(57)【要約】【課題】取り扱う流体の圧力が高い場合でも、流体を漏洩させずに、メンテナンス頻度およびメンテナンスコストを大幅に低減させることができる軸封装置を提供する。【解決手段】軸封装置３０は、回転軸６が貫通する上側貫通孔３５ａおよび下側貫通孔３４ａと、上側貫通孔３５ａおよび下側貫通孔３４ａに連通するとともに、高圧流体が流入するシール室３３ａとを有するシールケーシング３３と、シール室３３ａ内に収容され、回転軸６と一体に回転し、回転軸６の軸心に垂直な環状面３１ａを有する円板状のシール体３１と、シール体３１の下方に配置され、回転軸６と下側貫通孔３４ａとの隙間を封止するフローティングシール４０と、を備える。シール体３１の環状面３１ａに対向し、かつシール室３３ａを形成するシールケーシング３３の内面は、前記回転軸の軸心に垂直な平面である。【選択図】図２
2018123948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体と低圧流体を分離する容器に固定され、該容器を貫通して延びる回転軸の軸貫通部をシールする軸封装置であって、
前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、
前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転し、前記回転軸の軸心に垂直な環状面を有する円板状のシール体と、
前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、
前記シール体の前記環状面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記回転軸の軸心に垂直な平面であることを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
前記シールケーシングには、前記シール室と前記シールケーシングの外部とを連通する少なくとも１つの開口が設けられ、
前記開口には、ドレイン管が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
【請求項３】
前記シール体の前記環状面には、放射状に延びる複数の溝が形成され、
前記溝の幅は、前記溝の内端から外端まで一定であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸封装置。
【請求項４】
前記シール体の前記環状面には、放射状に延びる複数の溝が形成され、
前記溝の幅は、前記溝の外端に向かって徐々に大きくなることを特徴とする請求項１または２に記載の軸封装置。
【請求項５】
前記シールケーシングの上部に固定される漏液カバーがさらに設けられ、
前記漏液カバーには、前記漏液カバーの内部空間と前記漏液カバーの外部とを連通する開口が設けられ、
前記開口には、漏液管が接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の軸封装置。
【請求項６】
前記シール体の上方には、前記回転軸と前記上側貫通孔との隙間を封止する非接触式の上側シール構造体がさらに設けられ、
前記上側シール構造体は、ラビリンスシールまたはフラットシールであり、
前記漏液カバーは、前記上側シール構造体を取り囲むように前記シールケーシングの上部に固定されることを特徴とする請求項５に記載の軸封装置。
【請求項７】
高圧流体と低圧流体を分離する容器に固定され、該容器を貫通して延びる回転軸の軸貫通部をシールする軸封装置であって、
前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、
前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転する円板状のシール体と、
前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、
前記シール体は、前記回転軸の軸心と垂直な面に対して下方に傾斜する上面を有しており、
前記シール体の前記上面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記シール体の前記上面に沿って延びることを特徴とする軸封装置。
【請求項８】
前記シール体の前記上面は、湾曲していることを特徴とする請求項７に記載の軸封装置。
【請求項９】
羽根車と、
前記羽根車が固定された回転軸と、
前記羽根車を収容し、かつ前記回転軸が貫通する軸貫通部を有するポンプケーシングと、
前記軸貫通部をシールするための軸封装置と、を備え、
前記軸封装置は、
前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、
前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転し、前記回転軸の軸心に垂直な環状面を有する円板状のシール体と、
前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、
前記シール体の前記環状面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記回転軸の軸心に垂直な平面であることを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項１０】
羽根車と、
前記羽根車が固定された回転軸と、
前記羽根車を収容し、かつ前記回転軸が貫通する軸貫通部を有するポンプケーシングと、
前記軸貫通部をシールするための軸封装置と、を備え、
前記軸封装置は、
前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、
前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転する円板状のシール体と、
前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、
前記シール体は、前記回転軸の軸心と垂直な面に対して下方に傾斜する上面を有しており、
前記シール体の前記環状面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記シール体の前記上面に沿って延びることを特徴とする立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸が貫通する容器の軸貫通部から液体が漏洩するのを防止する軸封装置に関する。また、本発明は、この軸封装置を備えた立軸ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧流体と低圧流体を分離する容器に固定され、該容器を貫通して延びる回転軸の軸貫通部をシールする軸封装置が知られている。例えば、立軸ポンプの羽根車を回転させる回転軸は、ポンプケーシングを貫通して延びており、回転軸が貫通する軸貫通部から液体が漏れないように、該軸貫通部は、軸封装置によってシールされる。立軸ポンプでは、容器は、ポンプケーシングであり、高圧流体はポンプケーシングの内部を流れる液体であり、低圧流体は、ポンプケーシングの外部の大気である。このような軸封装置は、一般に、グランドパッキン、メカニカルシール、またはフローティングシールなどのシール機構を採用している。
【０００３】
グランドパッキンは、回転軸の外周面に接触して、その接触圧力で液体の漏洩を防止する。メカニカルシールは、回転軸と一体に回転する回転リングと、ハウジングなどの静止部材に固定された固定リングとを有し、回転リングと固定リングとが互いに接触を保つことで、液体の漏洩を防止する。フローティングシールは、回転軸の外周面に固定されたスリーブと、該スリーブと極めて微小な隙間を開けて対向するシールリングとを有する。したがって、フローティングシールは、微量な液体の漏洩のみを許容する。
【０００４】
グランドパッキンは、回転する回転軸に常に接触している（この接触状態を、「摺接する」と称する）ので、グランドパッキンが徐々に摩耗する。したがって、グランドパッキンの定期的なメンテナンスまたは交換が必要となる。また、グランドパッキンには、回転軸との摺接に伴い摩擦熱が発生するため、グランドパッキンの冷却が必要となる。取り扱う液体が清水であれば、その液体でグランドパッキンを冷却できるが、液体がスラリーなどの固体を含む場合には、グランドパッキンと回転軸との間に固体が噛み込まないように、別途設けた注水装置からグランドパッキンに液体を供給するか、または固体の侵入を防ぐための保護管で回転軸を囲む必要がある。
【０００５】
