JP2019019917A - 軸封装置および立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】立軸式の回転機械の効率を低下させることなく、上側シール部に潤滑油を供給することができる軸封装置を提供する。【解決手段】本発明の軸封装置は、潤滑油が貯留され、鉛直方向に延びる回転軸２が貫通するオイル室１２を有するシールケーシング１１と、シールケーシング１１と回転軸２との間の隙間を封止する固定環１６および回転環１７とを有するメカニカルシール１４と、オイル室１２を上側オイル室３１および下側オイル室３２に分割し、回転軸２およびメカニカルシール１４が通る貫通孔を有する仕切板２４と、を備える。仕切板２４は、下側オイル室３２を上側オイル室３１に連通させる少なくとも１つの開口部２５を有しており、開口部２５は、回転軸２の回転によって上昇する潤滑油の油面Ｐよりも下方に位置しており、固定環１６の摺動面および回転環１７の摺動面とで形成される上側シール部２７は、上側オイル室３１に位置している。【選択図】図４

Description

本発明は、鉛直方向に延びる回転軸を有する立軸式の回転機械に備えられる軸封装置に関する。さらに、本発明は、このような軸封装置を備えた立軸ポンプに関する。

従来、鉛直方向に延びる回転軸を備えた立軸式の回転機械が知られている。立軸式の回転機械には、下水管を流れる雨水および汚水などの液体を移送するための立軸ポンプが含まれる。立軸ポンプは、家庭排水または工場排水を下水管に移送するために使用されることもある。

このような立軸ポンプは、一般に、鉛直方向に延びる回転軸と、回転軸に固定される羽根車と、羽根車を収容するポンプケーシングと、回転軸を駆動するためのモータと、モータを収容するモータケーシングと、を備えている。さらに、立軸ポンプは、ポンプケーシングと回転軸との間の隙間、およびモータケーシングと回転軸との間の隙間を封止する軸封装置を有する。軸封装置は、ポンプケーシングとモータケーシングとの間に配置され、潤滑油が貯留されるシールケーシングを備えている。潤滑油は、シールケーシング内に形成されたオイル室に貯留され、回転軸は、オイル室を通って、シールケーシングを鉛直方向に貫通する。

さらに、軸封装置は、シールケーシングと回転軸との間の隙間を封止するためのメカニカルシールを備えている。このメカニカルシールは、シールケーシングの上壁と回転軸との間の隙間を封止する上側固定環および上側回転環と、シールケーシングの下壁と回転軸との間の隙間を封止する下側固定環および下側回転環と、上側回転環および下側回転環を上側固定環および下側固定環にそれぞれ押圧するための付勢部材（例えば、コイルばね）とを有している。上側固定環および下側固定環は、シールケーシングに固定され、上側回転環および下側回転環は、回転軸に固定される。

モータの駆動により回転軸を回転させると、上側回転環は、回転軸とともに回転し、付勢部材の付勢力によって上側固定環と摺動する。上側固定環の下面と上側回転環の上面とは、互いに摺動する上側シール部を構成する。上側シール部によって、オイル室に貯留された潤滑油がシールケーシングの外部に漏洩することが防止される。同様に、下側回転環は、回転軸とともに回転し、付勢部材の付勢力によって下側固定環と摺動する。下側固定環の上面と下側回転環の下面とは、互いに摺動する下側シール部を構成する。下側シール部によって、ポンプケーシングを流れる液体が軸封装置のオイル室に浸入することが防止される。

オイル室に貯留される潤滑油は、上側シール部および下側シール部の潤滑に使用される。潤滑油は上側シール部と下側シール部の冷却にも使用されるので、オイル室に貯留される潤滑油の量は、潤滑油の熱膨張率を考慮して、オイル室の体積の５０〜９０％程度（例えば、８０％）の量に制限される。

このような軸封装置では、回転軸を回転させると、上側回転環、下側回転環、および付勢部材が回転軸とともに回転するので、オイル室内の潤滑油が回転軸まわりに旋回する。旋回する潤滑油には遠心力が作用するので、回転軸近傍の潤滑油の油面が低下してしまう。その結果、上側シール部に潤滑油を供給できないことがあった。

