(57)【要約】【課題】シール機能を長寿命化し得る軸封装置およびこれを備えるポンプを提供する。【解決手段】軸封装置１０は、ポンプ１００のケーシング１側に固定されるスタフィングボックス５０と、スタフィングボックス５０側に固定される静止環３０と、シャフト３とともに回転する回転環２０と、スタフィングボックス５０内に設けられてシャフト３と一体で回転するとともに回転環２０を保持する保持器４０と、を備える。そして、静止環３０と回転環２０とは、軸方向に対向配置された相互の摺動面３１、２１同士が、互いに摺接されるシール摺動部１２を形成して機器内部から外部または外部から内部へのスラリの漏れを防止するように構成される。保持器４０は、保持器４０の前縁外周部に、シャフト３の軸方向前方に向けて張り出す円環状の突起部４６が設けられている。【選択図】図１
2020101188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体機器の回転軸の軸封部に用いられる軸封装置であって、
前記流体機器のケーシングに固定されるスタフィングボックスと、該スタフィングボックスに収容されるメカニカルシール機構と、被送流体中の固形粒子を前記軸封部とは反対のケーシング側に戻す粒子排除機構と、を備え、
前記メカニカルシール機構は、前記スタフィングボックスの軸方向外部側の位置に前記回転軸と同軸に固定される静止環と、前記スタフィングボックスの軸方向内部側の位置に前記静止環に対向配置されて前記回転軸とともに回転する回転環と、該回転環よりも前記スタフィングボックスの軸方向内部側の位置に設けられて前記回転軸と一体で回転するとともに前記回転環を保持する保持器と、を有し、
前記静止環と前記回転環とは、対向配置された相互の径方向に沿った面同士が互いに摺動されるシール摺動部を形成して前記流体機器の内部から外部または外部から内部への被送流体の漏れを防止するように構成され、
前記粒子排除機構は、前記保持器が、接液部である自身の前縁外周部に、前記スタフィングボックスの軸方向内部側に向けて張り出す円環状の突起部を有する構成である第一の粒子排除機構を備えることを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
前記粒子排除機構は、前記第一の粒子排除機構に替えてまたは前記第一の粒子排除機構と共に、前記保持器の外周面に円環溝状に形成された単列または複列のラビリンス溝を有する構成である第二の粒子排除機構を備える請求項１に記載の軸封装置。
【請求項３】
前記粒子排除機構は、前記第一若しくは第二の粒子排除機構に替えてまたは前記第一および第二の粒子排除機構に替えてまたは前記第一および第二の粒子排除機構と共に、前記保持器の外周面に、前記保持器の後縁部から前縁部に向けて拡径する円錐台状の勾配面を形成するとともに、前記スタフィングボックスの内周面に、前記スタフィングボックスの後縁部から前縁部に向けて拡径する円錐台状の勾配面を、径方向で対向する前記保持器の外周面に対して所定のクリアランスを隔てて形成してなる構成である第三の粒子排除機構を備える請求項２に記載の軸封装置。
【請求項４】
前記スタフィングボックスには、前記メカニカルシール機構と大気側二次シールとの間の位置に、二次流体供給部が設けられており、
該二次流体供給部は、前記メカニカルシール機構と大気側二次シールとの間の閉鎖空間に、二次流体を封入またはパージングないしクエンチング可能に構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸封装置。
【請求項５】
ケーシングと、該ケーシング内に回転自在に支持されるインペラと、該インペラを回転自在に支持する回転軸と、該回転軸の軸封部に装備された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸封装置と、を備える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、ポンプ等の流体機器の軸封部に用いられる軸封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ等の流体機器では、駆動軸の軸封部に、メカニカルシール機構を備える軸封装置が用いられる（例えば特許文献１参照）。