メカニカルシールの回転リングは、固定リングに常に摺接するので、回転リングおよび固定リングは徐々に摩耗する。したがって、回転リングおよび固定リングの定期的なメンテナンスまたは交換が必要となる。また、回転リングと固定リングの摺接により摩擦熱が発生するために、メカニカルシールには、冷却用のフラッシング液を注入するための付帯設備が必要である。さらに、回転リングと固定リングとの接触面は精密に仕上げ加工されているため、回転リングおよび固定リングをメンテナンスまたは交換するときには、回転リングおよび固定リングの正確な組立が要求される。
【０００６】
フローティングシールのスリーブは、シールリングと極めて微小な隙間を開けて対向している。さらに、シールリングは、該シールリングの周方向には移動しないが、径方向に若干移動できるように静止部材（例えば、軸封装置のケーシング）に取り付けられており、回転軸の振れ回りまたは振動に追従して移動することができる。すなわち、スリーブは、回転軸の振れ回りまたは振動に伴いシールリングと多少接触するが、スリーブおよび／またはシールリングの定常的な摩耗に繋がる大きな接触圧力は、スリーブとシールリングとの間に発生しない。このような微小な隙間がシールリングとスリーブとの間に形成されたフローティングシールは、摺接するグランドパッキンやメカニカルシールと異なり、非接触の軸封装置とされる。したがって、フローティングシールは、グランドパッキンまたはメカニカルシールで必要とされるメンテナンスは原則的に不要であるという利点を有する。また、スリーブとシールリングとの間の隙間を液体が通過する際に、この液体がスリーブとシールリングとの接触に伴い極く僅かに発生する摩擦熱も奪うため、フローティングシールを冷却するための付帯設備（例えば、注水装置）は不要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、回転軸に振れ回りや振動が発生すると、スリーブはシールリングと接触することがある。このため、このような接触を許容するために、シールリングおよび／またはスリーブに耐摩耗性の高い高硬度材料を用いる必要があり、フローティングシールは高価になりやすい。さらに、回転軸に固定されたスリーブがシールリングと接触すると、シールリングおよびスリーブが僅かに摩耗することがある。したがって、フローティングシールも、実際には、高価なシールリングおよびスリーブの交換を伴う定期的なメンテナンスを必要とする。但し、フローティングシールのメンテナンス頻度は、グランドパッキンやメカニカルシールのメンテナンス頻度に比べて非常に低い。
【０００８】
さらに、軸封装置が一つのフローティングシールのみを有している場合は、取り扱う流体（例えば、立軸ポンプのポンプケーシング内の液体）の圧力次第で、取り扱う流体が軸封装置から漏洩する場合がある。より具体的には、取り扱う流体の圧力が非常に高い場合は、流体が軸封装置から漏洩することがある。従来の軸封装置は、非常に高い圧力を有する流体の漏洩を防止するために、複数のフローティングシールを回転軸の軸方向に沿って直列に配置させていた。しかしながら、フローティングシールの数が増加すると、メンテナンス頻度およびメンテナンスコストが大幅に増加する。例えば、２つのフローティングシールを有する軸封装置のメンテナンス頻度およびメンテナンスコストは、一つのフローティングシールを有する軸封装置のメンテナンス頻度およびメンテナンスコストの２倍である。
【０００９】
さらに、複数のフローティングシールを有する軸封装置の場合は、軸封装置内で上側に配置されたフローティングシールに、取り扱う流体が到達しないことがある。取り扱う流体が到達しないフローティングシールには熱が発生するため、シールリングおよび／またはスリーブが破損することがある。シールリングおよび／またはスリーブが破損すると、軸封装置を一旦分解して、高価なシールリングおよび／またはスリーブを交換しなければならない。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、取り扱う流体の圧力が高い場合でも、流体を漏洩させずに、メンテナンス頻度およびメンテナンスコストを大幅に低減させることができる軸封装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この軸封装置を備えた立軸ポンプ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】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、高圧流体と低圧流体を分離する容器に固定され、該容器を貫通して延びる回転軸の軸貫通部をシールする軸封装置であって、前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転し、前記回転軸の軸心に垂直な環状面を有する円板状のシール体と、前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、前記シール体の前記環状面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記回転軸の軸心に垂直な平面であることを特徴とする軸封装置である。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記シールケーシングには、前記シール室と前記シールケーシングの外部とを連通する少なくとも１つの開口が設けられ、前記開口には、ドレイン管が接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記シール体の前記環状面には、放射状に延びる複数の溝が形成され、前記溝の幅は、前記溝の内端から外端まで一定であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記シール体の前記環状面には、放射状に延びる複数の溝が形成され、前記溝の幅は、前記溝の外端に向かって徐々に大きくなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記シールケーシングの上部に固定される漏液カバーがさらに設けられ、前記漏液カバーには、前記漏液カバーの内部空間と前記漏液カバーの外部とを連通する開口が設けられ、前記開口には、漏液管が接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記シール体の上方には、前記回転軸と前記上側貫通孔との隙間を封止する非接触式の上側シール構造体がさらに設けられ、前記上側シール構造体は、ラビリンスシールまたはフラットシールであり、前記漏液カバーは、前記上側シール構造体を取り囲むように前記シールケーシングの上部に固定されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様は、高圧流体と低圧流体を分離する容器に固定され、該容器を貫通して延びる回転軸の軸貫通部をシールする軸封装置であって、前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転する円板状のシール体と、前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、前記シール体は、前記回転軸の軸心と垂直な面に対して下方に傾斜する上面を有しており、前記シール体の前記上面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記シール体の前記上面に沿って延びることを特徴とする軸封装置である。
本発明の好ましい態様は、前記シール体の前記上面は、湾曲していることを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の態様は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記羽根車を収容し、かつ前記回転軸が貫通する軸貫通部を有するポンプケーシングと、前記軸貫通部をシールするための軸封装置と、を備え、前記軸封装置は、前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転し、前記回転軸の軸心に垂直な環状面を有する円板状のシール体と、前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、前記シール体の前記環状面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記回転軸の軸心に垂直な平面であることを特徴とする立軸ポンプである。
【００１５】
