CN109563838A - 立式泵及尿素合成成套设备 - Google Patents

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Abstract

立式泵具备：旋转轴；多级的叶轮，其构成为与所述旋转轴一起旋转；壳体，其收容所述多级的叶轮；机械密封件，其设置于所述壳体的供所述旋转轴贯穿的贯通部；平衡套，其在所述旋转轴的所述贯通部中位于所述多级的叶轮中的最终级叶轮与所述机械密封件之间，用于使所述旋转轴的推力至少局部地平衡；中间室，其在所述旋转轴与所述壳体之间，在所述旋转轴的轴向上设置于隔着所述平衡套而与所述多级的叶轮相反的一侧，且中间室与所述多级的叶轮中的中间级叶轮连通；低压室，其在所述旋转轴与所述壳体之间，在所述轴向上与所述机械密封件相邻设置，且与比所述中间级叶轮靠低压侧的位置连通；以及隔壁部，其将所述中间室与所述低压室分隔。

Description

立式泵及尿素合成成套设备
技术领域
本公开涉及立式泵及尿素合成成套设备。
背景技术
一直以来，使用有用于使泵的旋转轴所产生的推力平衡的推力平衡机构。
例如，在专利文献1中公开了具备推力平衡装置的多级式离心泵，该推力平衡装置包括嵌插在泵的轴部分的平衡套。在该推力平衡装置中，平衡套的一方的端面位于最终级叶轮的背面侧，并且，平衡套的另一方的端面与连通到泵的吸入侧的空间相邻。而且，将与平衡套的两端面的压力差(即，最终级叶轮中的喷出压与吸入侧压力之差)相应的、和推力为相反朝向的力(反推力)向泵轴传递，从而与泵轴所产生的推力取得平衡。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-223193号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在喷出压大的泵中，当欲通过吸入压与喷出压之间的差压而得到反推力时，在推力平衡机构中从高压侧(喷出压侧)向低压侧(吸入压侧)漏出的流体有时由于急剧减压而发生气化。当像这样漏出的流体发生气化时，推力平衡机构中的滑动部分可能由于发热而烧结，或者推力载荷不平衡而可能产生较大的推力载荷。
鉴于上述情况，本发明的至少一方案的目的在于，提供一种能够抑制流体的气化且能够实现推力的适当平衡的立式泵及尿素合成成套设备。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一方案的立式泵具备：
旋转轴；
多级的叶轮，其构成为与所述旋转轴一起旋转；
壳体，其收容所述多级的叶轮；
机械密封件，其设置于所述壳体的供所述旋转轴贯穿的贯通部；
平衡套，其在供所述旋转轴贯穿的所述贯通部中位于所述多级的叶轮中的最终级叶轮与所述机械密封件之间，用于使所述旋转轴的推力至少局部地平衡；
中间室，其在所述旋转轴与所述壳体之间，在所述旋转轴的轴向上设置于隔着所述平衡套而与所述多级的叶轮相反的一侧，且该中间室与所述多级的叶轮中的中间级叶轮连通；
低压室，其在所述旋转轴与所述壳体之间，在所述轴向上与所述机械密封件相邻设置，且与比所述中间级叶轮靠低压侧的位置连通；以及
隔壁部，其将所述中间室与所述低压室分隔。
根据上述(1)的结构，通过使中间级叶轮的压力作用于平衡套，从而使通过了最终级叶轮的液体的压力(喷出压)与中间级叶轮的压力的差压所引起的反推力作用于平衡套，能够实现立式泵的推力的平衡。另外，通过使中间级叶轮与中间室连通，将中间室的压力保持为比较高的值，由此，能够抑制经由平衡套而漏出的液体(工艺流体)的与急剧减压相伴的气化。此外，使通过隔壁部而与中间室分隔开的低压室与比中间级叶轮靠低压侧的位置连通，由此，能够降低作用于与低压室连设的机械密封件的压力，采用简单结构的机械密封件。
需要说明的是，在本说明书中，“中间级叶轮”是指初级叶轮的下游侧且最终级叶轮的上游侧的任意的叶轮。
(2)在几个方案中，在上述(1)的结构的基础上，
所述机械密封件包括：
一对固定环，其设置于所述壳体；以及
一对旋转环，其构成为能够以相对于所述一对固定环分别滑动的方式与所述旋转轴一起旋转，并且，
所述固定环与所述旋转环是在所述轴向上交替配置的串联式机械密封件。
如上述(1)所述，根据至少几个方案的立式泵，能够降低作用于与低压室连设的机械密封件的压力。因此，利用上述(2)的结构那样的串联式机械密封件，与双端面机械密封件相比，能够使用低压的外部流体来密封立式泵内的液体(工艺流体)。
(3)在几个方案中，上述(1)或(2)的结构的基础上，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的上端开口的方式安装于所述外部壳体，且具有供所述旋转轴贯穿的所述贯通部，
所述立式泵还具备：
下部轴承，其将所述旋转轴的下端部旋转自如地支承于所述中间壳体；以及
中间轴承，其将所述旋转轴的中间部旋转自如地支承于所述中间壳体，
所述中间室与位于比所述下部轴承靠上方且比所述中间轴承靠下方的位置的所述中间级叶轮连通。
根据上述(3)的结构，通过利用下部轴承及中间轴承来支承旋转轴，能够降低旋转轴的振动。即，能够利用下部轴承来抑制旋转轴的下部振动的模式(一次模式)，并且，能够利用中间轴承来抑制旋转轴的中央部振动的模式(二次模式)。另外，如上述(3)的结构那样，通过使中间室与下部轴承和中间轴承之间的中间级叶轮连通，从而能够使充分大的反推力作用于平衡套，且能够有效地抑制经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化。
(4)在几个方案中，上述(1)至(3)中的任一结构的基础上，
所述立式泵构成为，使在常温常压下将气体的物质通过压缩而液化后的液体升压。
如上述(1)所述，在至少几个方案的立式泵中，通过使中间级叶轮与中间室连通，能够抑制经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化。因此，如上述(4)的结构那样，即便在利用立式泵使在常温常压下将气体的物质通过压缩而液化后的液体升压的情况下，也能够抑制经由平衡套的漏出液体的气化。
(5)在几个方案中，上述(1)至(4)中的任一结构的基础上，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的上端开口的方式安装于所述外部壳体，且具有供所述旋转轴贯穿的所述贯通部，
在所述壳体罩形成有与所述中间室连通的平衡内部流路，
所述立式泵还具备平衡管，该平衡管以使所述平衡内部流路与所述中间级叶轮相互连通的方式设置在所述中间壳体与所述外部壳体之间。
根据上述(5)的结构，能够利用使用了设置于壳体罩的内部的平衡内部流路及平衡管这样的简单结构而使中间室与中间级叶轮连通。由此，能够享受使中间室与中间级叶轮连通这样的结构带来的技术效果(能够使维持立式泵的推力的平衡与抑制经由平衡套的漏出液体气化两者并存这样的效果)。
(6)在几个方案中，上述(1)至(5)中的任一结构的基础上，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的开口的方式安装于所述外部壳体，
所述中间壳体包括：
多个第一部件，其在所述立式泵的轴向上层叠，且以包围所述多级的叶轮中的第一组的多个叶轮的方式设置；
多个第二部件，其在所述轴向上层叠，且以包围所述多级的叶轮中的第二组的多个叶轮的方式设置；以及
紧固用部件，其在所述轴向上设置于所述多个第一部件与所述多个第二部件之间，
所述立式泵具备：
至少一根第一系紧螺栓，其一端固定于所述紧固用部件，从所述紧固用部件开始在所述多个第一部件所占据的所述轴向的位置范围内延伸；以及
至少一根第二系紧螺栓，其一端固定于所述紧固用部件，从所述紧固用部件开始在所述多个第二部件所占据的所述轴向的位置范围内向与所述第一系紧螺栓相反的方向延伸。
