(57)【要約】【課題】シール機能に加えて、ポンプケーシング内の空気を排気したりポンプケーシング内に空気を吸気する吸排気機能を有するメカニカルシール装置を提供する。【解決手段】回転軸１４が貫通するポンプケーシング１２の軸孔１７に固定環４２が設けられ、回転軸１４に回転環４３が外嵌され、固定環４２と回転軸１４との間に浮遊環４４が配設され、回転環４３の下面と浮遊環４４の上面との間を通ってポンプケーシング１２の内外に連通する吸排気通路６０が設けられ、浮遊環４４は吸排気通路６０を開閉する開位置Ｏおよび閉位置に上下移動自在であり、閉位置において浮遊環４４の上面が回転環４３の下面に当接して、浮遊環４４と回転環４３との間がシールされ、浮遊環４４はポンプケーシング１２内の水の浮力によって閉方向へ上昇するように構成されている。【選択図】図１
2008240837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車が回転して送液するポンプに設けられ、
羽根車を回転させる回転軸とポンプケーシングとの軸封を行うメカニカルシール装置であって、
回転軸が貫通しているポンプケーシングの軸孔に固定環が設けられ、
回転軸に回転環が外嵌され、
固定環と回転軸との間に浮遊環が配設され、
回転環の下面と浮遊環の上面との間を通ってポンプケーシングの内部と外部とに連通する吸排気通路が設けられ、
浮遊環は、上昇して吸排気通路を閉じる閉位置と、下降して吸排気通路を開く開位置とにわたって上下方向に移動自在であり、
固定環の内周面と浮遊環の外周面との間がシール部材でシールされ、
閉位置において浮遊環の上面が回転環の下面に当接して、浮遊環と回転環との間がシールされ、
浮遊環はポンプケーシング内の液体の浮力によって閉方向へ移動するように構成されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項２】
浮遊環は、円筒状の本体部と、本体部の上端から径方向外側へ張り出した鍔部とを備え、
鍔部が固定環と回転環との上下間に位置し、
開位置において、鍔部が上方から固定環に係止されることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
浮遊環の回転を阻止する回転阻止手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のメカニカルシール装置。
【請求項４】
羽根車が回転して送液するポンプに設けられ、
羽根車を回転させる回転軸とポンプケーシングとの軸封を行うメカニカルシール装置であって、
回転軸が貫通しているポンプケーシングの軸孔に固定環が設けられ、
ポンプケーシング内において回転環が回転軸に外嵌され、
回転環に浮遊環が外嵌されて固定環の下方に対向し、
固定環の下面と浮遊環の上面との間を通ってポンプケーシングの内部と外部とに連通する吸排気通路が設けられ、
浮遊環は、上昇して吸排気通路を閉じる閉位置と、下降して吸排気通路を開く開位置とにわたって上下方向に移動自在であり、
回転環の外周面と浮遊環の内周面との間がシール部材でシールされ、
閉位置において浮遊環の上面が固定環の下面に当接して、浮遊環と固定環との間がシールされ、
浮遊環はポンプケーシング内の液体の浮力によって閉方向へ移動するように構成されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項５】
浮遊環は、係合手段によって、周方向において回転環に係合していることを特徴とする請求項４記載のメカニカルシール装置。
【請求項６】
浮遊環を開方向へ付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のメカニカルシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに設けられる吸排気機能付きのメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、図１１に示すように、立軸斜流ポンプ１１のポンプケーシング１２内には、羽根車１３と、羽根車１３を回転させる上下方向の回転軸１４とが設けられている。ポンプケーシング１２の下端部には、下向きの吸込口１５が形成され、上端部には、横向きの吐出口１６が形成されている。
【０００３】
回転軸１４の上部は、ポンプケーシング１２の上部に形成された軸孔１７を貫通して、ポンプケーシング１２の上方へ突出している。尚、ポンプケーシング１２の上方には、回転軸１４を回転させる電動機１８が設けられている。また、軸孔１７の部分にはメカニカルシール装置１９が設けられており、メカニカルシール装置１９によってポンプケーシング１２と回転軸１４との軸封を行っている。また、ポンプケーシング１２の上端部には、ポンプケーシング１２内の空気を排気したりポンプケーシング１２内に空気を吸気する吸排気装置２０が設けられている。吸排気装置２０は吸排気管２１と吸排気弁２２とで構成されている。
【０００４】
これによると、槽２３内の水位が所定の排水開始水位まで上昇し、ポンプ１１を起動させた場合、羽根車１３の回転により、槽２３内の水が吸込口１５から吸込まれ、ポンプケーシング１２内の水面が次第に上昇する。この際、吸排気弁２２を開くことにより、ポンプケーシング１２内の空気が、上昇する水面に押され、吸排気管２１を通って外部へ排気される。これにより、吐出側の配管２４に空気が送り込まれるのを阻止して、吐出側の配管２４内に空気溜まりが発生したりエアハンマーの発生を防止している。ポンプケーシング１２内の空気が排気されると、吸排気弁２２を閉じる。尚、ポンプ１１の運転中は、吸込口１５から吸込まれた水がポンプケーシング１２内を通って吐出口１６から排出される。