本発明の他の態様は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記羽根車を収容し、かつ前記回転軸が貫通する軸貫通部を有するポンプケーシングと、前記軸貫通部をシールするための軸封装置と、を備え、前記軸封装置は、前記回転軸が貫通する上側貫通孔および下側貫通孔と、前記上側貫通孔および下側貫通孔に連通するとともに、前記高圧流体が流入するシール室とを有するシールケーシングと、前記シール室内に収容され、前記回転軸と一体に回転する円板状のシール体と、前記シール体の下方に配置され、前記回転軸と前記下側貫通孔との隙間を封止するフローティングシールと、を備え、前記シール体は、前記回転軸の軸心と垂直な面に対して下方に傾斜する上面を有しており、前記シール体の前記環状面に対向し、かつ前記シール室を形成する前記シールケーシングの内面は、前記シール体の前記上面に沿って延びることを特徴とする立軸ポンプである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の軸封装置によれば、シール体の下方に配置されたフローティングシールと、シール室内で回転するシール体とによって、流体が軸封装置から漏洩することを防止する。したがって、取り扱う流体の圧力が高い場合でも、軸封装置からの流体の漏洩を防止することができる。さらに、この軸封装置のシール体は、他の部材に摺接しないので、シール体が摩耗しない。したがって、軸封装置に含まれる一つのフローティングシールのメンテナンスが必要なときに、軸封装置のメンテナンスを実行すればよいので、軸封装置のメンテナンス頻度を大幅に低減させることができる。さらに、この軸封装置に含まれるフローティングシールの数は一つである。したがって、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、定期的な交換を必要とする部材の数が少ないので、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸封装置が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。
【図２】図１に示される軸封装置の断面図である。
【図３】回転軸と下側貫通孔との間の隙間を封止するフローティングシールの一例を示した拡大断面図である。
【図４】図４（ａ）は、シール体の一実施形態を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は、シール体の別の実施形態を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６（ａ）は、シール体のさらに別の実施形態を示す上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図７（ａ）は、シール体のさらに別の実施形態を示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】図８は、別の実施形態に係る軸封装置の断面図である。
【図９】図９は、図８に示される軸封装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、さらに別の実施形態に係る軸封装置の断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示される軸封装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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１は、本発明の一実施形態に係る軸封装置３０が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａ及び吐出ボウル１ｂを有するインペラケーシング１と、インペラケーシング１を吸込水槽５内に吊り下げる揚水管３と、揚水管３の上端に接続される吐出エルボ管４と、インペラケーシング１内に収容される羽根車１０と、羽根車１０が固定される回転軸６とを備えている。揚水管３は、吸込水槽５の上部のポンプ据付床２２に形成された挿通口２４を通して下方に延び、揚水管３の上端に設けられた据付用ベース２３を介してポンプ据付床２２に固定される。回転軸６は、吐出エルボ管４、揚水管３、及びインペラケーシング１内を通って鉛直方向に延びている。ポンプケーシング２は、インペラケーシング１、揚水管３、及び吐出エルボ管４により構成される。
【００１９】
吸込ベルマウス１ａは下方を向いて開口し、吸込ベルマウス１ａの上端は吐出ボウル１ｂの下端に接続されている。羽根車１０は回転軸６の下端に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転する。この羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４は吐出ボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸６は、外軸受１１、中間軸受１５、および水中軸受１２により回転自在に支持されている。水中軸受１２は吐出ボウル１ｂ内に収容されており、羽根車１０の上方に配置されている。水中軸受１２を支持する支持部材７はボウルブッシュ１３の内面に固定されており、さらに、ボウルブッシュ１３はガイドベーン１４を介してインペラケーシング１に支持されている。外軸受１１はボールベアリングなどの転がり軸受、または滑り軸受であり、水中軸受１２および中間軸受１５は、滑り軸受である。
【００２０】
回転軸６は吐出エルボ管４を貫通して上方に延び、駆動源１８に連結されている。駆動源１８は、ポンプ据付床２２に固定された架台１９上に固定されている。立軸ポンプの運転時には、羽根車１０は、吸込水槽５内の液面より下に位置している。
【００２１】
立軸ポンプは、吸込水槽５内の液体を吐出水槽１００まで移送する。すなわち、駆動源１８を運転することにより回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、吸込水槽５内の液体が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、吐出ボウル１ｂ、揚水管３、吐出エルボ管４、および吐出配管２０を通って吐出水槽１００に移送される。吐出配管２０は、吐出エルボ管４から吐出水槽１００まで延びている。吐出水槽１００の液面は、吐出エルボ管４よりも上方に位置する。吐出配管２０の途中には、仕切弁２５が配置されており、この仕切弁２５は、立軸ポンプの通常運転時には開かれている。立軸ポンプの停止時には仕切弁２５が閉じられ、液体が吐出水槽１００から吐出配管２０を通じて吸込水槽５へ逆流することを防止する。仕切弁２５の代わりに、逆止弁を設けてもよい。また、吐出配管２０の吐出末端に、フラップ弁を配置してもよい。
【００２２】
図１に示されるように、回転軸６がポンプケーシング２の吐出エルボ管４を貫通する軸貫通部には、本発明の一実施形態に係る軸封装置３０が配置されている。この軸封装置３０により、液体が立軸ポンプの外部に漏洩することが防止される。以下、図２を参照して、この軸封装置３０を説明する。
【００２３】
なお、軸封装置３０は、下方の高圧流体と上方の低圧流体を分離する容器に固定され、該容器を貫通して延びる回転軸の軸貫通部をシールする軸封装置であれば、立軸ポンプ以外にも適用することができる。立軸ポンプでは、容器は、ポンプケーシング２であり、高圧流体はポンプケーシング２の内部を流れる液体であり、低圧流体は、ポンプケーシング２の外部の大気である。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態に係る軸封装置３０の断面図である。図２に示されるように、軸封装置３０は、吐出エルボ管４に形成された通孔４ｂを塞ぐように、吐出エルボ管４の軸封装置取付面４ａ上に固定される。回転軸６は、通孔４ｂを通って鉛直方向に延びる。軸封装置３０は、回転軸６に固定された円板状のシール体３１と、シール体３１を収容するシール室３３ａが内部に形成されたシールケーシング３３と、シール体３１の下方に配置されたフローティングシール４０と、を備えている。回転軸６とシール体３１の内周面（後述の図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される貫通孔３１ｂ）とは、緊密に接触しているため、回転軸６とシール体３１の内周面との間を液体は通過しない。図示はしないが、Ｏリングなどのシール部材により、回転軸６とシール体３１の内周面との間の隙間をシールしてもよい。シール体３１の中心は、回転軸６の軸心に一致し、シール体３１は回転軸６と一体的に回転する。
【００２５】