在上述(6)的结构中，至少由多个第一部件和多个第二部件构成中间壳体，并且，在第一部件与第二部件之间配置紧固用部件，在该紧固用部件固定第一系紧螺栓及向与该第一系紧螺栓相反的方向延伸的第二系紧螺栓。因此，与利用在中间壳体整体范围内延伸的较长的系紧螺栓来保持全部部件的情况相比，能够缩短第一系紧螺栓及第二系紧螺栓。由此，不仅各系紧螺栓的刚性提高，各系紧螺栓的制造性及组装性也提高，并且，能够降低系紧螺栓的热延展的影响。这在立式泵的叶轮的级数较多的情况下带来较大的优点。
(7)在几个方案中，上述(6)的结构的基础上，
所述第一组的多个叶轮位于比所述第二组的多个叶轮靠下游侧的位置，
所述第一系紧螺栓与所述第二系紧螺栓相比为大径。
根据上述(7)的结构，通过将与液体的压力更高的第一组的叶轮对应的第一系紧螺栓设为相比第二系紧螺栓为大径，从而能够得到与液体的压力相应的各部件的固定所需的轴力。另外，通过使用相对为小径的第二系紧螺栓，能够在中间壳体的周围配置更多的系紧螺栓。
(8)在几个方案中，上述(6)或(7)的结构的基础上，
多根所述第一系紧螺栓与多根所述第二系紧螺栓在所述中间壳体的周向上交替地配置。
根据上述(8)的结构，通过将多根第一系紧螺栓及多根第二系紧螺栓交替地在周向上配置，从而能够避免紧固用部件中的第一系紧螺栓与第二系紧螺栓的干涉，并且能够将各系紧螺栓在周向上均匀地配置而适当地保持各部件。
(9)在几个方案中，上述(6)至(8)中的任一结构的基础上，
所述立式泵还具备设置在所述紧固用部件与所述旋转轴之间、用于将所述旋转轴支承为旋转自如的轴承。
根据上述(9)的结构，利用为了固定第一系紧螺栓及第二系紧螺栓而需要某种程度的厚度的紧固用部件，设置了用于支承旋转轴的轴承，因此，能够抑制旋转轴的轴长的增大，且能够降低旋转轴的振动。
(10)在几个方案中，上述(6)至(9)中的任一结构的基础上，
所述中间壳体包括吸入钟形部件，该吸入钟形部件在所述轴向上位于隔着所述多级的叶轮而与所述壳体罩相反的一侧，且具有用于向所述多级的叶轮中的初级叶轮引导液体的吸入钟形部，
所述第一系紧螺栓的另一端固定于所述壳体罩，
所述第二系紧螺栓的另一端固定于所述吸入钟形部件。
根据上述(10)的结构，通过使用在壳体罩与紧固用部件之间延伸的第一系紧螺栓以及在紧固用部件与吸入钟形部件之间延伸的第二系紧螺栓，即便在立式泵的级数较多的情况下，也能够抑制各系紧螺栓的长度，且能够将多个第一部件及多个第二部件一体地保持。
(11)在几个方案中，上述(6)至(10)中的任一结构的基础上，
所述立式泵具备：
中间室，其在所述旋转轴与所述壳体罩之间，在所述旋转轴的轴向上设置于隔着所述平衡套而与所述多级的叶轮相反的一侧，且该中间室与所述多级的叶轮中的中间级叶轮连通；以及
平衡管，其以使所述中间室与所述中间级叶轮相互连通的方式，从所述壳体罩朝向所述第一部件及所述第二部件中的任一个部件地设置在所述中间壳体与所述外部壳体之间，
所述平衡管在俯视下，相对于所述第一系紧螺栓及所述第二系紧螺栓中的至少一方在所述中间壳体的半径方向或周向上偏移地配置。
根据上述(11)的结构，通过使中间级叶轮的压力作用于平衡套，从而使通过了最终级叶轮的液体的压力(喷出压)与中间级叶轮的压力的差压所引起的反推力作用于平衡套，能够实现立式泵的推力的平衡。另外，通过使中间级叶轮与中间室连通，将中间室的压力保持为比较高的值，从而能够抑制经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化。此外，能够利用使用了平衡管的简单结构，而使中间室与中间级叶轮连通。
(12)在几个方案中，上述(11)的结构的基础上，
所述中间壳体包括吸入钟形部件，该吸入钟形部件在所述轴向上位于隔着所述多级的叶轮而与所述壳体罩相反的一侧，且具有用于向所述多级的叶轮中的初级叶轮引导液体的吸入钟形部，
所述第一系紧螺栓的另一端固定于所述壳体罩，
所述第二系紧螺栓的另一端固定于所述吸入钟形部件，
所述平衡管相对于任一个所述第一系紧螺栓在所述半径方向上偏移地配置，且穿过在所述周向上相邻的一对所述第二系紧螺栓之间而与任一个所述第二部件连接。
根据上述(12)的结构，除了上述(10)所述的技术效果之外，还能够享受即便在第一系紧螺栓及第二系紧螺栓的根数较多的情况下也能够避免第一系紧螺栓及第二系紧螺栓与平衡管的干涉这样的技术效果。
(13)在几个方案中，上述(6)至(12)中的任一结构的基础上，
所述多级的叶轮包括十级以上的叶轮。
根据上述(13)的结构，通过使用包含十级以上的叶轮的立式泵，即便降低立式泵的转数也能够确保需要的喷出压。因此，通过使立式泵的转数下降，能够有效地抑制初级叶轮中的气蚀现象。
(14)在几个方案中，上述(1)至(13)中的任一结构的基础上，其特征在于，
所述立式泵具备：
吸入口；
多级的叶轮，其沿着铅垂方向排列，构成为供经由所述吸入口而取入的液体通过；以及
喷出口，其用于将通过了所述多级的叶轮的所述液体喷出，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的开口的方式安装于所述外部壳体，
所述壳体罩由板构件构成，该板构件具有与所述吸入口连通的低压内部流路及与所述喷出口连通的高压内部流路。
根据上述(14)的结构，利用在内部形成有低压内部流路及高压内部流路的板构件而构成了立式泵的壳体罩，因此，与利用具有低压流路及高压流路的铸件来形成壳体罩的情况相比，能够降低壳体罩的高度。由此，能够减小立式泵的高度方向的尺寸，实现紧凑的立式泵。
另外，在板构件的内部形成了高压内部流路，因此，与由铸件形成壳体罩的情况相比，能够应对更高的喷出压。
(15)在几个方案中，上述(14)的结构的基础上，
所述立式泵具备：
吸入管，其具有所述吸入口，以使所述吸入口与所述低压内部流路连通的方式安装于构成所述壳体罩的所述板构件的周缘部；以及
喷出管，其具有所述喷出口，以使所述喷出口与所述高压内部流路连通的方式安装于所述板构件的周缘部。
根据上述(15)的结构，将与构成壳体罩的板构件分开形成的吸入管及喷出管安装于板构件的周缘部，因此，壳体罩的加工变得容易。
(16)在几个方案中，上述(14)或(15)的结构的基础上，
所述低压内部流路包括：
第一径向流路，其朝向所述吸入口向所述板构件的径向外侧延伸；以及
第一轴向流路，其与所述第一径向流路连接，且沿着所述板构件的轴向延伸，
所述第一轴向流路与所述外部壳体和所述中间壳体之间的空间连通。
根据上述(16)的结构，由第一径向流路和第一轴向流路形成低压内部流路，因此，能够简化低压内部流路的结构，能够容易地进行低压内部流路的加工。
(17)在几个方案中，上述(14)至(16)中的任一结构的基础上，
所述高压内部流路包括：
环状流路，其与所述多级的叶轮中的最接近所述壳体罩的最终级叶轮的出口连通；以及
第二径向流路，其从所述环状流路朝向所述喷出口向所述板构件的径向外侧延伸。
根据上述(17)的结构，由环状流路和第二径向流路形成高压内部流路，因此，能够简化高压内部流路的结构，能够容易地进行高压内部流路的加工。
(18)在几个方案中，上述(17)的结构的基础上，
所述环状流路是流路截面积沿着所述板构件的周向而变化的涡旋流路。
根据上述(18)的结构，由涡旋流路形成环状流路，因此，能够降低来自最终级叶轮的高压液体的流动在环状流路中的压力损失。
(19)在几个方案中，上述(14)至(18)中的任一结构的基础上，
所述中间壳体包括：
多个部件，其在所述立式泵的轴向上层叠，且以包围所述多级的叶轮的方式设置；以及
紧固用部件，其在所述轴向上位于隔着所述多个部件而与所述壳体罩相反的一侧，
所述立式泵还具备多个系紧螺栓，该多个系紧螺栓具有固定于构成所述壳体罩的所述板构件的一端部、以及固定于所述紧固用部件的另一端部，
在所述板构件上，除了所述低压内部流路及所述高压内部流路之外，还形成有供所述多个系紧螺栓的所述一端部分别拧入的多个螺栓孔。
根据上述(19)的结构，利用系紧螺栓对构成壳体罩的板构件与紧固用部件进行紧固，由此，能够将由板构件和紧固用部件夹着的多个部件一体地保持，能够简化立式泵的壳体结构。
(20)在几个方案中，上述(14)至(19)中的任一结构的基础上，
