JP2703547B2 - 温液を送り出すための遠心ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ポンプハウジングから外部へ向かう少な
くとも一つのシャフト通路を有する温液を送り出す遠心
ポンプに関するものであって、上記シャフト通路は密封
スペース内に配置されたメカニカルシールを備え、上記
密封スペースは送り出された液体を収容するとともに、
シャフトの遊びが殆どないスペーサー区域によってポン
プハウジングから分離されており、さらにメカニカルシ
ールの摺動面区域を洗浄（フラッシング）するために、
密封スペース内に液体循環を生じさせる手段を備えてい
る。 高い荷重を掛けられたメカニカルシールは、摺動面区
域に起こる熱をとり除くため洗いすすぎされる。冒頭に
述べた既知のポンプの場合（ドイツ特許公開第2140959
号）、洗浄は密封スペース内の液体循環によって行われ
る。そのためメカニカルシールの回転部分に送り出しネ
ジが設けられ、このネジが狭いハウジングと相互に作用
して密封スペース内に軸方向の流れを生じさせる。この
軸方向の流れは密封スペースの両端に連結している水路
を通って戻り、メカニカルシールの摺動面区域に当る。
洗い流し（フラッシング）の流れによって吸収された熱
は、復路水路の区域で環境空気によって放出される。ポ
ンプから送り出された流れとの液体交換によって行われ
る熱の入力は、狭いシャフトの間げきのみを介して密封
スペースがポンプと連結している事実によって実質上規
制される。 この装置は熱い油のような液体に好適である。しかし
熱湯を使用する場合はメカニカルシールに難点が生じ
る。この発明はこのことに対する決定的な理由を認識す
ることを含んでいる。運転開始の際、密封スペースが完
全に熱湯で満たされていたとしても、この熱湯から徐々
にガスが分離し、密封スペースに蓄積する。この経過は
密封スペース内の液体量がそのガス含量を放出し尽くし
ても終わらない。なぜならば、ポンプによる液体交換
が、終始極めて僅かしか起こらず、そのために常に少量
のガスが分離し、この少量のガスを、設計上、密封スペ
ースから洗い流すことができないからである。分離した
ガスは、メカニカルシールを有する密封スペース内を回
転する液体の遠心効果によってメカニカルシールに蓄積
し、そこに必要な洗い流し効果を妨げる傾向がある。そ
のため摺動面区域の冷却および減摩は危険にさらされ
る。 この問題は、密封スペースが送り出された流れと洗い
流し結合している一般的な型でないポンプの場合のみに
起こるわけではない。なぜならば、固体異物微粒子のよ
うに、いかなる分離物も密封スペースの外に搬出される
からである。例えば密封スペースが第１通路によって高
圧区域と、第２通路によって低圧区域と連結されたポン
プが報告されている（ドイツ特許公開第3438662号）。
また別の既知のポンプでは、砂のような異物を洗い流し
去る役目をする、メカニカルシールからの循環通路が、
密封スペース内に環状の隔壁を形成することによって形
成されている（ドイツ特許公開第3137692号）。ここで
はそれは開放されており、このようにして密封スペース
はポンプ空間と連結されている。しかし、シールを洗い
流す流れが異物に富み、メカニカルシールへ戻って来
る、とは思われないので、ポンプ空間との洗い流し結合
はなければならない。 最後に、洗浄用の開口部を頂部に配置し、狭いシャフ
ト間げきによってポンプ空間から分離させて密封スペー
スを設けることが知られている（フランス特許公開第22
88241号）。このようにすることはポンプが静止してい
るときにガスの蓄積を排除するのに好適であろうが、使
用方法に関して対応する説明はない。 したがってこの発明は上記の認識に基づき、ガスを含
有した液体の使用に好適な本明細書の冒頭に記載のよう
な型の遠心ポンプを提供することを目的とする。 この発明の遠心ポンプは、温液を送り出すための遠心
ポンプであって、ポンプハウジング内を通って外部へ至
る少なくとも一つのシャフト通路を有し、上記シャフト
通路は、密封スペースの内部に配設されたメカニカルシ
ールを備え、上記密封スペースは、羽根車から上記シャ
フト通路を通って送り出された液体を収容するととも
に、シャフトの遊びが殆どないスペーサー区域によって
上記ポンプハウジングから分離されており、また、上記
メカニカルシールの回転面と接触することによって動か
される流体のための循環通路を形成する案内壁を備えて
おり、上記循環通路は、上記メカニカルシールの摺動面
