(57)【要約】      （修正有）【課題】２つのメカニカルシールを有する軸封機構を好適に冷却できる簡易な構成のポンプを提供する。【解決手段】ポンプ１０は、搬送液の搬送流路を画定するケーシング２０と、ケーシングに収容されるインペラ３０と、ケーシングを貫通してインペラに連結される回転軸４０と、回転軸とケーシングとの隙間を封止するための軸封機構５０と、を備える。軸封機構は、第１メカニカルシールと、第１メカニカルシールよりも回転軸の軸方向においてインペラから離れて配置される第２メカニカルシールと、を有する。そして、ケーシングは、搬送流路と連通して軸方向においてインペラから軸封機構に向かって縮径するように第１メカニカルシールの径方向の外側を覆う冷却用流路２２を画定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送液の搬送流路を画定するケーシングと、
前記ケーシングに収容されるインペラと、
前記ケーシングを貫通して前記インペラに連結される回転軸と、
前記回転軸と前記ケーシングとの隙間を封止するための軸封機構と、
を備え、
前記軸封機構は、第１メカニカルシールと、前記第１メカニカルシールよりも前記回転軸の軸方向において前記インペラから離れて配置される第２メカニカルシールと、を有し、
前記ケーシングは、前記搬送流路と連通して前記軸方向において前記インペラから前記軸封機構に向かって縮径するように前記第１メカニカルシールの径方向の外側を覆う冷却用流路を画定する、
ポンプ。
【請求項２】
前記ポンプは、前記ケーシングと前記インペラとの間に設けられるライナーリングを備え、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に沿った貫通孔を有しており、
前記冷却用流路は、前記ライナーリングにおける隙間と前記貫通孔とを介して前記搬送流路と連通している、
請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記第１メカニカルシールは、前記ケーシングに固定された第１固定環と、前記回転軸と一体に回転して前記第１固定環と当接する第１回転環と、を有し、前記第１固定環は前記第１回転環よりも前記軸方向において前記インペラから離れて配置されている、
請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記第２メカニカルシールは、前記ケーシングに固定された第２固定環と、前記回転軸と一体に回転して前記第２固定環と当接する第２回転環と、を有し、前記第２回転環は前記第２固定環よりも前記軸方向において前記インペラから離れて配置されている、
請求項１から３の何れか１つに記載のポンプ。
【請求項５】
前記第１メカニカルシールは、前記第１回転環を前記第１固定環に向けて付勢する第１付勢部を有し、
前記第２メカニカルシールは、前記第２固定環を前記第２回転環に向けて付勢する第２付勢部を有する、
請求項３を引用する請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記第１メカニカルシールと前記第２メカニカルシールとの間に液体を供給する液体供給部を更に備えている、
請求項１から５の何れか１つに記載のポンプ。
【請求項７】
前記ポンプは、前記ケーシングに取り付けられて前記第２メカニカルシールを収容するカバーを更に備えており、
前記液体供給部は、前記カバーを貫通する液体供給路を有している、
請求項６に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を圧送するために、広くポンプが使用されている。一般に、ポンプは、流路を画定するケーシングに収容されたインペラと、ケーシングを貫通してインペラに接続される回転軸と、を備えている。また、回転軸とケーシングとの隙間から流体が外部に漏れたり、反対に隙間から外気がポンプの内部に侵入したりしないように、回転軸とインペラとの間には軸封機構が設けられている。一般に、ポンプの回転軸に対して使用される軸封機構としては、グランドパッキン及びメカニカルシール等が知られている。
【０００３】
ポンプは、液化石油ガス（ＬＰＧ）またはいわゆるＢＴＸ（ベンゼン、トルエン、キシレン）などの有害物質が含まれる流体を取り扱う場合がある。こうした場合には、ポンプが圧送する流体が外部に漏れださないように、軸封機構として２つのメカニカルシールが用いられる場合がある。一例として、アメリカ石油協会が定めたＡＰＩプラン５２において、２つのメカニカルシールの間にバッファ液を供給する軸封機構の構成が示されている。