所述立式泵具备推力平衡部，该推力平衡部设置于构成所述壳体罩的所述板构件的供所述旋转轴贯穿的所述贯通部，
所述推力平衡部包括：
所述平衡套，其安装于所述旋转轴的外周侧，构成为与所述旋转轴一起旋转；以及
平衡衬套，其在所述平衡套的外周侧设置于所述板构件，
在所述板构件与所述旋转轴之间，在所述立式泵的轴向上隔着所述推力平衡部而与所述多级的叶轮相反的一侧形成有所述中间室，
在所述板构件形成有平衡内部流路，该平衡内部流路用于使所述中间室与所述多级的叶轮中的所述中间级叶轮连通。
根据上述(20)的结构，通过使中间级叶轮的压力作用于推力平衡部的平衡套，从而使通过了最终级叶轮的液体的压力(喷出压)与中间级叶轮的压力的差压所引起的反推力作用于平衡套，能够实现立式泵的推力的平衡。另外，通过使中间级叶轮经由平衡内部流路而与中间室连通，从而能够抑制从推力平衡部漏出的液体的与急剧减压相伴的气化。
(21)在几个方案中，上述(1)至(20)中的任一结构的基础上，所述立式泵的喷出压为10MPa以上。
通常，为了得到10MPa以上的高喷出压而使用例如以6000rpm以上的高速进行旋转的横置泵。但是，在采用高转数的横置泵的情况下，横置泵的初级叶轮中的气蚀现象可能成为问题。为了抑制气蚀现象，例如也可以在贮存罐与横置泵之间设置增压泵，但在该情况下，与增压泵的设置相伴的设备设置空间的扩大及设备成本的增加成为问题。
如上述(21)的结构那样，即便在需要10MPa以上的喷出压的情况下，也能够通过使用上述(1)所述的多级的立式泵，来增加立式泵的叶轮的级数而降低泵转数，从而抑制初级叶轮中的气蚀现象。
另外，在喷出压为10MPa以上的高压的情况下，经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化、机械密封件的结构的复杂化可能成为问题。关于这一点，如上述(1)所述，使中间级叶轮与中间室连通，将中间室的压力保持为比较高的值，由此，能够抑制经由平衡套的漏出液体(工艺流体)的与急剧减压相伴的气化。另外，使通过隔壁部而与中间室分隔开的低压室与比中间级叶轮靠低压侧的位置连通，由此，能够降低作用于与低压室连设的机械密封件的压力，采用简单结构的机械密封件。
需要说明的是，当增加立式泵的叶轮的级数时，存在用于将中间壳体的部件一体地保持的系紧螺栓变长这样的缺点，但在采用上述(6)的结构的情况下，通过使用从紧固用部件彼此沿相反方向延伸的第一系紧螺栓及第二系紧螺栓，即便在立式泵的级数较多的情况下也能够缩短各系紧螺栓。
(22)在几个方案中，上述(1)至(21)中的任一结构的基础上，
所述立式泵是用于使尿素合成成套设备中的原料氨升压的氨泵及用于使尿素合成成套设备中的中间体的氨基甲酸酯升压的氨基甲酸酯泵中的任一方。
尿素合成成套设备中的氨泵及氨基甲酸酯泵用于使氨或氨基甲酸酯升压至例如10MPa以上的高压，并向用于生成尿素的反应器供给。
关于这一点，根据上述(22)的结构，通过使用上述(1)所述的多级的立式泵来作为尿素合成成套设备中的氨泵或氨基甲酸酯泵，从而能够通过增加立式泵的叶轮的级数而降低泵的转数，抑制初级叶轮中的气蚀现象。
另外，通过使用上述(1)所述的多级的立式泵来作为氨泵或氨基甲酸酯泵，从而使中间级叶轮与中间室连通，将中间室的压力保持为比较高的值，由此，能够抑制经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化。另外，使通过隔壁部而与中间室分隔开的低压室与比中间级叶轮靠低压侧的位置连通，由此，能够降低作用于与低压室连设的机械密封件的压力，采用简单结构的机械密封件。
需要说明的是，当增加立式泵的叶轮的级数时，存在用于将中间壳体的部件一体地保持的系紧螺栓变长这样的缺点，但在采用上述(6)的结构的情况下，通过使用从紧固用部件彼此向相反方向延伸的第一系紧螺栓及第二系紧螺栓，即便在立式泵的级数较多的情况下也能够缩短各系紧螺栓。
另外，在采用上述(14)的结构的情况下，作为尿素合成成套设备中的氨泵或氨基甲酸酯泵的立式泵的壳体罩由具有低压内部流路及高压内部流路的板构件构成，因此，与利用具有低压流路及高压流路的铸件来形成壳体罩的情况相比，能够降低壳体罩的高度。由此，能够减小立式泵的高度方向的尺寸，实现紧凑的立式泵。另外，在板构件的内部形成了高压内部流路，因此，与由铸件形成壳体罩的情况相比，能够应对更高的喷出压。
(23)本发明的至少一方案的尿素合成成套设备具备：
氨泵，其用于使原料氨升压；
氨基甲酸酯泵，其用于使中间体的氨基甲酸酯升压；以及
反应器，其被供给由所述氨泵升压后的氨、由所述氨基甲酸酯泵升压后的氨基甲酸酯、以及二氧化碳，
所述氨泵及所述氨基甲酸酯泵中的至少一方是上述(1)至(22)中任一项所记载的所述立式泵。
根据上述(23)的结构，作为尿素合成成套设备中的氨泵或氨基甲酸酯泵而使用上述(1)所述的多级的立式泵，由此，能够通过增加立式泵的叶轮的级数而降低泵转数，抑制初级叶轮中的气蚀现象。
另外，作为氨泵或氨基甲酸酯泵而使用上述(1)所述的多级的立式泵，由此，通过使中间级叶轮与中间室连通，将中间室的压力保持为比较高的值，从而能够抑制经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化。另外，使通过隔壁部而与中间室分隔开的低压室与比中间级叶轮靠低压侧的位置连通，由此，能够降低作用于与低压室连设的机械密封件的压力，采用简单结构的机械密封件。
需要说明的是，当增加立式泵的叶轮的级数时，存在用于将中间壳体的部件一体地保持的系紧螺栓变长这样的缺点，但在采用上述(6)的结构的情况下，通过使用从紧固用部件彼此向相反方向延伸的第一系紧螺栓及第二系紧螺栓，即便在立式泵的级数较多的情况下也能够缩短各系紧螺栓。
另外，在采用上述(14)的结构的情况下，作为尿素合成成套设备中的氨泵或氨基甲酸酯泵的立式泵的壳体罩由具有低压内部流路及高压内部流路的板构件构成，因此，与利用具有低压流路及高压流路的铸件来形成壳体罩的情况相比，能够降低壳体罩的高度。由此，能够减小立式泵的高度方向的尺寸，实现紧凑的立式泵。另外，在板构件的内部形成了高压内部流路，因此，与由铸件形成壳体罩的情况相比，能够应对更高的喷出压。
(24)本发明的至少一方案的立式泵的壳体罩是上述(1)至(22)中任一项所记载的立式泵的壳体罩，其中，
所述立式泵的壳体罩具备板构件，该板构件具有与所述立式泵的吸入口连通的低压内部流路、以及与所述立式泵的喷出口连通的高压内部流路。
根据上述(24)的结构，利用具有低压内部流路及高压内部流路的板构件而构成了立式泵的壳体罩，因此，与利用具有低压流路及高压流路的铸件来形成壳体罩的情况相比，能够降低壳体罩的高度。由此，能够减小立式泵的高度方向的尺寸，实现紧凑的立式泵。
另外，在板构件的内部形成了高压内部流路，因此，与由铸件形成壳体罩的情况相比，能够应对更高的喷出压。
(25)本发明的至少一方案的立式泵的壳体罩制造方法是上述(1)至(22)中任一项所记载的立式泵的壳体罩制造方法，其中，具备如下的步骤：
通过机械加工在板构件中形成与所述立式泵的吸入口连通的低压内部流路以及与所述立式泵的喷出口连通的高压内部流路，来制作所述壳体罩。
根据上述(25)的制造方法，通过机械加工在板构件中形成与立式泵的吸入口连通的低压内部流路、以及与立式泵的喷出口连通的高压内部流路，因此，与利用具有低压流路及高压流路的铸件来形成壳体罩的情况相比，能够降低壳体罩的高度。由此，能够减小立式泵的高度方向的尺寸，实现紧凑的立式泵。
另外，由于在板构件的内部形成高压内部流路，因此，与由铸件形成壳体罩的情况相比，能够应对更高的喷出压。
发明效果
根据本发明的至少一方案，提供了能够抑制流体的气化且能够实现推力的适当平衡的立式泵及尿素合成成套设备。
附图说明
图1是示出应用了一实施方式的立式泵的液体升压装置的一例的概要结构图。
图2是一实施方式的立式泵的概要剖视图。
图3A是图2所示的立式泵的壳体罩的俯视图。
