッキン７ｂは回転するポンプ軸６と摺接するため、ポンプ軸６とパッキン７ｂが摩耗する。図１の例では、ポンプ軸６の摩耗を防ぐためにポンプ軸６の摺接部にスリーブ６ａを装着しているが、この場合はスリーブ６ａが摩耗することになる。また、摺接に伴って熱が発生するので、ポンプ運転中は清浄な水を外部から常時注水する必要があり、多量の水を消費する。
【０００８】
図２に示すメカニカルシール８においては、回転側摺動部材８ｂと固定側摺動部材８ｃが互いに摺接するため、これらの部材が摩耗する。また、上述したように、メカニカルシール８の冷却および洗浄を目的として、ポンプ運転中は清浄な水を外部から常時注水する必要があり、多量の水を消費する。
【０００９】
いずれの場合も、パッキン７ｂ、ポンプ軸６あるいはスリーブ６ａ、回転側摺動部材８ｂ、および固定側摺動部材８ｃなどの部品が摩耗するため、これらの摩耗した部品を定期的に交換する必要があり、そのために、ポンプを停止して交換する作業が必要となる。また、従来の軸封機構では、水を供給するための部品費用、水の費用などが発生することになる。また、供給された水が外部に漏れてポンプ周辺を汚すなどの問題もある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、部品の摩耗が極めて少なく、また軸封装置への水の供給が不要である安価なポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、部品の摩耗が極めて少なく、また軸封装置への水の供給が不要である安価なポンプが提供される。このポンプは、モータに連結された回転軸と、上記回転軸に取り付けられた羽根車と、上記羽根車を収容したケーシングと、上記羽根車の回転により昇圧された液体が上記ケーシングの外部に流れ出すことを防止する減圧羽根車と、軸封装置とを備えている。この軸封装置は、上記回転軸と上記ケーシングとの間をシールするシール機構と、上記回転軸の回転による遠心力の作用により上記シール機構によるシールを解除するシール解除機構とを有している。
【００１２】
本発明に係るポンプによれば、ポンプの運転中は、減圧羽根車の中において、内周側に存在する空気と外周側に存在する減圧された液体とがバランスし、液体が減圧羽根車内に留まる。したがって、液体が軸封装置側に流出することがなく、液体がポンプ外部に漏れてしまうことが防止される。また、軸封装置のシール解除機構は、回転軸の回転による遠心力の作用によりシール機構によるシールを解除するため、シール機構における部材の接触による摩耗をなくすことができる。
【００１３】
一方、ポンプが停止するとき、羽根車の昇圧作用および減圧羽根車の減圧作用がなくなり、液体は羽根車および減圧羽根車を通過して軸封装置に到達するが、このときは、回転軸の回転による遠心力の作用がなくなり、軸封装置のシール機構によるシール作用が回復するため、軸封装置のシール機構により液体の漏洩が防止される。
【００１４】
シール機構は、軸方向に移動可能な回転側シール部材と、回転側シール部材と当接可能な固定側シール部材とを備えていることが好ましい。回転側シール部材は回転軸に取り付けられ、固定側シール部材はケーシングに取り付けられる。また、シール解除機構は、回転軸の回転による遠心力の作用により回転側シール部材を軸方向に移動させて固定側シール部材から引き離す遠心錘と、遠心錘を支持する支持部とを備えていることが好ましい。これにより、ポンプの運転中は、回転軸の回転による遠心力の作用により、回転側シール部材が軸方向に移動され、回転側シール部と固定側シール部材との間に隙間が形成される。
【００１５】
また、シール機構は、回転側シール部材を固定側シール部材側に付勢するばねを有することが好ましい。これにより、ポンプの停止時に、ばねの付勢力により固定側シール部材を固定側シール部材に当接させることができる。
【００１６】
