(57)【要約】【課題】ライナーリングと回転体との隙間を小さく保ちつつ、ライナーリングと回転体とが接触しても摩耗および損傷を少なくすることができ、かつ騒音を著しく低減させることができるシール機構を提供する。【解決手段】シール機構は、ポンプの回転体１に近接して配置されるライナーリング６と、ライナーリング６を半径方向に移動可能に収容する空間１０を形成するライナーリングハウジング７およびライナーリングカバー８と、ライナーリングハウジング７およびライナーリングカバー８の少なくとも一方に設けられた、ライナーリング６の側面に対向する突起１２とを備える。ライナーリング６の軸方向の動きは、突起１２により実質的に拘束されている。【選択図】図３
2012026348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプのシール機構であって、
前記ポンプの回転体に近接して配置されるライナーリングと、
前記ライナーリングを半径方向に移動可能に収容する空間を形成するライナーリングハウジングおよびライナーリングカバーと、
前記ライナーリングハウジングおよび前記ライナーリングカバーの少なくとも一方に設けられた、前記ライナーリングの側面に対向する突起とを備え、
前記ライナーリングの軸方向の動きは、前記突起により実質的に拘束されていることを特徴とするシール機構。
【請求項２】
前記ライナーリングカバーは、前記ライナーリングの高圧側に配置されており、前記突起は、前記ライナーリングカバーに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシール機構。
【請求項３】
前記突起は、３つ以上の突起であることを特徴とする請求項１または２に記載のシール機構。
【請求項４】
前記ライナーリングは樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシール機構。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシール機構と、
羽根車と、
前記羽根車が固定される軸と、
前記羽根車が収容されるポンプケーシングとを備えたことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライナーリングを備えたポンプのシール機構に関し、特にライナーリングとポンプ羽根車との摺動を無くし、かつ騒音を低くしたポンプのシール機構に関するものである。また、本発明は、そのようなシール機構を備えたポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプには、一般に、回転する羽根車によって昇圧された液体が低圧の吸込側に漏洩しないようにライナーリングを有するシール機構が備えられている。このシール機構には、羽根車の表側（吸込側）および裏側（吐出側）の両方にライナーリングを有する両ライナータイプと、羽根車の表側のみにライナーリングを有する片ライナータイプがある。プレス加工された金属部材（例えばステンレス鋼板）から構成された、いわゆるプレスポンプは、通常、片ライナータイプのシール機構を備えている。
【０００３】
ライナーリングは、微小な隙間を介して羽根車上のウエアリングに対向して配置され、液体が高圧側から低圧側に流れることを防止する。図１を参照して、従来のシール機構について説明する。図１は、両ライナータイプのシール機構を示す模式図である。図１に示す遠心ポンプにおいては、羽根車１００の表側および裏側に２つのライナーリング１０３が配置されており、これら２つのライナーリング１０３は、ポンプケーシング１０６に固定されている。また、羽根車１００には２つのウエアリング１０４が設けられている。ライナーリング１０３とウエアリング１０４とは互いに対向して配置され、各ライナーリング１０３の内周面と各ウエアリング１０４の外周面との間には隙間が形成されている。なお、ウエアリング１０４を設けずにライナーリング１０３を直接羽根車に対向して配置することもある。
【０００４】
ライナーリング１０３とウエアリング１０４との間の隙間は、液体の漏洩を防止する観点から、できるだけ小さいことが好ましい。通常の場合、ポンプの口径にもよるが、ライナーリング１０３とウエアリング１０４との間の隙間は、０．３ｍｍほどである。しかしながら、ライナーリング１０３とウエアリング１０４との隙間を小さくし過ぎると、軸１０１と共に回転する羽根車１００のウエアリング１０４が、軸１０１のたわみや、羽根車１００とポンプケーシング１０６間の芯ずれなどにより、ライナーリング１０３に接触し、ライナーリング１０３が摩耗してしまう。その一方で、ライナーリング１０３とウエアリング１０４との隙間を大きくすると、羽根車１００から吐き出された高圧の液体が吸い込み側に容易に流れ込み、ポンプの性能を低下させる。
【０００５】
図２に示すシール機構は、上述したような問題を解消するために、半径方向および軸方向に移動可能なライナーリング１０３を備えた構成を有する。すなわち、ライナーリング１０３は、ライナーリングハウジング１１０およびライナーリングカバー１１１によって形成された空間内に収容されており、この空間内でライナーリング１０３が半径方向および軸方向に移動自在となっている。この例では、ウエアリングを設けずに、ライナーリング１０３が羽根車１００に直接対向して配置されている。
【０００６】
図２に示す遊動ライナーリング構造では、ポンプ運転中に羽根車１００がライナーリング１０３に接触しても、ライナーリング１０３が半径方向および軸方向に移動するので、ライナーリング１０３や羽根車１００が摩耗することがない。したがって、ライナーリング１０３と羽根車１００との隙間を小さく設定することができる。