近傍領域を洗浄するために上記摺動面近傍領域を含むと
ともに、上記液体からガスを分離するために上記メカニ
カルシールから離れたところにある流体安定化区域を含
んでおり、上記流体安定化区域は、分離されたガスを収
容するための大容量の、流れが安定した換気可能な収容
空間を形成するか、あるいは、上記収容空間に接続され
ており、また、さらに、上記収容空間に蓄積されたガス
を除去する装置を備えていることを特徴としている。 この発明の第１の作用要素は、メカニカルシールに付
着したり、その区域に蓄積する気泡をそこから除去する
ため、メカニカルシールの少なくとも摺動面区域に激し
い流れの衝突を与えることである。このために既知の洗
い流し装置を利用する。 この発明の第２の作用要素は、メカニカルシールから
運び去られた気泡の分離を可能とするために、メカニカ
ルシールから隔ったところで液体循環を安定化させるこ
とである。 これは当業者にとって既知の方法で実現でき、ことに
メカニカルシールから離れて大容量の流体横断面を作る
ことによって実現し得る。 最後にこの発明の作用要素は、分離したガスのため十
分に大容量の収容空間を提供することからなり、好まし
くは密封スペースの上方区域にこれを配置する。この収
容空間は、そこに集まったガスを再び循環へ送り返さな
いよう流れが安定化させられていなければならない。ま
た少なくとも周期的にそのガスを除去し得るため換気が
可能でなければならない。循環回路から収容空間へガス
をうまく捕捉し得るように、ガス分離が起こる循環通路
部分とガス収容空間との間が連結されていなければなら
ないことが強調されるべきである。 密封スペースをポンプ空間の上に垂直に配置した、一
般的な型でないポンプの例（英国特許公開第1174767
号）では、ポンプの自吸能を保持するため、中心の羽根
車区域を大きな孔によって密封スペースへ連結し、それ
によって羽根車に蓄積された気泡を密封スペースへ運
び、おそらく真空ポンプに連結された換気経路を通じて
そこから運び去ることが可能なことが報告されている。
密封スペースからガスを運び去れるように、密封スペー
スは、外側から内側へシールに向かって径方向に突出し
ているリブを含むと共に、密封スペースに含まれている
液体が回転するのを防止しているので、液体からガスを
分離し、これを換気導管が連結されている密封スペース
の上方区域へ集めることができる。シールの摺動面区域
も同様に、この密封スペースの上方区域に、換気導管の
連結箇所と同じ高さで配置されている。この発明の根底
に存在している、ある種の液体を使用する際の一般型の
ポンプの操作困難を回避する問題を解決するには、既知
の装置は一般型でないので標準とはならず、ポンプの自
吸能を保持するための既知の装置から起こる思想を求め
る理由は存在しない。また既知の装置はシールの摺動面
区域にガスの蓄積を生じ、したがってこの発明が解決し
ようとしている困難を、それ自体招来してしまうことに
なる。 密封ハウジングは、好ましくはさらに内側領域と外側
領域とに分割され、それらは一緒になって循環回路を形
成すると共に、少なくとも１つの連絡部をメカニカルシ
ールの摺動面の近くに、又、少なくとも１つの連結部を
摺動面から軸方向に離れたところに有する。これらの領
域区分は、実質上管状の形をした隔壁によって作ること
ができ、既述のようにそれ自体公知である。しかしま
た、以下さらに説明するように領域間に隔壁を提供しな
いその他の手段も講じ得る。 この発明では、少なくともメカニカルシールの区域の
すぐ近くにまで（例えば１〜2mm）達するリブによって
メカニカルシールの強い流れの衝突を提供し、リブの内
縁がシーリング区域に激しい乱流を引き起こすことによ
ってそこに局在している気泡をひきはがし、それを液体
循環によって運び出し得ることにより改良する。またそ
の場合、リブをシャフトの高さより低く、測地的に密封
スペースの下方区域に、そして／または軸方向に対して
斜めに配置すれば有利であることが判明した。 特に、密封スペースの内側領域と外側領域を管の形を
した隔壁で分離した場合は、そのようなリブを一本だけ
用意すれば十分であり得る。また複数個のこれらの突出
物を、両方の領域間を特に分離せず密封スペース壁から
メカニカルシールへ配置し、それによって個々のリブと
密封スペースを区切る領域を、メカニカルシールに近接
した内側の領域は狭く、外側の領域は広く形成して、循
環の流れがメカニカルシールの周囲の内側、特にリブの
ところでは急速な乱流によって流れ、外側は緩やかに流
れるようにすることもできる。 リブは、分離したガスをそれによって収容空間へ上昇