そこで、メカニカルシールを覆うようにオイル室内に配置される案内筒と、回転軸に固定される揚液羽根とを備えた軸封装置が知られている（特許文献１参照）。案内筒の上部と下部には、通油孔がそれぞれ形成される。この軸封装置によれば、回転軸とともに回転する揚液羽根によって、案内筒内の潤滑油を上方に移動させることができるので、上側シール部に潤滑油を供給することができる。案内筒の上部まで移動した潤滑油は、案内筒の上部に形成された通油孔を通って、オイル室の内面と案内筒の外周面との間に形成された隙間に流入し、さらに案内筒の下部に形成された通油孔を通って、案内筒内に戻される。

さらに、螺旋状に延びる付勢部材がＬ字形状の断面形状を有する軸封装置も知られている（特許文献２参照）。この軸封装置によれば、潤滑油を回転する付勢部材に沿って上方に移動させることができるので、上側シール部に潤滑油を供給することができる。さらに、オイル室の内周面から回転軸に向かって円弧状に延びる油旋回防止板を備えた軸封装置も知られている（特許文献３参照）。この軸封装置によれば、油旋回防止板がオイル室内に発生した潤滑油の旋回流をメカニカルシールに向かって案内するので、回転軸近傍の潤滑油の油面が上昇し、上側シール部に潤滑油を供給することができる。

実開昭５３−１３７３０４号公報 特許第６１２６８５０号公報 特許第４２０４８６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の軸封装置では、回転軸とともに回転する揚液羽根によって、案内筒内の潤滑油を強制的に旋回させるので、モータの負荷が増加して、ポンプの効率が低下してしまう。特許文献２に記載の軸封装置では、回転軸とともに回転する付勢部材によって、潤滑油を上方に移動させるので、モータの負荷が増加して、ポンプの効率が低下してしまう。特許文献３に記載の軸封装置では、油旋回防止板によって旋回する潤滑油の流れ方向を強制的にメカニカルシールに向けて変更するので、モータの負荷が増加して、ポンプの効率が低下してしまう。さらに、特許文献３に記載の軸封装置では、メカニカルシールに向けて案内された潤滑油が上側シール部に到達しない可能性がある。

そこで、本発明は、立軸式の回転機械の効率を低下させることなく、上側シール部に潤滑油を供給することができる軸封装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような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。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、潤滑油が貯留され、鉛直方向に延びる回転軸が貫通するオイル室を有するシールケーシングと、前記シールケーシングと前記回転軸との間の隙間を封止する固定環および回転環とを有するメカニカルシールと、前記オイル室を上側オイル室および下側オイル室に分割し、前記回転軸および前記メカニカルシールが通る貫通孔を有する仕切板と、を備え、前記仕切板は、前記下側オイル室を前記上側オイル室に連通させる少なくとも１つの開口部を有しており、前記開口部は、前記回転軸の回転によって上昇する潤滑油の油面よりも下方に位置しており、前記固定環の摺動面および前記回転環の摺動面とで形成される上側シール部は、前記上側オイル室に位置してい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、前記開口部の断面積は、前記仕切板の内周面と前記回転軸の外周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記開口部は、前記回転軸の回転によって旋回する潤滑油の回転方向において、前記仕切板の下面から上面まで徐々に上昇する傾斜面を有することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記仕切板は、前記下側オイル室に配置され、前記開口部に接続されるガイド管をさらに備え、前記ガイド管は、前記回転軸の回転によって旋回する潤滑油の回転方向に対向して開口するガイド管入口を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド管入口の断面積は、前記仕切板の内周面と前記回転軸の外周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記仕切板は、前記仕切板の上面に配置される少なくとも１つのガイド壁をさらに備え、前記ガイド壁は、前記開口部を通って前記上側オイル室に流入された潤滑油を前記回転軸に向かって案内する円弧状側面を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド壁の上面は、前記シールケーシングの上壁の下面に接続されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、鉛直方向に延びる回転軸と、前記回転軸に固定される羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記回転軸を回転させるモータと、前記モータを収容するモータケーシングと、上記軸封装置と、を備え、前記軸封装置は、前記ポンプケーシングと前記モータケーシングとの間に配置される立軸ポンプである。

