JP2006214289A - 産業用ポンプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸封装置を冷却する冷却手段の形成が容易な産業用ポンプを提供する。
【解決手段】羽根車７が取り付けられた回転軸６の両端側を、ポンプ本体１に設けられた軸受１２により回転自在に支持し、かつ軸受１２に隣接配置された軸封装置１６を、外部より導入した冷却水により冷却するようにした産業用ポンプであって、軸封装置１６が収容されたブラケット１３の内周面に、軸封装置１６の軸封ケース１６ａを焼きばめにより嵌着すると共に、ブラケット１３と軸封ケース１６ａとの境界部に、冷却水を通水することにより軸封装置１６を冷却する冷却手段１７を設けたもので、冷却手段１７の開口部にカバーを溶接して塞ぐ必要がないため、溶接作業や溶接後に行う熱処理が不要となり、これら作業に要する作業工数の削減が図れるため、ポンプ全体のコスト削減が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所や原子力発電所等で使用されている給水ポンプのように、主として高温水の送水を行う産業用ポンプに関する。

従来、火力発電所で使用されているボイラ給水ポンプや、原子力発電所で使用されている原子炉給水ポンプのように、主として高温水の送水を行う産業ポンプには、例えばメカニカルシール等の軸封装置が使用されているが、軸封装置はポンプ運転時高温になるため、外部より導入した冷却水により冷却することにより軸封性能が低下するのを防止している。
また軸封装置の冷却方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、ケーシングの一部やメカニカルシールカバーの一部、もしくはケーシングとメカニカルシールカバーの間に、軸封装置を囲むようにジャケット室を形成して、このジャケット室内に外部から冷却水を注入することにより、軸封装置を冷却する方法が一般に採用されている。

一方軸封装置を囲むようにジャケット室を形成する方法としては、前記特許文献１に記載されたもののように、ケーシング内に形成されたジャケット室の開口部をメカニカルシールカバーで塞ぐ方法や、メカニカルシールカバー内に形成されたジャケット室をケーシングで塞ぐ方法、ケーシングとメカニカルシールカバーの合わせ目部分にジャケット室を形成する方法等の他に、例えば図７及び図８に示す方法がある。
図７に示す冷却手段の構造は、軸封装置ａを囲むようにブラケットｂ内に冷却室ｃが形成されており、冷却室ｃの開口部には、カバーｄが溶接等の手段で液密に固着されている。
また図８に示す冷却手段の構造は、軸封装置ａの軸封ケースｅ内に冷却室ｃが形成されていて、軸封ケースｅの周囲に設けられたブラケットｂが冷却室ｃの開口部を塞いでおり、軸封ケースｅとブラケットｂの境界面には、液漏れを防止するため例えばＯリングｆ等のパッキン類が介在されている。
特開平７−３０５６９１号公報

しかし前記特許文献１に記載された流体機械のように、ケーシングやメカニカルシールカバーの一部にジャケット室を形成したり、図７に示すようにブラケットｂ内に冷却室ｃを形成するようにしたものでは、ケーシングやメカニカルシールカバー、ブラケットｂを鋳造品で製作する場合、鋳型を製作する木型の構造が複雑となるため、木型費用が高くなる上、鋳型により鋳造された鋳物のジャケット室や冷却室には、砂抜きするための開口部を予め形成しておく必要がある。
このため鋳造後ジャケット室の開口部をメカニカルシールカバーやケーシングの一部で閉鎖したり（特許文献１の場合）、冷却室ｃの開口部をカバーｄで密閉する（図７に示す冷却手段の場合）必要があり、冷却手段の構造が複雑となるためポンプ全体のコストアップの原因となる問題がある。
また鋳物は鋳造する際、巣等の欠陥が発生しやすいため信頼性に欠けると共に、冷却室ｃの開口部にカバーｄを溶接する場合、冷却室ｃの開口部に機械加工により凹段部を形成して、この凹段部にカバーｄを嵌合した状態で溶接した後、溶接部の残留応力を除去するため熱処理を行う等の作業が必要となり、機械加工や溶接作業に多くの作業工数を必要として、ポンプ全体のコストアップの原因となる問題もある。