【０００５】
また、槽２３内の水位が低下して、ポンプ１１を停止させた場合、羽根車１３の回転が停止するため、ポンプケーシング１２内の水が下降（落水）しようとしてポンプケーシング１２内の圧力が低下するが、この際、吸排気弁２２を開くことにより、外部の空気が吸排気管２１を通ってポンプケーシング１２内に吸気され、ポンプケーシング１２内が大気圧に保たれた状態で、ポンプケーシング１２内の水面が下降（落水）し、ポンプケーシング１２内の水がスムーズに吸込口１５から槽２３内へ排出される。
【０００６】
尚、下記特許文献１には縦形ポンプに設けられたシール装置が記載されており、ポンプ本体内で羽根車の上方にフロート室が設けられ、フロート室にフロートが収容され、フロートの上面にシール部材が設けられ、羽根車を回転させる回転軸にシール環が設けられており、羽根車が停止して水がフロート室内に侵入すると、フロートが浮上し、シール部材がシール環に圧接する点が記載されている。
【特許文献１】特開昭６０−１８２３９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記図１１に示すものでは、メカニカルシール装置１９から離れた別の箇所に吸排気装置２０を設けているため、吸排気装置２０を設けるためのスペースを確保する必要があるといった問題や構造が複雑化するといった問題がある。
【０００８】
また、吸排気弁２２を閉じた状態で立軸斜流ポンプ１１を運転して槽２３内の水を排水している際、メカニカルシール装置１９の直下に空気溜まりが発生し、メカニカルシール装置１９がドライ状態で摺動してシール不良を生じる虞れがあるといった問題があった。
【０００９】
また、吸排気弁２２を閉じたままで羽根車１３を停止させた場合、ポンプケーシング１２内の水が下降しようとしてポンプケーシング１２内が大気圧未満の低圧力（負圧）に低下し、メカニカルシール装置１９の挙動が不安定になる虞れがあった。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載されているシール装置は、ポンプケーシング内の空気を排気したり或いはポンプケーシング内に空気を吸気する吸排気機能を有するものではなく、吸排気が迅速かつ確実に行えないといった問題がある。
【００１１】
本発明は、シール機能に加えて、迅速且つ確実に、ポンプケーシング内の空気を排気したりポンプケーシング内に空気を吸気する吸排気機能を有するメカニカルシール装置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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本第１発明は、羽根車が回転して送液するポンプに設けられ、
羽根車を回転させる回転軸とポンプケーシングとの軸封を行うメカニカルシール装置であって、
回転軸が貫通しているポンプケーシングの軸孔に固定環が設けられ、
回転軸に回転環が外嵌され、
固定環と回転軸との間に浮遊環が配設され、
回転環の下面と浮遊環の上面との間を通ってポンプケーシングの内部と外部とに連通する吸排気通路が設けられ、
浮遊環は、上昇して吸排気通路を閉じる閉位置と、下降して吸排気通路を開く開位置とにわたって上下方向に移動自在であり、
固定環の内周面と浮遊環の外周面との間がシール部材でシールされ、
閉位置において浮遊環の上面が回転環の下面に当接して、浮遊環と回転環との間がシールされ、
浮遊環はポンプケーシング内の液体の浮力によって閉方向へ移動するように構成されているものである。
【００１３】
これによると、ポンプが停止している場合、浮遊環は自重により開位置に下降しており、吸排気通路が開かれている。その後、ポンプを起動させた場合、羽根車の回転により、液体が吸込口から吸込まれ、ポンプケーシング内の液面が次第に上昇する。この際、ポンプケーシング内の空気は、上昇する液面に押され、吸排気通路を通って外部へ排気される。
【００１４】
さらに液面が上昇することで浮遊環がポンプケーシング内の液体の浮力によって閉位置に上昇し、吸排気通路が閉じられるとともに、浮遊環の上面が回転軸と共に回転する回転環の下面に当接し、回転環の下面が浮遊環の上面に対して摺動する。これにより、ポンプ運転中には、ポンプケーシング内の圧力および浮力によって浮遊環の上面が回転環の下面に押圧されて浮遊環と回転環との間がシールされ、吸込口から吸込まれた液体が、メカニカルシール装置から漏れ出ることなく、ポンプケーシング内を通って吐出口から排出される。
【００１５】
また、ポンプを停止させた場合、羽根車の回転が停止して送液が停止されるため、ポンプケーシング内の液面が次第に下降（落水）し、ポンプケーシング内の圧力が低下するとともに浮遊環に作用する液体の浮力が低減するため、浮遊環は開位置に下降し、吸排気通路が開かれる。これにより、外部の空気が吸排気通路を通ってポンプケーシング内に吸気され、ポンプケーシング内の圧力が、大気圧未満の低圧力（負圧）に低下することなく、大気圧に保たれた状態で、ポンプケーシング内の液面が下降し、ポンプケーシング内の液体がスムーズに吸込口から外部へ排出される。