本発明によれば、回転軸の回転により潤滑油が旋回すると、仕切板の開口を通って下側オイル室から上側オイル室に潤滑油が流入する。回転軸が回転している限り、潤滑油は、上側オイル室に流入し続けるので、上側オイル室は、潤滑油によって満たされる。その結果、潤滑油が上側オイル室内に配置された上側シール部に供給される。さらに、この軸封装置は、オイル室に貯留された潤滑油を強制的に上方に移動させる部材、または旋回する潤滑油の流れ方向を強制的に回転軸に向けて変更する部材を含まない。その結果、立軸式の回転機械の効率を低下させることなく、上側シール部に潤滑油を供給することができる。

一実施形態に係る立軸式の回転機械を示す概略断面図である。 図１に示される軸封装置を示す断面図である。 図３（ａ）は、図２に示される仕切板の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 回転軸の回転にともなって旋回する潤滑油の油面を示す模式図である。 図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 他の実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。 図６に示される仕切板の平面図である。 図８（ａ）は、図７のＣ−Ｃ線断面図であり、図８（ｂ）は、図７のＤ−Ｄ線断面図である。 他の実施形態に係るガイド管の断面図である。 さらに他の実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。 図１０に示される仕切板の平面図である。 さらに他の実施形態に係る軸封装置の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る立軸式の回転機械を示す概略断面図である。図１に示される立軸式の回転機械は、下水管を流れる汚水および雨水などの液体を移送する立軸ポンプ１である。この立軸ポンプ１は、下水管を流れる液体に没しているので水中ポンプと称されることがある。

図１に示されるように、立軸ポンプ１は、鉛直方向に延びる回転軸２と、回転軸２に固定される羽根車３と、羽根車３を収容するポンプケーシング５と、回転軸２を回転させるモータ８と、モータ８を収容するモータケーシング９と、を備えている。回転軸２は鉛直方向に延びており、羽根車３は、回転軸２の先端に固定されている。ポンプケーシング５とモータケーシング９とは鉛直方向に配列されている。モータ８には、電源（図示せず）から延びる電源ケーブル３０が接続されている。

ポンプケーシング５は、吸込口５ａおよび吐出口５ｂを有している。モータ８を駆動すると、回転軸２とともに羽根車３が回転する。羽根車３が回転することにより、液体が吸込口５ａを通ってポンプケーシング５に流入し、昇圧される。昇圧された液体は、ポンプケーシング５の吐出口５ｂから吐き出される。

図１に示される立軸ポンプ１は、ポンプケーシング５とモータケーシング９との間に配置された軸封装置１０をさらに備えている。軸封装置１０は、潤滑油が貯留され、回転軸２が鉛直方向に貫通するオイル室１２を有するシールケーシング１１と、該シールケーシング１１と回転軸２との間の隙間をシールするメカニカルシール１４と、を備えている。本実施形態では、シールケーシング１１は、ポンプケーシング５の一部と、蓋体１５により形成されている。より具体的には、ポンプケーシング５は、その上部に凹部を有しており、シールケーシング１１は、ポンプケーシング５の上部に形成されたこの凹部と、該凹部の開口を閉じる蓋体１５によって構成される。蓋体１５の下面にも、凹部が形成されており、オイル室１２は、ポンプケーシング５の上部に形成された凹部の内面と蓋体１５の下面に形成された凹部の内面とによって形成される。蓋体１５の上面には、回転軸２を回転自在に支持する軸受７が固定されている。

図示はしないが、シールケーシング１１をポンプケーシング５およびモータケーシング９とは別体で形成してもよい。この場合も、シールケーシング１１は、ポンプケーシング５およびモータケーシング９の間に配置され、回転軸２は、シールケーシング１１のオイル室１２を通って鉛直方向に延びる。