图3B是沿着图2所示的立式泵的壳体罩的轴向剖切而得到的剖视图。
图4是俯视观察一实施方式的紧固用部件的凸缘部的图。
图5是示出图2所示的立式泵的推力平衡部的结构的概要剖视图。
图6是示出图2所示的立式泵的机械密封件的结构的概要剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式而记载的或者附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非意在将本发明的范围限定于此，只不过仅仅是说明例。
图1是示出应用了几个实施方式的立式泵的液体升压装置的一例的概要结构图。如图1所示，液体升压装置1具备：用于贮存作为升压对象的液体(工艺流体)的贮存罐2；用于对从贮存罐2供给的液体进行升压的立式泵4；以及用于驱动立式泵4的马达12。
贮存罐2设置于设备设置面GL，贮存罐2内的液位FL位于比设备设置面GL靠上方的位置。
如图1所示，立式泵4的至少一部分收容在从设备设置面GL深挖而形成的凹部3中。在图1所示的例示的实施方式中，立式泵4的下部收容在凹部3中。
立式泵4包括：与贮存罐2连接的吸入口5；沿着铅垂方向排列的多级的叶轮7；以及用于将通过了多级的叶轮7的液体喷出的喷出口6。多级的叶轮7中的位于最下方的叶轮7是初级叶轮7A。初级叶轮7A位于比设置有贮存罐2的设备设置面GL靠下方的位置。
另外，立式泵4具备沿着铅垂方向延伸的旋转轴10。旋转轴10与马达12的输出轴13连接，多级的叶轮7构成为由马达12驱动而与旋转轴10一起旋转。
在图1所示的例示的实施方式中，用于驱动立式泵4的马达12的输出轴13沿着水平方向延伸，在立式泵4的上方设置有用于在马达12的输出轴13与立式泵4的旋转轴10之间传递动力的锥齿轮8。另外，马达12在俯视下不与立式泵4重叠而位于立式泵4的侧方。
在其他几个实施方式中，也可以为，用于驱动立式泵4的马达12的输出轴13沿着铅垂方向延伸，该输出轴13与立式泵4的旋转轴10直接连结，对此省略了图示。
从贮存罐2经由吸入口5向立式泵4供给液体。从吸入口5供给来的液体向初级叶轮7A流入，在通过了初级叶轮7A之后，依次流向下游侧的叶轮7。液体在通过多级的叶轮7时，受到叶轮7的旋转能量而升压。通过了多级的叶轮7中的设置于最下游侧的最终级的叶轮7的高压液体经由喷出口6从立式泵4排出。
通过在液体升压装置1中采用上述的多级的立式泵4，与采用将多级的叶轮沿水平方向排列的横置型的多级泵的情况相比，能够削减设备设置空间，并且能够通过增加叶轮7的级数而确保较高的喷出压，同时能够削减泵的转数。通过像这样降低泵的转数，能够抑制初级叶轮7A中的气蚀现象。另外，通过以使初级叶轮7A位于比设备设置面GL靠下方的位置的方式配置立式泵4，能够降低贮存罐2的设置位置的高度，且能够充分地确保贮存罐2与立式泵4的水头差而抑制初级叶轮7A中的气蚀现象。
这样，通过采用立式泵4，能够抑制初级叶轮7A中的气蚀现象，因此，无需在贮存罐2与泵(立式泵4)之间设置增压泵，或者无需将贮存罐2的设置位置设定得较高。因此，能够实现液体升压装置1中的设备成本的削减及省空间化。
图2是一实施方式的立式泵4的概要剖视图。需要说明的是，图2中的箭头表示立式泵4内的液体(工艺流体)的流动方向。
如图2所示，立式泵4具备：上述的多级的叶轮7；以及包括外部壳体18、中间壳体20及壳体罩28的壳体，多级的叶轮7收容在该壳体中。中间壳体20以覆盖多级的叶轮7的方式设置于外部壳体18的内部。壳体罩28以堵塞外部壳体18的上端开口的方式安装于外部壳体18。另外，与多级的叶轮7一起旋转的旋转轴10通过下部轴承72以及使叶轮的耐磨环部比通常的叶轮延长而设置的中间衬套74以旋转自如的方式支承于中间壳体20。
另外，图2所示的立式泵4具备在壳体罩28的供旋转轴10贯穿的贯通部设置的推力平衡部80及作为轴封装置的机械密封件44。
外部壳体18在上端部具有以向旋转轴10的径向(以下有时仅称为“径向”。)外侧突出的方式设置的凸缘部18a，外部壳体18通过贯穿设置于该凸缘部18a的螺栓孔的多个螺栓19而固定于设备设置面GL。外部壳体18中的比凸缘部18a靠下方的部分收容在从设备设置面GL深挖而形成的凹部3中。
壳体罩28通过沿旋转轴10的周向排列的螺栓29而固定于外部壳体18。在壳体罩28形成有与吸入口5连通的低压内部流路30及与喷出口6连通的高压内部流路32。
在外部壳体18与中间壳体20之间形成有液体的流路40，该液体的流路40从吸入口5及形成于壳体罩28的低压内部流路30朝向多级的叶轮7中的位于最下方的初级叶轮7A。
在流路40中流动并朝向初级叶轮7A的液体被位于中间壳体20的最下部的吸入钟形部26b(后述)引导而向初级叶轮7A流入。
另外，流入到初级叶轮7A之后通过多级的叶轮7而从最终级叶轮7B的出口流出的流体经由高压内部流路32从喷出口6向立式泵4的外部排出。需要说明的是，最终级叶轮7B是多级的叶轮7中的最接近壳体罩28的叶轮。
图3A是图2所示的立式泵4的壳体罩28的俯视图，图3B是图2所示的立式泵4的壳体罩28的沿着旋转轴10的轴向(旋转轴10的沿着旋转轴O的方向；以下也仅称为“轴向”。)剖切而得到的剖视图。需要说明的是，为了方便说明，在图3A及图3B中，省略了形成于壳体罩28的若干流路及若干螺栓孔的图示。
如图3A及图3B所示，在壳体罩28的中央部设置有供立式泵4的旋转轴10(参照图2)沿着轴向贯穿的贯通部98。
在几个实施方式中，如图2～图3B所示，壳体罩28由具有低压内部流路30及高压内部流路32的板构件构成。低压内部流路30及高压内部流路32可以通过机械加工形成于该板构件的内部。
这样，通过由在内部形成有低压内部流路30及高压内部流路32的板构件构成立式泵4的壳体罩28，与由具有低压流路及高压流路的铸件形成壳体罩28的情况相比，能够降低壳体罩28的高度。由此，能够减小立式泵4的高度方向的尺寸，能够实现紧凑的立式泵4。另外，通过在板构件的内部形成高压内部流路32，与由铸件形成壳体罩28的情况相比，能够应对更高的喷出压。
如图3B所示，在将由板构件构成的壳体罩28的高度(轴向的尺寸)设为H、将旋转轴10(参照图2)的径向(与旋转轴O正交的方向)上的壳体罩28的尺寸设为W时，壳体罩28的纵横比W/H也可以为10/4以上且10/1以下。
如图2所示，在立式泵4中，也可以在构成壳体罩28的板构件的周缘部安装具有吸入口5的吸入嘴36(吸入管)及具有喷出口6的喷出嘴38(喷出管)。吸入嘴36设置为使吸入口5与设置于壳体罩28的内部的低压内部流路30连通。另外，喷出嘴38设置为使喷出口6与设置于壳体罩28的内部的高压内部流路32连通。
这样，能够通过将与构成壳体罩28的板构件分开形成的吸入嘴36及喷出嘴38安装于板构件的周缘部而构成立式泵4，因此，壳体罩28的加工变得容易。
吸入嘴36或喷出嘴38也可以为图2所示那样的具有凸缘连接部的构件。另外，吸入嘴36或喷出嘴38也可以通过焊接而安装于构成壳体罩28的板构件。
在几个实施方式中，如图2～图3B所示，形成于壳体罩28的内部的低压内部流路30包括：向板构件的径向(参照图3B)外侧延伸的第一径向流路90；以及与第一径向流路90连接且沿着板构件的轴向(参照图3B)延伸的第一轴向流路92。
这样，通过由第一径向流路90和第一轴向流路92形成低压内部流路30，从而能够简化低压内部流路30的结构，能够容易地进行低压内部流路30的加工。
另外，在几个实施方式中，如图2～图3B所示，形成于壳体罩28的内部的高压内部流路32包括：与多级的叶轮7中的最接近壳体罩28的最终级叶轮7B(参照图2)的出口连通的环状流路94；以及从环状流路94朝向喷出口6(参照图2)向板构件的径向外侧延伸的第二径向流路96。
这样，通过由环状流路94和第二径向流路96形成高压内部流路32，能够简化高压内部流路32的结构，能够容易地进行高压内部流路32的加工。