ここで、ポンプ等の流体機器は、被送流体として、非溶解性の固形粒子を液体中に含むスラリを移送する場合、固形粒子との衝突によって接液部の内面に摩耗が進行する。
そのため、この種のスラリを移送する用途では、軸封装置の摺動するシール摺動部には、硬度の高いセラミックス（例えばＳｉＣ）や超硬合金材料等が摺動材として用いられる。流体機器の稼動時には、シール摺動部の摺動面同士の間に薄い液膜が形成され、これにより、シール摺動部の温度上昇を抑制してメカニカルシール機構として成立する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−７８４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、軸封装置のシール摺動部に形成された液膜に、固形粒子中の硬い微粒子が混入すると、シール摺動部の摺動面に早期摩耗が生じ、シール寿命が著しく低下するという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、シール機能を長寿命化し得る軸封装置およびこれを備えるポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る軸封装置は、流体機器の回転軸の軸封部に用いられる軸封装置であって、前記流体機器のケーシングに固定されるスタフィングボックスと、該スタフィングボックスに収容されるメカニカルシール機構と、被送流体中の固形粒子を前記軸封部とは反対のケーシング側に戻す粒子排除機構と、を備え、前記メカニカルシール機構は、前記スタフィングボックスの軸方向外部側の位置に前記回転軸と同軸に固定される静止環と、前記スタフィングボックスの軸方向内部側の位置に前記静止環に対向配置されて前記回転軸とともに回転する回転環と、該回転環よりも前記スタフィングボックスの軸方向内部側の位置に設けられて前記回転軸と一体で回転するとともに前記回転環を保持する保持器と、を有し、前記静止環と前記回転環とは、対向配置された相互の径方向に沿った面同士が互いに摺動されるシール摺動部を形成して前記流体機器の内部から外部または外部から内部への被送流体の漏れを防止するように構成され、前記粒子排除機構は、前記保持器が、接液部である自身の前縁外周部に、前記スタフィングボックスの軸方向内部側に向けて張り出す円環状の突起部を有する構成である第一の粒子排除機構を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の一態様に係る軸封装置によれば、回転環を保持する保持器が、保持器の接液部である前縁外周部に、スタフィングボックスの内部側に向けて張り出す円環状の突起部を有する第一の粒子排除機構を備えるので、その円環状の突起部が、いわば「ねずみ返し」として、被送流体中の固形粒子を軸封部とは反対の側に戻す粒子排除機構として機能する。そのため、回転環と静止環とのシール摺動部に到達する固形粒子の量を抑制できる。よって、メカニカルシール機構のシール機能の長寿命化を図ることができる。
【０００７】
ここで、本発明の一態様に係る軸封装置において、前記粒子排除機構は、前記第一の粒子排除機構に替えてまたは前記第一の粒子排除機構と共に、前記保持器の外周面に円環溝状に形成された単列または複列のラビリンス溝を有する構成である第二の粒子排除機構を備えることは好ましい。
【０００８】
このような構成であれば、円環溝状に形成されたラビリンス溝によっても、被送流体中の固形粒子を軸封部とは反対の側に戻すことができる。つまり、ラビリンス溝が第二の粒子排除機構として機能する。
そのため、第一の粒子排除機構に替えて第二の粒子排除機構を設ければ、これにより、メカニカルシール機構のシール機能の長寿命化を図ることができる。また、第一の粒子排除機構と共に第二の粒子排除機構を設ければ、第一の粒子排除機構の作用効果に第二の粒子排除機構による作用効果が加わるので、回転環と静止環とのシール摺動部に到達する固形粒子の量を抑制する上でより好適である。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る軸封装置において、前記粒子排除機構は、前記第一若しくは第二の粒子排除機構に替えてまたは前記第一および第二の粒子排除機構に替えてまたは前記第一および第二の粒子排除機構と共に、前記保持器の外周面に、前記保持器の後縁部から前縁部に向けて拡径する円錐台状の勾配面を形成するとともに、前記スタフィングボックスの内周面に、前記スタフィングボックスの後縁部から前縁部に向けて拡径する円錐台状の勾配面を、径方向で対向する前記保持器の外周面に対して所定のクリアランスを隔てて形成してなる構成である第三の粒子排除機構を備えることは好ましい。