【０００７】
しかしながら、半径方向および軸方向に自在に移動可能な遊動ライナーリング１０３は、ポンプ運転中に、ライナーリングハウジング１１０およびライナーリングカバー１１１に接触し、騒音を発生させるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２０７４０２号公報
【特許文献２】国際公開第９９／１７０２６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ライナーリングと回転体との隙間を小さく保ちつつ、ライナーリングと回転体とが接触しても摩耗および損傷を少なくすることができ、かつ騒音を著しく低減させることができるシール機構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】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプのシール機構であって、前記ポンプの回転体に近接して配置されるライナーリングと、前記ライナーリングを半径方向に移動可能に収容する空間を形成するライナーリングハウジングおよびライナーリングカバーと、前記ライナーリングハウジングおよび前記ライナーリングカバーの少なくとも一方に設けられた、前記ライナーリングの側面に対向する突起とを備え、前記ライナーリングの軸方向の動きは、前記突起により実質的に拘束されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングカバーは、前記ライナーリングの高圧側に配置されており、前記突起は、前記ライナーリングカバーに設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記突起は、３つ以上の突起であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ライナーリングは樹脂から形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、上記シール機構と、羽根車と、前記羽根車が固定される軸と、前記羽根車が収容されるポンプケーシングとを備えたことを特徴とするポンプである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、遊動ライナーリングの半径方向の移動を許容しつつ、軸方向の移動が突起により実質的に拘束されるので、ライナーリングのばたつきが抑えられ、騒音を低減させることができる。さらに、突起とライナーリングとの接触面積が小さいので、ライナーリングの半径方向の自由な動きは確保される。したがって、ライナーリングと回転体との間の隙間を小さくしても、それらの摩耗を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のシール機構の一例を示す模式図である。
【図２】従来のシール機構の他の例を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るシール機構を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）はライナーリングカバーおよび突起を軸方向から見た図であり、図４（ｂ）はライナーリングカバーおよび突起を半径方向から見た図である。
【図５】図５（ａ）乃至図５（ｅ）は、それぞれ突起の形状の例を示す図である。
【図６】図３に示すシール機構を備えたポンプと、図２に示す従来のシール機構を備えたポンプの騒音実験の結果を示す表である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、ライナーリングの低圧側の側面に形成された溝の例を示す平面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るシール機構の他の構成例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るシール機構を備えたポンプを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
図３は、本発明の一実施形態に係るシール機構を示す模式図である。本実施形態のシール機構は、遠心ポンプなどの液体を移送するポンプに使用される。図３に示すように、シール機構は、ライナーリング６と、ライナーリングハウジング７と、ライナーリングカバー８とを備えている。ライナーリング６は、回転体である羽根車１の流体入口を囲むように配置されている。羽根車１は、軸２を介してモータなどの駆動源（図示せず）により回転駆動され、液体は、羽根車１の回転に伴って矢印に示すように羽根車１内を流れる。
【００１６】
ライナーリングハウジング７およびライナーリングカバー８は、ライナーリング６を収容する環状の空間１０を形成する。ライナーリングハウジング７は、ライナーリング６よりもやや大きい環状の窪みを有し、ライナーリングカバー８は、窪みを覆うようにライナーリングハウジング７に固定されている。ライナーリングカバー８は、ポンプケーシング３内の高圧領域内に配置され、ライナーリング６の高圧側に位置している。一方、ライナーリングハウジング７は、ポンプケーシング３内の低圧領域内に配置され、ライナーリング６の低圧側に位置している。なお、本実施形態では、ライナーリングハウジング７は、ポンプケーシング３と一体に構成されているが、ライナーリングハウジング７をポンプケーシング３とは別体として構成してもよい。