【０００４】
こうした２つのメカニカルシールを用いた軸封機構では、ポンプの駆動に伴って特にインペラに近いメカニカルシールの発熱が大きくなる傾向がある。このため、上記したＡＰＩプラン５２に示される軸封機構では、インペラに近いメカニカルシールに対してケーシングの外部から冷却用の流路が設けられている。そして、ポンプが搬送する搬送液または専用の冷却液を冷却用流路からメカニカルシールの外側に供給することにより、インペラに近いメカニカルシールを冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３８７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したメカニカルシールは、メカニカルシールを支持するための支持体を介してケーシングに取り付けられる。また、一般に、軸封機構は、ケーシングに固定されるカバーに収容される。このため、従来、上記したようにメカニカルシールに冷却液を供給するために、カバー及び支持体を貫通させて冷却用流路が設けられていた。ここで、インペラに近いメカニカルシールに向けて冷却液を供給するためにはポンプのケーシングに近い部分に冷却用流路を設ける必要があり、ポンプの限られたスペースにこうした冷却用流路を設けることは困難であった。また、ポンプの全長の長さは、予め定められた長さ以下となるように設計される場合がある。こうした場合には、冷却用流路を設けるために軸封機構の大きさが大きくなると、回転軸の軸心を安定させるための軸受部の長さが短くなり、回転軸の回転安定性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、２つのメカニカルシールを有する軸封機構を好適に冷却できる簡易な構成のポンプを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［形態１］形態１によれば、ポンプが提案され、かかるポンプは、搬送液の搬送流路を画
定するケーシングと、ケーシングに収容されるインペラと、ケーシングを貫通してインペラに連結される回転軸と、回転軸とケーシングとの隙間を封止するための軸封機構と、を備える。軸封機構は、第１メカニカルシールと、第１メカニカルシールよりも回転軸の軸方向においてインペラから離れて配置される第２メカニカルシールと、を有する。そして、ケーシングは、搬送流路と連通するとともに軸方向においてインペラから軸封装置に向かって縮径するように第１メカニカルシールの径方向の外側を覆う冷却用流路を画定する。
かかる構成によれば、搬送液の搬送流路と連通する冷却用流路がインペラから離れるほど縮径するように設けられている。これにより搬送液は、インペラの回転に伴って冷却用流路の外周側を通って第１メカニカルシールに案内されると共に冷却用流路の内周側を通ってインペラ側に案内される。したがって、こうした構成によれば、ケーシングの外部から第１メカニカルシールを冷却するための冷却流路を新たに設けなくても、第１メカニカルシールに搬送液を案内して冷却することができる。つまり、形態１によれば、２つのメカニカルシールを有する軸封機構を好適に冷却できる簡易な構成のポンプを提供することができる。
【０００９】
［形態２］形態１において、ポンプは、ケーシングとインペラとの間に設けられるライナーリングを備え、インペラは、回転軸の軸方向に沿った貫通孔を有しており、冷却用流路は、ライナーリングにおける隙間と貫通孔とを介して搬送流路と連通してもよい。
こうすれば、インペラの回転に伴って、搬送液は、ライナーリングにおける隙間を介して冷却用流路に案内され、貫通孔を介して搬送流路に案内される。
【００１０】
［形態３］形態１または２において、第１メカニカルシールは、ケーシングに固定された第１固定環と、回転軸と一体に回転して第１固定環と当接する第１回転環と、を有し、第１固定環は第１回転環よりも軸方向においてインペラから離れて配置されていてもよい。
こうすれば、第１回転環の外部、および、第１回転環と第１固定環との当接箇所の外部に、搬送流路からの搬送液を供給することができ、第１メカニカルシールの冷却を好適なものとすることができる。
【００１１】
［形態４］形態１から３の何れか１つにおいて、第２メカニカルシールは、ケーシングに固定された第２固定環と、回転軸と一体に回転して第２固定環と当接する第２回転環と、を有し、第２回転環は第２固定環よりも軸方向においてインペラから離れて配置されていてもよい。