需要说明的是，在壳体罩28设置有多个螺栓孔88，该多个螺栓孔88供用于将壳体罩28固定于外部壳体18的多个螺栓29拧入。如图3A所示，这多个螺栓孔88相对于第一径向流路90及第二径向流路96在构成壳体罩28的板构件的周向上偏移地配置。
在几个实施方式中，如图2～图3B所示，形成于壳体罩28的环状流路94是流路截面积沿着板构件的周向(参照图3A)而变化的涡旋流路。涡旋流路的流路截面积也可以从立式泵4的旋转轴10的旋转方向上的上游侧朝向下游侧增大。
例如，如图3A及图3B所示，环状流路94(涡旋流路)的流路截面积从立式泵4的旋转轴10的旋转方向上的上游侧朝向下游侧按照环状流路94的上游部94a、中游部94b及下游部94c(参照图3A及图3B)的顺序变大。
这样，通过由涡旋流路形成环状流路94，能够降低来自最终级叶轮7B的高压液体的流动在环状流路94中的压力损失。
在几个实施方式中，如图2所示，中间壳体20包括：在旋转轴10的轴向上层叠的多个部件(22A、22B、24、26)；以及用于将这些多个部件(22A、22B、24、26)紧固的多个系紧螺栓(多个第一系紧螺栓42及多个第二系紧螺栓43)。
在图2所示的例示的实施方式中，构成中间壳体20的多个部件包括：沿轴向层叠且以包围多级的叶轮7的方式设置的多个第一部件22A及第二部件22B；设置在多个第一部件22A与多个第二部件22B之间且将多个系紧螺栓(42、43)的一端固定的紧固用部件24；以及多个部件中的位于最下方的吸入钟形部件26。
吸入钟形部件26位于在轴向上隔着多级的叶轮7而与所述壳体罩28相反的一侧，具有用于向多级的叶轮7中的初级叶轮7A引导液体的吸入钟形部26b。
多个第一部件22A设置为包围多级的叶轮7中的位于下游侧的第一组100的多个叶轮7。
多个第二部件22B设置为包围多级的叶轮7中的位于比第一组100的多个叶轮7靠上游侧的第二组102的多个叶轮7。
紧固用部件24位于在轴向上隔着多个第一部件22A而与壳体罩28相反的一侧。
多个第一系紧螺栓42从紧固用部件24开始在多个第一部件22A所占据的轴向的位置范围内延伸。多个第一系紧螺栓42各自的一端固定于紧固用部件24，并且多个第一系紧螺栓42各自的另一端固定于壳体罩28。
在几个实施方式中，如图2所示，紧固用部件24具有以向径向外侧突出的方式设置的凸缘部24a，多个第一系紧螺栓42各自的一端被拧入到在紧固用部件24的凸缘部24a上形成的螺栓孔。另外，在几个实施方式中，如图2所示，多个第一系紧螺栓42各自的另一端被拧入到在构成壳体罩28的板构件上形成的多个螺栓孔86。
需要说明的是，如图3A所示，形成于壳体罩28的多个螺栓孔86相对于第一轴向流路92在构成壳体罩28的板构件的半径方向或周向上偏移地配置。
另外，多个第二系紧螺栓43从紧固用部件24开始在多个第二部件22B所占据的轴向的位置范围内向与第一系紧螺栓42相反的方向延伸。多个第二系紧螺栓43各自的一端固定于紧固用部件24，并且多个第二系紧螺栓43各自的另一端固定于吸入钟形部件26。
在几个实施方式中，如图2所示，多个第二系紧螺栓43各自的一端被拧入到在上述的紧固用部件24的凸缘部24a上形成的螺栓孔。另外，在几个实施方式中，如图2所示，吸入钟形部件26具有以向径向外侧突出的方式设置的凸缘部26a，多个第二系紧螺栓43各自的另一端被拧入到在吸入钟形部件26的凸缘部26a上形成的螺栓孔。
需要说明的是，在几个实施方式中，也可以是，将构成中间壳体20的多个部件在轴向上分割成位置分别不同的三个以上的组(第一部件、第二部件及第三部件等)，利用在轴向上分别不同的位置范围内延伸的三根以上的系紧螺栓对这三个以上的组的部件进行紧固。
这样，在几个实施方式中，至少由多个第一部件22A和多个第二部件22B构成中间壳体20，并且，在第一部件22A与第二部件22B之间配置紧固用部件24，在该紧固用部件24固定第一系紧螺栓42及向与该第一系紧螺栓42相反的方向延伸的第二系紧螺栓43。因此，与利用在中间壳体20整体范围内延伸的较长的系紧螺栓来保持所有部件的情况相比，能够缩短第一系紧螺栓42及第二系紧螺栓43。由此，不仅各系紧螺栓(42、43)的刚性提高，各系紧螺栓(42、43)的制造性及组装性也提高，并且能够降低系紧螺栓(42、43)的热延展的影响。这在立式泵4的叶轮7的级数多的情况下带来较大的优点。
通过利用系紧螺栓(42、43)将构成壳体罩28的板构件与紧固用部件24紧固，从而能够一体地保持由板构件与紧固用部件24夹着的多个部件(第一部件22A)、或者由紧固用部件24与吸入钟形部件26夹着的多个部件(第二部件22B)，能够简化立式泵4的壳体结构。
另外，通过使用在壳体罩28与紧固用部件24之间延伸的第一系紧螺栓42以及在紧固用部件24与吸入钟形部件26之间延伸的第二系紧螺栓43，即便在立式泵4的级数较多的情况下，也能够抑制各系紧螺栓(42、43)的长度，且能够一体地保持多个第一部件22A及多个第二部件22B。
在几个实施方式中，用于对位于下游侧的多个第一部件22A进行保持的第一系紧螺栓42与用于对位于比多个第一部件22A靠上游侧的多个第二部件22B进行保持的第二系紧螺栓43相比为大径。
这样，通过将与液体的压力更高的第一组100的叶轮7对应的第一系紧螺栓42设为相比第二系紧螺栓43为大径，能够得到与液体的压力相应的各部件的固定所需的轴力。另外，通过使用相对为小径的第二系紧螺栓43，能够在中间壳体20的周围配置更多的系紧螺栓(42、43)。
图4是示出中间壳体20中的多个系紧螺栓(42、43)的结构的图，是俯视观察紧固用部件24的凸缘部24a的图。
如图4所示，在几个实施方式中，多根第一系紧螺栓42与多根第二系紧螺栓43在中间壳体20的周向上交替地配置。
这样，通过将多根第一系紧螺栓42及多根第二系紧螺栓43交替在周向上配置，能够避免紧固用部件24中的第一系紧螺栓42与第二系紧螺栓43的干涉，并且能够将各系紧螺栓(42、43)在周向上均匀地配置而适当地保持各部件(22A、22B、24、26)。
在几个实施方式中，如上所述，旋转轴10由下部轴承72以及使叶轮的耐磨环部比通常的叶轮延长而设置的中间衬套74支承为旋转自如。如图2所示，下部轴承72将旋转轴10的下端部旋转自如地支承于中间壳体20。另外，中间衬套74作为将旋转轴10的中间部旋转自如地支承于中间壳体的中间轴承发挥功能。中间衬套74设置在初级叶轮7A与最终级叶轮7B之间的轴向位置。另外，下部轴承72在轴向上设置于隔着中间衬套74而与壳体罩28相反的一侧。
这样，通过利用下部轴承72及中间衬套74来支承旋转轴10，从而能够降低旋转轴10的振动。即，能够利用下部轴承72来抑制旋转轴10的下部振动的模式(一次模式)，并且利用中间衬套74来抑制旋转轴10的中央部振动的模式(二次模式)。
下部轴承72或中间衬套74也可以设置在紧固用部件24与旋转轴10之间。在图2所示的例示的实施方式中，中间衬套74设置在紧固用部件24与旋转轴10之间。
紧固用部件24为了对第一系紧螺栓42及第二系紧螺栓43进行固定而需要某种程度的厚度。例如，如图2所示，在紧固用部件24设置用于固定系紧螺栓的一端的凸缘部24a的情况下，为了确保凸缘部24a的厚度，将紧固用部件24的厚度在某种程度上设定得较大。关于这一点，通过利用具有某种程度的长度的紧固用部件24来设置用于支承旋转轴10的轴承(在图2所示的例子中为中间衬套74)，从而能够抑制旋转轴10的轴长的增大，并且能够降低旋转轴10的振动。
在几个实施方式中，各部件(22A、22B、24)的下端部与和该部件相邻的部件(22A、22B、24、26)的上端部也可以具有嵌合结构21。
在图2所示的例示的实施方式中，利用在各部件(22A、22B、24)的下端部的外周侧缘部以向下方突出的方式设置的凸部、以及在与该部件相邻的部件(22A、22B、24、26)的上端部以与上述的凸部对应的方式设置的凹部来形成嵌合结构。
这样，通过在相邻的多个部件之间形成嵌合结构，各部件(22A、22B、24、26)的径向上的定位变得容易。
图5是示出图2所示的立式泵4的推力平衡部80的结构的概要剖视图。