【００１０】
このような構成であれば、所定のクリアランスを隔てて対向する一対の勾配面による遠心力の作用によって、固形粒子を軸封部とは反対のケーシング側に戻す第三の粒子排除機構とすることができる。
そのため、第一および第二の粒子排除機構に替えて第三の粒子排除機構を設ければ、これにより、メカニカルシール機構のシール機能の長寿命化を図ることができる。また、第一若しくは第二の粒子排除機構と共に第三の粒子排除機構を設ければ、第一若しくは第二の粒子排除機構の作用効果に加え、第三の粒子排除機構による作用効果が協働するので、回転環と静止環とのシール摺動部に到達する固形粒子の量を抑制する上でより好適である。さらに、第一、第二および第三の粒子排除機構を全て設ければ、回転環と静止環とのシール摺動部に到達する固形粒子の量を抑制する上でより一層好適である。
【００１１】
また、本発明の一態様に係るポンプは、ケーシングと、該ケーシング内に回転自在に支持されるインペラと、該インペラを回転自在に支持する回転軸と、該回転軸の軸封部に装備された、本発明のいずれか一の態様に係る軸封装置と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るポンプによれば、本発明のいずれか一の態様に係る軸封装置を軸封部に備えるので、メカニカルシール機構のシール機能を長寿命化できる。よって、ポンプをより長期に亘って安定して稼動できる。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、本発明によれば、軸封装置のシール機能を長寿命化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る軸封装置を備える流体機器の第一実施形態であるポンプの軸封部を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す軸封部の要部拡大図である。
【図３】本発明に係る軸封装置を備える流体機器の第二実施形態であるポンプの軸封部を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【００１５】
（第一実施形態）
第一実施形態は、流体機器として、スラリポンプやサンドポンプ等のポンプに、本発明に係る軸封装置を適用した例である。この種のポンプは、微粒懸濁物や、土砂、砂、小石等の固形物粒子を含むスラリを被送流体として輸送するものである。
図１に示すように、第一実施形態のポンプ１００は、ケーシング１と、ケーシング１内に突設するシャフト３の先端に支持されたインペラ２と、を備える。インペラ２の背面には、複数の裏羽根７が設けられている。複数の裏羽根７は、インペラ２の背面側に浸入したスラリを、裏羽根７による遠心力の作用で軸封部５とは反対の側に戻すことにより、軸封部５へのスラリの浸入を防止または抑制するようになっている。
【００１６】
ケーシング１の接液面には、耐食性に優れたライナを設けることが好ましい。これに対し、本実施家板の例では、ケーシング１の背面側の接液面に、芯金１ｃが埋入されたゴムライナ１ｄが、ボルト・ナットによって着脱可能に装着されている。
本実施形態のゴムライナ１ｄは、ライナ先端１ｓが、インペラ２のボス部１ｊに対向して張り出しており、ライナ先端１ｓとボス部１ｊとの間に僅かな対向隙間Ｓが設けられている。
シャフト３は、基端側がケーシング１の後方を貫通しており、不図示の軸支装置によってシャフト（回転軸）３の基端側が、軸封部５よりも後方の位置で不図示の軸支部により回転自在に支持されている。シャフト３の基端部には、モータの出力軸が駆動力を伝達可能に接続される。
【００１７】
ここで、第一実施形態のポンプ１００は、シャフト３の軸封部５に、メカニカルシール機構を有する軸封装置１０が装備されている。軸封装置１０は、ポンプ１００のケーシング１の背面と、シャフト３の上記軸支部（不図示）との間に装着される。