させ得る貫通孔を含むことができる。 実質上管の形をした隔壁によって密封スペースの内側
領域および外側領域を仕切った場合は、自体公知のよう
に、循環強度を提供するため、メカニカルシールと共に
回転する部分と隔壁の間で動作する送り出しネジを設け
ることができる。それによって特にポンプの始動期の
間、強い還流が達成され、完全かつ速やかなガスぬきが
可能となる。 ガス収容空間およびその空間内の流れを安定化するに
は、密封スペースの外側領域、好ましくはその上部区域
に円周方向を横断して走る少なくとも１本のリブを作る
ことができ、その上部先端から都合よくポンプの回転方
向に対し、例えば約45゜で配置する。ガスをリブの後ろ
の安定した空間に集めることができる。リブは小さい横
断切込み溝を明けておくべきで、それによって流れの安
定性を乱すことなく収容空間へのガスの流入を可能とす
る。この小さい横断通路は、リブおよびリブを含んだ領
域区域の外縁境界との間の間げきによって都合よく構成
される。 この発明のもう一つの特徴は、密封スペースをポンプ
の圧力区域の高い圧力と連結させることである。密封ス
ペースがさらにポンプの低圧区域と連結されている場合
は、この連結に、例えばポンプとスペーサー区域との間
にある滑り軸受けによって構成された制流装置を都合よ
く設置する。ポンプの高圧区域との連結は特殊なバイパ
ス導管によって作成してもよい。この態様の場合は、メ
カニカルシール空間に、ポンプの高圧にほぼ対応する圧
力を達成する効果を生じる。このための前提条件はバイ
パス導管の制流効果が滑り軸受けまたは制流区域の効果
より明らかに少ないことである。これによってメカニカ
ルシール空間の媒質は、沸騰状態に対しさらに大きい許
容度が与えられ、したがって一層信頼し得るメカニカル
シール操作を可能とする効果がもたらされる。 密封スペース内には完全なガス収容容量を必要としな
い。むしろこの発明では、密封スペースに追加的な収容
容量を提供し、蓄積されたガスを除去する装置を備えた
換気容器を配置することができる。ただしこの場合、上
記の特徴と一致させて、分離したガスのため、この密封
スペース内のさらに外側に流れの安定した収容空間を配
置し、ガスが換気容器へ流入するようにしなければなら
ない。 蓄積されたガスを除去する装置は自動的または手動的
に操作し得るものである。言うまでもなく換気は、一般
に測地的に最も高い位置でガス収集を実施すべきであ
る。さらに操作条件を監視するため、１またはそれ以上
のセンサーを密封スペースまたは換気容器内に設置する
ことができる。それによって例えば密封スペースの必要
な換気を制御でき、あるいはメカニカルシールが危険な
場合は、ポンプ設備のスイッチを切ることができる。 以下、例示的に図面で示した具体的態様により、この
発明を説明する。 第１図はポンプの縦断面図、第２図はシール装置の第
１の態様を示した縦断面図、第３図は第２図をＡ−Ａの
線で切った横断面図、第４図はシール装置の第２の態様
の縦断面図、第５図は第４図をＢ−Ｂの線で切った横断
面図、第６図は密封ハウジングの第３の態様の縦断面
図、第７図は第６図をＣ−Ｃの線で切った横断面図であ
る。 第１図はポンプハウジングを有する遠心ポンプを示す
もので、とりわけ渦巻きハウジング１とハウジングカバ
ー２、およびシャフト４にとりつけられた羽根車３から
なり、ハウジングからのシャフトの出口はメカニカルシ
ール５によって密閉遮断されている。シャフト４は、一
方はポンプハウジングの外側に配置された転がり軸受け
６に、他方はポンプハウジングの内側の滑り軸受７によ
って支持されている。この軸受７とメカニカルシール５
との間にはスペーサー区域８として設計されたハウジン
グカバー２の管状部分があり、狭い間げきでシャフト４
を取り囲んでいる。メカニカルシール５は密封ハウジン
グ10の内側の密封スペース９に配置され、その測地的に
最も高い位置部分に蓄積されたガスを除去する装置11を
備えている。密封スペースは容量的に広げられている。
それによって、そこへ収容される液量を増大させ、メカ
ニカルシールへの供給を改良し、ガス収容能を増大す
る。またハウジング表面の増加により、強められた熱放
散が得られる。 温度勾配を増大させる目的のため、ハウジングカバー
２は多隔壁に設計されている。これは密封スペースをポ
ンプの配送通路へつなぐ二つの連絡路となっており、即
ち第１に、制流的に作動する滑り軸受７によって低い圧
力区域と連結させ、第２に、特別な通路23によって高い
圧力区域と連結させる。この通路は滑り軸受７のシール