一方特許文献１や図８に示すように、ケーシングとメカニカルシールカバーの境界部分や軸封ケースｅとブラケットｂの境界部部分に冷却室ｃを形成したものでは、境界面からの液漏れを防止するためＯリングｆを設けているが、Ｏリングｆは高温下で使用していると劣化してシール効果が早期に低下するため、定期的に交換する必要がある。
しかしＯリングｆの交換作業は、軸封装置ａを分解して行う必要があるため、交換作業に多くの時間と手間を必要として作業性が悪い上、修理期間中ポンプの運転ができないため、発電所を停止させなければならない等の問題もある。

本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、軸封装置を冷却する冷却手段の形成が容易な産業用ポンプ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の産業用ポンプは、羽根車が取り付けられた回転軸の両端側を、ポンプ本体に設けられた軸受により回転自在に支持し、かつ軸受に隣接配置された軸封装置を、外部より導入した冷却水により冷却するようにした産業用ポンプであって、軸封装置が収容されたブラケットの内周面に、軸封装置の軸封ケースを焼きばめにより嵌着一体化すると共に、ブラケットと軸封ケースとの境界部に、冷却水を通水することにより軸封装置を冷却する冷却手段を設けたものである。

前記構成により、複雑な構造の木型を使用して鋳型を製造する必要のない鍛造品を使用することが可能になり、木型費用が不要となる。
これによって製作期間の短縮が図れる上、冷却室の開口部にカバーを溶接して塞ぐ必要がないため、溶接作業や溶接後に行う熱処理が不要となり、これら作業に要する作業工数の削減が図れることから、ポンプ全体のコスト削減が可能となる。

本発明の産業用ポンプは、冷却手段を、ブラケットの内周面に設けられた環状の冷却室または軸封ケースの外周面に設けられた環状の冷却水流路により形成したものである。

前記構成により、外部より冷却室または冷却水流路に導入した冷却水により軸封ケースの外周面を直接冷却することができるため、軸封装置の冷却効果が一段と向上すると共に、ブラケットや軸封ケースに冷却室または冷却水流路を容易に形成することができるため、部品コストの低減も図れる。

本発明の産業用ポンプは、ブラケットと前記軸封ケースの嵌合面に、環状の凹溝と環状の突条とからなる凹凸面を形成したものである。

前記構成により、ブラケットと軸封ケースの嵌合面を平面にした場合に比べて平均面圧が倍増するため、ブラケットと軸封ケースの嵌合面の境界に液漏れを防止するＯリングを設ける必要がなくなり、これによって軸封装置を分解して定期的にＯリングを交換する等のメンテナンス作業が不要となることから、修理期間中ポンプの運転ができないため、発電所を停止させなければならない等の問題を解消することができる。

本発明の産業用ポンプは、突条の先端側角部をエッジ状に形成し、かつ焼きばめした際応力が集中しやすい個所に曲率Ｒを形成したものである。

前記構成により、ブラケットに軸封ケースを焼きばめした際、一方の嵌合面が塑性変形して突条が相手部材に食い込むため、突条のエッジ部面圧は、平均面圧に対して局部的に数倍の高面圧が得られるようになると共に、嵌合部全長の凹溝と突条の割合を調整することにより、両者の間に任意な面圧が得られるようになる。
また焼きばめした際の集中応力を分散することができるため、ブラケットや軸封ケースの耐久性が向上する。

本発明の産業用ポンプの製造方法は、羽根車が取り付けられた回転軸の両端側を、ポンプ本体に設置された軸受により回転自在に支持し、かつ軸受に隣接配置された軸封装置を、外部より導入した冷却水により冷却するようにした産業用ポンプの製造方法であって、軸封装置が設けられたブラケットの内周面または軸封ケースの外周面に、冷却室または冷却水流路からなる冷却手段を形成し、かつブラケットと軸封ケースの嵌合面に環状の凹溝と環状の突条とからなる凹凸面を形成すると共に、ブラケットを加熱し、また軸封ケースを冷却した状態でブラケットの内周に軸封ケースを嵌合した後両者を冷却することにより、ブラケット内に軸封ケースを焼きばめしたものである。