在几个实施方式中，如图2及图5所示，推力平衡部80包括：安装于旋转轴10的外周侧且构成为与旋转轴10一起旋转的平衡套82；以及在平衡套82的外周侧设置于壳体罩28的平衡衬套84。平衡套82例如如以下说明的那样构成为使旋转轴10的推力至少局部地平衡。
需要说明的是，作用于旋转轴10的推力是在轴向上从多级的叶轮7(参照图2)的高压侧朝向低压侧的方向的力，即，从最终级叶轮7B朝向初级叶轮7A的方向的力。
如图5所示，平衡套82在供旋转轴10贯穿的壳体罩28的贯通部98(参照图3A及图3B)设置于多级的叶轮7中的最终级叶轮7B的背面侧。平衡套82例如也可以通过热套等安装于旋转轴10。
与旋转轴10一起旋转的平衡套82的外周面82a在旋转轴10旋转时，相对于平衡衬套84的内周面84a滑动。
在旋转轴10与构成壳体罩28的板构件之间，在轴向上隔着平衡套82(推力平衡部80)而与多级的叶轮7相反的一侧形成有中间室54。平衡套82的上端面82b与中间室54相邻，在该上端面82b作用有中间室54的压力。
需要说明的是，如图5所示，也可以是，旋转轴10具有在轴向上设置于中间室54所存在的位置范围内的扩径部10a，该扩径部10a具有与平衡套82的上端面82b对置的下端面10b。而且，也可以经由扩径部10a的下端面10b与平衡套82的上端面82b，在平衡套82与旋转轴10之间传递轴向的力。
如图2所示，中间室54经由在构成壳体罩28的板构件上形成的平衡内部流路56及与平衡内部流路56连通的平衡管58，而与多级的叶轮7中的中间级叶轮7C连通。平衡管58以使平衡内部流路56与中间级叶轮7C相互连通的方式设置为在中间壳体20与外部壳体18之间，从壳体罩28朝向第一部件22A或第二部件22B中的任一个部件(在图2所示的实施方式中为第二部件22B中的一个)延伸。
这里，中间级叶轮7C是指初级叶轮7A的下游侧且最终级叶轮7B的上游侧的任意的叶轮7。在图2所示的例示的实施方式中，中间级叶轮7C是多级的叶轮7中的、位于比下部轴承72靠上方且比中间衬套74靠下方的位置的叶轮7。或者，在图2所示的实施方式中，中间级叶轮7C是多个叶轮7中的、属于位于上游侧的第二组102的叶轮7(由多个第二部件22B包围的叶轮7)。
即，向与中间级叶轮7C连通的中间室54导入中间级叶轮7C的压力PM，在平衡套82的上端面82b(参照图5)作用有中间级叶轮7C的压力PM。
另外，平衡套82的下端面82c(参照图5)与最终级叶轮7B的背面侧的空间相邻，在该下端面82c作用有通过了最终级叶轮7B的液体的压力(喷出压PD)。
因此，如上所述，通过使中间级叶轮7C的压力PM作用于平衡套82，从而能够使通过了最终级叶轮7B的液体的压力(喷出压PD(＞PM))与中间级叶轮7C的压力PM的差压所引起的反推力(在轴向上与上述推力相反方向的力)经由平衡套82而作用于旋转轴10。由此，能够实现立式泵4的推力的平衡。
另外，假设在中间室54的压力与作用于平衡套82的下端面82c的喷出压PD的压力差过度大的情况下，有时通过平衡套82与平衡衬套84之间的间隙而漏出的流体急剧减压，该流体发生气化。
关于这一点，如上所述，通过使中间室54与中间级叶轮7C连通，将中间室54的压力保持为比较高的值(例如，至少为比向初级叶轮7A流入的液体的压力高的压力)，从而能够抑制经由平衡套82漏出的液体(工艺流体)的与急剧减压相伴的气化。
平衡管58也可以在俯视下相对于第一系紧螺栓42或第二系紧螺栓43中的至少一方在中间壳体20的半径方向或周向上偏移地配置。
在几个实施方式中，例如如图2及图4所示，平衡管58相对于任一个第一系紧螺栓42在半径方向上偏移地配置，且穿过在周向上相邻的一对第二系紧螺栓43之间而与任一个第二部件22B连接。
这样，通过使平衡管58相对于第一系紧螺栓42或第二系紧螺栓43中的至少一方在半径方向或周向上偏移地配置，从而即便在第一系紧螺栓42及第二系紧螺栓43的根数较多的情况下，也能够避免第一系紧螺栓42及第二系紧螺栓43与平衡管58的干涉。
在几个实施方式中，立式泵4也可以构成为，使在常温常压下将气体的物质通过压缩而液化后的液体升压。
在设置有上述的推力平衡部80的立式泵4中，通过使中间室54与中间级叶轮7C连通，从而能够抑制经由平衡套82而漏出的液体(工艺流体)的与急剧减压相伴的气化。因此，如上所述，即便在利用立式泵4使在常温常压下将气体的物质通过压缩而液化后的液体升压的情况下，也能够抑制经由平衡套82而漏出的液体的气化。
图6是示出图2所示的立式泵4的机械密封件44的结构的概要剖视图。
在几个实施方式中，如图2及图6所示，立式泵4的壳体包括固定于壳体罩28的密封壳体部46，密封壳体部46至少局部地收容机械密封件44。另外，以供旋转轴10贯穿壳体罩28及密封壳体部46的方式设置有贯通部。
图6所示的机械密封件44是串联式机械密封件，包括安装于密封壳体部46(壳体)的一对固定环60A、60B、以及构成为能够与旋转轴10一起旋转的一对旋转环62A、62B，这些固定环与旋转环在轴向上交替地配置。即，在图6所示的实施方式中，固定环与旋转环在轴向上从接近多级的叶轮7的一侧起依次按照旋转环62A、固定环60A、旋转环62B、固定环60B的顺序排列。
旋转环62A、62B固定于轴套66的外周面，该轴套66安装在旋转轴10的外周侧，且构成为与旋转轴10一起旋转。
一对固定环60A、60B及一对旋转环62A、62B中的、在轴向上配置于接近多级的叶轮7的一侧的固定环60A及旋转环62A构成高压侧密封件45A，在轴向上配置于远离多级的叶轮7的一侧的固定环60B及旋转环62B构成低压侧密封件45B。
一对旋转环62A、62B构成为，伴随着旋转轴10的旋转而相对于一对固定环60A、60B分别滑动。而且，通过一对固定环60A、60B与一对旋转环62A、62B的滑动面相互接触，从而抑制流体的漏出。
在旋转轴10与壳体罩28(壳体)之间，在轴向上与机械密封件44相邻地设置有低压室48。低压室48经由形成于壳体罩28的冲洗入口流路50而与比中间级叶轮7C靠低压侧的位置连通。即，向低压室48引导比中间级叶轮7C靠低压侧的压力比较低的流体。
在图2及图6所示的例示的实施方式中，低压室48与形成在外部壳体18和中间壳体20之间的流路40连通。即，从吸入口5向立式泵4流入并由多级的叶轮7升压之前的低压的液体经由冲洗入口流路50向低压室48导入。
这样，通过向低压室48引导压力比较低的流体，从而能够降低作用于与低压室48连设的机械密封件44的压力。因此，采用上述的串联式机械密封件，与双端面机械密封件相比，能够使用低压的外部流体来对立式泵4内的液体(工艺流体)进行密封。
在旋转轴10与密封壳体部46(壳体)之间，在轴向上的一对固定环60A、60B之间设置有供给外部流体(External fluid)的密封腔室67。另外，在密封壳体部46设置有缓冲入口流路68及缓冲出口流路70，这些缓冲入口流路68及缓冲出口流路70与设置于立式泵4的外部的外部流体贮存罐(未图示)连接。而且，贮存于外部流体贮存罐的外部流体经由缓冲入口流路68向密封腔室67导入，并且，经由缓冲出口流路70从密封腔室67排出，返送到外部流体贮存罐。
在一对旋转环62A、62B中的位于一对固定环60A、60B之间的一方的旋转环62B(即设置于密封腔室67的一方的旋转环)设置有泵送环64。而且，利用泵送环64，从密封腔室67经由缓冲出口流路70向外部流体贮存罐输送外部流体。
这样，通过利用泵送环64使外部流体循环，从而不需要用于使外部流体循环的辅机。因此，与采用双端面机械密封件的情况相比，能够简化向轴封装置供给的外部流体的加压及循环用的辅机。
在几个实施方式中，如图2、图5及图6所示，推力平衡部80的平衡套82在轴向上位于最终级叶轮7B与机械密封件44之间。而且，在轴向上的中间室54与低压室48之间，设置有将这些中间室54与低压室48分隔的隔壁部104(参照图5及图6)。
能够利用隔壁部104来限制流体经由隔壁部104与旋转轴10之间的间隙而从中间室54向低压室48的移动，从而维持中间室54与低压室48的压力差。