第一実施形態の軸封装置１０は、ケーシング１の背面にスタフィングボックス５０が固定される。スタフィングボックス５０の内部には、メカニカルシール機構が収容されている。本実施形態に係るポンプ１００は、メカニカルシール機構が、回転環２０と静止環３０とのシール摺動部１２に到達する固形粒子の量を低減させる複数段階の粒子排除機構を備える。
【００１８】
詳しくは、第一実施形態のスタフィングボックス５０は、ケーシング１の背面に前端部が固定される円筒状のベース部５３と、ベース部５３の内周面に嵌め込まれた状態で保持されて液接部を内面に有するボディ部５４と、ボディ部５４の後端面に装着されるシールカバー５７と、を有する。ボディ部５４は、耐摩耗性および耐食性に優れた金属ないし合金（例えばチタン合金やステンレス合金）を用いている。
【００１９】
ボディ部５４の大気側には、ボディ部５４の後端に設けられたシール装着部５４ｂにオイルシール７０が装着され、オイルシール７０は、オイルシール７０の外側に装着されたシールカバー５７によって軸方向の位置が保持されている。シールカバー５７は、複数の固定ボルト５８によって、ボディ部５４の後端側の開口部分を覆うようにボディ部５４の後端面に固定されている。
ボディ部５４の前端面は、ケーシング背面側のゴムライナ１ｄの背面と圧接され、ボディ部５４とゴムライナ１ｄの背面との間がシールされている。本実施形態の例では、ボディ部５４の前端面には、ゴムライナ１ｄの背面との圧接部分に、シール用の円環状凸部５４ｔが形成されている。
【００２０】
また、本実施形態では、この円環状凸部５４ｔがゴムライナ１ｄの背面にめり込むように軸方向に押圧され、これにより、確実なシール性能が発揮されるようになっている。なお、この例では、シール用の円環状凸部５４ｔをボディ部５４の側に設けた例を示しているが、これに限定されない。
例えば、シール用の円環状凸部をゴムライナ１ｄの背面に形成してもよい。また、この例では、金属製のボディ部５４とゴム製のゴムライナ１ｄとの間のシール手段としての例を示したが、これに限らず、例えばゴムライナとゴムライナ同士の合わせ面に、このようなシール用の円環状凸部を適用してもよい。
なお、本実施形態では、ゴムライナ１ｄを有する例を示したが、これに限らず、例えばゴムライナ１ｄに替えて、金属ライナを有する構成としてもよい。金属ライナを有する構成の場合、Ｏリングを挿入することが好ましい。また、ライナ構造に限定されず、一体型ケーシングのポンプに対しても本発明を適用し得る。
【００２１】
本実施形態のメカニカルシール機構は、ボディ部５４の軸方向外部側の位置に、シャフト３と同軸に静止環３０が固定される。ボディ部５４の軸方向内部側の位置には、静止環３０に対向配置されてシャフト３とともに回転する回転環２０が装着される。回転環２０および静止環３０には、硬度の高いセラミックス（例えばＳｉＣ）や超硬合金材料等を用いることが好ましい。
【００２２】
さらに、シャフト３には、回転環２０よりもボディ部５４の軸方向内部側の位置に、保持器４０が設けられている。保持器４０には、耐摩耗性および耐食性に優れた金属ないし合金（例えばチタン合金やステンレス合金）を用いることが好ましい。
回転環２０は、基部２４の前側が、回転環支持ピン２２を介して保持器４０に連結される。静止環３０は、基部３４の後側が静止環支持ピン３２を介してスタフィングボックス５０のボディ部５４に連結される。静止環３０は、静止環３０側に装着されたサポートシール６０により弾性的に支持されている。
【００２３】
より詳しくは、図２に要部を拡大図示するように、シャフト３の外周面には、シャフトスリーブ４が装着されている。シャフトスリーブ４と同軸に、インペラ２の裏面側の基部後端面にワッシャ６が介装されている。
保持器４０の中心部には、円筒状のボス部４７が設けられ、ボス部４７の内周面がシャフト３の外周面に直接外嵌している。また、ボス部４７の後端面がシャフトスリーブ４の前端面に当接している。そして、ワッシャ６に続いて、保持器４０がシャフトスリーブ４との間に設けられ、インペラ２を軸方向前方からシャフト３先端に締めこむことにより、保持器４０の軸方向の位置が固定される。
【００２４】