【００１６】
このように、メカニカルシール装置はシール機能に加えて吸排気機能をも有するため、従来のように吸排気装置を別途設ける必要はない。
また、ポンプ運転中において、メカニカルシール装置の直下に空気溜まりが発生した場合、浮遊環に作用する液体の浮力が空気溜まりによって低減するため、浮遊環は自重により開位置に下降し、吸排気通路が開かれ、空気溜まりの空気が吸排気通路を通ってポンプケーシングの外部に排気される。これにより、ポンプケーシング内の液面が上昇して浮遊環に作用する液体の浮力が増大するため、浮遊環が上記浮力によって閉位置に上昇し、吸排気通路が閉じられるとともに、浮遊環の上面が回転軸と共に回転する回転環の下面に当接し、回転環の下面が浮遊環の上面に対して摺動して、浮遊環と回転環との間がシールされる。これにより、空気溜まりが無くなり、メカニカルシール装置がドライ状態で摺動してシール不良を生じるのを防止することができる。
【００１７】
また、ポンプを停止させた場合、浮遊環が液面の低下に連動して自動的に開位置に下降するため、ポンプケーシング内が大気圧未満の低圧力（負圧）になることはなく、これにより、メカニカルシール装置の挙動が不安定になるのを防止することができる。
【００１８】
本第２発明は、浮遊環は、円筒状の本体部と、本体部の上端から径方向外側へ張り出した鍔部とを備え、
鍔部が固定環と回転環との上下間に位置し、
開位置において、鍔部が上方から固定環に係止されるものである。
【００１９】
これによると、浮遊環が開位置まで下降した際、鍔部が上方から固定環に係止されるため、浮遊環が固定環から脱落するのを防止することができる。
本第３発明は、浮遊環の回転を阻止する回転阻止手段が設けられているものである。
【００２０】
これによると、浮遊環が回転軸と共に回転する共回りを防止することができ、シール性が向上する。
本第４発明は、羽根車が回転して送液するポンプに設けられ、
羽根車を回転させる回転軸とポンプケーシングとの軸封を行うメカニカルシール装置であって、
回転軸が貫通しているポンプケーシングの軸孔に固定環が設けられ、
ポンプケーシング内において回転環が回転軸に外嵌され、
回転環に浮遊環が外嵌されて固定環の下方に対向し、
固定環の下面と浮遊環の上面との間を通ってポンプケーシングの内部と外部とに連通する吸排気通路が設けられ、
浮遊環は、上昇して吸排気通路を閉じる閉位置と、下降して吸排気通路を開く開位置とにわたって上下方向に移動自在であり、
回転環の外周面と浮遊環の内周面との間がシール部材でシールされ、
閉位置において浮遊環の上面が固定環の下面に当接して、浮遊環と固定環との間がシールされ、
浮遊環はポンプケーシング内の液体の浮力によって閉方向へ移動するように構成されているものである。
【００２１】
これによると、ポンプが停止している場合、浮遊環は自重により開位置に下降しており、吸排気通路が開かれている。その後、ポンプを起動させた場合、回転軸と共に回転環と浮遊環とが回転し、羽根車が回転して、液体が吸込口から吸込まれ、ポンプケーシング内の液面が次第に上昇する。この際、ポンプケーシング内の空気は、上昇する液面に押され、吸排気通路を通って外部へ排気される。
【００２２】
さらに液面が上昇することで浮遊環がポンプケーシング内の液体の浮力によって閉位置に上昇し、吸排気通路が閉じられるとともに、浮遊環の上面が固定環の下面に当接して固定環の下面に対し摺動する。これにより、ポンプ運転中には、ポンプケーシング内の圧力および浮力によって浮遊環の上面が固定環の下面に押圧されて浮遊環と固定環との間がシールされ、吸込口から吸込まれた液体が、メカニカルシール装置から漏れ出ることなく、ポンプケーシング内を通って吐出口から排出される。
【００２３】
また、ポンプを停止させた場合、羽根車の回転が停止して送液が停止されるため、ポンプケーシング内の液面が次第に下降（落水）し、ポンプケーシング内の圧力が低下するとともに浮遊環に作用する液体の浮力が低減するため、浮遊環は開位置に下降し、吸排気通路が開かれる。これにより、外部の空気が吸排気通路を通ってポンプケーシング内に吸気され、ポンプケーシング内の圧力が、大気圧未満の低圧力（負圧）に低下することなく、大気圧に保たれた状態で、ポンプケーシング内の液面が下降し、ポンプケーシング内の液体がスムーズに吸込口から外部へ排出される。
【００２４】
このように、メカニカルシール装置はシール機能に加えて吸排気機能をも有するため、従来のように吸排気装置を別途設ける必要はない。
また、ポンプ運転中において、メカニカルシール装置の直下に空気溜まりが発生した場合、浮遊環に作用する液体の浮力が空気溜まりによって低減するため、浮遊環は自重により開位置に下降し、吸排気通路が開かれ、空気溜まりの空気が吸排気通路を通ってポンプケーシングの外部に排気される。これにより、ポンプケーシング内の液面が上昇して浮遊環に作用する液体の浮力が増大するため、浮遊環が上記浮力によって閉位置に上昇し、吸排気通路が閉じられるとともに、浮遊環の上面が固定環の下面に当接して固定環の下面に対して摺動し、浮遊環と固定環との間がシールされる。これにより、空気溜まりが無くなり、メカニカルシール装置がドライ状態で摺動してシール不良を生じるのを防止することができる。
【００２５】