図２は、図１に示される軸封装置１０の断面図である。図２に示されるように、鉛直方向に延びる回転軸２は、潤滑油が貯留されるオイル室１２を通って、シールケーシング１１を貫通している。図２では、潤滑油の油面が符号Ｐを付した太い実線で描かれている。メカニカルシール１４は、オイル室１２内に配置されており、シールケーシング１１と回転軸２との間の隙間を封止する。より具体的には、メカニカルシール１４は、シールケーシング１１の上壁（本実施形態では、蓋体１５）と回転軸２との間の上側隙間と、シールケーシング１１の下壁（本実施形態では、ポンプケーシング５）と回転軸２との間の下側隙間と、を封止する。

メカニカルシール１４は、上側隙間を封止するための上側固定環１６および上側回転環１７を有する。上側固定環１６は、上側リテーナ２０を介してシールケーシング１１の上壁（本実施形態では、蓋体１５）の下面に固定されており、上側回転環１７は、回転軸２に固定されている。上側固定環１６の下面は、上側回転環１７の上面と接触している。

メカニカルシール１４は、下側隙間を封止するための下側固定環１８および下側回転環１９をさらに有する。下側固定環１８は、下側リテーナ２１を介してシールケーシング１１の下壁（本実施形態では、ポンプケーシング５）に固定されており、下側回転環１９は、回転軸２に固定されている。下側固定環１８の上面は、下側回転環１９の下面と接触している。

メカニカルシール１４は、上側回転環１７を上側固定環１６に向けて付勢し、同時に、下側回転環１９を下側固定環１８に向けて付勢する付勢部材２２をさらに備えている。本実施形態では、付勢部材２２はコイルばねである。回転軸２を回転させると、該回転軸２とともに、上側回転環１７が回転し、該上側回転環１７の上面は、上側固定環１６の下面と摺動する。上側回転環１７の上面（すなわち、上側回転環１７の摺動面）と上側固定環１６の下面（すなわち、上側固定環１６の摺動面）とは、オイル室１２に貯留される潤滑油が該オイル室１２から漏洩することを防止する上側シール部２７を構成する。同様に、回転軸２を回転させると、該回転軸２とともに、下側回転環１９が回転し、該下側回転環１９の下面は、下側固定環１８の上面と摺動する。下側回転環１９の下面（すなわち、下側回転環１９の摺動面）と下側固定環１８の上面（すなわち、下側固定環１８の摺動面）とは、ポンプケーシング５を流れる液体がシールケーシング１１のオイル室１２に流入することを防止する下側シール部２９を構成する。

本実施形態では、軸封装置１０は、オイル室１２に配置され、該オイル室１２を上側オイル室３１および下側オイル室３２に分割する仕切板２４をさらに備える。仕切板２４は、その中央に貫通孔を有する円盤状の形状を有しており、上側シール部２７の近傍に配置される。回転軸２が回転していない場合は、仕切板２４は、潤滑油の油面Ｐよりも上方に位置している。貫通孔の中心は、回転軸２の軸線上に位置しており、仕切板２４は、回転軸２と同心状に配置される。図２に示されるように、仕切板２４の外周部は、蓋体１５とポンプケーシング５とによって挟まれており、これにより、仕切板２４は、シールケーシング１１に固定される。したがって、回転軸２が回転しても、仕切板２４は回転しない。回転軸２およびメカニカルシール１４は、仕切板２４の中央に形成された貫通孔を通って鉛直方向に延びている。

仕切板２４をシールケーシング１１に固定する方法は、図２に示された例に限定されない。例えば、仕切板２４は、ボルトなどの固定具を用いてシールケーシング１１に固定されてもよい。あるいは、仕切板２４をシールケーシング１１に固定するために、仕切板２４の外周面を、接着剤によりシールケーシング１１の内周面に接着してもよいし、シールケーシング１１の内周面に溶接してもよい。

本実施形態では、上側オイル室３１は、蓋体１５の凹部の内面と、仕切板２４の上面２４ａとによって形成され、下側オイル室３２は、ポンプケーシング５の凹部の内面と、仕切板２４の下面２４ｂとによって形成される。上側回転環１７の上面と上側固定環１６の下面とによって構成される上側シール部２７は、上側オイル室３１に位置している。より具体的には、上側シール部２７は、仕切板２４の上面２４ａと蓋体１５の凹部の底面との間に位置する。蓋体１５の凹部の底面は、シールケーシング１１の上壁の下面に対応する。