保持器４０の後部側内周には、円筒状段部４９が形成されている。そして、回転環２０は、円筒状段部４９に嵌合する円筒状の基部２４と、基部２４から径方向外側に立ち上がるように形成された円環状の腕部２３と、を有する。基部２４の前側端面には、回転環支持ピン２２が挿入される挿入溝２４ｍが、軸方向に沿って形成されている。
保持器４０は、円筒状段部４９の内周面が、基部２４の外周面に嵌め合わされるとともに、保持器４０の前端面４９ｒが、腕部２３の前面２５に当接する状態で装着される。
腕部２３の後方を向く面の先端が後方に張り出した摺動面２１になっている。回転環２０は、基部２４が円筒状段部４９に嵌合した状態で、回転環支持ピン２２を介して保持器４０に連結される。
【００２５】
これにより、保持器４０は、シャフト３と一体で回転するとともに回転環２０を保持する。なお、この例では、保持器４０とワッシャ６との間をシールするようにＯリング９１が介装されている。また、保持器４０と回転環２０の間をシールするようにＯリング９２が介装されている。
スタフィングボックス５０を構成するボディ部５４には、ボディ部５４の内面の軸方向略中央に、サポートシール６０を装着するための円環状の装着溝５４ａが形成されている。サポートシール６０は、装着溝５４ａに嵌め込まれる基部６３と、基部６３から斜め前方に張り出す腕部６２と、腕部６２の先端から後方に向けて軸線に沿って円環状に延びる保持リップ部６１と、を有する。
【００２６】
そして、静止環３０は、保持リップ部６１に嵌合する円筒状の基部３４と、基部３４から径方向外側に立ち上がるように形成された円環状の腕部３３と、を有する。基部３４の後側端面には、静止環支持ピン３２が挿入される挿入溝３４ｍが、軸方向に沿って形成されている。保持リップ部６１は、その内周面が、基部３４の外周面に嵌め合わされるとともに、保持リップ部６１の前端面が、腕部３３の後面３５に当接する状態で装着される。
腕部３３の前方を向く面の先端が、前方に張り出した摺動面３１になっている。静止環３０は、その基部３４が、保持リップ部６１に嵌合した状態で静止環支持ピン３２を介してボディ部５４に連結されてボディ部５４に保持される。
【００２７】
これにより、静止環３０と回転環２０とは、シャフトスリーブ４の外周上に、メカニカルシールを構成するように軸方向に対向して装着される。換言すれば、本実施形態では、メカニカルシールとして、シャフト３とともに回転する回転環２０と、回転環２０の摺動面２１と摺接する摺動面３１が対向配置される静止環３０と、を有する。
そして、静止環３０と回転環２０とは、対向配置された相互の径方向に沿った摺動面３１，２１同士が、互いに摺動されるシール摺動部１２を形成する。シール摺動部１２は、ポンプ１００の内部（軸封部５の軸方向前方の接液部側）から外部（軸封部５の軸方向後方の大気側）または外部から内部へのスラリの漏れを防止するように構成される。これにより、回転環２０と静止環３０は、スタフィングボックス５０に供給される加圧流体が接液部側から大気側に漏洩しないようにシール摺動部１２で保持可能になっている。
【００２８】
つまり、このシール摺動部１２は、回転環２０側の付勢手段が保持器４０であり、保持器４０により軸方向後方に向けて回転環２０が付勢されている。そして、静止環３０側の付勢手段はサポートシール６０であり、サポートシール６０により軸方向前方に向けて静止環３０が付勢されている。
これにより、回転環２０と静止環３０との摺動面２１，３１同士が互いに所定の押圧力で摺接されるメカニカルシール機構のシール摺動部１２を形成し、ポンプ１００の内部から外部および外部から内部への流体の漏れを防止可能になっている。
【００２９】
また、本実施形態のスタフィングボックス５０には、シール摺動部１２の大気側であってサポートシール６０とオイルシール７０との間の位置に、二次流体供給部５２が設けられている。軸封部５には、スタフィングボックス５０の外部から、二次流体供給部５２を用いて、水、オイル、グリスなどの二次流体が連続的または間欠的に供給される。これにより、大気側の内部空間Ａには二次流体が充填されてパージングされる。
【００３０】
大気側の内部空間Ａへの二次流体のパージングにより、シール摺動部１２とサポートシール６０の間から接液側に微量ずつ二次流体が押し出され、これにより、被送流体内の固形物粒子等がスタフィングボックス５０内に侵入するのを防止するとともに、侵入した固形物粒子等の異物を被送流体側に押し戻す作用がある。