シールケーシング３３は、回転軸６が貫通する上側貫通孔３５ａを有する上側ケーシング３５と、上側ケーシング３５を支持する中間ケーシング３６と、回転軸６が貫通する下側貫通孔３４ａを有する下側ケーシング３４とを備える。上側貫通孔３５ａの中心線は、回転軸６の軸心に一致する。同様に、下側貫通孔３４ａの中心線は、回転軸６の軸心に一致する。中間ケーシング３６は、円筒形状の内周面３６ａを有している。この内周面３６ａの中心線は、回転軸６の軸心およびシール体３１の中心と一致する。中間ケーシング３６は、下側ケーシング３４と上側ケーシング３５とに挟まれた状態で、該下側ケーシング３４と上側ケーシング３５に固定される。これにより、シール体３１が収容されるシール室３３ａがシールケーシング３３内に形成される。
【００２６】
本実施形態では、シール室３３ａは、上側ケーシング３５の下面３５ｂと、中間ケーシング３６の内周面３６ａと、下側ケーシング３４の上面３４ｂとにより形成される。シール体３１は、シール室３３ａの内部で回転軸６に固定される。上側ケーシング３５の下面３５ｂおよび下側ケーシング３４の上面３４ｂは、回転軸６に垂直な平面であり、中間ケーシング３６の内周面３６ａは、回転軸６の外周面と同心状にある。シール室３３ａは、下側貫通孔３４ａおよび上側貫通孔３５ａに連通しており、シール室３３ａは下側貫通孔３４ａと上側貫通孔３５ａとの間に位置している。回転軸６は、下側貫通孔３４ａ、シール室３３ａ、および上側貫通孔３５ａを通って鉛直方向に延びている。
【００２７】
軸封装置３０は、吐出エルボ管４に形成された通孔４ｂを塞ぐように、吐出エルボ管４の軸封装置取付面４ａ上に固定される。本実施形態では、下側ケーシング３４の下面が軸封装置取付面４ａに連結される。
【００２８】
さらに、軸封装置３０は、非接触式のシール機構であるフローティングシール４０を有し、フローティングシール４０は、シール体３１の下方に配置される。フローティングシール４０は、回転軸６と下側ケーシング３４の下側貫通孔３４ａとの間の隙間を封止する。
【００２９】
図３は、回転軸６と下側貫通孔３４ａとの間の隙間を封止するフローティングシール４０の一例を示した拡大断面図であり、このフローティングシール４０は、図２に示される軸封装置３０に配置される。図３に示されるフローティングシール４０は、下側ケーシング３４の下側貫通孔３４ａに形成された環状の段部６０に配置されるシールリング４２と、回転軸６の外周面に固定されたスリーブ４１とを備えている。シールリング４２およびスリーブ４１は円筒形状を有しており、シールリング４２の内周面は、スリーブ４１の外周面と僅かな隙間６４を開けて対向している。
【００３０】
段部６０は、回転軸６の外周面と同心状である周面６０ａと、周面６０ａに接続され、該周面６０ａに対して垂直な環状面６０ｂとを有する。周面６０ａの上端は、下側ケーシング３４の上面３４ｂに接続されている。さらに、周面６０ａの下端は、環状面６０ｂに接続されており、周面６０ａは、環状面６０ｂを介して下側ケーシング３４の下側貫通孔３４ａに接続される。この周面６０ａとシールリング４２の外周面との間には隙間６３が形成される。
【００３１】
環状面６０ｂには、環状の溝６１が形成され、該溝６１に、シール部材（Ｏリング）６２が配置される。シール部材６２は、環状面６０ｂとシールリング４２の下面との間の隙間を封止する。さらに、フローティングシール４０は、シールリング４２の上面の少なくとも一部を覆うように下側ケーシング３４の上面３４ｂに固定されるシールリングカバー６６を有する。シールリングカバー６６の下面には、環状の溝６７が形成され、該溝６７に、シール部材（Ｏリング）６８が配置される。シール部材６８は、シールリング４２の上面とシールリングカバー６６の下面との間の隙間を封止する。
【００３２】
フローティングシール４０は、シールリング４２の周方向の移動を拘束する周り止めピン（図示せず）をさらに有している。したがって、シールリング４２は、該シールリング４２の周方向に移動できないように、段部６０の環状面６０ｂとシールリングカバー６６の下面とに挟まれる。一方で、段部６０の周面６０ａとシールリング４２の外周面との間に形成された隙間６３によって、シールリング４２の径方向の移動は許容される。したがって、スリーブ４１が回転軸６の振れ回りまたは振動に伴いシールリング４２と多少接触したときに、シールリング４２は、径方向に移動することができる。その結果、スリーブ４１および／またはシールリング４２の定常的な摩耗に繋がる大きな接触圧力は、スリーブ４１とシールリング４２との間に発生しない。
【００３３】
さらに、スリーブ４１とシールリング４２との間の隙間６４を液体が通過する際に、この液体がスリーブ４１とシールリング４２との接触に伴い極く僅かに発生する摩擦熱を除去する。したがって、スリーブ４１とシールリング４２は、該スリーブ４１とシールリング４２との間の隙間６４を通過する液体によって十分に冷却されるため、冷却水およびフラッシング液などの液体をフローティングシール４０に供給する必要がない。すなわち、フローティングシール４０を冷却するための付帯設備（例えば、注水装置）は不要である。
【００３４】
フローティングシール４０は、非接触型のシール機構である。非接触型のシール機構には、フラットシールおよびラビリンスシールが含まれる。フラットシールは、回転軸に固定されたスリーブと、該スリーブと対向し、静止部材に固定された固定リングとを含んでおり、スリーブと固定リングとの間には隙間が形成される。ラビリンスシールは、スリーブの外周面および／または固定リングの内周面にラビリンス構造が設けられる点で、フラットシールと相違する。フラットシールおよびラビリンスシールでは、固定リングが周方向および径方向に移動できないため、フラットシールまたはラビリンスシールのスリーブと固定リングとの間の隙間は、フローティングシール４０のスリーブ４１とシールリング４２との間の隙間６４よりも非常に大きい。例えば、フラットシールのスリーブと固定リングとの間の隙間は、フローティングシール４０のスリーブ４１とシールリング４２との間の隙間６４の１０倍である。そのため、フローティングシール４０のスリーブ４１とシールリング４２との間の隙間６４を通過する液体の量は、フラットシールまたはラビリンスシールのスリーブと固定リングとの間の隙間を通過する液体の量よりも非常に小さい。したがって、回転軸６と下側ケーシング３４の下側貫通孔３４ａとの間の隙間を封止するシール機構として、フローティングシール４０を用いる本実施形態の軸封装置３０は、シール室３３ａに流入する液体の量が非常に少ないという利点を有する。
【００３５】
図２に示されるように、シール室３３ａ内に配置されたシール体３１は、回転軸６の軸心に垂直な環状面である上面３１ａを有している。この上面３１ａは、シール体３１の回転により、該上面３１ａ上を流動する液体に対して、好適な遠心力を与えることができる表面として構成される。例えば、上面３１ａには、放射状に延びる複数の溝３７が形成されている。シール体３１の上面３１ａは、シール室３３ａを形成するシールケーシング３３の内面の１つである、上側ケーシング３５の下面３５ｂと隙間を介して対向している。
【００３６】
シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間は、シール体３１の回転により、該隙間に必要十分な遠心力場が生じるようにシール体３１の回転速度、シール体３１の直径、および液体の動粘性を考慮して設定される。
【００３７】
図４（ａ）は、シール体３１の一実施形態を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、シール体３１の中央部には回転軸６が嵌挿される貫通孔３１ｂが形成されている。このシール体３１の上面３１ａには、シール体３１の内周面（すなわち、貫通孔３１ｂ）からシール体３１の外周面まで放射状に延びる複数の溝３７が形成される。図４（ａ）に示す実施形態では、溝３７は２４本形成されているが、溝３７の数は２４本よりも多くてもよいし、少なくてもよい。図４（ａ）および図４（ｂ）に示される実施形態では、溝３７は直線状に延びており、溝３７の幅は、その内端から外端まで一定である。言及するまでもないが、シール体３１の上面３１ａは、該上面３１ａ上を流動する液体へ遠心力を付加する目的を有するため、溝３７は、シール体３１の半径方向に対して傾斜してもよいし、直線状に延びていなくてもよい。さらに、溝３７の幅は、一定でなくてもよい。
【００３８】