図３（ａ）は、図２に示される仕切板２４の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３（ａ）において、メカニカルシール１４は、その外周縁のみが点線で描かれている。図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、仕切板２４は、複数の（図示した例では４つの）開口部２５を有する。開口部２５は、仕切板２４の上面２４ａから下面２４ｂまで延びている。下側オイル室３２は、開口部２５を介して上側オイル室３１に連通する。一実施形態では、仕切板２４は、５つ以上の開口部２５を有していてもよいし、３つ以下の開口部２５を有していてもよい。すなわち、仕切板２４は、少なくとも１つの開口部２５を有する。

モータ８の駆動により、回転軸２を回転させると、上側回転環１７、下側回転環１９、および付勢部材２２が回転し、オイル室１２に貯留される潤滑油が回転軸２まわりに旋回し始める。旋回する潤滑油には遠心力が作用するので、回転軸２の近傍の潤滑油の油面が低下し、シールケーシング１１の内周面近傍の潤滑油の油面が上昇する。

図４は、回転軸２の回転にともなって旋回する潤滑油の油面を示す模式図である。図４では、潤滑油の油面は、太い実線と太い一点鎖線で示されている。図４において、太い一点鎖線は、仕切板２４が設けられていないオイル室１２内を旋回する潤滑油の油面の一部を示している。すなわち、仕切板２４が設けられていないオイル室１２において、旋回する潤滑油の油面は、太い実線と太い一点鎖線によって示される円錐形状に変形する。本実施形態では、仕切板２４がオイル室１２に設けられているので、旋回する潤滑油の一部は、仕切板２４の下面２４ｂに押し付けられる。

図４に示されるように、仕切板２４の開口部２５は、太い一点鎖線よりも下方に位置している。すなわち、開口部２５は、回転軸２の回転によって上昇する潤滑油の油面よりも下方に位置している。したがって、仕切板２４の下面２４ｂに押し付けられる潤滑油は、開口部２５を通って、下側オイル室３２から上側オイル室３１に流入する。

回転軸２が回転している限り、潤滑油は、下側オイル室３２から上側オイル室３１に流入し続け、上側オイル室３１を満たす。上側オイル室３１を満たした潤滑油は、仕切板２４の内周面と回転軸２との間に形成された隙間を通過して下側オイル室３２に戻される。このとき、上側固定環１６の下面および上側回転環１７の上面とで形成される上側シール部２７に潤滑油が供給される。さらに、この軸封装置１０は、オイル室１２に貯留された潤滑油を強制的に上方に移動させる部材（例えば、特許文献１に記載の揚液羽根、または特許文献２に記載の付勢部材）、または旋回する潤滑油の流れ方向を強制的に回転軸２に向けて変更する部材（例えば、特許文献３に記載の油旋回防止板）を含まない。その結果、モータ８の負荷が増加しないので、立軸ポンプ１の効率を低下させることなく、上側シール部２７に潤滑油を供給することができる。

上述したように、旋回する潤滑油を上側オイル室３１に流入させるためには、仕切板２４の開口部２５を、旋回する潤滑油の油面よりも下方に位置させる必要がある。そのため、オイル室１２における仕切板２４の位置は、実験により決定されてもよいし、ベルヌーイの定理に基づいた以下の式（１）および式（２）により決定されてもよい。
ΔＨ＝（ｖ_２ ^２／２ｇ）・（（ｒ_２／ｒ_１）^２−１） ・・・（１）
ｒ_１・ｖ_１＝ｒ_２・ｖ_２ ・・・（２）
ここで、ΔＨは、旋回する前の潤滑油の油面と旋回した後の潤滑油の油面との差を表し、ｒ_１は、回転軸２の中心ＣＰ１から、メカニカルシール２４の外周縁ＣＰ２までの距離を表し（図３参照）、ｖ_１は、メカニカルシール２４の外周縁ＣＰ２における潤滑油の周速を表し、ｒ_２は、回転軸２の中心ＣＰ１から、仕切板２４の半径方向における開口部２５の中心ＣＰ３までの距離を表し（図３参照）、ｖ_２は、開口部２５の中心ＣＰ３における潤滑油の周速を表す。旋回する前の潤滑油の油面を基準面とすると、仕切板２４は、該仕切板２４の開口部２５が基準面と、該基準面からΔＨだけ上方に離れた面との間に位置するように、オイル室１２に配置される。オイル室１２における仕切板２４の位置を、ＣＦＤ（computational fluid dynamics）を用いたシミュレーションによって決定してもよい。