なお、二次流体供給部の構成もこれに限定されず、例えば二次流体供給部５２の回転対称位置に二次流体の排出口を設け、二次流体供給部５２からクエンチング液として例えば水を注水し、回転対称位置にある排出口から排水するクエンチングを行うことができる。
【００３１】
ここで、本実施形態の軸封装置１０は、上述した構成に加え、更に、スラリ中の固形粒子を軸封部５とは反対のケーシング１側に戻すための複数段階の粒子排除機構を備えている。
すなわち、本実施形態の軸封装置１０は、第一の粒子排除機構として、回転環２０を保持する保持器４０の前縁外周部に円環状の突起部４６を有する。突起部４６が保持器４０の前縁外周部に形成されることにより、保持器４０の前面の径方向内側には円環状の凹部４５が形成される。
【００３２】
これにより、インペラ２の裏羽根７による遠心力でスラリを戻す作用を逃れて裏羽根７の背面側に浸入したスラリが、ボス部１ｊに対向して張り出すライナ先端１ｓとの対向隙間Ｓを回り込んで軸封部５の側まで入り込んでしまっても、円環状の凹部４５と突起部４６とが、いわば「ねずみ返し」として、スラリ中の固形粒子を軸封部５とは反対の側に戻すようになっている。
【００３３】
さらに、本実施形態の軸封装置１０は、第二の粒子排除機構として、保持器４０の外周面に、単列または複列のラビリンス溝４１，４２，４３を有する。この例では、それぞれ円環状をなす３列のラビリンス溝４１，４２，４３が、軸方向に所定の離隔距離を隔てて形成されている。
さらにまた、本実施形態の軸封装置１０は、第三の粒子排除機構として、保持器４０の外周面には、保持器４０の後縁部から前縁部に向けて拡径する勾配面４４が形成される一方、当該軸封装置１０のメカニカルシール構造を収容するスタフィングボックス５０の内周面には、径方向で対向する保持器４０の勾配面４４に対して所定のクリアランスを設けた勾配面５１が形成されている。
【００３４】
次に、このポンプ１００の作用・効果について説明する。
第一実施形態のポンプ１００は、ポンプ１００の運転時には、不図示のモータの駆動によりシャフト３が回転駆動される。これにより、ケーシング１内でインペラ２が回転すると、被送流体であるスラリを昇圧してケーシング１の吸込口１ａから吐出口１ｂに向けてスラリを輸送できる。
そして、第一実施形態のポンプ１００は、軸封部５に、上述したメカニカルシール構造を有する軸封装置１０を備えるので、ケーシング１内でインペラ２によって昇圧されたスラリがシャフト３の周囲から外部に漏れるのを防止できる。
【００３５】
特に、本実施形態の軸封装置１０によれば、回転環２０を保持する保持器４０の前縁外周部に、第一の粒子排除機構として、円環状の突起部４６を有するので、固形粒子が回転による遠心力で外周方向に飛び出そうとする動きを抑制できる。そのため、シール摺動部１２に到達する固形粒子の量を抑制できる。よって、軸封装置１０のシール機能の長寿命化を図ることができる。
さらに、本実施形態の軸封装置１０によれば、保持器４０の外周面に、第二の粒子排除機構として、単列または複列のラビリンス溝４１，４２，４３を設けているので、ラビリンス溝４１，４２，４３内で生じた渦流によって、スラリ中の固形粒子を捕捉（トラップ）できる。そのため、シール摺動部１２に到達する固形粒子の量を抑制する上で好適であり、軸封装置１０の長寿命化を図る上で優れている。
【００３６】
さらにまた、本実施形態の軸封装置１０によれば、第三の粒子排除機構として、保持器４０の外周面には、後縁部から前縁部に向けて拡径する勾配面４４が形成され、スタフィングボックス５０の内周面には、保持器４０の勾配面４４に対して所定のクリアランスを設けた勾配面５１が形成されている。
そのため、第二の粒子排除機構である、複列のラビリンス溝４１，４２，４３でトラップされた固形粒子が旋回運動を行う際に、第三の粒子排除機構の勾配に沿った遠心力のベクトル方向成分により、保持器４０の前縁方向へと固形粒子を戻す効果を奏する。
これにより、第二の粒子排除機構と第三の粒子排除機構との協働作用によって、シール摺動部１２に到達する固形粒子の量を抑制する相乗効果が生まれる。そのため、軸封装置１０の長寿命化を図る上で極めて優れている。
【００３７】