また、ポンプを停止させた場合、浮遊環が液面の低下に連動して自動的に開位置に下降するため、ポンプケーシング内が大気圧未満の低圧力（負圧）になることはなく、これにより、メカニカルシール装置の挙動が不安定になるのを防止することができる。
【００２６】
本第５発明は、浮遊環は、係合手段によって、周方向において回転環に係合しているものである。
これによると、回転軸が回転した際、浮遊環は回転環と共に回転軸と一体的に周方向へ回転する。これにより、浮遊環が回転環に対して周方向へずれて回転することはなく、シール性が向上する。
【００２７】
本第６発明は、浮遊環を開方向へ付勢する付勢手段が設けられているものである。
これによると、浮遊環が開位置に下降し、ポンプケーシング内の空気が吸排気通路を通って排気されている際、ポンプケーシング内の液面の上昇速度が速く、ポンプケーシング内の圧力が急激に上昇しても、浮遊環は、付勢手段によって開方向へ付勢されているため、確実に開位置に保たれる。したがって、上記のような急激な圧力上昇が発生しても、浮遊環が上昇して吸排気通路を閉じるといった誤動作の発生を防止することができる。
【００２８】
また、ポンプを停止させて、浮遊環に作用する液体の浮力が低減した場合、浮遊環は、付勢手段によって開方向へ付勢されているため、確実に閉位置から開位置に下降する。これにより、浮遊環の上面が回転環又は固定環の下面に付着したまま開位置へ下降しないといったトラブルの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように本発明によると、メカニカルシール装置はシール機能に加えて吸排気機能をも有するため、従来のように吸排気装置を別途設ける必要はない。
また、ポンプ運転中において、メカニカルシール装置の直下に空気溜まりが発生した場合、浮遊環に作用する液体の浮力が空気溜まりによって低減するため、浮遊環が開位置に下降し、吸排気通路が開かれ、空気溜まりの空気が吸排気通路を通ってポンプケーシングの外部に排気される。これにより、ポンプケーシング内の液面が上昇して浮遊環に作用する液体の浮力が増大するため、浮遊環が閉位置に上昇し、吸排気通路が閉じられる。これにより、空気溜まりが無くなり、メカニカルシール装置がドライな状態で摺動してシール不良を生じるのを防止することができる。
【００３０】
また、ポンプを停止させた場合、浮遊環が液面の低下に連動して自動的に開位置に下降するため、ポンプケーシング内が大気圧未満の低圧力（負圧）になることはなく、これにより、メカニカルシール装置の挙動が不安定になるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、先述した従来のものと同じ部材については、同一の符号を付記して説明を省略する。
先ず、第１の実施の形態について図１〜図４を参照にして説明する。
【００３２】
４１は、ポンプケーシング１２の上部に形成された軸孔１７の部分に設けられた吸排気機能付きのメカニカルシール装置である。メカニカルシール装置４１は固定環４２と回転環４３と浮遊環４４とを有している。固定環４２は、金属製であり、円筒状の嵌込部４６と、嵌込部４６の上端に設けられた円環状のフランジ部４７とを有している。嵌込部４６が軸孔１７に上方から嵌め込まれ、フランジ部４７が複数のボルト４８によってポンプケーシング１２に取付け固定されている。尚、固定環４２には、嵌込部４６の外周面と軸孔１７の内周面との間をシールするＯリング４９が設けられている。
【００３３】
回転軸１４は円環状の取付板５１を有している。上記回転環４３は、金属製の円環状の部材であり、回転軸１４に外嵌され、複数のボルト５３によって取付板５１に取付け固定されてポンプケーシング１２の上方に位置している。尚、回転環４３は、その下面に、耐磨耗性に優れた材質（例えばカーボンやセラミック等）から成る薄い層状の耐磨耗部４３ａを有している。
【００３４】
浮遊環４４は、水に浮くように水よりも比重の軽い材質（例えば樹脂等）で製作されており、円筒状の本体部５５と、本体部５５の上端から径方向外側へ全周にわたり張り出した上部鍔部５６と、本体部５５の下端から径方向外側へ全周にわたり張り出した下部鍔部５７とを有している。
【００３５】
本体部５５は、回転軸１４の外周面と固定環４２の内周面との間に配設され、固定環４２の内周面側に嵌め込まれている。尚、浮遊環４４には、本体部５５の外周面と固定環４２の内周面との間をシールするＯリング５８（シール部材の一例）が設けられている。また、上部鍔部５６は固定環４２の上面と回転環４３の下面との間に位置し、下部鍔部５７は固定環４２の嵌込部４６の下方に位置し、嵌込部４６が上部鍔部５６と下部鍔部５７との間に嵌め込まれている。尚、浮遊環４４は、その上面に、耐磨耗性に優れた材質（例えばカーボンやセラミック等）から成る薄い層状の耐磨耗部４４ａを有している。
【００３６】
メカニカルシール装置４１は、開位置Ｏにおいてポンプケーシング１２の内部と外部とに連通する吸排気通路６０を有している。この吸排気通路６０は第１の吸排気通路６０ａと第２の吸排気通路６０ｂとで構成されている。第１の吸排気通路６０ａは、回転環４３の下面と浮遊環４４の上面との間に、全周にわたり形成されている。第２の吸排気通路６０ｂは、回転軸１４の外周面と浮遊環４４の内周面との間に、全周にわたり形成されている。第１の吸排気通路６０ａの径方向内端と第２の吸排気通路６０ｂの上端とが連通し、第１の吸排気通路６０ａの径方向外端がポンプケーシング１２の外部に連通し、第２の吸排気通路６０ｂの下端がポンプケーシング１２の内部に連通している。