前記方法により、複雑な構造の木型を使用して鋳型を製造する必要のない鍛造品を使用することが可能になり、木型費用が不要となる。
これによって製作期間の短縮が図れる上、冷却室の開口部にカバーを溶接して塞ぐ必要がないため、溶接作業や溶接後に行う熱処理が不要となり、これら作業に要する作業工数の削減が図れるため、ポンプ全体のコスト削減が可能となる。
またブラケットと軸封ケースの嵌合面を平面にした場合に比べて平均面圧が倍増するため、ブラケットと軸封ケースの嵌合面の境界に液漏れを防止するＯリングを設ける必要がなくなり、これによって軸封装置を分解して定期的にＯリングを交換する等のメンテナンス作業が不要となることから、修理期間中ポンプの運転ができないため、発電所を停止させなければならない等の問題を解消することができる。

本発明の産業用ポンプによれば、冷却手段の開口部にカバーを溶接して塞ぐ必要がないため、溶接作業や溶接後に行う熱処理が不要となり、これら作業に要する作業工数の削減が図れるため、ポンプ全体のコスト削減が可能となる。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１はバーレル形多段タービンポンプよりなる産業用ポンプの断面図、図２は軸封装置付近の拡大断面図、図３及び図４は産業用ポンプの軸封ケース焼きばめ時の説明図である。
図１に示す産業用ポンプのポンプ本体１は、バーレルケーシングと呼ばれる外ケーシング１ａ内に、整流作用を有する水返し羽根２と案内羽根３が設けられた複数段のステージ４からなる内ケーシング５が設けられている。
外ケーシング１ａと内ケーシング５の中心は同軸となっていて、内ケーシング５の中心部を貫通するよう回転軸６が設けられており、この回転軸６に、各ステージ４毎に設けられた羽根車７が取り付けられている。
外ケーシング１ａの一端側外周部には、吸い込み口８が設けられていて、この吸い込み口８より内ケーシング５の初段羽根車７に高温水が流入されるようになっており、初段の羽根車７に流入された高温水は、各ステージ４毎に設けられた複数段の羽根車７により順次昇圧されて最終段の羽根車７に達し、外ケーシング１ａの他端側外周部に設けられた吐出口９より吐出されるようになっている。

外ケーシング１ａの吐出口９側開口部には、高圧水に耐える構造のケーシングカバー１０がボルト等の固着具（図示せず）により締結されており、外ケーシング１ａの一端側とケーシングカバー１０の中心部には、回転軸６を回転自在に支持する軸受１２が収容された軸受ハウジング２１がブラケット１３を介して図示しない固着具により締結されている。
外ケーシング１ａの一端側に締結された軸受ハウジング２１内には、ラジアル軸受１２ａが、そしてケーシングカバー１０側に締結された軸受ハウジング２１内には、ラジアル軸受１２ａとスラスト軸受１２ｂが収容されていて、各ラジアル軸受１２ａにより回転軸６のラジアル方向の荷重を支持し、スラスト軸受１２ｂによりスラスト方向の荷重を支持するようになっている。
また各ブラケット１３内には、軸受ハウジング２１と吸い込み口８の間及びケーシングカバー１０と軸受ハウジング２１の間にそれぞれ軸封室１５が形成されていて、これら軸封室１５内に、メカニカルシール等の軸封装置１６が収容されており、軸封室１５の周囲には、外部から注水口１１を経て導入された冷却水により軸封装置１６を冷却する冷却手段１７が設けられていると共に、軸封装置１６を冷却した冷却水は図示しない排水口より外部へ排出されるようになっている。

冷却手段１７は図２に示すように、ブラケット１３の内周面に形成された環状の冷却室１７ａよりなり、ブラケット１３の内周面に軸封装置１６の軸封ケース１６ａを後述する方法で焼きばめすることにより、冷却室１７ａの開口部が軸封ケース１６ａにより密閉されると同時に、ブラケット１３と軸封ケース１６ａが一体化されており、ブラケット１３の内周面に突設されたフランジ１３ａの軸封ケース１６ａ側角部には曲率Ｒが形成されていて、焼きばめ後フランジ１３ａの付け根部分に応力が集中するのを防止している。
ブラケット１３の内周面に軸封ケース１６ａを焼きばめすることにより、密閉構造の冷却室１７ａを形成するに当たっては、ブラケット１３と軸封ケース１６ａを製作した後、両者の嵌合部に所定の締め代δが得られるように、締め代δ分だけブラケット１３の内径が小さくなるよう内周面を機械加工するか、逆に締め代δ分だけ軸封ケース１６ａの外径が大きくなるよう機械加工した後両者を焼きばめするが、両者の嵌合面２０が嵌合部長さの全長に亘って図３に示すように平面とした場合、締め代δにより得られる嵌合部の面圧Ｐｍは、嵌合部の長さ方向にほぼ均一となる。