隔壁部104也可以通过对构成壳体罩28的板构件进行机械加工而形成。或者，隔壁部104也可以由与构成壳体罩28的板构件不同的构件构成，并固定于壳体罩28。
这样，使通过隔壁部104而与中间室54分隔开的低压室48与比中间级叶轮7C靠低压侧的位置连通，由此，能够降低作用于与低压室48连设的机械密封件44的压力，能够采用简单结构的机械密封件44。
在几个实施方式中，立式泵4的喷出压为10MPa以上。
在上述的立式泵4中，能够通过增加叶轮7的级数而得到例如10MPa以上的高喷出压，并且能够降低泵的转数来抑制初级叶轮7A中的气蚀现象。
另一方面，当增加立式泵4的叶轮7的级数时，存在用于将中间壳体20的部件一体地保持的系紧螺栓(42、43)变长这样的缺点，但在几个实施方式的立式泵4中，通过使用从紧固用部件24彼此向相反方向延伸的第一系紧螺栓42及第二系紧螺栓43，即便在立式泵4的级数较多的情况下，也能够缩短各系紧螺栓(42、43)。
另外，在喷出压为10MPa以上的高压的情况下，经由平衡套的漏出液体的与急剧减压相伴的气化、机械密封件的结构的复杂化可能成为问题。关于这一点，在几个实施方式的立式泵4中，使中间室54与中间级叶轮7C连通，将中间室54的压力保持为比较高的值，因此，能够抑制经由平衡套82的漏出液体(工艺流体)的与急剧减压相伴的气化。另外，使通过隔壁部104而与中间室54分隔开的低压室48与比中间级叶轮7C靠低压侧的位置连通，由此，能够降低作用于与低压室48连设的机械密封件44的压力，采用简单结构的机械密封件44。
在几个实施方式中，多级的叶轮7包括十级段以上的叶轮7。
通过立式泵4包括十级以上的叶轮7，即便降低立式泵4的转数也能够确保需要的喷出压。因此，通过使立式泵4的转数下降，能够有效地抑制初级叶轮7A中的气蚀现象。
以上说明的立式泵4例如能够作为尿素合成成套设备(未图示)中的工艺泵而使用。
几个实施方式中的尿素合成成套设备具备：用于使氨升压的氨泵；用于使氨基甲酸酯升压的氨基甲酸酯泵；以及被供给由氨泵升压后的氨、由氨基甲酸酯泵升压后的氨基甲酸酯及二氧化碳的反应器。而且，氨泵或氨基甲酸酯泵中的至少一方是上述的立式泵4。
例如，在氨泵为立式泵4的情况下，升压对象的液体为作为尿素原料的液体氨，经由吸入口5向立式泵4供给液体氨。
另外，例如，在氨基甲酸酯泵为立式泵4的情况下，升压对象的液体为通过氨与二氧化碳的反应而生成的作为中间体的氨基甲酸酯(氨基甲酸铵)，经由吸入口5向立式泵4供给液体氨基甲酸酯。
在上述的尿素合成成套设备中，在被供给升压后的氨、氨基甲酸酯及二氧化碳的反应器中，在高温高压下，由氨与二氧化碳生成氨基甲酸酯。这样生成的氨基甲酸酯及从氨基甲酸酯泵供给的氨基甲酸酯中的一部分通过脱水反应而分解为尿素和水。之后，剩余的氨基甲酸酯例如被送至分解塔，被加热后通过脱水反应而分解为尿素和水。通过这些反应而生成的尿素作为产品被分离回收。另外，未反应的残留氨基甲酸酯也被分离回收，由氨基甲酸酯泵升压后再次向反应器供给，用于尿素的制造。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不局限于上述的实施方式，也包括对上述实施方式加以变形后的方式或将这些方式适当组合而得到的方式。
在本说明书中，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等的表示相对配置或绝对配置的表现不仅表示严格意义上的这种配置，还表示在具有公差或得到相同功能的程度的角度或距离的范围内相对地位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均匀”等的表示为事物相等的状态的表现不仅表示严格意义上相等的状态，还表示存在公差或得到相同功能的程度的差的状态。
另外，在本说明书中，四边形状或圆筒形状等的表示形状的表现不仅表示几何学中严格意义上的四边形状或圆筒形状等形状，还表示在得到相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。
另外，在本说明书中，“具备”、“包括”或“具有”一构成要素这样的表现并非是排除其他构成要素的存在的排他性表现。
附图标记说明
1 液体升压装置；
2 贮存罐；
3 凹部；
4 立式泵；
5 吸入口；
6 喷出口；
7 叶轮；
7A 初级叶轮；
7B 最终级叶轮；
7C 中间级叶轮；
8 齿轮；
10 旋转轴；
10a 扩径部；
10b 下端面；
12 马达；
13 输出轴；
18 外部壳体；
18a 凸缘部；
19 螺栓；
20 中间壳体；
21 嵌合结构；
22A 第一部件；
22B 第二部件；
24 紧固用部件；
24a 凸缘部；
26 吸入钟形部件；
26a 凸缘部；
26b 吸入钟形部；
28 壳体罩；
29 螺栓；
30 低压内部流路；
32 高压内部流路；
36 吸入嘴；
38 喷出嘴；
40 流路；
42 第一系紧螺栓；
43 第二系紧螺栓；
44 机械密封件；
45A 高压侧密封件；
45B 低压侧密封件；
46 密封壳体部；
48 低压室；
50 冲洗入口流路；
54 中间室；
56 平衡内部流路；
58 平衡管；
60A、60B 固定环；
62A、62B 旋转环；
64 泵送环；
66 轴套；
67 密封腔室；
68 缓冲入口流路；
70 缓冲出口流路；
72 下部轴承；
74 中间衬套；
80 推力平衡部；
82 平衡套；
82a 外周面；
82b 上端面；
82c 下端面；
84 平衡衬套；
84a 内周面；
86 螺栓孔；
88 螺栓孔；
90 第一径向流路；
92 第一轴向流路；
94 环状流路；
96 第二径向流路；
98 贯通部；
100 第一组；
102 第二组；
104 隔壁部；
FL 液位；
GL 设备设置面；
O 旋转轴。

Claims (25)

1.一种立式泵，其特征在于，
所述立式泵具备：
旋转轴；
多级的叶轮，其构成为与所述旋转轴一起旋转；
壳体，其收容所述多级的叶轮；
机械密封件，其设置于所述壳体的供所述旋转轴贯穿的贯通部；
平衡套，其在供所述旋转轴贯穿的所述贯通部中位于所述多级的叶轮中的最终级叶轮与所述机械密封件之间，用于使所述旋转轴的推力至少局部地平衡；
中间室，其在所述旋转轴与所述壳体之间，在所述旋转轴的轴向上设置于隔着所述平衡套而与所述多级的叶轮相反的一侧，且该中间室与所述多级的叶轮中的中间级叶轮连通；
低压室，其在所述旋转轴与所述壳体之间，在所述轴向上与所述机械密封件相邻设置，且该低压室与比所述中间级叶轮靠低压侧的位置连通；以及
隔壁部，其将所述中间室与所述低压室分隔。
2.根据权利要求1所述的立式泵，其特征在于，
所述机械密封件包括：
一对固定环，其设置于所述壳体；以及
一对旋转环，其构成为能够以相对于所述一对固定环分别滑动的方式与所述旋转轴一起旋转，并且，
所述固定环与所述旋转环是在所述轴向上交替配置的串联式机械密封件。
3.根据权利要求1或2所述的立式泵，其特征在于，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的上端开口的方式安装于所述外部壳体，且具有供所述旋转轴贯穿的所述贯通部，
所述立式泵还具备：
下部轴承，其将所述旋转轴的下端部旋转自如地支承于所述中间壳体；以及
中间轴承，其将所述旋转轴的中间部旋转自如地支承于所述中间壳体，
所述中间室与位于比所述下部轴承靠上方且比所述中间轴承靠下方的位置的所述中间级叶轮连通。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵构成为，使在常温常压下将气体的物质通过压缩而液化后的液体升压。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的上端开口的方式安装于所述外部壳体，且具有供所述旋转轴贯穿的所述贯通部，