【００３７】
浮遊環４４は、図２に示すように、上昇して第１の吸排気通路６０ａを閉じる閉位置Ｓと、図１に示すように、下降して第１の吸排気通路６０ａを開く開位置Ｏとにわたって上下方向に移動自在である。尚、図２に示すように、閉位置Ｓにおいて、浮遊環４４の上面が回転環４３の下面に面接触して、浮遊環４４と回転環４３との間がシールされる。また、図１に示すように、開位置Ｏにおいて、上部鍔部５６が上方から固定環４２に係止されるため、浮遊環４４の下方向（開方向）への移動範囲が規制される。
【００３８】
また、固定環４２の嵌込部４６の下端と浮遊環４４の下部鍔部５７との間には、浮遊環４４を下方向（開方向）へ付勢するコイル状のスプリング６２（付勢手段の一例）が設けられている。尚、図４に示すように、スプリング６２は周方向において所定間隔おきに複数配置されている。また、全てのスプリング６２の下向きの総付勢力（伸長力）は、ポンプケーシング１２内の水よって浮遊環４４に作用する浮力よりも小さくなるように設定されている。これにより、浮遊環４４は、スプリング６２の付勢力に打ち勝って、上記浮力により閉位置Ｓへ上昇するように構成されている。
【００３９】
また、浮遊環４４は、回転阻止手段６４によって、上下方向の移動を許容されつつ、周方向の回転を阻止されている。回転阻止手段６４は回り止めピン６５と回り止め穴６６とで構成されており、回り止めピン６５が固定環４２の内周面に設けられ、回り止め穴６６が浮遊環４４の本体部５５の外周面に形成されている。図３に示すように、回り止め穴６６は上下方向に長い長穴である。回り止めピン６５の先端部は、回り止め穴６６に挿入されており、回り止め穴６６に対して相対的に上下方向への移動が可能となっている。尚、回り止めピン６５は固定環４２の周方向において複数個、回り止め穴６６は浮遊環４４の周方向において複数個設けられている。
【００４０】
以下、上記構成における作用を説明する。
ポンプ１１が停止している場合、図１に示すように、浮遊環４４は自重とスプリング６２の付勢力とにより開位置Ｏに下降しており、第１の吸排気通路６０ａが開かれている。その後、槽２３内の水位が所定の排水開始水位まで上昇し、ポンプ１１を起動させた場合、羽根車１３の回転により、槽２３内の水が吸込口１５から吸込まれ、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが次第に上昇する。この際、ポンプケーシング１２内の空気は、上昇する水面Ｗに押され、第２の吸排気通路６０ｂと第１の吸排気通路６０ａとを通って外部へ排気される。
【００４１】
尚、上記のようにポンプケーシング１２内の空気が排気されている際、ポンプケーシング１２内の水面Ｗの上昇速度が速く、ポンプケーシング１２内の圧力が急激に上昇しても、浮遊環４４は、スプリング６２によって開方向へ付勢されているため、確実に開位置Ｏに保たれる。したがって、上記のような急激な圧力上昇が発生しても、浮遊環４４が上昇して第１の吸排気通路６０ａを閉じるといった誤動作の発生を防止することができる。
【００４２】
さらに水面Ｗが上昇して浮遊環４４に達することで、図２に示すように、浮遊環４４がポンプケーシング１２内の水の浮力により閉位置Ｓに浮上（上昇）し、第１の吸排気通路６０ａが閉じられるとともに、浮遊環４４の上面が回転軸１４と共に回転する回転環４３の下面に当接し、回転環４３の下面が浮遊環４４の上面に対して摺動する。これにより、ポンプ１１の運転中には、ポンプケーシング１２内の圧力および浮力によって浮遊環４４の上面が回転環４３の下面に押圧されて浮遊環４４と回転環４３との間がシールされ、吸込口１５から吸込まれた水が、メカニカルシール装置４１から漏れ出ることなく、ポンプケーシング１２内を通って吐出口１６から排出される。
【００４３】
また、ポンプ１１を停止させた場合、羽根車１３の回転が停止して送水が停止されるため、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが次第に下降（落水）し、プケーシング１２内の圧力が低下するとともに浮遊環４４に作用する浮力が低減するため、図１に示すように、浮遊環４４は開位置Ｏに下降し、第１の吸排気通路６０ａが開かれる。これにより、外部の空気が第１の吸排気通路６０ａと第２の吸排気通路６０ｂとを通ってポンプケーシング１２内に吸気され、ポンプケーシング１２内の圧力が、大気圧未満の低圧力（負圧）に低下することなく、大気圧に保たれた状態で、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが下降し、ポンプケーシング１２内の水がスムーズに吸込口１５から外部へ排出される。尚、この際、浮遊環４４は、スプリング６２によって開方向へ付勢されているため、確実に閉位置Ｓから開位置Ｏに下降する。これにより、浮遊環４４の上面が回転環４３の下面に付着したまま開位置Ｏへ下降しないといったトラブルの発生を防止することができる。
【００４４】
このように、メカニカルシール装置４１はシール機能に加えて吸排気機能をも有するため、従来のように吸排気装置２０（図１１参照）を別途設ける必要はない。
