JPH04500993A - 羽根車ポンプのための運動用シール構造 - Google Patents
羽根車ポンプのための運動用シール構造Info
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- JPH04500993A JPH04500993A JP1508425A JP50842589A JPH04500993A JP H04500993 A JPH04500993 A JP H04500993A JP 1508425 A JP1508425 A JP 1508425A JP 50842589 A JP50842589 A JP 50842589A JP H04500993 A JPH04500993 A JP H04500993A
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- F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
- F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
羽根車ポンプのための運動用シール構造発明の背景
この発明は、ハウジングとこのハウジングに関して回転されるようになされた軸
との間に、圧力下の流体を保持するための運動用シールに関する。さらに詳しく
は、ポンプ作動中に、シール空洞(シール・キャビティ:5eal cavit
y)からシールされた流体を吸い上げるエクスペラ(expeller)あるい
はりベラ(repe I 1er)を含むポンプのための、そのようなシールに
関する。運動用シールは、固定系ハウジングと回転可能な軸部材との間で、漏れ
ることのない障壁を設置するために使用される。運動用シールの一つの典型的な
形状は、ハウジングおよび軸に関して、それぞれシール及びキー結合された環状
のシール・リングを有している。相対回転は、シール・リング上に形成された環
状シール面と交わるように発生し、シール面は、面の間の流体漏れを最小限にす
るために、お互いに密接して協同するとともに、お互いに対して偏倚されるよう
になされている。相互に摺動するシール面は、摩擦を生じ、異常加熱の問題や摩
耗の可能性がある。
液体のためのあるポンプにおいては、ポンプ羽根車の後面上のエクスペラは、シ
ール領域から液体を吸い上げるために使用される。
エクスペラは、いくらか羽根車のように作用し、回転軸から液体を抜き、含有液
体圧力に打ち勝つのに十分な背圧を創出する。
作動においては、相対圧力は、羽根車がシール領域から実質的に全ての流体を吸
い込み、それをポンプ出口へ送出するものである。
そのような通用においては、流体は軸に沿って漏れるはずがないので、特別の運
動用シールは、作動モードの間に必要とはされない。
しかしながら作動停止のときのように、ポンプ軸が静止しているときには、軸に
沿っての漏れについての物理的障壁が必要とされる。
軸が回転しているときには、運動用シールが使用される必要がないので、かくし
てエクスベラは、高度な内部浸食作用を有する含有液体については、大きな魅力
を有している。しかしながら、軸の回転が停止されるやいなや、エクスベラは効
果をなくすので、ある形状の運動用シールが必要とされるかもしれない。
発明の要旨
本発明は、回転可能軸と、軸の周囲にシール空洞を形成するポンプ・ハウジング
と、ポンプ作動中にシール空洞を形成するために流体を吸い上げるエクスベラ・
ポンプとを含む羽根車ポンプを提供する。ポンプが作動されないときは、ポンプ
・ハウジングと軸との間をシールするために運動用シール構造が提供される。運
動用シールは、軸に関して流体漏れのない状態で固定された軸方向可動主シール
・リングと、ハウジングに関して流体漏れのない状態で固定された固定系噛み合
いシール・リングとを含む。二つのシール・リングは、軸に環状に配設されてい
て、お互いにシール接触するようになされた径方向面を形成する。主シール・リ
ング面の径方向面は、平坦かつ滑らかである。噛み合いシール・リングの径方向
面は滑らかであり、そしてポンプの外部を包囲した流体に曝された周部から内側
へ延長するとともに、径方向中途までそれに向がって延長するが、主シール・リ
ングの径方向面とシール係合するようにされた滑らがなシール堰を形成するため
に、他方の周部には達していない複数の螺旋溝を形成している。
図面の簡単な説明
第1図は、本発明のポンプおよび運動用シール構造の側断面図である。
第2図は、第1図の運動用シール構造のシールの拡大側断面図である。
第3図は、本発明の運動用シール構造の他の実施態様の側断面図である。
第4図は、第2図に示す運動用シール構造の4−4線による断面図である。
第5図は、第2図に示す運動用シール構造の55−5iIによる断面図である。
発明の詳細な説明