吐出エルボ管４（図１参照）を吐出配管２０に向かって流れる液体の一部は、通孔４ｂを通って、フローティングシール４０に流入する。さらに、液体は、フローティングシール４０を通過してシール室３３ａに流入する。液体は、フローティングシール４０を通過する際に減圧される。さらに、シール室３３ａ内の液体は、シール体３１の上面３１ａに形成された溝３７、およびシール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間を通って、シール体３１の中心に向かって（すなわち、回転軸６に向かって）、シール体３１の半径方向に流れようとする。しかしながら、回転するシール体３１の溝３７の作用により液体には周方向速度成分が生じるため、シール体３１の上面３１ａ上の液体、および溝３７内の液体には遠心力が発生する。その結果、上面３１ａ上の液体、および溝３７内の液体は、シール体３１の半径方向外側に向けて押し返される。さらに、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間が好適な寸法であるので、該隙間に存在する液体に遠心力を作用させることができる。その結果、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間に存在する液体、および溝３７内に存在する液体の全てに、半径方向外側への力が生じることになる。
【００３９】
このように、溝３７を有するシール体３１の回転により、シール体３１と上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間に遠心力場が形成されるため、この隙間に存在する液体の静圧は、シール体３１の上面３１ａの半径方向外側へ向かって上昇する。以下に、シール体３１の回転により発生した周方向速度成分（角速度成分）を持つ単位質量の液体に生じる慣性力（加速度ａ）を表す式（１）を示す。
ａ＝ｒω２      ・・・（１）
ただし、ｒはシール体３１の半径であり、ωはシール体３１の角速度である。
【００４０】
液体がシールケーシング３３の上側貫通孔３５ａを通過すること、すなわち液体がシールケーシング３３の外部に漏洩することを防止するためには、回転するシール体３１によってシール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間に発生する液体の静圧が、シール室３３ａ内に存在する液体の静圧と均衡するか、もしくはそれよりも大きければよい。本実施形態に係る軸封装置３０では、フローティングシール４０によってシール室３３ａに流入する液体の静圧を低減し、さらに、回転するシール体３１によってこの低減された静圧を有する液体がシールケーシング３３から漏洩することを防止する。シール体３１を、このような条件を満たす形状・寸法に設計することにより本発明の目的を達成することが可能である。シール体３１の回転速度はポンプの運転条件に依存するため、シール体３１の半径をポンプの仕様および運転条件に対して好適に設計し、さらに、液体がシール体３１の回転に伴って回転しやすい表面形状を上面３１ａに形成することにより、様々なポンプ、および使用条件に対応することが可能である。
【００４１】
本実施形態では、シールケーシング３３の側壁、より具体的には、中間ケーシング３６には、シール室３３ａに連通する開口３３ｂが形成されている。この開口３３ｂは、シール室３３ａからシールケーシング３３の外面（すなわち、中間ケーシング３６の外面）まで延びている。図２に示される開口３３ｂは、回転軸６の径方向に延びている。一実施形態では、開口３３ｂは、回転軸６の径方向に対して上方または下方に延びてもよい。あるいは、開口３３ｂは、回転軸６の径方向に対して斜めに延びてもよい。この開口３３ｂによって、シール室３３ａとシールケーシング３３の外部とが連通する。開口３３ｂには、ドレイン管４３が接続されている。ドレイン管４３は、吸込水槽５（図１参照）内にまで延びており、ドレイン管４３の先端は吸込水槽５内の液面の上方に位置している。
【００４２】
一実施形態では、ドレイン管４３の先端はポンプ据付床２２（図１参照）に形成された側溝（図示せず）の上方に位置していてもよい。ドレイン管４３から側溝に流れた液体は、該側溝を介して吸込水槽５に戻されてもよいし、図示しないタンクなどの回収容器に回収されてもよい。
【００４３】
複数の開口３３ｂを設けてもよい。この場合、隣接する開口３３ｂの間の間隔は、任意である。例えば、シールケーシング３３の内周面３６ａの周方向に１８０°離れた２つの開口３３ｂをシールケーシング３３の側壁に設けてもよいし、シールケーシング３３の内周面３６ａの周方向に９０°離れた４つの開口３３ｂをシールケーシング３３の側壁に設けてもよい。複数の開口３３ｂが設けられる場合は、各開口３３ｂにドレイン管４３が接続される。
【００４４】
フローティングシール４０を通過してシール室３３ａに到達した液体は、シールケーシング３３の側壁に設けられた開口３３ｂを通ってドレイン管４３に流入し、吸込水槽５に戻される。シール室３３ａに到達した液体は、大気と連通するドレイン管４３を通って吸込水槽５に戻されるので、シールケーシング３３のシール室３３ａ内の液体の圧力は低下する。したがって、シールケーシング３３の側壁に設けられた開口３３ｂにより、液体の漏洩を防止するためにシール体３１が発生すべき液体の圧力を低減することができる。その結果、本実施形態の軸封装置３０は、シールケーシング３３の側壁に開口３３ｂが設けられていない軸封装置と比較して、より高圧の液体の漏洩を防止することができる。さらに、本実施形態の軸封装置３０と、シールケーシング３３の側壁に開口３３ｂが設けられていない軸封装置とを比較すると、シール体３１の直径を小さくすることができるので、軸封装置３０の大きさ（特に、回転軸６の軸心に対して垂直な方向における軸封装置３０の大きさ）を減少させることができる。
【００４５】
本実施形態では、開口３３ｂの数、および／または開口３３ｂの直径の大きさを変更することにより、シール室３３ａ内の液体の圧力を調整することができる。したがって、シール室３３ａ内の液体の圧力が、回転するシール体３１によって該シール体３１の上面３１ａを流動する液体に与えられる遠心力よりも小さくなるように、開口３３ｂの数、および／または開口３３ｂの直径の大きさを設計することにより、液体がシールケーシング３３の上側貫通孔３５ａを通過することを防止することができる。
【００４６】
回転するシール体３１によって、シール室３３ａ内でシール体３１よりも下側に存在する液体にも周方向速度成分が生じる。したがって、シール室３３ａ内でシール体３１よりも下側に存在する液体にも遠心力が作用し、シール室３３ａ内の液体の静圧が上昇する。シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間に発生する液体の静圧と、シール室３３ａ内に存在する液体の静圧との差が小さくなると、液体がシールケーシング３３の外部に漏洩しやすくなる。したがって、シール体３１よりも下側に存在する液体の体積を、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間の体積よりも十分に大きくするのが好ましい。例えば、シール体３１の下面と下側ケーシング３４の上面３４ｂとの間の距離を増加させることにより、シール体３１よりも下側に存在する液体の体積を増加させることができる。
【００４７】
シール体３１の上面３１ａは、該シール体３１の回転により、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間を流動する液体に遠心力を与えることができる表面として構成される。したがって、様々なポンプおよび運転条件に応じて、シール体３１の半径、およびシール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間が好適な寸法に設定されている場合には、シール体３１の上面３１ａは、溝３７がない平面であってもよい。
【００４８】
上述したように、本実施形態に係る軸封装置３０では、フローティングシール４０によってシール室３３ａに流入する液体の静圧を減少させ、さらに、回転軸６と一体的に回転するシール体３１によって、液体が軸封装置３０から漏洩することを防止する。したがって、立軸ポンプの吐出エルボ管４を流れる液体の圧力が高い場合でも、軸封装置３０から液体が漏洩することを防止することができる。
【００４９】
さらに、この軸封装置３０のシール体３１は、他の部材に摺接しないので、シール体３１が摩耗しない。したがって、軸封装置３０に含まれる一つのフローティングシール４０のメンテナンスが必要なときに、軸封装置３０のメンテナンスを実行すればよい。フローティングシール４０のメンテナンス頻度は非常に低いので、軸封装置３０のメンテナンス頻度を大幅に低減させることができる。さらに、この軸封装置３０に含まれるフローティングシール４０の数は一つである。したがって、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、定期的な交換を必要とする部材（すなわち、高価な固定リング４１およびシールリング４２）の数が少ないので、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。さらに、軸封装置３０に含まれるフローティングシール４０の数は一つであり、シール体３１の上面３１ａとシールケーシング３３の下面と間の隙間の管理は、スリーブ４１およびシールリング４２との間の隙間の管理よりも厳しくないので、作業者は、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、軸封装置３０を容易に組み立てることができる。