また、固定側シール部材は遊動可能に構成されていることが好ましい。羽根車は、液体を減圧させるための複数の減圧羽根を裏面に有していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポンプ運転中の摩耗を低減することができるので、摩耗によって交換が必要となる部品の数を少なくすることができる。また、摩耗が少ないため、部品の寿命が長くなる。さらに、ポンプ運転中に軸封装置に清浄な水を供給する必要がないので、給水のための諸費用を省くことができる。また、ポンプの外部に水が漏れるといった問題も解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るポンプの実施形態について図３から図９を参照して詳細に説明する。なお、図３から図９において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態におけるポンプ１０を示す断面図である。図１に示すように、ポンプ１０は、吸込口１１ａを有する吸込ケーシング１１と、吐出口１２ａおよび渦巻室１２ｂを有する吐出ケーシング１２と、吐出ケーシング１２内に配置された羽根車１３と、吐出ケーシング１２に固定されたカバーケーシング１４と、軸受１５に支持された回転軸としてのポンプ軸１６とを備えている。吸込ケーシング１１は吐出ケーシング１２に固定され、カバーケーシング１４は吐出ケーシング１２に対して吸込ケーシング１１とは反対側に位置している。
【００２０】
羽根車１３の背面側には、減圧室カバー１７がカバーケーシング１４との間に配置されており、羽根車１３は、吐出ケーシング１２、吸込ケーシング１１、および減圧室カバー１７により画成された空間内に収容されている。この羽根車１３は、遠心式羽根車であり、表面の複数の表羽根１３ａと、裏面の複数の裏羽根（第１の減圧羽根）１３ｂとを有している。裏羽根１３ｂは取扱液を減圧するために設けられている。
【００２１】
減圧室カバー１７とカバーケーシング１４により画成される減圧室には、複数の減圧羽根（第２の減圧羽根）１８ａを備えた減圧羽根車１８が配置されている。この減圧羽根車１８は羽根車１３の背面側に配置され、羽根車１３および減圧羽根車１８は、いずれもポンプ軸１６に固定されている。ポンプ軸１６は軸受１５によって回転自在に支持されており、ポンプ軸１６には図示しないモータが連結されている。
【００２２】
すなわち、ポンプ軸１６の一方の端部には羽根車１３が固定され、他方の端部にはモータが連結されている。ポンプ軸１６に固定された羽根車１３および減圧羽根車１８は、モータの駆動によって一体に回転される。減圧羽根車１８は、その外周部から液体が流入するように配置されていて、回転する減圧羽根車１８により液体が減圧されるようになっている。
【００２３】
図４は、図３に示す羽根車１３をモータ側から見たときの平面図である。図４に示すように、羽根車１３の表面（吸込側の面）には、螺旋状に延びる４枚の表羽根１３ａが設けられ、羽根車１３の裏面（モータ側の面）には、螺旋状に延びる４枚の裏羽根１３ｂが設けられている。裏羽根１３ｂの入口角度α１および出口角度β１は、表羽根１３ａの入口角度α２および出口角度β２よりもそれぞれ大きく設定されている。なお、図４に示す矢印Ａは羽根車１３の回転方向を示している。
【００２４】
図５は、図３に示す減圧羽根車１８をモータ側から見たときの平面図である。図５に示すように、減圧羽根車１８の裏面（モータ側の面）には６枚の減圧羽根１８ａが設けられている。これらの減圧羽根１８ａは放射状に延び、周方向において等間隔に配置されている。
【００２５】
図３に示すように、ポンプ軸１６の外周面には、円筒状のスリーブ１６ａが取り付けられており、このスリーブ１６ａの一部を取り囲むように軸封装置２０が設けられている。この軸封装置２０は減圧羽根車１８のモータ側に位置している。ポンプ軸１６上には、モータ側から順番に、スリーブ１６ａ、減圧羽根車１８、および羽根車１３が配置されている。ポンプ軸１６は、軸封装置２０、カバーケーシング１４、および減圧室カバー１７を貫通し、その一端は吐出ケーシング１２内に位置している。
【００２６】
図６は、図３に示す軸封装置２０を示す拡大断面図である。図６に示すように、軸封装置２０は、ポンプ軸１６とカバーケーシング１４との間をシールするシール機構３０と、ポンプ軸１６の回転による遠心力の作用によりシール機構３０によるシールを解除するシール解除機構４０とを備えている。
【００２７】
シール機構３０は、カバーケーシング１４に固定されたシールケース３１と、シールケース３１に固定されたシールカバー３２と、シールケース３１の内周面に嵌入された環状の固定側シール部材３３と、スリーブ１６ａの外周に取り付けられた回転側シール部材３４と、回転側シール部材３４を固定側シール部材３３側に付勢するばね３５とを備えている。回転側シール部材３４は、スリーブ１６ａ上を軸方向に移動可能に構成されている。固定側シール部材３３と回転側シール部材３４とは互いに当接可能となっている。なお、回転側シール部材３４の内周面には周方向に延びる断面凹状の溝が形成されており、この溝には弾性材からなるシールリング（例えばＯリング）３６が収容されている。