既知の羽根車ポンプが、第1図に示されていて、符号10によって全体的に示さ
れている。ポンプ10は、環状壁14を有し、内側ボア16および環状フランジ
18を形成するハウジング12を含む。
軸20は、ハウジング・ボア16内に回転可能に搭載されていて、その周りに配
設されるとともにそれにキー結合されたスリーブ22を有し、そのためスリーブ
22は軸20とともに回転する。
主羽根車24は、羽根車空洞部26内に配設されていて、軸20とともに回転す
るためにキー結合されている。吸い上げられる液体は、中央入口部28において
羽根車24に入る。羽根車24の正面32から延長する径方向羽根30は、液体
を出口部34へと、遠心力により径方向外側へ追いやる。径方向層836がまた
、ハウジング12の隣接する径方向壁40から間隔を開けるようにして、羽根車
24の後面38から延長している。径方向壁40は、羽根車空洞26と流体的に
連通ずるとともに、エクスベラ羽根車空洞部44を介してハウジング・ボア16
と流体的に連通ずる環状空洞部42を形成する。
全体的に符号46で示されるエクスベラは、ハウジング12のエクスベラ羽根車
穴空洞部44内に配設されるとともに、軸20とともに回転するためにキー結合
されている。エクスベラ46は、エクスベラ羽根車48を形成し、その滑らかな
正面50は、環状空洞部42の径方向に配設されるとともに、径方向ハウジング
壁40から間隔を開けられているが、それと隣接している。エクスベラ羽根車4
8の後面52は、そこから延長する径方向羽根54が配設されていて、径方向羽
根54は、ハウジング壁56から間隔を開けられているが、そのすぐ近くに隣接
している。
流体漏れは、主羽根車24と、軸ボア16へ環状空洞部42を経由するハウジン
グ壁40との間で発生し得る。エクスベラ46は、この流体の移動を妨害するた
めに設けられていて、少なくともポンプ10が作動されているとき、環状空洞部
42からポンプ出口34へ流体を吸い上げる。軸20、主羽根車羽根30および
36、およびエクスベラ羽根車羽根54が全て回転しているとき、吸い上げられ
た液体の外側への遠心力作用は、環状空洞部42および軸ボア】6から離れて行
き、ポンプ10の出口へ向かって指向される。このことは、軸16に沿うポンプ
・ハウジングからの流体漏れを最小にし、あるいは完全に除去しさえする。ポン
プが作動されているとき、軸20に沿う漏れを防止するためのシール機構は必要
とされない。
しかしながら、軸20が回転を停止するときは、軸ボア16および環状空洞部4
2は流体で一杯になり、流体漏れが、ハウジング12と軸20との間で直接に発
生し得る。
第1図および第2図に見られるように、環状地板60が、ポンプ・ハウジング1
2の環状フランジ18に隣接して配設されている。
軸20がそこを通って延長する環状シール空洞部64を形成するシール・ハウジ
ング62が、設けられている。シール・ハウジング62はその一端に、外側へ垂
設されたフランジ66を形成している。
ボルト68は、シール・ハウジング62のフランジ66、地板60およびポンプ
・ハウジング12のフランジ18を通して挿入され、それによって、それらを固
定的に連結する。フランジ66の反対側のハウジング62の端部は、その下方周
部に開ロア2を形成する径方向壁70を設け、それは、シール空洞部64に大気
への出口をつけている。ゴムを含む保護コーティング74は、ポンプ・ハウジン
グ12とシール・ハウジング62の両方の外表面を覆っている。このコーティン
グは、腐食性の環境で使用されるポンプを暗示するものである。
全体的に符号58示される、本発明の運動用面シールは、径方向延長面7Bを有
する環状回転主シール・リング76と、径方向延長面82を有する環状固定ある
いは非回転噛み合いシール・リング80とを含む。径方向面78および82は、
シール関係でお互いに隣接して配設されている。リング76および80は、軸ス
リーブ22および軸20の周りに配設されていて、内周部の表面84および86
はそれぞれ、軸スリーブ22と接触はしないが隣接している。
主シール・リング76は、第2図および第3図に最も良く見られるように、面部
76aと軸方向伸長本体部76bとを含むとともに、シール空洞部64内に配設
された環状リテーナ88によって、軸方向可動かつ適正な位置に保持される。主
シール・リング76の径方向面78は、その全面に渡って滑らか、かつ平坦であ
る。スナップ・リング90が、リテーナ88の環状溝92内に収容され、リテー
ナ88内に主シール・リング76の本体部76bを保持する。リテーナ88は、
第4図に最も良く見えるように、リテーナ88の周囲に等間隔で複数のボア94
を形成している。スプリング96は、ボア94内に着座していて、噛み合いソー
ル・リング80と係合するように主シール・リング76を付勢するため、環状デ
ィスク98に対して作用するとともに、主シール・リング76の軸方向移動を提