これに対し図４に示すように、嵌合面２０の一方に締め代δ相当の凹凸を円周方向に形成して焼きばめした場合には、嵌合部の面圧が嵌合面２０を平面にした場合に比べて増加する。
図４は嵌合部の全長に対して、凹溝２０ａと突条２０ｂの割合が１：１となるように凹凸を形成した場合を示しており、この図から明らかなように、嵌合面２０に凹凸を形成した場合、嵌合面２０を平面にした場合に比べて平均面圧がほぼ２倍の２Ｐｍとなる。
また突条２０ｂの角部に丸みを付けず、鋭利なエッジ状とすることにより両者を焼きばめした際、一方の嵌合面２０が塑性変形して突条２０ｂが相手部材に食い込むため、突条２０ｂのエッジ部面圧は、平均面圧Ｐｍに対して局部的に約３〜４倍の高面圧となる。
すなわちこの方法によれば、嵌合部全長の凹溝２０ａと突条２０ｂの割合を調整することにより、両者の間に任意な面圧Ｐｍが得られることになるため、産業用ポンプの仕様や大きさ、使用条件等に応じて面圧調整が自由に行える。

次にブラケット１３の内周面に軸封装置１６の軸封ケース１６ａを焼きばめする方法を説明すると、ブラケット１３の内周面に軸封ケース１６ａを焼きばめして密閉構造の冷却室１７を製作するに当たっては、ブラケット１３と軸封ケース１６ａを同材質の金属を使用して製作する。
その理由は、高温水の送水に使用する産業用ポンプは、運転時軸封装置１６付近が高温となるため、ブラケット１３と軸封ケース１６ａを異質金属で製作した場合、熱膨張率の差から嵌合面２０に面圧の不均一や面圧の低下が発生して、水漏れの原因となるためである。
同材質の金属を使用してブラケット１３及び軸封ケース１６ａを鍛造により製作したら、焼きばめした際所定の締め代δが得られるように嵌合面２０を精度よく機械加工して、嵌合面２０の一方に凹溝２０ａと突条２０ｂを形成する。

次にブラケット１３側を加熱炉等で例えば１５０°Ｃ程度に加熱して、熱膨張によりブラケット１３の内周を拡径し、逆に軸封ケース１６ａ側をドライアイス等の冷媒により−４０°Ｃ程度に冷却して、軸封ケース１６ａの外径を熱収縮させる。
そしてこの状態でブラケット１３の内周面に軸封ケース１６ａを嵌挿して、ブラケット１３の内周面に形成された冷却室１７ａを密閉したら、両者を自然冷却または強制冷却させて、ブラケット１３の内周面に軸封ケース１６ａ外周面を焼きばめするもので、自然冷却または強制冷却によりブラケット１３は収縮し逆に軸封ケース１６ａは膨張するため、嵌合部２０に突設された突条２０ｂが相手材の嵌合面２０に食い込んで両者が一体化されると同時に、嵌合面２０に図４に示すように高面圧Ｐｍが得られるようになり、ブラケット１３と軸封ケース１６ａの境界面にＯリングを設けなくとも液漏れが発生することがないため、Ｏリング等のシール手段が不要となる。