側にある空間24と連結している。滑り軸受７の制流（絞
り）効果によって空間24およびそれにともない密封スペ
ース９は高圧となる。なお、滑り軸受けをこの位置に設
けない場合は、特殊な制流装置によってもこの制流効果
を達成することができる。密封スペース９が高圧になる
ことによって大気圧との圧力去が増大し、したがってシ
ーリング間げきで媒質の蒸発は起こらないか、もしくは
起きたとしてもせいぜい極めて外側でしかおこらず、そ
の結果、妨害の発生頻度を減らす効果を生じる。さらに
スペーサー区域８のポンプ側の空間24へ通路23を連結す
ることによって、通路23を通るガスを含んだ新しい媒質
の流れは密封スペース９へ到達せず、したがって密封ス
ペース９では追加的なガス分離を起こさない。 第２図および第３図に示したシール装置の具体例で
は、好ましい円筒形の隔壁12によって、密封スペース９
はさらに内側領域13および外側領域14に分割されてい
る。これらは、第１にメカニカルシールの密封表面に近
接した環の形をした間げき15によって、第２にそこから
軸方向に離れて存在している区域において孔16によって
相互に連結されている。隔壁12からは測地的に低い位置
でリブ17が内側域の内方に突出している。このリブ17
は、メカニカルシール５の外周面の僅か数ミリメートル
のところにまで達しており、所望により流速およびひき
はがし効果を改良するため縦方向に対して斜めに（軸に
平行でなく）配置されている。外側領域14には、隔壁12
からリブ18が延びており、上部頂点から回転方向に約45
゜で配置され、狭い間げき19を残してほとんど密封スペ
ース壁にまで達しているので、特にリブの前方に蓄積さ
れたガスの貫流は間げき19で制限される。 内側領域から孔16を通って外側領域に入り、間げき15
を経てメカニカルシールの摺動面範囲へ戻って来るとい
う循環流が確立されている。内側のリブ17がメカニカル
シールの外側周辺で強い乱流を起こすので、そこに溜め
られた気泡がひきはがされ、循環流とともに、流れの横
断面積がより大きくかつ非常に安定している外側領域14
へ特に第２図の切線Ａ−Ａの左側にある区域へ運ばれ
る。したがって、分離されたガスは上昇し、リブ18に防
護されて、頂点区域に蓄積する。この区域はリブ18によ
って、また孔16が無いことによって安定している。した
がってここに集められたガスは永久に循環の流れからひ
き離される。ガスを収容するのに利用し得るこの空間
は、長期間の操作に十分間に合うような大きさに設計さ
れている。なお、図２、３図に示した上記シール装置に
おいて、上記隔壁21およびリブ18が、メカニカルシール
の回転面と接触することによって動かされる流体のため
の循環通路を形成する案内壁である。 第５図に示した構造は、以下に説明する以外、第２図
および第３図に示したものと同一である。内側領域13を
外側領域14から分ける隔壁12はメカニカルシール５の外
周面から僅か数ミリメートルしか離れていない。メカニ
カルシールの回転部分と隔壁12との間には送り出しネジ
20が設けられる。二つの領域をつなぐ孔16は隔壁12のフ
ランジ部分に配置されている。送りだしネジ20は内側領
域内の液体を孔16へ送り出す。この液体は、外側領域14
を通過した後、環の形をした間げき15を経てメカニカル
シールの摺動面範囲へ転送される。内側領域13が狭いこ
とは、強制貫流と相俟ってガス分離がメカニカルシール
から離れたところで行なわれることを保証する。 第６図および第７図に示した構造では、いずれもメカ
ニカルシール５の外周面に数ミリメートルのところまで
達する放射状の２本のリブ21をメカニカルシール空間９
に配置してある。上記リブ21は、メカニカルシールの回
転面と接触することによって動かされる流体のための循
環通路を形成する案内壁である。これらのリブは漏出部
22を含んでいる。リブ表面内の漏出部22は、孔として、
そして／または密封スペース外縁に対する間げきとして
設計でき、液体およびガスの貫流を可能とするが、分離
したガスがそこに蓄積するように、（少なくとも頂点区
域において）その流れを安定化させている。リブは、シ
ール周辺部において、そこに存する分離ガスを引きはが
すために強い乱流を起こす。同時にリブは、シールから
径方向に離れた区域で、流れを安定化させるので、ガス
が分離して頂点区域で上昇し、適当な時期に換気開口部