また、ポンプ１１の運転中において、メカニカルシール装置４１の直下に空気溜まりが発生した場合、浮遊環４４に作用する水の浮力が空気溜まりによって低減するため、図１に示すように、浮遊環４４は自重およびスプリング６２の付勢力により開位置Ｏに下降し、第１の吸排気通路６０ａが開かれ、空気溜まりの空気が第２の吸排気通路６０ｂと第１の吸排気通路６０ａとを通って外部へ排気される。
【００４５】
これにより、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが上昇して浮遊環４４に作用する水の浮力が増大するため、図２に示すように、浮遊環４４が上記浮力によって閉位置Ｓに上昇し、第１の吸排気通路６０ａが閉じられるとともに、浮遊環４４の上面が回転軸１４と共に回転する回転環４３の下面に当接し、回転環４３の下面が浮遊環４４の上面に対して摺動して、浮遊環４４と回転環４３との間がシールされる。これにより、空気溜まりが無くなり、メカニカルシール装置４１がドライ状態で摺動してシール不良を生じるのを防止することができる。
【００４６】
また、ポンプ１１を停止させた場合、浮遊環４４が水面Ｗの低下（落水）に連動して自動的に開位置Ｏに下降するため、ポンプケーシング１２内が大気圧未満の低圧力（負圧）に低下することはなく、これにより、メカニカルシール装置４１の挙動が不安定になるのを防止することができる。
【００４７】
また、回り止めピン６５の先端部が回り止め穴６６に挿入されているため、浮遊環４４が回転軸１４と共に回転する共回りを防止することができ、シール性が向上する。
また、図１に示すように、浮遊環４４が開位置Ｏまで下降した際、上部鍔部５６が上方から固定環４２に係止されるため、浮遊環４４が固定環４２から脱落するのを防止することができる。
【００４８】
また、図２に示すように、浮遊環４４が閉位置Ｓに上昇した状態では、回転環４３の下面と浮遊環４４の上面とがシール面として互いに摺動するが、これらシール面は耐磨耗部４３ａ，４４ａで構成されているため、磨耗し難く、長期間の使用に耐える。
【００４９】
上記第１の実施の形態では、回り止めピン６５と回り止め穴６６とをそれぞれ複数個ずつ設けているが、１個ずつ設けてもよい。また、回り止めピン６５を浮遊環４４に設け、回り止め穴６６を固定環４２に設けてもよい。
【００５０】
次に、第２の実施の形態について図５，図６を参照にして説明する。
回転阻止手段７５は回り止めボルト７６と回り止め穴７７とで構成されており、回り止めボルト７６が固定環４２の嵌込部４６の下端に設けられ、回り止め穴７７が浮遊環４４の下部鍔部５７に形成されている。回り止め穴７７は上下に貫通しており、回り止めボルト７６は、下方から回り止め穴７７とスプリング６２とに挿通されており、回り止め穴７７に対して相対的に上下方向への移動が可能となっている。尚、回り止めボルト７６は固定環４２の周方向において複数個、回り止め穴７７は浮遊環４４の周方向において複数個設けられている。
【００５１】
これによると、回り止めボルト７６が回り止め穴７７に挿入されているため、浮遊環４４が回転軸１４と共に回転する共回りを防止することができる。
上記第２の実施の形態では、回り止めボルト７６と回り止め穴７７とをそれぞれ複数個ずつ設けているが、１個ずつ設けてもよい。また、回り止めボルト７６をスプリング６２に挿通しているが、スプリング６２の位置から周方向にずれた位置に回り止めボルト７６を配置してもよい。
【００５２】
次に、第３の実施の形態について図７〜図１０を参照にして説明する。
メカニカルシール装置８１は固定環４２と回転環４３と浮遊環４４とを有している。固定環４２は嵌込部４６とフランジ部４７とを有している。嵌込部４６が軸孔１７に上方から嵌め込まれ、フランジ部４７が複数のボルト４８によってポンプケーシング１２に取付け固定されている。尚、固定環４２には、嵌込部４６の外周面と軸孔１７の内周面との間をシールするＯリング４９が設けられている。また、固定環４２は、その下面に、耐磨耗性に優れた材質（例えばカーボンやセラミック等）から成る薄い層状の耐磨耗部４２ａを有している。
【００５３】
回転環４３は、金属製の円環状の部材であり、ポンプケーシング１２内において、回転軸１４に外嵌され溶接等で取付けられている。
浮遊環４４は、水に浮くように水よりも比重の軽い材質（例えば樹脂等）で製作されており、回転環４３に外嵌されて固定環４２の下方に対向している。浮遊環４４は、円筒状の本体部８３と、本体部８３の上端から径方向内側へ全周にわたり張り出した上部鍔部８４と、本体部８３の下端から径方向内側へ全周にわたり張り出した下部鍔部８５とを有している。本体部８３は回転環４３の径方向外側に位置し、上部鍔部８４は固定環４２と回転環４３との上下間に位置し、下部鍔部８５は回転環４３の下方に位置している。
【００５４】
尚、回転環４３には、回転環４３の外周面と浮遊環４４の本体部８３の内周面との間をシールするＯリング８７（シール部材の一例）が設けられている。また、浮遊環４４は、その上面に、耐磨耗性に優れた材質（例えばカーボンやセラミック等）から成る薄い層状の耐磨耗部４４ａを有している。
【００５５】
メカニカルシール装置８１は、開位置Ｏにおいてポンプケーシング１２の内部と外部とに連通する吸排気通路６０を有している。この吸排気通路６０は第１の吸排気通路６０ａと第２の吸排気通路６０ｂとで構成されている。第１の吸排気通路６０ａは、固定環４２の下面と浮遊環４４の上面との間に、全周にわたり形成されている。第２の吸排気通路６０ｂは、回転軸１４の外周面と固定環４２の内周面との間に、全周にわたり形成されている。第１の吸排気通路６０ａの径方向内端と第２の吸排気通路６０ｂの下端とが連通し、第１の吸排気通路６０ａの径方向外端がポンプケーシング１２の内部に連通し、第２の吸排気通路６０ｂの上端がポンプケーシング１２の外部上方に連通している。