【００５０】
図５（ａ）は、シール体３１の別の実施形態を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、シール体３１の上面３１ａには、シール体３１の内周面（すなわち、貫通孔３１ｂ）からシール体３１の外周面まで放射状に延びる複数の溝３７が形成される。図５（ａ）に示す実施形態では、溝３７は２４本形成されているが、溝３７の数は２４本よりも多くてもよいし、少なくてもよい。溝３７は、放射状に延びており、溝３７の幅は、シール体３１の半径方向外側へ向かうほど徐々に大きくなっている。このような溝３７が形成されたシール体３１も、該シール体３１の回転により上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体に効率的に遠心力を与え、該隙間に大きな遠心力場を形成することができる。言及するまでもないが、シール体３１の上面３１ａは、該上面３１ａ上を流動する液体へ遠心力を付加する目的を有するため、溝３７は、シール体３１の半径方向に対して傾斜してもよいし、直線状に延びていなくてもよい。さらに、溝３７の幅は、半径方向外側へ向かって徐々に大きくならなくてもよい。
【００５１】
図６（ａ）は、シール体３１のさらに別の実施形態を示す上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。本実施形態で特に説明しない構成は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すシール体３１の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。本実施形態でも、放射状に延びる複数の溝３７がシール体３１の上面３１ａに形成されるが、該溝３７の内端３７ａは、シール体３１の内周面（すなわち、貫通孔３１ｂ）に到達していない。すなわち、本実施形態の溝３７の内端３７ａは、シール体３１の内周面と外周面との間に位置する。溝３７の幅は、その内端３７ａから外端まで一定である。このような溝３７が形成されたシール体３１も、該シール体３１の回転により上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体に効率的に遠心力を与え、該隙間に大きな遠心力場を形成することができる。言及するまでもないが、シール体３１の上面３１ａは、該上面３１ａ上を流動する液体へ遠心力を付加する目的を有するため、溝３７は、シール体３１の半径方向に対して傾斜してもよいし、直線状に延びていなくてもよい。さらに、溝３７の幅は、一定でなくてもよい。
【００５２】
図７（ａ）は、シール体３１のさらに別の実施形態を示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。本実施形態で特に説明しない構成は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すシール体３１の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。本実施形態でも、放射状に延びる複数の溝３７がシール体３１の上面３１ａに形成されるが、該溝３７の内端３７ａは、シール体３１の内周面（すなわち、貫通孔３１ｂ）に到達していない。すなわち、本実施形態の溝３７の内端３７ａは、シール体３１の内周面と外周面との間に位置する。溝３７の幅は、シール体３１の半径方向外側へ向かうほど徐々に大きくなっている。このような溝３７が形成されたシール体３１も、該シール体３１の回転により上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体に効率的に遠心力を与え、該隙間に大きな遠心力場を形成することができる。言及するまでもないが、シール体３１の上面３１ａは、該上面３１ａ上を流動する液体へ遠心力を付加する目的を有するため、溝３７は、シール体３１の半径方向に対して傾斜してもよいし、直線状に延びていなくてもよい。さらに、溝３７の幅は、半径方向外側へ向かって徐々に大きくならなくてもよい。
【００５３】
図８は、別の実施形態に係る軸封装置３０を示す断面図である。本実施形態で特に説明しない構成は、図２に示す軸封装置３０の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。図８に示される軸封装置３０のシール体３１は、該シール体３１の半径方向外側に向かって下方に傾斜する上面（環状面）３１ａを有する。すなわち、シール体３１の上面３１ａは、回転軸６の軸心に垂直な面に対して下方に傾斜する。
【００５４】
本実施形態では、シール体３１の上面３１ａは、直線状に傾斜している。より具体的には、上側ケーシング３５の下面３５ｂは、回転軸６の軸心と平行な断面で見たときに、直線状に傾斜する。シール体３１の上面３１ａと隙間を介して対向する上側ケーシング３５の下面３５ｂは、シール体３１の上面３１ａに沿って延びている。より具体的には、上側ケーシング３５の下面３５ｂは、回転軸６の軸心と平行な断面で見たときに、シール体３１の上面３１ａと平行であり、同一の傾斜角度を有する。したがって、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間に形成される隙間の大きさ（すなわち、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の距離）は一定である。
【００５５】
図８に示されるように、シール体３１の上面３１ａには、複数の溝３７が形成される。図８に示される溝３７は、シール体３１の内周面（すなわち、貫通孔３１ｂ）からシール体３１の外周面まで放射状に延びる。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して説明されたように、溝３７の幅はその内端から外端まで一定であってもよいし、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明されたように、シール体３１の半径方向外側へ向かうほど徐々に大きくなってもよい。あるいは、図６（ａ）および図６（ｂ）、または図７（ａ）および図７（ｂ）を参照して説明されたように、溝３７の内端３７ａがシール体３１の内周面と外周面との間に位置していてもよい。
【００５６】
本実施形態でも、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間は、シール体３１の回転により、該隙間に必要十分な遠心力場が生じるようにシール体３１の回転速度、シール体３１の直径、および液体の動粘性を考慮して設定される。
【００５７】
本実施形態では、回転するシール体３１の溝３７の作用により液体には周方向速度成分が生じるため、シール体３１の上面３１ａ上の液体、および溝３７内の液体には遠心力が発生する。さらに、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間が好適な寸法に設定されているので、該隙間に存在する液体に遠心力を作用させることができる。
【００５８】
上述したように、シール体３１の半径、およびシール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間が好適な寸法に設定されている場合には、シール体３１の上面３１ａには、溝３７が形成されなくてもよい。
【００５９】
図９は、図８に示される軸封装置３０の変形例を示す断面図である。本実施形態で特に説明しない構成は、図８に示す軸封装置３０の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。図９に示される軸封装置３０のシール体３１も、該シール体３１の半径方向外側に向かって下方に傾斜する上面（環状面）３１ａを有するが、この上面３１ａは、湾曲している。より具体的には、シール体３１の上面３１ａは、回転軸６の軸心と平行な断面で見たときに、曲線状に傾斜する。
【００６０】