11から除去されることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マン、ラルフ ドイツ連邦共和国2211 フイエ、ハウプ トシュトラーセ ４番 (56)参考文献 特開 昭50−37002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−125392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−132465（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．温液を送り出すための遠心ポンプであって、 ポンプハウジング（１、２）内を通って外部へ至る少な
   くとも一つのシャフト通路を有し、 上記シャフト通路は、密封スペース（９）の内部に配設
   されたメカニカルシール（５）を備え、 上記密封スペースは、羽根車（３）から上記シャフト通
   路を通って送り出された液体を収容するとともに、シャ
   フトの遊びが殆どないスペーサー区域（８）によって上
   記ポンプハウジング（１、２）から分離されており、ま
   た、上記メカニカルシールの回転面と接触することによ
   って動かされる流体のための循環通路を形成する案内壁
   を備えており、 上記循環通路は、上記メカニカルシールの摺動面近傍領
   域を洗浄するために上記摺動面近傍領域を含むととも
   に、上記液体からガスを分離するために上記メカニカル
   シールから離れたところにある流体安定化区域を含んで
   おり、 上記流体安定化区域は、分離されたガスを収容するため
   の大容量の、流れが安定した換気可能な収容空間を形成
   するか、あるいは、上記収容空間に接続されており、 また、さらに、上記収容空間に蓄積されたガスを除去す
   る装置（11）を備えていることを特徴とする遠心ポン
   プ。 ２．上記密封スペース（９）は、内側領域（13）と外側
   領域（14）とに分割されており、両領域は、メカニカル
   シール（５）の摺動面に近接したところにある連結部
   （15）および上記摺動面から離れたところにある連結部
   （16）で相互に連結されている請求項１記載の遠心ポン
   プ。 ３．上記密封スペース（９）には、メカニカルシール
   （５）の外周面まで僅かの距離のところまで達している
   少なくとも１本のリブ（17、21）が設けられている請求
   項１または２記載の遠心ポンプ。 ４．上記リブ（17、21）がシャフトの高さより下方に配
   置されている請求項３記載の遠心ポンプ。 ５．上記リブ（17、21）は、軸を含む平面と交わる平面
   に含まれるように軸方向に対して斜めに配置されている
   請求項３記載の遠心ポンプ。 ６．上記密封スペースの壁からメカニカルシール（５）
   へと延びる複数個のリブ（21）を備えた請求項１〜５の
   いずれか１つに記載の遠心ポンプ。 ７．上記リブ（21）は漏出部を含んでいる請求項６記載
   の遠心ポンプ。 ８．上記内側領域（13）と外側領域（14）が実質上環状
   の隔壁（12）によって分けられている請求項２〜５のい
   ずれか１つに記載の遠心ポンプ。 ９．隔壁（12）とメカニカルシール（５）によって回転
   される部分との間に送り出しネジ（20）を配置した請求
   項８記載の遠心ポンプ。 １０．上記流体安定化区域は、上記密封スペース（９）
   内において上記シャフトの高さよりも上方で円周方向を
   横断する方向に延びるリブ（18、21）を備えており、上
   記リブは小さい通路断面（19、22）を開放している請求
   項１乃至９のいずれか１つに記載の遠心ポンプ。 １１．上記リブ（18、21）は、頂点の回転方向前方に配
   置されている請求項10記載の遠心ポンプ。 １２．上記小さい通路断面（19、22）は上記リブ（18,2
   1）の外側に配設された間げき（19、22）である請求項1
   0または11記載の遠心ポンプ。 １３．上記密封スペース（９）はポンプ内の高圧区域と
   連結しており、密封スペース（９）と低圧区域との連結
   部分は制流装置（７）を収納している請求項１〜12記載
   の遠心ポンプ。 １４．上記高圧区域との連結部が上記スペーサー区域
   （８）のポンプ側へ通じている請求項13記載の遠心ポン
   プ。 １５．蓄積されたガスを除去する装置を備えた換気容器
   を密封スペース（９）に配置した請求項１〜15記載の遠
   心ポンプ。 １６．密封スペース（９）または換気容器に操作状況を
   監視するセンサーを設けた請求項１〜14記載の遠心ポン
   プ。