上側オイル室３１を潤滑油で確実に満たすために、開口部２５の断面積が回転軸２と仕切板２４の内周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きいのが好ましい。仕切板２４が複数の開口部２５を有する場合は、各開口部２５の断面積の合計値が回転軸２と仕切板２４の内周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きくなるように、各開口部２５が仕切板２４に形成される。このような構成によれば、上側オイル室３１に流入する潤滑油の量が該上側オイル室３１から下側オイル室３２に戻される潤滑油の量よりも大きいので、上側オイル室３１を確実に潤滑油で満たすことができる。

図５は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図５に示されるように、開口部２５は、回転軸２の回転にともなって旋回する潤滑油の回転方向において、仕切板２４の下面２４ｂから上面２４ａに向かって徐々に上昇する傾斜面２５ａを有しているのが好ましい。このような傾斜面２５ａを有する開口部２５によれば、上側オイル室３１に流入する潤滑油の抵抗を減少させることができるので、上側オイル室３１に円滑に潤滑油を流入させることができる。

図６は、他の実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。図６では、オイル室１２に貯留される潤滑油の油面の図示を省略している。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図２乃至図５を参照して説明された実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。図６に示される軸封装置１０の仕切板２４は、下側オイル室３２に配置され、仕切板２４の各開口部２５に接続される複数のガイド管２６をさらに備える。図示はしないが、仕切板２４が１つの開口２５のみを有する場合は、この開口２５に接続される１つのガイド管２６のみが設けられる。

図７は、図６に示される仕切板２４の平面図であり、図８（ａ）は、図７のＣ−Ｃ線断面図であり、図８（ｂ）は、図７のＤ−Ｄ線断面図である。図７、図８（ａ）、および図８（ｂ）に示されるように、ガイド管２６の一方の端部２６ａは、仕切板２４の開口部２５に接続され、他方の端部２６ｂは、下側オイル室３２に開口している。下側オイル室３２に開口するガイド管２６の端部２６ｂは、下側オイル室３２から上側オイル室３１に流入する潤滑油の入口として機能する。したがって、ガイド管２６の端部２６ｂは、回転軸２の回転によって旋回する潤滑油の回転方向に対向して開口している。以下の説明では、下側オイル室３２に開口するガイド管２６の端部２６ｂを、ガイド管入口２６ｂと称する。

本実施形態では、ガイド管２６は、２つの円弧状側壁２６ｃ，２６ｄと、該円弧状側壁２６ｃ，２６ｄに接続される底壁２６ｅとで構成される。ガイド管２６の底壁２６ｅは、旋回する潤滑油の回転方向において、ガイド管入口２６ｂから仕切板２４の開口２５に向かって徐々に上昇する傾斜面を有している。このような構成によれば、ガイド管２６によって、潤滑油を下側オイル室３２から上側オイル室３１に円滑に導くことができる。

本実施形態でも、仕切板２４の開口２５は、仕切板２４の下面２４ｂから上面２４ａに向かって徐々に上昇する傾斜面２５ａを有している（図８（ａ）参照）。ガイド管２６の底壁２６ｅの傾斜面は、開口２５の傾斜面２５ａに接続される。底壁２６ｅの傾斜面の傾斜角度は、好ましくは、開口２５の傾斜面２５ａの傾斜角度と同一である。このような構成で、上側オイル室３１に円滑に潤滑油を流入させることができる。