【００２８】
固定側シール部材３３の外周面には周方向に延びる断面凹状の溝が形成されており、この溝にはゴムなどの弾性材からなるシールリング（例えばＯリング）３７が嵌入されている。固定側シール部材３３を嵌入するためのシールケース３１の空間の内径および軸方向長さは、固定側シール部材３３の外径および軸方向厚さよりもやや大きく設定されている。また、シールリング３７の外径は、固定側シール部材３３の外径よりもやや大きくなっている。したがって、シールケース３１内に嵌入された固定側シール部材３３は、シールリング３７の弾性によって軸方向および径方向に遊動可能となっており、その軸方向への動きがシールカバー３２によって規制されている。
【００２９】
シール解除機構４０は、スリーブ１６ａの外周に設けられ、シール機構３０に対して軸受１５側に位置している。図７は図６のVII-VII線矢視図、図８は図６のVIII-VIII線矢視図である。図６から図８に示すように、シール解除機構４０は、ポンプ軸１６の回転による遠心力の作用によりシール機構３０の回転側シール部材３４を軸方向に移動させて固定側シール部材３３から引き離す遠心錘５０と、遠心錘５０を支持する支持部６０とを備えている。本実施形態では、シール解除機構４０は、ポンプ軸１６に対称な２つの遠心錘５０を有しているが、遠心錘５０の個数はこれに限られるものではない。
【００３０】
遠心錘５０は、ポンプ軸１６と同心の円筒を２分割した形状の錘５１と、錘５１の中央部のシール機構３０側に取り付けられた直方体状または立方体状の基部５２とを備えている。また、支持部６０は、スリーブ１６ａの外周に嵌入される円筒部６１と、円筒部６１のカバーケーシング１４側の端部に接続された略円板状の台座６２とを有している。円筒部６１は、止めビスなどでスリーブ１６ａに固定されており、円筒部６１と台座６２とは一体に形成されている。また、遠心錘５０の錘５１の内径は、支持部６０の円筒部６１の外径よりも大きく設定されている。
【００３１】
図７に示すように、支持部６０の台座６２の外周部には、台座６２の中心に対して対称な位置に同一形状の切欠き６３が形成されている。この切欠き６３は、台座６０の外周縁から台座６２の中心に向かって円筒部６１の外周縁まで延びている。この切欠き６３の寸法は、遠心錘５０の錘５１の寸法よりもやや大きく設定されており、この切欠き６３の内部に遠心錘５０の錘５１が遊動可能な状態で収容される。
【００３２】
これらの切欠き６３によって、支持部６０の台座６２には一組の支持片６４が形成されている。これらの支持片６４には、ポンプ軸１６の軸方向および半径方向の双方に垂直な方向に延びる貫通孔６５が形成されている。また、遠心錘５０の基部５２にも、ポンプ軸１６の軸方向および半径方向の双方に垂直な方向に延びる貫通孔５３が形成されている。支持片６４の貫通孔６５と基部５２の貫通孔５３には、支柱７０が挿通されている。これらの貫通孔６５，５３の内径は、支柱７０の外周面と遊動可能な最小限の隙間を有するように設定されている。支柱７０の両端は、台座６２から脱落しないようにナット７１で固定されている。これにより、遠心錘５０は、支柱７０を中心として回転可能に構成される。
【００３３】
ここで、図６に示すように、回転側シール部材３４は、ポンプ軸１６の半径方向外側に突出する駆動ピン３４ａを有している。台座６２には、この駆動ピン３４ａが軸方向に移動可能な幅を有する溝６６が軸方向に沿って形成されている。また、図７に示すように、遠心錘５０の基部５２の内周側には、駆動ピン３４ａが遊動可能な径と深さを有する係合孔５４が形成されている。回転側シール部材３４の駆動ピン３４ａは、遠心錘５０の係合孔５４に係合されている。これにより、遠心錘５０の回転による基部５２の移動に伴い、駆動ピン３４ａが台座６２の溝６６内を軸方向に移動するようになっている。
【００３４】
また、図６に示すように、支持部６０の内周側には、スリーブ１６ａの外周面との間にシール機構３０のばね３５を収容する空間６７が形成されている。このばね３５は、支持部６０と回転側シール部材３４との間に介装されており、回転側シール部材３４を固定側シール部材３３側に付勢している。