こうすれば、第２固定環がケーシングに近い位置に設けられるので、ケーシングに直接的にまたは間接的に固定するのを容易にすることができる。
【００１２】
［形態５］形態３を引用する形態４において、第１メカニカルシールは、第１回転環を第１固定環に向けて付勢する第１付勢部を有し、第２メカニカルシールは、第２固定環を第２回転環に向けて付勢する第２付勢部を有してもよい。
こうすれば、第１付勢部および第２付勢部とによって、軸方向における回転軸の位置を保持することができる。
【００１３】
［形態６］形態１から５の何れか１つにおいて、ポンプは、第１メカニカルシールと第２メカニカルシールとの間に液体を供給する液体供給部を更に備えていてもよい。
こうすれば、搬送液が外部に漏れるのをより確実に防止することができる。
【００１４】
［形態７］形態６において、ポンプは、ケーシングに取り付けられて第２メカニカルシールを収容するカバーを更に備えており、液体供給部は、カバーを貫通する液体供給路を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るポンプの概略断面を示す図である。
【図２】軸封機構の周辺を拡大して示す図である。
【図３】比較例に係るポンプの概略断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、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。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るポンプの概略断面を示す図である。このポンプ１０は、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）またはいわゆるＢＴＸ（ベンゼン、トルエン、キシレン）などの有害物質が含まれる流体を搬送液として圧送できるように構成されている。ただし、ポンプ１０は、こうした例に限らず、下水または汚水などの種々の液体を搬送液として圧送するために用いられればよい。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のポンプ１０は、搬送液の搬送流路を画定するケーシング２０と、ケーシング２０に収容されたインペラ（羽根車）３０と、ケーシング２０を貫通してインペラ３０に連結される回転軸４０と、を備えている。
【００１９】
ケーシング２０は、吸込口２４ａ及び吐出し口２４ｂを有し、吸込口２４ａから吸い込まれた搬送液を吐出し口２４ｂまで案内する搬送流路を画定する。具体的には、本実施形態では、吸込口２４ａは回転軸４０と同心に配置され、ケーシング２０によってインペラ３０から吐出し口２４ｂに向けて渦巻き状の搬送流路が画定される。本実施形態のケーシング２０は、吸込口２４ａ及び吐出し口２４ｂを有する第１ケーシング２４と、回転軸４０が貫通する貫通孔２６ａ（図２参照）を有する第２ケーシング２６とを有する。第１ケーシング２４及び第２ケーシング２６は、回転軸４０に連結されたインペラ３０が内部に収容された状態でビス２８ａによって互いに締結されることにより、ケーシング２０を構成する。第２ケーシング２６は、回転軸４０の軸方向Ａｗにおいてインペラ３０と貫通孔２６ａとが離間するように構成されており、インペラ３０と貫通孔２６ａとの間に冷却用流路２２を画定している。冷却用流路２２は、軸方向Ａｗにおいてインペラ３０から離れるほど（図１中右側に向かうほど）縮径するように構成されている。ここで、冷却用流路２２を画定する第２ケーシング２６の壁面は、円錐面となるように直線状に縮径していていもよいし、内側または外側に凸となる曲面となるように曲線状に縮径していてもよい。
【００２０】
インペラ３０は、回転軸４０に連結されてケーシング２０に収容されている。インペラ３０は、回転軸４０の軸方向Ａｗに対して垂直な略円板状の円板部３２を有すると共に、この円板部３２から吸込口２４ａ側に向けて突出する複数の羽根３３を有している。また、軸方向Ａｗの両端側において、インペラ３０とケーシング２０との隙間にはライナーリング３４ａ，３４ｂが取り付けられている。さらに、インペラ３０の円板部３２の中央近傍には、軸方向Ａｗに貫通する複数の貫通孔３２ａが設けられている。
【００２１】