【００１７】
ライナーリングハウジング７およびライナーリングカバー８によって形成された空間１０の中に、ライナーリング６が半径方向に移動可能に配置されている。この空間１０の外径ｄ１は、ライナーリング６の外径ｄ２よりも大きく、したがって、ライナーリング６は、空間１０の外径ｄ１とライナーリング６の外径ｄ２との差分（ｄ１−ｄ２）だけ半径方向に移動可能である。なお、本明細書において軸方向とは、羽根車（回転体）１の回転軸、すなわち軸２に沿った方向であり、半径方向とは、軸方向に垂直な方向である。
【００１８】
ライナーリングカバー８の側面には、ライナーリング６の側面に対向する３つの突起１２が設けられている。ライナーリングカバー８の側面とライナーリング６の側面は、軸方向に垂直な面であり、これらは互いに対向している。突起１２は、ライナーリングカバー８の側面からライナーリング６の側面に向かって突出しており、したがって、突起１２は、ライナーリング６とライナーリングカバー８との間に配置されている。
【００１９】
図４（ａ）はライナーリングカバー８および突起１２を軸方向から見た図であり、図４（ｂ）はライナーリングカバー８および突起１２を半径方向から見た図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、３つの突起１２は、環状のライナーリングカバー８の側面上に周方向において等間隔に配列されている。なお、３つの突起に代えて、１つの突起または２つの突起を設けてもよいが、ライナーリング６が軸方向にばたつくことを防止するために、３つ以上の突起を設けることが好ましい。さらに、３つ以上の突起を等間隔に配置することが好ましい。
【００２０】
突起１２の高さ、すなわち突起１２の軸方向の寸法は、空間１０内のライナーリング６の軸方向の動きが実質的に拘束されるような高さである。したがって、ライナーリング６の軸方向の遊びはほとんどなく、ライナーリング６の軸方向の移動は突起１２によって実質的に拘束される。ここで、実質的に拘束されるとは、ライナーリング６とそれに隣接する部材との間に、嵌め合い公差（例えば、隙間ばめ〜中間ばめ）の程度にあるような隙間が存在することをいう。例えば、ライナーリング６、ライナーリングハウジング７、ライナーリングカバー８の設計寸法の公差から求められるライナーリング６の側面とライナーリングハウジング７の側面との隙間δが、プラス０．３ｍｍ〜マイナス０．３ｍｍの範囲にあり、好ましくはこの隙間δがプラス０．２ｍｍ〜マイナス０．２ｍｍの範囲にあり、究極的には隙間δが０（ゼロ）である。この隙間δが大きすぎるとライナーリング６がばたついて騒音が発生し、また隙間δが小さすぎるとライナーリング６が固定されてしまうため、ライナーリング６が半径方向へ移動できなくなり、羽根車１に接触し摩耗してしまう。
【００２１】
突起１２の形状は、ライナーリング６との接触面積が小さくなるような形状であることが好ましい。より具体的には、突起１２とライナーリング６の側面とは実質的に点接触することが好ましい。例えば、図３に示すように、突起１２は半球状の形状を有することが好ましい。他の形状としては、図５（ａ）に示すような半球状の先端を有した円筒形状、図５（ｂ）に示すような円錐形状、図５（ｃ）に示すような円筒形状、図５（ｄ）に示すような半球状の先端を有した円錐形状、図５（ｅ）に示すような球状などが挙げられる。図３および図５（ａ）乃至図５（ｅ）に示す形状の突起１２とライナーリング６との接触面積は小さいので、突起１２はライナーリング６の半径方向の動きをほとんど拘束せず、したがって空間１０内でのライナーリング６の半径方向の自由な動きが保たれる。
【００２２】
ライナーリングカバー８は、ステンレス鋼などの金属、ＳｉＣなどのセラミック、プラスチックなどの高分子材料、または複数の異なる材料の組み合わせから構成されることが好ましい。本実施形態では、ライナーリングカバー８はステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されており、ライナーリングカバー８の裏面（突起１２が形成される側面と反対の面）からポンチをハンマーなどで打つことで、ライナーリングカバー８に突起１２が形成されている。突起１２とライナーリングカバー８は一体に構成してもよく、またはこれらを別体として構成してもよい。
【００２３】
ライナーリング６の内周面は、羽根車１の外周面に近接して配置されている。回転する羽根車１との接触による摩耗を防ぐために、ライナーリング６は耐摩耗性の高い材料から構成されている。本実施形態では、ライナーリング６は樹脂から構成されている。樹脂製のライナーリング６では、突起１２に押し付けられたときでも、ライナーリング６の弾性変形によりライナーリング６の半径方向の動きが拘束されにくい。さらに、ライナーリング６と突起１２との摩擦抵抗を少なくするために、ライナーリング６をポリテトラフルオロエチレンまたはテフロン（登録商標）から構成することが好ましい。
【００２４】
なお、本実施形態では、ライナーリング６の内周面が羽根車１の流体入口の外周面に直接対向して配置されているが、図１に示すように、羽根車１にウエアリングを取り付け、このウエアリングに対向するようにライナーリング６を配置してもよい。この場合、羽根車１とウエアリングがポンプの回転体を構成する。
【００２５】