【００３５】
次に、上述のように構成されたポンプの動作について説明する。モータにより羽根車１３を回転させると、吸込口１１ａから吸い込まれた液体は、羽根車１３の回転により昇圧され、吐出口１２ａから吐出される。羽根車１３から出た液体の一部は、羽根車１３の裏羽根１３ｂに流れ込み、回転する裏羽根１３ｂにより減圧される。液体は減圧羽根車１８の外周部に流入し、減圧羽根車１８によりさらに減圧される。減圧羽根車１８により減圧された液体は、減圧羽根車１８の中で環状をなして存在する。すなわち、減圧羽根車１８の中では、内周側に存在する空気と外周側に存在する液体とがバランスした状態が保たれる。このようにして、減圧された液体は回転する減圧羽根車１８によって保持されるので、液体は軸封装置２０側に流出しない。
【００３６】
このとき、ポンプ軸１６の回転に伴い、遠心錘５０に遠心力が作用する。この遠心力の作用により遠心錘５０の錘５１は、図９に矢印Ｒで示すように、支柱７０を支点として軸受１５側に回転する。これにより、遠心錘５０の基部５２の係合孔５４に係合している回転側シール部材３４の駆動ピン３４ａが、ばね３５の付勢力に抗して軸受１５側に移動され、回転側シール部材３４が固定側シール部材３３から引き離される。このようにして、回転側シール部材３４のカバーケーシング１４側の端面と固定側シール部材３３の軸受１５側の端面との間には隙間ができ、ポンプの運転中にこれらが接触して摩耗することがなくなる。なお、回転側シール部材３４と固定側シール部材３３との間に隙間ができても、減圧羽根車１８によって液体が軸封装置２０側に流出することが阻止されているので、液体漏洩の問題は生じない。
【００３７】
ポンプの運転が停止すると、羽根車１３による昇圧作用がなくなり、羽根車１３の裏羽根１３ｂによる減圧作用と減圧羽根車１８による減圧作用もなくなる。この状態では、吸込口１１ａから流入した液体は裏羽根１３ｂと減圧羽根車１８を通過して、軸封装置２０側に到達するが、このとき、遠心錘５０の錘５１には遠心力が作用しなくなるため、錘５１は支柱７０を支点にして図９の矢印Ｒの方向とは逆の方向に回転し、元の位置に戻る。そして、ばね３５の付勢力により、遠心錘５０の基部５２の係合孔５４に係合している回転側シール部材３４の駆動ピン３４ａがカバーケーシング１４側に移動され、回転側シール部材３４のカバーケーシング１４側の端面が固定側シール部材３３の軸受１５側の端面と当接する。このようにして、回転側シール部材３４の端面と固定側シール部材３３の端面とが当接することにより、ポンプ軸１６とカバーケーシング１４との間がシールされ、ポンプ停止時の液体が軸封装置２０側に漏洩することが防止される。
【００３８】
なお、固定側シール部材３３は、弾性体のシールリング３７を介して遊動可能に取り付けられているので、ポンプ停止時に回転側シール部材３４が固定側シール部材３３に接触したときに、固定側シール部材３３が回転側シール部材３４の傾きに追随しやすくなる。このように、固定側シール部材３３を遊動可能とすることで、軸封装置２０のシール性能を向上させることができる。
【００３９】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】グランドパッキンを備えた従来のポンプを示す断面図である。
【図２】メカニカルシールを備えた従来のポンプを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるポンプを示す断面図である。
【図４】図３のポンプの羽根車をモータ側から見たときの平面図である。
【図５】図３のポンプの減圧羽根車をモータ側から見たときの平面図である。
【図６】図３のポンプの軸封装置を示す拡大断面図である。
【図７】図６のVII-VII線矢視図である。
【図８】図６のVIII-VIII線矢視図である。
【図９】図６の軸封装置のポンプ運転時の状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ ポンプ
１１ 吸込ケーシング
１１ａ 吸込口
１２ 吐出ケーシング
１２ａ 吐出口
１２ｂ 渦巻室
１３ 羽根車
１３ａ 表羽根
１３ｂ 裏羽根
１４ カバーケーシング
１５ 軸受
１６ ポンプ軸
１６ａ スリーブ
１８ 減圧羽根車
１８ａ 減圧羽根
２０ 軸封装置
３０ シール機構
３１ シールケース
３２ シールカバー
３３ 固定側シール部材