在所述壳体罩形成有与所述中间室连通的平衡内部流路，
所述立式泵还具备平衡管，该平衡管以使所述平衡内部流路与所述中间级叶轮相互连通的方式设置在所述中间壳体与所述外部壳体之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的开口的方式安装于所述外部壳体，
所述中间壳体包括：
多个第一部件，其在所述立式泵的轴向上层叠，且以包围所述多级的叶轮中的第一组的多个叶轮的方式设置；
多个第二部件，其在所述轴向上层叠，且以包围所述多级的叶轮中的第二组的多个叶轮的方式设置；以及
紧固用部件，其在所述轴向上设置于所述多个第一部件与所述多个第二部件之间，
所述立式泵具备：
至少一根第一系紧螺栓，其一端固定于所述紧固用部件，从所述紧固用部件开始在所述多个第一部件所占据的所述轴向的位置范围内延伸；以及
至少一根第二系紧螺栓，其一端固定于所述紧固用部件，从所述紧固用部件开始在所述多个第二部件所占据的所述轴向的位置范围内向与所述第一系紧螺栓相反的方向延伸。
7.根据权利要求6所述的立式泵，其特征在于，
所述第一组的多个叶轮位于比所述第二组的多个叶轮靠下游侧的位置，
所述第一系紧螺栓与所述第二系紧螺栓相比为大径。
8.根据权利要求6或7所述的立式泵，其特征在于，
多根所述第一系紧螺栓与多根所述第二系紧螺栓在所述中间壳体的周向上交替地配置。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵具备设置在所述紧固用部件与所述旋转轴之间、用于将所述旋转轴支承为旋转自如的轴承。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述中间壳体包括吸入钟形部件，该吸入钟形部件在所述轴向上位于隔着所述多级的叶轮而与所述壳体罩相反的一侧，且具有用于向所述多级的叶轮中的初级叶轮引导液体的吸入钟形部，
所述第一系紧螺栓的另一端固定于所述壳体罩，
所述第二系紧螺栓的另一端固定于所述吸入钟形部件。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述中间室在所述旋转轴与所述壳体罩之间，在所述旋转轴的轴向上设置于隔着所述平衡套而与所述多级的叶轮相反的一侧，
所述立式泵具备平衡管，该平衡管以使所述中间室与所述中间级叶轮相互连通的方式，从所述壳体罩朝向所述第一部件及所述第二部件中的任一个部件地设置在所述中间壳体与所述外部壳体之间，
所述平衡管在俯视下，相对于所述第一系紧螺栓及所述第二系紧螺栓中的至少一方在所述中间壳体的半径方向或周向上偏移地配置。
12.根据权利要求11所述的立式泵，其特征在于，
所述中间壳体包括吸入钟形部件，该吸入钟形部件在所述轴向上位于隔着所述多级的叶轮而与所述壳体罩相反的一侧，且具有用于向所述多级的叶轮中的初级叶轮引导液体的吸入钟形部，
所述第一系紧螺栓的另一端固定于所述壳体罩，
所述第二系紧螺栓的另一端固定于所述吸入钟形部件，
所述平衡管相对于任一个所述第一系紧螺栓在所述半径方向上偏移地配置，且穿过在所述周向上相邻的一对所述第二系紧螺栓之间而与任一个所述第二部件连接。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述多级的叶轮包括十级以上的叶轮。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵具备：
吸入口；
多级的叶轮，其沿着铅垂方向排列，构成为供经由所述吸入口而取入的液体通过；以及
喷出口，其用于将通过了所述多级的叶轮的所述液体喷出，
所述壳体包括：
中间壳体，其覆盖所述多级的叶轮；
外部壳体，其设置为覆盖所述中间壳体；以及
壳体罩，其以堵塞所述外部壳体的开口的方式安装于所述外部壳体，
所述壳体罩由板构件构成，该板构件具有与所述吸入口连通的低压内部流路及与所述喷出口连通的高压内部流路。
15.根据权利要求14所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵具备：
吸入管，其具有所述吸入口，以使所述吸入口与所述低压内部流路连通的方式安装于构成所述壳体罩的所述板构件的周缘部；以及
喷出管，其具有所述喷出口，以使所述喷出口与所述高压内部流路连通的方式安装于所述板构件的周缘部。
16.根据权利要求14或15所述的立式泵，其特征在于，
所述低压内部流路包括：
第一径向流路，其朝向所述吸入口向所述板构件的径向外侧延伸；以及
第一轴向流路，其与所述第一径向流路连接，且沿着所述板构件的轴向延伸，
所述第一轴向流路与所述外部壳体和所述中间壳体之间的空间连通。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述高压内部流路包括：
环状流路，其与所述多级的叶轮中的最接近所述壳体罩的所述最终级叶轮的出口连通；以及
第二径向流路，其从所述环状流路朝向所述喷出口向所述板构件的径向外侧延伸。
18.根据权利要求17所述的立式泵，其特征在于，
所述环状流路是流路截面积沿着所述板构件的周向而变化的涡旋流路。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述中间壳体包括：
多个部件，其在所述立式泵的轴向上层叠，且以包围所述多级的叶轮的方式设置；以及
紧固用部件，其在所述轴向上位于隔着所述多个部件而与所述壳体罩相反的一侧，
所述立式泵还具备多个系紧螺栓，该多个系紧螺栓具有固定于构成所述壳体罩的所述板构件的一端部、以及固定于所述紧固用部件的另一端部，
在所述板构件上，除了所述低压内部流路及所述高压内部流路之外，还形成有供所述多个系紧螺栓的所述一端部分别拧入的多个螺栓孔。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵具备推力平衡部，该推力平衡部设置于构成所述壳体罩的所述板构件的供所述旋转轴贯穿的所述贯通部，
所述推力平衡部包括：
所述平衡套，其安装于所述旋转轴的外周侧，构成为与所述旋转轴一起旋转；以及
平衡衬套，其在所述平衡套的外周侧设置于所述板构件，
在所述板构件与所述旋转轴之间，在所述立式泵的轴向上隔着所述推力平衡部而与所述多级的叶轮相反的一侧形成有所述中间室，
在所述板构件形成有平衡内部流路，该平衡内部流路用于使所述中间室与所述多级的叶轮中的所述中间级叶轮连通。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵的喷出压为10MPa以上。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的立式泵，其特征在于，
所述立式泵是用于使尿素合成成套设备中的原料氨升压的氨泵及用于使尿素合成成套设备中的中间体的氨基甲酸酯升压的氨基甲酸酯泵中的任一方。
23.一种尿素合成成套设备，其特征在于，
所述尿素合成成套设备具备：
氨泵，其用于使原料氨升压；
氨基甲酸酯泵，其用于使中间体的氨基甲酸酯升压；以及
反应器，其被供给由所述氨泵升压后的氨、由所述氨基甲酸酯泵升压后的氨基甲酸酯、以及二氧化碳，
所述氨泵及所述氨基甲酸酯泵中的至少一方是权利要求1至22中任一项所述的所述立式泵。
24.一种立式泵的壳体罩，其是权利要求1至22中任一项所述的立式泵的壳体罩，所述立式泵的壳体罩的特征在于，
所述立式泵的壳体罩具备板构件，该板构件具有与所述立式泵的吸入口连通的低压内部流路、以及与所述立式泵的喷出口连通的高压内部流路。
25.一种立式泵的壳体罩制造方法，其是权利要求1至22中任一项所述的立式泵的壳体罩制造方法，所述立式泵的壳体罩制造方法的特征在于，
所述立式泵的壳体罩制造方法具备如下的步骤：通过机械加工在板构件中形成与所述立式泵的吸入口连通的低压内部流路以及与所述立式泵的喷出口连通的高压内部流路，来制作所述壳体罩。
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