回転軸４０は、ケーシング２０の貫通孔２６ａを挿通して設けられている。回転軸４０は、一端側（図１中左側）がケーシング２０に収容されたインペラ３０に連結されており、他端側（図１中右側）が軸受部２９ａ，２９ｂによって支持されている。回転軸４０は、図示しない駆動源に接続され、駆動源からの動力によってインペラ３０と一体に回転する。
【００２２】
ポンプ１０は、ケーシング２０と回転軸４０との隙間を封止するための軸封機構５０を備えている。図２は、軸封機構５０の周辺を拡大して示す図である。本実施形態の軸封機構５０は、２つのメカニカルシール６０，７０を有している。２つのメカニカルシール６
０，７０のうち、インペラ３０側に配置されている第１メカニカルシール６０は、シール箇所（回転環６３と固定環６６との当接箇所）がケーシング２０の内部に位置している。また、インペラ３０から離れて配置されている第２メカニカルシール７０は、シール箇所（回転環７３と固定環７６との当接箇所）がケーシング２０の外部に位置している。
【００２３】
第１メカニカルシール６０は、回転軸４０と一体に回転する回転環（第１回転環）６３と、ケーシング２０（第２ケーシング２６）に固定された固定環（第１固定環）６６とを有する。本実施形態では、固定環６６は、第２ケーシング２６の貫通孔２６ａに固定され、回転環６３は、固定環６６よりもインペラ３０側に配置されている。本実施形態では、回転環６３は、回転軸４０に対して軸方向Ａｗに移動可能に取り付けられている。また、回転軸４０にはインペラ３０に隣接して支持体６２が取り付けられており、回転環６３は、支持体６２に設けられた付勢部６４によって固定環６６に向けて付勢されている。付勢部６４としては、例えばバネなどの弾性体を用いることができる。こうした構成により、第１メカニカルシール６０では回転環６３と固定環６６とが当接して回転軸４０とケーシング２０との隙間を封止する。
【００２４】
本実施形態では、第１メカニカルシール６０の回転環６３と固定環６６との当接箇所（シール箇所）がケーシング２０の内部に配置され、第１メカニカルシール６０の外周側には冷却用流路２２が設けられている。冷却用流路２２は、第２ケーシング２６とインペラ３０の背面（図１中右側の面）とによって画定され、ライナーリング３４ａの隙間および貫通孔２６ａを介してインペラ３０の表側（図１中左側）の搬送流路に連通している。上記したように、冷却用流路２２は、軸方向Ａｗに沿ってインペラ３０から離れるほど縮径している。ここで、インペラ３０が回転すると、インペラ３０の外周側は高圧となり、インペラ３０の中央付近は比較的低圧となる。このため、こうした構成により、インペラ３０の回転に伴って搬送流路に搬送液が圧送されるときに、搬送液の一部がライナーリング３４ａの隙間を通過して冷却用流路２２に流れる。冷却用流路に流れた搬送液は、図２の太線矢印で示すように、外周側を通ってインペラ３０から離れる方向に流れた後に、内周側を通ってインペラ３０に近づく方向に流れる。そして、搬送液は、インペラ３０の貫通孔３２ａを通って搬送流路に戻る。このように搬送液が冷却用流路２２を流れることにより、冷却用流路２２に設けられた第１メカニカルシール６０を冷却することができる。つまり、こうした構成により、ケーシング２０の外部から第１メカニカルシール６０に向けて冷却液を供給する冷却機構を備えなくても第１メカニカルシール６０を好適に冷却することができる。
【００２５】
第２メカニカルシール７０は、回転軸４０と一体に回転する回転環（第２回転環）７３と、ケーシング２０に固定された固定環（第２固定環）７６とを有する。本実施形態では、固定環７６は、第２メカニカルシール７０を支持するための支持体５２を介して第２ケーシング２６に固定されており、回転環７３は固定環７６よりもインペラ３０から離れて配置されている。なお、第２メカニカルシール７０の固定環７６を支持する支持体５２は、ビス５１によって第２ケーシング２６に取り付けられている（図１参照）。固定環７６は、軸方向Ａｗに移動可能に取り付けられており、支持体５２に設けられた付勢部７７によって回転環７３に向けて付勢されている。付勢部７７としては、例えばバネなどの弾性体を用いることができる。こうした構成により、第２メカニカルシール７０では回転環７３と固定環７６とが当接して回転軸４０とケーシング２０との隙間を封止する。
【００２６】
第２メカニカルシール７０は、回転環７３と固定環７６との当接箇所（シール箇所）がケーシング２０の外部に配置されており、カバー２７によって覆われている。カバー２７は、ビス２８ｂによって第２ケーシング２６に取り付けられている。本実施形態では、カバー２７は、第２メカニカルシール７０を収容すると共に、回転軸４０を軸支する軸受部２９ａ，２９ｂを支持している。