以上説明したように、この軸封装置１０を備えるポンプ１００によれば、上述した第一から第三の粒子排除機構を備えるので、これら複数段階の粒子排除機構による相互作用および相乗効果により、シール摺動部１２でのスラリ濃度が低下し、シール摺動部１２での摺動面２１，３１の摩耗速度が緩和され、シール機能を長寿命化できるのである。
なお、本発明に係る軸封装置およびこれを備えるポンプは、上記第一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記第一実施形態では、スラリ中の固形粒子を軸封部５とは反対のケーシング１側に戻す粒子排除機構として、第一、第二および第三の粒子排除機構の全てを備える例を示したが、これに限定されず、第一、第二および第三の粒子排除機構のうちのいずれか一つまたは二つを備える粒子排除機構としてもよい。
【００３８】
但し、スラリ中の固形粒子を軸封部５とは反対のケーシング１側により確実に戻す上では、複数段階の粒子排除機構を備えることが好ましい。特に、上記第一実施形態のように、第一、第二および第三の粒子排除機構を全て設ければ、これら複数段階の粒子排除機構による相互作用および相乗効果により、回転環２０と静止環３０とのシール摺動部１２に到達する固形粒子の量を抑制する上で極めて優れた構成となる。
また、例えば上記第一実施形態では、スタフィングボックス５０が、円筒状のベース部５３と、液接部を内面に有するボディ部５４と、ボディ部の後端面に装着されるシールカバー５７と、を有する例を示したが、これに限定されず、更に、スタフィングボックス５０を複数の部品に分割した構造としてもよい。
【００３９】
（第二実施形態）
例えば、図３に示すように、第二実施形態のスタフィングボックス５０は、円筒状のベース部５３と、液接部を内面に有するボディ部５４と、ボディ部５４の後端面に装着されるシールカバー５７と、を有する。さらに、第二実施形態のボディ部５４は、液接部を内面に有する第一ボディ５５と、第一ボディの後部に接続されて液接部を有しない第二ボディ５６と、を有して構成されている。
第一ボディ５５は、接液する面に沿って各種ゴム材料やコーティング被膜によるゴムライニングとして形成された液接部５５ａと、液接部５５ａの接液する面とは反対側に装着されたブロック状の基部５５ｂとを有する。第一ボディ５５と第二ボディ５６とは、連結ボルト５９によって相互に連結され、これにより、第一実施形態のボディ部５４と同様の形態とされている。なお、第二実施形態の他の構成については、上記第一実施形態同様なので、同一符号を付すとともにその説明は省略する。
【００４０】
この第二実施形態のような構成であれば、第一実施形態のボディ部５４のように、ボディ部５４の全体を、耐摩耗性および耐食性に優れた金属ないし合金を用いて製造する場合に比べて、各種ゴム材料やコーティング被膜を形成することにより、強酸、強アルアリなどへの耐薬性を向上させることができる。
そして、このような構成であっても、上記第一実施形態同様に、複数段階の粒子排除機構を備えているので、これらの相互作用および相乗効果により、シール摺動部１２でのスラリ濃度を低下させ、シール摺動部１２での摺動面２１，３１の摩耗速度を緩和することができるため、シール機能を長寿命化できる。
【符号の説明】
【００４１】
１    ケーシング
２    インペラ
３    シャフト（回転軸）
４    シャフトスリーブ
５    軸封部
６    ワッシャ
７    裏羽根
１０    軸封装置
１２    シール摺動部
２０    回転環
２１    摺動面
２２    回転環支持ピン
３０    静止環
３１    摺動面
３２    静止環支持ピン
４０    保持器
４１    第一ラビリンス溝
４２    第二ラビリンス溝
４３    第三ラビリンス溝
４４    勾配面
４５    凹部
４６    突起部
５０    スタフィングボックス
５１    勾配面
５２    二次流体供給部
５３    ベース部
５４    ボディ部
５５    第一ボディ
５６    第二ボディ
５７    シールカバー
５８    固定ボルト
５９    連結ボルト
６０    サポートシール
７０    オイルシール
９１、９２    Ｏリング
１００    ポンプ（流体機器）
【図１】
2020101188.tif 000003
【図２】
2020101188.tif 000004
【図３】
2020101188.tif 000005