【００５６】
浮遊環４４は、図８に示すように、上昇して第１の吸排気通路６０ａを閉じる閉位置Ｓと、図７に示すように、下降して第１の吸排気通路６０ａを開く開位置Ｏとにわたって上下方向に移動自在である。尚、図８に示すように、閉位置Ｓにおいて、浮遊環４４の上面が固定環４２の下面に面接触して、浮遊環４４と固定環４２との間がシールされる。また、図７に示すように、開位置Ｏにおいて、上部鍔部８４が上方から回転環４３に係止されるため、浮遊環４４の下方向（開方向）への移動範囲が規制される。
【００５７】
また、回転環４３と浮遊環４４の下部鍔部８５との間には、浮遊環４４を下方向（開方向）へ付勢するコイル状のスプリング６２（付勢手段の一例）が設けられている。尚、図９に示すように、スプリング６２は周方向において所定間隔おきに複数配置されている。また、全てのスプリング６２の下向きの総付勢力（伸長力）は、ポンプケーシング１２内の水よって浮遊環４４に作用する浮力よりも小さくなるように設定されている。これにより、浮遊環４４は、スプリング６２の付勢力に打ち勝って、上記浮力により閉位置Ｓへ上昇するように構成されている。
【００５８】
また、浮遊環４４は、係合手段８８によって、上下方向の移動を許容されつつ、周方向において回転環４３に係合している。係合手段８８は係合ピン８９と係合穴９０とで構成されており、係合ピン８９が回転環４３の外周面に設けられ、係合穴９０が浮遊環４４の本体部８３の内周面に形成されている。図１０に示すように、係合穴９０は上下方向に長い長穴である。係合ピン８９の先端部は、係合穴９０に挿入されており、係合穴９０に対して相対的に上下方向への移動が可能となっている。尚、係合ピン８９は回転環４３の周方向において複数個、係合穴９０は浮遊環４４の周方向において複数個設けられている。
【００５９】
以下、上記構成における作用を説明する。
ポンプ１１が停止している場合、図７に示すように、浮遊環４４は自重とスプリング６２の付勢力とにより開位置Ｏに下降しており、第１の吸排気通路６０ａが開かれている。その後、槽２３内の水位が所定の排水開始水位まで上昇し、ポンプ１１を起動させた場合、回転軸１４と共に回転環４３と浮遊環４４とが回転し、羽根車１３が回転して、槽２３内の水が吸込口１５から吸込まれ、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが次第に上昇する。この際、ポンプケーシング１２内の空気は、上昇する水面Ｗに押され、第１の吸排気通路６０ａと第２の吸排気通路６０ｂとを通って外部へ排気される。
【００６０】
尚、上記のようにポンプケーシング１２内の空気が排気されている際、ポンプケーシング１２内の水面Ｗの上昇速度が速く、ポンプケーシング１２内の圧力が急激に上昇しても、浮遊環４４は、スプリング６２によって開方向へ付勢されているため、確実に開位置Ｏに保たれる。したがって、上記のような急激な圧力上昇が発生しても、浮遊環４４が上昇して第１の吸排気通路６０ａを閉じるといった誤動作の発生を防止することができる。
【００６１】
さらに水面Ｗが上昇して浮遊環４４に達することで、図８に示すように、浮遊環４４がポンプケーシング１２内の水の浮力により閉位置Ｓに浮上（上昇）し、第１の吸排気通路６０ａが閉じられるとともに、浮遊環４４の上面が固定環４２の下面に当接して固定環４２の下面に対し摺動する。これにより、ポンプ１１の運転中には、ポンプケーシング１２内の圧力および浮力によって浮遊環４４の上面が固定環４２の下面に押圧されて浮遊環４４と固定環４２との間がシールされ、吸込口１５から吸込まれた水が、メカニカルシール装置８１から漏れ出ることなく、ポンプケーシング１２内を通って吐出口１６から排出される。
【００６２】
また、ポンプ１１を停止させた場合、羽根車１３の回転が停止して送水が停止されるため、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが次第に下降（落水）し、プケーシング１２内の圧力が低下するとともに浮遊環４４に作用する浮力が低減するため、図７に示すように、浮遊環４４は開位置Ｏに下降し、第１の吸排気通路６０ａが開かれる。これにより、外部の空気が第２の吸排気通路６０ｂと第１の吸排気通路６０ａとを通ってポンプケーシング１２内に吸気され、ポンプケーシング１２内の圧力が、大気圧未満の低圧力（負圧）に低下することなく、大気圧に保たれた状態で、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが下降し、ポンプケーシング１２内の水がスムーズに吸込口１５から外部へ排出される。尚、この際、浮遊環４４は、スプリング６２によって開方向へ付勢されているため、確実に閉位置Ｓから開位置Ｏに下降する。これにより、浮遊環４４の上面が固定環４２の下面に付着したまま開位置Ｏへ下降しないといったトラブルの発生を防止することができる。
【００６３】
このように、メカニカルシール装置８１はシール機能に加えて吸排気機能をも有するため、従来のように吸排気装置２０（図１１参照）を別途設ける必要はない。