上側オイル室３１を潤滑油で確実に満たすために、ガイド管入口２６ｂの断面積は、回転軸２と仕切板２４の内周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きいのが好ましい。本実施形態では、仕切板２４は、４つの開口２５と、各開口２５に接続される４つのガイド管２６を有するので、ガイド管入口２６ｂの断面積の合計値が回転軸２と仕切板２４の内周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きくなるように、ガイド管２６が構成されている。このような構成により、上側オイル室３１を確実に潤滑油で満たすことができる。

下側オイル室３２に配置され、仕切板２４の開口部２５に接続されるガイド管２６の形状は、図７、図８（ａ）、および図８（ｂ）に示される実施形態に限定されない。ガイド管２６は、回転軸２の回転によって旋回する潤滑油の回転方向に対向して開口するガイド管入口２６ｂを有していれば、任意の形状を有することができる。

図９は、他の実施形態に係るガイド管２６の断面図である。図９に示されるガイド管２６は、ガイド管入口２６ｂから水平方向に延びて、その後鉛直方向に曲げられて仕切板２４の開口部２５に接続される断面形状を有している。このガイド管２６も、一方の端部２６ａで開口部２５に接続されており、さらに、下側オイル室３２に開口するガイド管入口２６ｂを有する。このようなガイド管２６によっても、潤滑油を下側オイル室３２から上側オイル室３１に円滑に導くことができる。

図１０は、さらに他の実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。図１１は、図１０に示される仕切板２４の平面図である。図１０では、オイル室１２に貯留される潤滑油の油面の図示を省略している。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６乃至図９を参照して説明された実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。図１０に示される軸封装置１０の仕切板２４は、その上面２４ａに配置される複数の（図示した例では４つの）のガイド壁２８をさらに備える。仕切板２４は、５つ以上のガイド壁２８を有していてもよいし、４つ以下のガイド壁２８を有していてもよい。すなわち、仕切板２４は、少なくとも１つのガイド壁２８を有する。

図１１に示されるように、仕切板２４の上面２４ａには、開口部２５を通って上側オイル室３１に流入された潤滑油を回転軸２に向かって案内する４つのガイド壁２８が形成されている。各ガイド壁２８は、上側オイル室３１の側壁（すなわち、蓋体１５の凹部の側面）から仕切板２４の内周縁（すなわち、貫通孔）まで延びる円弧状側面２８ａを有している。ガイド壁２８の上面は、シールケーシング１１の上壁の下面（すなわち、蓋体１５の凹部の底面）に接続されている（図１０参照）。

開口部２５を通って上側オイル室３１に流入した潤滑油は、遠心力に起因する運動エネルギを有している。そのため、上側オイル室３１に流入した潤滑油は、該上側オイル室３１内でシールケーシング１１の周方向に移動する。シールケーシング１１の周方向に移動する潤滑油は、ガイド壁２８の円弧状側面２８ａに衝突し、円弧状側面２８ａによって回転軸２に向かって案内される。したがって、上側オイル室３１を満たす潤滑油をより円滑に上側シール部２７に供給することができる。

図１０に示される軸封装置１０の仕切板２４は、ガイド管２６を有しているが、ガイド管２６を省略してもよい。また、開口部２５は、回転軸２の回転にともなって旋回する潤滑油の回転方向において、仕切板２４の下面２４ｂから上面２４ａに向かって徐々に上昇する傾斜面２５ａ（図５参照）を有していてもよい。

図１２は、さらに他の実施形態に係る軸封装置の断面図である。特に説明されない本実施形態の構成は、図１０および図１１を参照して説明された実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図１２に示される軸封装置１０では、仕切板２４の上面２４ａは、シールケーシング１１の内周面から回転軸２に向かって下方に傾斜している。本実施形態では、仕切板２４全体がシールケーシング１１の内周面から回転軸２に向かって下方に傾斜する形状（すなわち、円錐形状）を有しており、仕切板２４の上面２４ａには、ガイド壁２８が設けられている。このガイド壁２８は、仕切板２８の上面２４ａからシールケーシング１１の上壁の下面（すなわち、蓋体１５の凹部の底面）まで延びている。ガイド壁２８は、上側オイル室３１の側壁（すなわち、蓋体１５の凹部の側面）から内周縁（すなわち、貫通孔）まで延びる円弧状側面２８ａ（図１１参照）を有している。