次に、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプの騒音実験の結果について図６の表を参照して説明する。図６は、図３に示すシール機構を備えたポンプと、図２に示す従来のシール機構を備えたポンプの騒音実験の結果を示す表である。本実施形態に係るシール機構の隙間δを約０．１ｍｍとした。図６の表に示すように、従来のシール機構を備えたポンプの騒音が約６５ｄＢであったのに対し、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプの騒音は約５０ｄＢであった。特に、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプでは、ライナーリング６のばたつきに起因する耳障りな周期的な騒音がなかった。この実験結果から、本発明のシール機構が騒音の低減に十分な効果を奏することが分かった。
【００２６】
ライナーリング６を軸方向から支持する突起１２を設けることにより、ライナーリング６とライナーリングハウジング７との軸方向の隙間がほとんどなくなる。したがって、ライナーリング６の軸方向のばたつきがなくなり、これにより騒音の少ないシール機構が実現される。さらに、ライナーリング６の半径方向の動きは突起１２によっては拘束されないので、ライナーリング６と羽根車１（またはウエアリング）との隙間を小さくしても、ライナーリング６の摩耗を低減することができる。
【００２７】
ライナーリングカバー８に代えて、ライナーリングハウジング７に突起１２を設けてもよく、あるいは、ライナーリングカバー８およびライナーリングハウジング７の両方に突起１２を設けてもよい。しかしながら、図３に示すように高圧側に配置されるライナーリングカバー８のみに突起１２を配置することが好ましい。これは、羽根車１のポンプ作用によりライナーリング６が低圧側のライナーリングハウジング７に押し付けられるため、ライナーリングハウジング７に突起１２がある場合、環状の空間１０の内部でライナーリング６が不安定な体勢となってしまうことがあるからである。
【００２８】
ここで、ライナーリング６の低圧側の側面に、半径方向またはスパイラル状に延びる溝を設けてもよい。図７（ａ）および図７（ｂ）は、ライナーリング６の低圧側の側面に形成された溝の例を示す平面図である。溝１５は、ライナーリング６の低圧側の側面に複数形成される。ここで、ライナーリング６の低圧側の側面とは、ライナーリングハウジング７の側面に対向する面である。羽根車１が回転すると、高圧領域内の液体の一部がライナーリング６とライナーリングハウジング７との間の隙間を通過して低圧領域に流れ込む。このとき、低圧側の液体の負圧が溝１５に廻り込み、ライナーリング６の低圧側の側面が吸盤のようにライナーリングハウジング７の側面に密着する。したがって、ライナーリング６の軸方向の遊びがなくなり、ポンプの運転中の騒音がさらに低減される。ライナーリング６に代えて、ライナーリング６の低圧側の側面に対向するライナーリングハウジング７の側面に上記溝を形成してもよい。
【００２９】
図８は、本実施形態に係るシール機構の他の構成例を示す図である。この例では、羽根車１の吸込側に加えて、羽根車１の裏側にもライナーリング６、ライナーリングハウジング７、ライナーリングカバー８、および突起１２が配置されている。ライナーリングカバー８は羽根車１の裏面に近接して配置され、突起１２は、ライナーリング６の側面に対向するようにライナーリングカバー８の側面に配置されている。この例でも、図８に示すように、高圧側に配置されるライナーリングカバー８のみに突起１２を配置することが好ましい。
【００３０】
図９は、本実施形態に係るシール機構を備えたポンプを示す断面図である。このポンプは、一段の羽根車１を備えた遠心ポンプである。羽根車１は、軸２を介してモータＭに連結されており、モータＭによって回転駆動される。ポンプケーシング３と軸２との間の隙間は、メカニカルシール１７によって封止されている。羽根車１の流体入口を囲むように、本実施形態に係るシール機構２０が設けられている。なお、この例では、ライナーリングハウジング７（図３参照）は、ポンプケーシング３とは別体として設けられている。
【００３１】
モータＭにより羽根車１が回転すると、矢印で示すように、液体は吸込口３ａからポンプケーシング３内に吸い込まれ、羽根車１の回転により昇圧された後、吐出口３ｂから吐き出される。本実施形態に係るシール機構２０を備えたポンプによれば、ライナーリング６とライナーリングハウジング７との接触の際の衝撃が低減されるので、騒音を低減させることができる。なお、本発明に係るシール機構は、図９に示す単段の遠心ポンプに限らず、多段遠心ポンプにも適用することができることはもちろんである。
【００３２】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１    羽根車
２    軸
３    ポンプケーシング
６    ライナーリング
７    ライナーリングハウジング
８    ライナーリングカバー
１２    突起
２０    シール機構
【図１】
2012026348.tif 000003
【図２】
2012026348.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012026348.tif 000009
【図８】
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【図９】
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