一方図５及び図６は軸封装置１６を冷却する冷却手段１７の変形例を示すもので、この変形例では、軸封ケース１６ａの外周面に環状の冷却水流路１７ｂを形成し、この冷却水流路１７ｂの開口部をブラケット１３の内周面で密閉した構造となっている。
ブラケット１３の外周部には、冷却水の注水口１１が穿設されていて、この注水口１１より冷却水流路１７ｂ内に冷却水が流入されるようになっており、冷却水流路１７ｂに流入された冷却水は、冷却水流路１７ｂより内周側に穿設された複数の流入口１７ｃより軸封室１５内に流入して軸封装置１６を冷却した後、図示しない流出口より外部へ排出されるようになっている。
また前記変形例の場合は、ブラケット１３の内周面に軸封ケース１６ａの外周面が焼きばめされており、両者の嵌合面２０には、前記実施の形態と同様に凹溝２０ａと突条２０ｂが機械加工により交互に形成されていて、軸封ケース１６ａを焼きばめした際、嵌合面２０に高い面圧Ｐｍが得られるようになっており、軸封ケース１６ａの一端側に突設されたフランジ１６ｂの嵌合面２０側角部には曲率Ｒが形成されていて、焼きばめ後フランジ１６ｂの付け根部分に応力が集中するのを防止している。

なお前記実施の形態及び変形例では、ブラケット１３及び軸封ケース１６ａを鍛造により製作した場合について説明したが、同材質であれば、何れか一方若しくは両方を鋳造品で製作してもよく、前記実施の形態及び変形例のように両者を鍛造品で形成した場合は、鋳造時発生する欠陥がなくなるため、欠陥を補修する手間が不要となる上、部品の品質がさらに向上する。
また軸封ケース１６ａの外周面に凹溝２０ａと突条２０ｂを形成した場合を図示したが、ブラケット１３の内周面側に凹溝２０ａと突条２０ｂを形成しても勿論よい。

本発明の実施の形態になる産業用ポンプの断面図である。 本発明の実施の形態になる産業用ポンプの軸封装置付近の拡大断面図である。 本発明の実施の形態になる産業用ポンプの軸封ケース焼きばめ時の説明図である。 本発明の実施の形態になる産業用ポンプの軸封ケース焼きばめ時の説明図である。 本発明の実施の形態になる産業用ポンプの変形例を示す断面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 従来の産業用ポンプの軸封装置付近の断面図である。 従来の産業用ポンプの軸封装置付近の断面図である。

符号の説明

１ ポンプ本体
６ 回転軸
１３ ブラケット
１６ 軸封装置
１６ａ 軸封ケース
１７ 冷却手段
１７ａ 冷却室
１７ｂ 冷却水流路
２０ 嵌合面
２０ａ 凹溝
２０ｂ 突条
２１ 軸受ハウジング

Claims (5)

1. 羽根車が取り付けられた回転軸の両端側を、ポンプ本体に設けられた軸受により回転自在に支持し、かつ前記軸受に隣接配置された軸封装置を、外部より導入した冷却水により冷却するようにした産業用ポンプであって、前記軸封装置が収容されたブラケットの内周面に、前記軸封装置の軸封ケースを焼きばめにより嵌着一体化すると共に、前記ブラケットと前記軸封ケースとの境界部に、冷却水を通水することにより、前記軸封装置を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする産業用ポンプ。
2. 前記冷却手段を、前記ブラケットの内周面に設けられた環状の冷却室または前記軸封ケースの外周面に設けられた環状の冷却水流路により形成してなる請求項１に記載の産業用ポンプ。
3. 前記ブラケットと前記軸封ケースの嵌合面に、環状の凹溝と環状の突条とからなる凹凸面を形成してなる請求項１または２に記載の産業用ポンプ。
4. 前記突条の先端側角部をエッジ状に形成し、かつ焼きばめした際応力が集中しやすい個所に曲率Ｒを形成してなる請求項３に記載の産業用ポンプ。
5. 羽根車が取り付けられた回転軸の両端側を、ポンプ本体に設置された軸受により回転自在に支持し、かつ前記軸受に隣接配置された軸封装置を、外部より導入した冷却水により冷却するようにした産業用ポンプの製造方法であって、前記軸封装置が設けられたブラケットの内周面または前記軸封ケースの外周面に、冷却室または冷却水流路からなる冷却手段を形成し、かつ前記ブラケットと前記軸封ケースの嵌合面に環状の凹溝と環状の突条とからなる凹凸面を形成すると共に、前記ブラケットを加熱し、また前記軸封ケースを冷却した状態で前記ブラケットの内周に前記軸封ケースを嵌合した後両者を冷却することにより、前記ブラケット内に前記軸封ケースを焼きばめしたことを特徴とする産業用ポンプの製造方法。
   

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