上面３１ａの曲率は一定であってもよいし、徐々に変化してもよい。上面３１ａの曲率が一定である場合は、上面３１ａは円弧状に延びる。上面３１ａの曲率が徐々に変化する場合は、上面３１ａの曲率は、シール体３１の内周面（すなわち、貫通孔３１ｂ）からシール体３１の外周面まで徐々に大きくなってもよいし、徐々に小さくなってもよい。シール体３１の上面３１ａと隙間を介して対向する上側ケーシング３５の下面３５ｂは、シール体３１の上面３１ａに沿って延びている。すなわち、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間に形成される隙間の大きさ（すなわち、シール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の距離）が一定となるように、上側ケーシング３５の下面３５ｂは形成される。
【００６１】
図８または図９に示される軸封装置３０も、フローティングシール４０によってシール室３３ａに流入する液体の静圧を減少させ、さらに、回転軸６と一体的に回転するシール体３１によって、液体が軸封装置３０から漏洩することを防止する。したがって、立軸ポンプの吐出エルボ管４を流れる液体の圧力が高い場合でも、軸封装置３０から液体が漏洩することを防止することができる。
【００６２】
さらに、この軸封装置３０のシール体３１は、他の部材に摺接しないので、シール体３１が摩耗しない。したがって、軸封装置３０に含まれる一つのフローティングシール４０のメンテナンスが必要なときに、軸封装置３０のメンテナンスを実行すればよい。フローティングシール４０のメンテナンス頻度は非常に低いので、軸封装置３０のメンテナンス頻度を大幅に低減させることができる。さらに、この軸封装置３０に含まれるフローティングシール４０の数は一つである。したがって、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、定期的な交換を必要とする部材（すなわち、高価なスリーブ４１およびシールリング４２）の数が少ないので、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。さらに、軸封装置３０に含まれるフローティングシール４０の数は一つであり、シール体３１の上面３１ａとシールケーシング３３の下面と間の隙間の管理は、スリーブ４１およびシールリング４２との間の隙間の管理よりも厳しくないので、作業者は、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、軸封装置３０を容易に組み立てることができる。
【００６３】
図１０は、さらに別の実施形態に係る軸封装置３０を示す断面図である。本実施形態で特に説明しない構成は、図２に示す軸封装置３０の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。
【００６４】
図１０に示される軸封装置３０は、上側ケーシング３５の上面に固定される漏液カバー４８をさらに備えている。漏液カバー４８の側壁には、該漏液カバー４８の内部空間４８ａを外部に連通させる開口４８ｂが設けられ、この開口４８ｂによって、内部空間４８ａと漏液カバー４８の外部とが連通する。さらに、この開口４８ｂには、漏液管４９が接続される。漏液管４９は、吸込水槽５（図１参照）内にまで延びており、漏液管４９の先端は吸込水槽５内の液面の上方に位置している。一実施形態では、漏液管４９の先端はポンプ据付床２２（図１参照）に形成された側溝（図示せず）の上方に位置していてもよい。漏液管４９から側溝に流れた液体は、該側溝を介して吸込水槽５に戻されてもよいし、図示しないタンクなどの回収容器に回収されてもよい。漏液カバー４８に、複数の開口４８ｂを設けてもよい。この場合、各開口４８ｂに漏液管４９が接続される。
【００６５】
シールケーシング３３のシール室３３ａ内に存在する液体の圧力が、シール体３１の回転によって上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体へ与える遠心力よりも高い場合は、液体は、上側貫通孔３５ａを通って、漏液カバー４８の内部空間４８ａに流入する。
【００６６】
漏液カバー４８の内部空間４８ａは、開口４８ｂを介して漏液管４９に接続され、漏液管４９の先端は、吸込水槽５内で大気に連通しているので、内部空間４８ａに漏れた液体は、吸込水槽５に戻される。したがって、漏液カバー４８から液体が漏洩することが防止される。漏液管４９の先端がポンプ据付床２２（図１参照）に形成された側溝（図示せず）の上方に位置している場合は、漏液管４９の先端は、側溝の上方で大気に連通しているので、内部空間４８ａに漏れた液体は、側溝を介して吸込水槽５に戻されるか、または回収タンクに回収される。
【００６７】
図１０に示されるように、漏液カバー４８の内部空間４８ａ内で、回転軸６に水切板５０を固定してもよい。上側貫通孔３５ａを通過した液体が水切板５０に衝突することにより、液体の移動方向を側方または下方に変更させることができる。
【００６８】
本実施形態によれば、フローティングシール４０を通過してシール室３３ａに流入した液体は、フローティングシール４０を通過する際に減圧される。さらに、フローティングシール４０を通過してシール室３３ａに到達した液体の一部は、シールケーシング３３の側壁に設けられた開口３３ｂを通ってドレイン管４３に流入し、吸込水槽５に戻される。シール室３３ａに到達した液体の一部が大気と連通するドレイン管４３を通って吸込水槽５に戻されるので、シールケーシング３３のシール室３３ａ内の液体の圧力は低下する。したがって、液体の漏洩を防止するためにシール体３１が発生すべき液体の圧力を低下させることができる。
【００６９】
さらに、シールケーシング３３のシール室３３ａ内に存在する減圧された液体の圧力が、シール体３１の回転によって上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体へ与える遠心力よりも高くても、液体は、上側貫通孔３５ａを通って、漏液カバー４８の内部空間４８ａに流入する。しかしながら、漏液カバー４８の内部空間４８ａに流入した液体は、漏液管４９を介して吸込水槽５に戻される。したがって、この軸封装置３０によって、該軸封装置３０から液体が漏洩することを確実に防止することができる。
【００７０】
図１１は、図１０に示される軸封装置３０の変形例を示す断面図である。本実施形態で特に説明しない構成は、図１０に示す軸封装置３０の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。
【００７１】
図１１に示されるように、軸封装置３０は、シール体３１の上方に設けられた、回転軸６と上側貫通孔３５ａとの間の隙間を封止する非接触式の上側シール構造体４５をさらに備えてもよい。漏液カバー４８は、上側シール構造体４５を取り囲むように上側ケーシング３５の上面に固定される。
【００７２】
上側ケーシング３５は、回転軸６の長手方向に沿って上方に延びる延長部３５ｃを有する。延長部３５ｃは、円筒形状を有しており、回転軸６を取り囲んでいる。回転軸６が貫通する上側貫通孔３５ａは、延長部３５ｃを含む上側ケーシング３５の内周面全体によって形成される。回転軸６の外周面にはスリーブ４７が固定されており、このスリーブ４７は、上側ケーシング３５の上側貫通孔３５ａを通って鉛直方向に延びている。スリーブ４７の外周面と上側貫通孔３５ａとの間には、隙間が形成される。
【００７３】
本実施形態の非接触式の上側シール構造体４５は、上側ケーシング３５の延長部３５ｃとスリーブ４７とで構成されるラビリンスシールである。非接触式の上側シール構造体４５は、ラビリンス構造を有しないフラットシールであってもよい。
【００７４】
ラビリンスシールのラビリンス構造は、例えば、上側貫通孔３５ａに形成された複数の平行溝（図示せず）である。ラビリンス構造を構成する複数の平行溝は、スリーブ４７の外周面に形成されてもよいし、上側貫通孔３５ａおよびスリーブ４７の外周面の両方に形成されてもよい。複数の平行溝は、互いに平行であり、各平行溝は、上側貫通孔３５ａおよび／またはスリーブ４７の外周面上で回転軸６の軸心と垂直な面内を延びる。隣接する平行溝の間の間隔は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。さらに、平行溝の頂部の断面形状は任意である。例えば、平行溝の頂部は、三角形の断面形状を有していてもよいし、四角形の断面形状を有していてもよいし、台形の断面形状を有していてもよい。あるいは、平行溝の頂部は、丸められた断面形状（例えば、半球の断面形状）を有していてもよい。
【００７５】