３４ 回転側シール部材
３４ａ 駆動ピン
３５ ばね
３６，３７ シールリング
４０ シール解除機構
５０ 遠心錘
５１ 錘
５２ 基部
５３，６５ 貫通孔
５４ 係合孔
６０ 支持部
６１ 円筒部
６２ 台座
６３ 切欠き
６４ 支持片
７０ 支柱
７１ ナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに連結された回転軸と、
前記回転軸に取り付けられた羽根車と、
前記羽根車を収容したケーシングと、
前記羽根車の回転により昇圧された液体が前記ケーシングの外部に流れ出すことを防止する減圧羽根車と、
前記回転軸と前記ケーシングとの間をシールするシール機構と、前記回転軸の回転による遠心力の作用により前記シール機構によるシールを解除するシール解除機構とを有する軸封装置と、
を備えたことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記シール機構は、
前記回転軸に取り付けられ、軸方向に移動可能な回転側シール部材と、
前記ケーシングに取り付けられ、前記回転側シール部材と当接可能な固定側シール部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記シール解除機構は、
前記回転軸の回転による遠心力の作用により前記回転側シール部材を軸方向に移動させて前記固定側シール部材から引き離す遠心錘と、
前記遠心錘を支持する支持部と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記シール機構は、前記回転側シール部材を前記固定側シール部材側に付勢するばねを有することを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記固定側シール部材は遊動可能に構成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項６】
前記羽根車は、前記液体を減圧させるための複数の減圧羽根を裏面に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１】
モータに連結された回転軸と、
前記回転軸に取り付けられた羽根車と、
前記羽根車を収容したケーシングと、
前記羽根車の回転により昇圧された液体が前記ケーシングの外部に流れ出すことを防止する減圧羽根車と、
前記回転軸と前記ケーシングとの間をシールするシール機構と、前記回転軸の回転による遠心力の作用により前記シール機構によるシールを解除するシール解除機構とを有する軸封装置と、
を備えたことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記シール機構は、
前記回転軸に取り付けられ、軸方向に移動可能な回転側シール部材と、
前記ケーシングに取り付けられ、前記回転側シール部材と当接可能な固定側シール部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記シール解除機構は、
前記回転軸の回転による遠心力の作用により前記回転側シール部材を軸方向に移動させて前記固定側シール部材から引き離す遠心錘と、
前記遠心錘を支持する支持部と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記シール機構は、前記回転側シール部材を前記固定側シール部材側に付勢するばねを有することを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記固定側シール部材は遊動可能に構成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項６】
前記羽根車は、前記液体を減圧させるための複数の減圧羽根を裏面に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３０７７１７（Ｐ２００６−３０７７１７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３０１４５（Ｐ２００５−１３０１４５）
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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