本実施形態によれば、開口部２５を通って上側オイル室３１に流入した潤滑油には、下方に傾斜する仕切板２４の上面２４ａに沿った重力の分力が作用する。したがって、潤滑油は、より円滑に回転軸２に向かって移動するので、上側オイル室３１を満たす潤滑油をより円滑に上側シール部２７に供給することができる。

図１２に示される軸封装置１０の仕切板２４は、ガイド管２６を有しているが、ガイド管２６を省略してもよい。さらに、この仕切板２４は、その上面２４ａに設けられたガイド壁２８を有しているが、ガイド壁２８を省略してもよい。また、開口部２５は、回転軸２の回転にともなって旋回する潤滑油の回転方向において、仕切板２４の下面２４ｂから上面２４ａに向かって徐々に上昇する傾斜面２５ａ（図５参照）を有していてもよい。

上述した実施形態では、軸封装置１０は、立軸ポンプ１に設けられているが、軸封装置１０を他の立軸式の回転機械に設けてもよい。例えば、上述した実施形態に係る軸封装置１０を、鉛直方向に延びる回転軸を備えたコンプレッサー、タービンなどの立軸式の回転機械に配置してもよい。

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。

１ 立軸ポンプ
２ 回転軸
３ 羽根車
５ ポンプケーシング
７ 軸受
８ モータ
９ モータケーシング
１０ 軸封装置
１１ シールケーシング
１２ オイル室
１４ メカニカルシール
１５ 蓋体
１６ 上側固定環
１７ 上側回転環
１８ 下側固定環
１９ 下側回転環
２０ 上側リテーナ
２１ 下側リテーナ
２２ 付勢部材
２４ 仕切板
２５ 開口
２６ ガイド管
２７ 上側シール部
２８ ガイド壁
３０ 電源ケーブル
３１ 上側オイル室
３２ 下側オイル室

Claims (8)

1. 潤滑油が貯留され、鉛直方向に延びる回転軸が貫通するオイル室を有するシールケーシングと、
   前記シールケーシングと前記回転軸との間の隙間を封止する固定環および回転環とを有するメカニカルシールと、
   前記オイル室を上側オイル室および下側オイル室に分割し、前記回転軸および前記メカニカルシールが通る貫通孔を有する仕切板と、を備え、
   前記仕切板は、前記下側オイル室を前記上側オイル室に連通させる少なくとも１つの開口部を有しており、
   前記開口部は、前記回転軸の回転によって上昇する潤滑油の油面よりも下方に位置しており、
   前記固定環の摺動面および前記回転環の摺動面とで形成される上側シール部は、前記上側オイル室に位置していることを特徴とする軸封装置。
2. 前記開口部の断面積は、前記仕切板の内周面と前記回転軸の外周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
3. 前記開口部は、前記回転軸の回転によって旋回する潤滑油の回転方向において、前記仕切板の下面から上面まで徐々に上昇する傾斜面を有す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。
4. 前記仕切板は、前記下側オイル室に配置され、前記開口部に接続されるガイド管をさらに備え、
   前記ガイド管は、前記回転軸の回転によって旋回する潤滑油の回転方向に対向して開口するガイド管入口を有す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軸封装置。
5. 前記ガイド管入口の断面積は、前記仕切板の内周面と前記回転軸の外周面との間に形成される環状の隙間の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の軸封装置。
6. 前記仕切板は、前記仕切板の上面に配置される少なくとも１つのガイド壁をさらに備え、
   前記ガイド壁は、前記開口部を通って前記上側オイル室に流入された潤滑油を前記回転軸に向かって案内する円弧状側面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の軸封装置。
7. 前記ガイド壁の上面は、前記シールケーシングの上壁の下面に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の軸封装置。
8. 鉛直方向に延びる回転軸と、
   前記回転軸に固定される羽根車と、
   前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
   前記回転軸を回転させるモータと、
   前記モータを収容するモータケーシングと、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の軸封装置と、を備え、
   前記軸封装置は、前記ポンプケーシングと前記モータケーシングとの間に配置される立軸ポンプ。

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