また、ポンプ１１の運転中において、メカニカルシール装置８１の直下に空気溜まりが発生した場合、浮遊環４４に作用する水の浮力が空気溜まりによって低減するため、図７に示すように、浮遊環４４は自重およびスプリング６２の付勢力により開位置Ｏに下降し、第１の吸排気通路６０ａが開かれ、空気溜まりの空気が第１の吸排気通路６０ａと第２の吸排気通路６０ｂとを通って外部へ排気される。
【００６４】
これにより、ポンプケーシング１２内の水面Ｗが上昇して浮遊環４４に作用する水の浮力が増大するため、図８に示すように、浮遊環４４が上記浮力によって閉位置Ｓに上昇し、第１の吸排気通路６０ａが閉じられるとともに、浮遊環４４の上面が固定環４２の下面に当接して固定環４２の下面に対して摺動し、浮遊環４４と固定環４２との間がシールされる。これにより、空気溜まりが無くなり、メカニカルシール装置８１がドライ状態で摺動してシール不良を生じるのを防止することができる。
【００６５】
また、ポンプ１１を停止させた場合、浮遊環４４が水面Ｗの低下（落水）に連動して自動的に開位置Ｏに下降するため、ポンプケーシング１２内が大気圧未満の低圧力（負圧）に低下することはなく、これにより、メカニカルシール装置８１の挙動が不安定になるのを防止することができる。
【００６６】
また、浮遊環４４は係合手段８８によって周方向において回転環４３に係合しているため、回転軸１４が回転した際、浮遊環４４は回転環４３と共に回転軸１４と一体的に周方向へ回転する。これにより、浮遊環４４が回転環４３に対して周方向へずれて回転することはなく、シール性が向上する。
【００６７】
また、図７に示すように、浮遊環４４が開位置Ｏまで下降した際、上部鍔部８４が上方から回転環４３に係止されるため、浮遊環４４が回転環４３から脱落するのを防止することができる。
【００６８】
また、図８に示すように、浮遊環４４が閉位置Ｓに上昇した状態では、固定環４２の下面と浮遊環４４の上面とがシール面として互いに摺動するが、これらシール面は耐磨耗部４２ａ，４４ａで構成されているため、磨耗し難く、長期間の使用に耐える。
【００６９】
上記第３の実施の形態では、係合ピン８９と係合穴９０とをそれぞれ複数個ずつ設けているが、１個ずつ設けてもよい。また、係合ピン８９を浮遊環４４に設け、係合穴９０を回転環４３に設けてもよい。
【００７０】
上記各実施の形態では、付勢手段の一例としてスプリング６２を用いたが、ゴム等の弾性体を用いてもよい。
上記各実施の形態では、浮遊環４４を水よりも比重の軽い材質（例えば樹脂等）で製作して水に浮くようにしているが、浮遊環４４の内部を空洞にして水に浮くようにしてもよい。また、浮遊環４４に浮体を設けて水に浮くようにしてもよい。
【００７１】
上記各実施の形態では、液体の一例として水を挙げたが、水に限定されるものではない。
上記各実施の形態では、ポンプの一例として立軸斜流ポンプ１１を挙げたが、他の軸流ポンプや斜流ポンプであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるメカニカルシール装置の断面図であり、給排気時の状態を示す。
【図２】同、メカニカルシール装置の断面図であり、シール時の状態を示す。
【図３】同、メカニカルシール装置の浮遊環の側面図である。
【図４】同、メカニカルシール装置の浮遊環の平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるメカニカルシール装置の断面図であり、給排気時の状態を示す。
【図６】同、メカニカルシール装置の断面図であり、シール時の状態を示す。
【図７】本発明の第３の実施の形態におけるメカニカルシール装置の断面図であり、給排気時の状態を示す。
【図８】同、メカニカルシール装置の断面図であり、シール時の状態を示す。
【図９】図７におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図１０】同、メカニカルシール装置の浮遊環の縦断面図である。
【図１１】従来のメカニカルシール装置を備えた立軸斜流ポンプの断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１      立軸斜流ポンプ
１２      ポンプケーシング
１３      羽根車
１４      回転軸
１７      軸孔
４１      メカニカルシール装置
４２      固定環
４３      回転環
４４      浮遊環
５５      本体部
５６      上部鍔部
５８      Ｏリング（シール部材）
６０      吸排気通路
６２      スプリング（付勢手段）
６４，７５      回転阻止手段
８１      メカニカルシール装置
８８      係合手段
Ｏ      開位置
Ｓ      閉位置
【図１】
2008240837.tif 000003
【図２】
2008240837.tif 000004
【図３】
2008240837.tif 000005
【図４】
2008240837.tif 000006
【図５】
2008240837.tif 000007
【図６】
2008240837.tif 000008
【図７】
2008240837.tif 000009
【図８】
2008240837.tif 000010
【図９】
2008240837.tif 000011
【図１０】
2008240837.tif 000012
【図１１】
2008240837.tif 000013