【００２７】
軸封機構５０は、第１メカニカルシール６０と第２メカニカルシール７０との間に液体を供給する液体供給部５４を備えている。液体供給部５４が供給する液体はいわゆるバッファ液、バリア液、またはメカ液であり、ポンプ１０の搬送液および/または外部に漏れだしても問題がない液体を使用することが好ましい。本実施形態では、液体供給部５４は、カバー２７と支持体５２とを貫通して設けられている液体供給路５３を介して、第１メカニカルシール６０と第２メカニカルシール７０との間に液体を供給する。なお、液体供給部５４は、供給した液体を排出するための排出流路を有していてもよい。ここで、本実施形態では、第１メカニカルシール６０を冷却するための冷却機構がケーシング２０の外部に配置されていないため、液体供給部５４を配置するスペースを確保することが容易となり、ポンプ１０の設計自由度を高くすることができる。
【００２８】
図３は、比較例のポンプ１１０の概略断面を示す図である。比較例のポンプ１１０は本実施形態のポンプ１０と同様に２つのメカニカルシール１６０、１７０を有しているが、比較例の第１メカニカルシール１６０はシール箇所がケーシング１２０の外部に配置されている。また、インペラ１３０に近い第１メカニカルシール１６０は発熱が大きくなる傾向があるため、比較例のポンプ１１０では外部から第１メカニカルシール１６０に冷却液を供給する冷却機構１５８が設けられている。また、実施形態のポンプ１０と同様に、比較例の軸封機構１５０は第１メカニカルシール１６０と第２メカニカルシール１７０との間に液体を供給する液体供給部１５４を有している。このようにカバー２７の内部には冷却機構１５８が設けられるとともに液体供給部１５４が設けられているため、比較例のポンプ１１０ではカバー２７内部の構成が複雑となっている。また、比較例のポンプ１１０では冷却機構１５８と液体供給部１５４とのそれぞれを設けるスペースを確保するために、ポンプ１１０の吸込口１２４ａから軸封機構１５０の遠位端までの距離Ｌ１が長くなっている。
【００２９】
これに対して、本実施形態のポンプ１０では、第１メカニカルシール６０のシール箇所がケーシング２０の内側に配置されて、第１メカニカルシール６０の径方向の外側を覆うように冷却用流路２２が設けられている。これにより、外部から第１メカニカルシール６０に向けて冷却液を供給する冷却機構を設けなくても、インペラ３０の回転に伴って第１メカニカルシール６０を冷却することができる。したがって、比較例のポンプ１１０に比して、カバー２７の内部の設計自由度を大きくすることができるとともにポンプ１０の吸込口２４ａから軸封機構５０の遠位端までの距離Ｌ１を短くすることができる。これにより、ポンプ１０を小型化することができる。また、ポンプ１０の軸方向Ａｗにおける全長が定められている場合には、比較例のポンプ１１０に比して軸受部２９ａ，２９ｂ間の距離を長くすることができ、回転軸４０の回転を安定させることができる。
【００３０】
（変形例）
上記した実施形態では、第１メカニカルシール６０は、回転環６３を固定環６６に向けて付勢する付勢部６４を有するものとしたが、こうした例に限らず、固定環６６を回転環６３に向けて付勢する付勢部を有してもよい。また、第２メカニカルシール７０は、固定環７６を回転環７３に向けて付勢する付勢部７７を有するものとしたが、こうした例に限らず、回転環７３を固定環７６に向けて付勢する付勢部を有してもよい。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組
み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…ポンプ
２０…ケーシング
２２…冷却用流路
２４…第１ケーシング
２６…第２ケーシング
２６ａ…貫通孔
２７…カバー
２９ａ，２９ｂ…軸受部
３０…インペラ
３２…円板部
３２ａ…貫通孔
３３…羽根
３４ａ，３４ｂ…ライナーリング
４０…回転軸
５０…軸封機構
５３…液体供給路
５４…液体供給部
６０…第１メカニカルシール
６３…回転環
６４…付勢部
６６…固定環
７０…第２メカニカルシール
７３…回転環
７７…付勢部
７６…固定環
【図１】
2018178933.tif 000003
【図２】
2018178933.tif 000004
【図３】
2018178933.tif 000005