ラビリンス構造を構成する溝は、上側貫通孔３５ａおよび／またはスリーブ４７の外周面上で螺旋状に延びるねじ溝であってもよい。螺旋状に延びるねじ溝の回転方向は、好ましくは、回転軸６を回転させたときに、液体をシール室３３ａに押し返すポンプ作用を発揮する方向である。すなわち、ねじ溝は、回転軸６の回転方向とは反対方向に螺旋状に延びるのが好ましい。ねじ溝のピッチ、および条数は任意である。例えば、１本のねじ溝を上側貫通孔３５ａおよび／またはスリーブ４７の外周面上に不等ピッチで形成してもよいし、多条のねじ溝を上側貫通孔３５ａおよび／またはスリーブ４７の外周面上に形成してもよい。ねじ溝の頂部の形状は任意である。例えば、ねじ溝の頂部は、三角形の断面形状を有していてもよいし、四角形の断面形状を有していてもよいし、台形の断面形状を有していてもよい。あるいは、ねじ溝の頂部は、丸められた断面形状（例えば、半球の断面形状）を有していてもよい。
【００７６】
シールケーシング３３のシール室３３ａ内に存在する液体の圧力が、シール体３１の回転によって上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体へ与える遠心力よりも高い場合は、液体は上側シール構造体４５まで到達する。この場合、液体は、上側シール構造体４５を通過する際に減圧され、漏液カバー４８の内部空間４８ａに流入する。
【００７７】
漏液カバー４８の内部空間４８ａは、開口４８ｂを介して漏液管４９に接続され、漏液管４９の先端は、吸込水槽５内で大気に連通しているので、内部空間４８ａに漏れた液体は、吸込水槽５に戻される。したがって、漏液カバー４８から液体が漏洩することが防止される。漏液管４９の先端がポンプ据付床２２（図１参照）に形成された側溝（図示せず）の上方に位置している場合は、漏液管４９の先端は、側溝の上方で大気に連通しているので、内部空間４８ａに漏れた液体は、側溝を介して吸込水槽５に戻されるか、または回収タンクに回収される。
【００７８】
上側シール構造体４５は、回転軸６と一体的に回転するスリーブ４７が上側ケーシング３５に接触しない非接触型シールである。したがって、スリーブ４７および上側ケーシング３５は摩耗せず、上側シール構造体４５のメンテナンス頻度を大幅に下げることができる。さらに、上側シール構造体４５は非接触でシール機能を発揮するので、摩擦熱が発生せず、冷却水およびフラッシング液などの液体を上側シール構造体４５に供給する必要もない。
【００７９】
上側シール構造体４５は、回転するシール体３１によってシール体３１の上面３１ａと上側ケーシング３５の下面３５ｂとの間の隙間に発生する液体の静圧が、シール室３３ａ内に存在する液体の静圧よりも小さい場合でも、液体が軸封装置３０の外部に漏洩することを防止する補助シールとして機能する。
【００８０】
本実施形態によれば、フローティングシール４０を通過してシール室３３ａに流入した液体は、フローティングシール４０を通過する際に減圧される。さらに、フローティングシール４０を通過してシール室３３ａに到達した液体の一部は、シールケーシング３３の側壁に設けられた開口３３ｂを通ってドレイン管４３に流入し、吸込水槽５に戻される。シール室３３ａに到達した液体の一部が大気と連通するドレイン管４３を通って吸込水槽５に戻されるので、シールケーシング３３のシール室３３ａ内の液体の圧力は低下する。したがって、液体の漏洩を防止するためにシール体３１が発生すべき液体の圧力を低下させることができる。
【００８１】
さらに、シールケーシング３３のシール室３３ａ内に存在する減圧された液体の圧力が、シール体３１の回転によって上側ケーシング３５の下面３５ｂとシール体３１の上面３１ａとの間の隙間に存在する液体へ与える遠心力よりも高くても、液体は、上側シール構造体４５を通過する際にさらに減圧され、漏液カバー４８の内部空間４８ａに流入する。しかしながら、漏液カバー４８の内部空間４８ａに流入した液体は、漏液管４９を介して吸込水槽５に戻される。したがって、この軸封装置３０によって、該軸封装置３０から液体が漏洩することを確実に防止することができる。一実施形態では、シール体３１の形状・寸法、上側シール構造体４５の形状、およびフローティングシール４０の形状・寸法を適切に設計することにより、上側シール構造体４５を通過する液体の量を調整してもよい。
【００８２】
図示はしないが、図１０または図１１に示されるシール体３１の上面３１ａを、該シール体３１の半径方向外側に向かって下方に傾斜させてもよい（図８参照）。同様に、図１０または図１１に示されるシール体３１の上面３１ａを、該シール体３１の半径方向外側に向かって下方に傾斜させるとともに、湾曲させてもよい（図９参照）。
【００８３】
図１０および図１１に示される軸封装置３０も、フローティングシール４０によってシール室３３ａに流入する液体の静圧を減少させ、さらに、回転軸６と一体的に回転するシール体３１によって、液体が軸封装置３０から漏洩することを防止する。したがって、立軸ポンプの吐出エルボ管４を流れる液体の圧力が高い場合でも、軸封装置３０から液体が漏洩することを防止することができる。
【００８４】
さらに、この軸封装置３０のシール体３１は、他の部材に摺接しないので、シール体３１が摩耗しない。したがって、軸封装置３０に含まれる一つのフローティングシール４０のメンテナンスが必要なときに、軸封装置３０のメンテナンスを実行すればよい。フローティングシール４０のメンテナンス頻度は非常に低いので、軸封装置３０のメンテナンス頻度を大幅に低減させることができる。さらに、この軸封装置３０に含まれるフローティングシール４０の数は一つである。したがって、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、定期的な交換を必要とする部材（すなわち、高価な固定リング４１およびシールリング４２）の数が少ないので、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。さらに、この軸封装置３０に含まれるフローティングシール４０の数は一つであるので、作業者は、複数のフローティングシールを有する従来の軸封装置と比較して、軸封装置３０を容易に組み立てることができる。
【００８５】
さらに、図１１に示される上側シール構造体４５は、回転軸６と一体的に回転するスリーブ４７が上側ケーシング３５に接触しない非接触型シールである。上述したように、フローティングシール４０は、回転軸６と一体的に回転するスリーブ４１がシールリング４２に原則的に接触しない非接触型シールである。したがって、上側シール構造体４５およびフローティングシール４０のメンテナンス頻度を大幅に下げることができる。さらに、上側シール構造体４５およびフローティングシール４０は、非接触でシール機能を発揮するので、摩擦熱がほとんど発生しない。上側シール構造体４５およびフローティングシール４０に僅かに発生した摩擦熱は、該上側シール構造体４５およびフローティングシール４０を通過する液体によって除去される。したがって、冷却水およびフラッシング液などの液体を上側シール構造体４５およびフローティングシール４０に供給する必要がない。
【００８６】
上述した実施形態において、軸封装置３０のシール体３１は、他の部材に接触しないので、シール体３１の摩耗粉が発生しない。同様に、上側シール構造体４５も非接触型のシールであるため、上側シール構造体４５から摩耗粉が発生しない。フローティングシール４０も、スリーブ４１がシールリング４２と定常的に接触しない非接触シールであるため、フローティングシール４０から摩耗粉は、ほぼ発生しない。したがって、上述した実施形態に係る軸封装置３０を、厳しい品質が要求される液体（例えば、飲料水）を移送する立軸ポンプに取り付けることができる。
【００８７】
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。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】
【００８８】
１    インペラケーシング
２    ポンプケーシング
３    揚水管
４    吐出エルボ管
５    吸込水槽
６    回転軸
１０    羽根車
１１    外軸受
１２    水中軸受
１５    中間軸受
２０    吐出配管
２２    ポンプ据付床
２３    据付用ベース
２５    仕切弁
３０    軸封装置
３１    シール体
３３    シールケーシング
３３ａ  シール室
３３ｂ  開口
３４    下側ケーシング
３４ａ  下側貫通孔
３５    上側ケーシング
３５ａ  上側貫通孔
３６    中間ケーシング
３７    溝
４０    フローティングシール
４１    スリーブ
４２    シールリング
４３    ドレイン管
４５    上側シール構造体
４７    スリーブ
４８    漏液カバー
４９    漏液管
５０    水切板
１００    吐出水槽
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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