供する。リテーナ88は、一つあるいはそれ以上の内側溝150を有していてよ
く、主シール・リング76の本体部76bは、それと同数の整列された溝を有し
ている。駆動ビン151が、リテーナ8日と主シール・リング本体部76bの両
方を係合するように配設されており、軸方向移動と干渉することのない駆動係合
を提供する。
全体的に円筒状のリテーナ・スリーブ100が、軸スリーブ22の周りに配設さ
れていて、それは軸20とリテーナ88と主シール・リング76との間に位置さ
れている。0リング102が、スリーブ100の外周部の周りに形成された環状
溝104内に収容されていて、主シール・リング76とスリーブ100との間の
シールを提供する。他の0リング106が、スリーブ100の内周部の周りに形
成された環状溝108内に収容されていて、軸スリーブ22とリテーナ・スリー
ブ100との間のシールを提供する。第4図に最も良く見られるように、止めね
じ110が、リテーナ88、リテーナ・スリーブ100および軸スリーブ22を
通って延長して、それらを軸に固定し、そこでそれらと、結果として主シール・
リング76は、軸20とともに回転する。第2図および第3図に示されるように
、ポンプ10を右からみるとき、軸20は右回り方向に回転するものである。
噛み合いシール・リング80は、ハウジング12のフランジ18および地板60
に関して固定されていて、それは、軸20とともに回転することから除外されて
いる。ガスケント112は、ハウジング12と噛み合いシール・リング80との
間のシールを提供する。
第5図に最も良く見られるように、噛み合いシール・リング80の径方向面82
は、それの外周部から、それの内周部に形成されたダム部116まで内方へ延長
する複数の螺旋溝114を形成する。溝114の幅は、それらがダム部116に
近ずくにしたがって収斂する。図示された実施態様において、リング76および
80の外周部は、ポンプ外部の低い、あるいは包囲圧力に曝されるとともに、内
周部は、吸い上げられている流体の圧力に曝される。溝は、低い圧力に曝された
リング80の周部に形成されるとともに、ポンプ内の圧力に曝される周部に向か
うが、それに届かない部位まで延長し、そこで溝は、面82の溝領域と平滑領域
との間の境界によって形成された円の外径側から、包囲圧力の曝された周部まで
延長し、そしてダム部116は、円の内径側から、低い圧力に曝された周部まで
延長する。
第3図は、噛み合いシール・リング80を搭載する他の実施態様を示す。地板1
20は、ハウジング12のフランジ18にキー結合されていて、地板120に形
成された環状溝124内に収容された0リング122は、ハウジング・フランジ
18と地板120との間の漏れに対してシールする。地板120は、噛み合いシ
ール・リング80が配設される環状凹所126を形成する。0リング128は、
地板120と噛み合いシール・リング80との間のシールを提供する。第二の地
板130は、地板120にキー結合されていて、噛み合いシール・リング80は
、地板120と第二の地板130との間に保持される。ポル)134は、第二の
地板130、地板120およびハウジング・フランジ18を固定する。
羽根車ポンプ10の作動の間には、エクスペラ46は、環状空洞部44と軸ボア
部16から液体を抜き、軸20に沿うシールの必要を除去する。シール面78お
よび82はそれゆえ、ポンプ作動中は分離されるようになされている。軸20と
主シール・リング76は回転し、噛み合いシール・リング80の径方向面82に
形成された螺旋溝114のために、面間でポンプ作用を引き起こす。このことは
、ポンプ外部の低い圧力あるいは包囲圧力の流体が、面78と82との間に入り
、主シール・リング76の面78が、リテーナ88内のスプリング96の偏倚効
果に対向して、噛み合いシール・リング80の面82から取りはずされることを
引き起こし、そこで主シール・リング76は、軸20とリテーナ88に関して軸
方向に移動される。これは抗力を減少し、シール78および82の摩耗を除去す
るとともに、過度の熱の発生を妨げる。
しかしながら、ポンプ10が作動されないときは、液体は、環状空洞部44、軸
ボア部16および環状シール空洞部64内に漏れるかもしれない。それゆえに、
これらの部位をシールすることが望ましい。軸20が停止するとき、主シール・
リング76はもはや、噛み合いシール・リング80の螺旋溝114内に空気を吸
い上げない。
主シール・リング・リテーナ88内のスプリング96は、噛み合いシール・リン
グ80の径方向面82、特にそれのダム部116と係合するように、主シール・
リング76の径方向面78を軸方向に付勢し、それによって、流体漏れに対して
固定用シールを提供する。
主シール・リング76は、カーボンから製造されて良(、噛み合いシール・リン
グ80は、シリコン・カーバイドから製造されて良い、、0リング102.10
6.122および128は、イー・アイ・デュポン、デ・ネモールス・アンド・
カンパニー(E、1.DuPont、de Nemours & Co、、)の
登録商標Viton@のようなエラストマーから形成されて良く、ガスケット1
12は、ダムロン(Chemlon)から形成されて良い。軸20、軸スリーブ
22、ポンプ・ハウジング12、シール・ハウジング62、地板60.120お
よび130、リテーナ88、スプリング114、スナップ・リング90およびデ
ィスク98のような他の構成部材は、ステンレス・スチールから製造されて良い
。
上記に説明した実施態様は、滑らかな径方向面78を有する主シール・リング7
6と、それに渡って螺旋溝114を形成する径方向面82を有する噛み合いシー
ル・リング80とを開示するけれども、主シール・リング76の径方向面78が
螺旋溝を形成し、噛み合いシール・リング80の径方向面82が滑らかであって
も良いことが、理解されるであろう。
本発明で開示されたシール構造58は、特に、酸性懸濁液(酸性スラリー:ac
id 5lurries)、石灰懸濁液(石灰スラリー:1ime 5lurr
ies)、腐食性クリーニング溶液(caustic cleaning 5o
lutions)、砂を含んだ水(sandy water)、泥水(スラグ:
s ludge)あるいはコーンシロップ(corn 5yrup)でさえも
含むことにおいて有用性を有しているかもしれない。
かくして本発明は、ポンプが作動されないときに、液体の漏れに対してシールす
るための、羽根車ポンプのための運動用シールを提供することが示された。
この発明の種々の特徴が、特に、図示された発明の実施態様に関連して示され、
かつ説明された。しかしながら、これら特定の構造は、単に図示のためだけであ
り、発明は、請求の範囲の言葉の範囲内で、その最大の解釈を与えられるべきで
あることが理解されなければならない。
補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184の7第1項)平成3年 1月2
1−
Claims (9)
- 1.回転軸と、 前記軸の回転の間、流体に圧力をかけるための前記軸上の羽根車と、 前記軸を取り囲むシール空洞を形成するポンプ・ハウジングと、前記ポンプの作 動中において、前記軸と前記ハウジングとの間の流体漏れに対するシール手段と 、 を有し、 前記軸が回転していないとき、前記手段は、ポンプ作動中において、前記シール 穴空洞から流体を抜くために、前記軸とともに回転可能なエクスペラであって、 それによって、前記ポンプ作動中において、前記ハウジングと前記シールとの間 の流体漏れのないシールの必要性を除去したものと、前記軸が回転していないと き、前記ポンプ・ハウジングと前記軸との間のシールを提供するための運動用シ ール構造との組合せを有し、 前記シール構造は、 a)前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハ ウジングの一方に流体漏れのないような関係で固定された軸方向可動主シール・ リングであって、径方向シール面を形成するものと、 b)前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハ ウジングの他方に流体漏れめないような関係で固定された固定系噛み合いシール ・リングであって、前記主シールリングの前記径方向シール面とシール接触する ようになされた径方向シール面を形成するものと、 を含むポンプにおいて、 前記シール・リングの一方の前記径方向シール面は、滑らかな表面を形成し、 前記シール・リングの他方の前記径方向シール面は、その中に複数の螺旋溝を有 する表面を形成し、 前記面は、一方の周部で前記ポンプ内の流体に曝されるとともに、反対側の周部 で前記ポンプの外部の大気に曝されていて、前記溝は、前記ポンプの外部の大気 にさらされた前記周部から、それの他方の周部に向かって径方向の一部まで延長 して終結して、前記径方向面の前記表面上に形成され、前記溝と前記周部との間 で、前記ポンプの外部の大気に曝され、シール・ダム部は、前記シール・リング の前記他方の前記滑らかな径方向面とシールして係合するようになされていて、 前記軸方向可動リングを、前記固定系噛み合いシール・リングに向かって付勢し て、前記ポンプ軸が作動されていないとき、前記ダム部が、前記他方のリングの 前記径方向面と係合することを引き起こす偏倚手段を有し、 前記溝は、前記ポンプ軸がある圧力下で運転速度で回転しているとき、前記面の 間で大気を吸い上げて、前記径方向面と前記シールリングを分離する ようにされたポンプにおけるシール構造。
- 2.前記螺旋溝の幅は、それらが前記周部から前記他方の周部へ向かって延長す るにつれて収斂する請求の範囲第1項記載のポンプにおけるシール構造。
- 3.前記固定系リングは、前記ハウジングに流体漏れのない関係で固定された請 求の範囲第1項記載のポンプにおけるシール構造。
- 4.前記軸方向可動リングは、前記軸に流体漏れのない関係で固定された請求の 範囲第1項記載のポンプにおけるシール構造。
- 5.前記螺旋溝は、前記面の溝領域と平滑領域との間の境界によって形成された 円の外径側から、前記周部へ延長し、前記ダム部は、前記円の内径側から、前記 他の周部へ延長する請求の範囲第1項記載のポンプにおけるシール構造。
- 6.前記軸の周りの配設されるとともに、その中に前記シール構造が配設される シール・ハウジング空洞を形成する環状シール・ハウジングを含み、前記シール ・ハウジングは前記ポンプ・ハウジングに結合可能な請求の範囲第1項記載のポ ンプにおけるシール構造。
- 7.前記シール・ハウジングは、前記軸の周りに環状開口を形成する径方向壁を 形成し、前記シール・ハウジング空洞は大気への出口をつけられた請求の範囲第 7項記載のポンプにおけるシール構造。
- 8.前記主シール・リングと連携されるとともに、その中に前記主シール・リン グを保持する保持要素を含み、前記保持要素は、前記軸の周りに環状に配設され るとともに、前記軸とともに回転可能であり、かつ複数のボアを形成し、前記各 ボアは、その中にスプリングを着座させ、前記スプリングは、前記噛み合いシー ル・リングと係合するように前記主シール・リングを偏倚するようにされて、固 定用シールを提供する請求の範囲第1項記載のポンプにおけるシール構造。
- 9.回転軸と、 前記軸の回転の間、流体に圧力をかけるための前記軸上の羽根車と、 前記軸を取り囲むシール空洞を形成するポンプ・ハウジングと、前記ポンプの作 動中において、前記軸と前記ハウジングとの間の流体漏れに対するシール手段と 、 を有するポンプにおいて、 前記軸が回転していないとき、前記ポンプ・ハウジングと前記軸との間をシール するための運動用シール構造を提供し、前記軸と前記ハウジングとの間の流体漏 れに対して前記ポンプをシールする方法であって、 前記シール構造は、 a)前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハ ウジングの一方に流体漏れのないような関係で固定された軸方向可動主シール・ リングであって、径方向シール面を形成するものと、 b)前記軸の周りに環状に配設されるようになされるとともに、前記軸と前記ハ ウジングの他方に流体漏れのないような関係で固定された固定系噛み合いシール ・リングであって、前記主シールリングの前記径方向シール面とシール接触する ようになされた径方向シール面を形成するものと、 を含むポンプをシールする方法において、前記シール・リングの一方の前記径方 向シール面は、滑らかな表面を形成し、 前記シール・リングの他方の前記径方向シール面は、その中に複数の螺旋溝を有 する表面を形成し、 前記面は、一方の周部で前記ポンプ内の流体に曝されるとともに、反対側の周部 で前記ポンプの外部の大気に曝されていて、前記溝は、前記ポンプの外部の大気 にさらされた前記周部から、それの他方の周部に向かって径方向の一部まで延長 して終結して、前記径方向面の前記表面上に形成され、前記溝と前記周部との間 で、シール・ダム部は、前記シール・リングの前記他方の前記滑らかな径方向面 とシールして係合するようになされていて、 前記軸方向可動リングを、前記固定系噛み合いシール・リングに向かって付勢し て、前記ポンプ軸が作動されていないとき、前記ダム部が、前記他方のリングの 前記径方向面と係合することを引き起こす偏倚手段を有し、 前記方法はさらに、前記溝が、前記ポンプ軸がある圧力下で運転速度で回転して いるとき、前記面の間で大気を吸い上げて、前記径方向面と前記シール・リング を分離するようにされたポンプをシールする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US07/222,196 US4884945A (en) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | Dynamic seal arrangement for impeller pump |
Publications (1)
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JPH04500993A true JPH04500993A (ja) | 1992-02-20 |
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CA (1) | CA1307422C (ja) |
DE (1) | DE68921755T2 (ja) |
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