JP2003201983A - Multistage centrifugal pump - Google Patents
Multistage centrifugal pumpInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の遠心ポンプ
を単一の駆動軸上に配置した多段遠心ポンプに関し、特
に、低比速度に対応した多段遠心ポンプに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multistage centrifugal pump in which a plurality of centrifugal pumps are arranged on a single drive shaft, and more particularly to a multistage centrifugal pump compatible with low specific speed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液化石油ガスなどの沸騰しやすい液化ガ
スを小流量（例えば１０ｍ3／ｈ）、高揚程（４００ｍ
超）で送液する場合、一般的に往復動ポンプが使用され
る。これは、このような小流量、高揚程の条件におい
て、遠心ポンプを設計しようとすれば、従来通り比速度
（ｒｐｍ，ｍ3／ｍｉｍ，ｍ）１００以上としたときに
は多段のポンプの段数が多くなり現実的ではなく、一方
比速度が１００以下であっては、遠心ポンプの効率が１
０％以下と、低くなるためである。しかし、往復動ポン
プを採用した場合であっても、取扱い流体が気化しやす
い液化ガスであるために、軸シール部のパッキンの寿命
が短いという問題があった。2. Description of the Related Art Liquefied gas such as liquefied petroleum gas that easily boil is supplied at a small flow rate (for example, 10 m 3 / h) and a high head (400 m
A reciprocating pump is generally used for liquid delivery at (super). Under the conditions of such a small flow rate and high head, if a centrifugal pump is designed, the number of stages of the multistage pump is large when the specific speed (rpm, m 3 / mim, m) is 100 or more as usual. On the other hand, if the specific speed is 100 or less, the efficiency of the centrifugal pump is 1
This is because it becomes as low as 0% or less. However, even when the reciprocating pump is adopted, there is a problem that the life of the packing of the shaft seal portion is short because the handling fluid is a liquefied gas that is easily vaporized.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】遠心ポンプにおいて
は、ポンプおよびこれを駆動するモータごと、液化ガス
中に沈め、液化ガスにより潤滑を行うことにより、パッ
キンを用いない構造を達成できるため、前述のパッキン
寿命に関する問題は生じない。In a centrifugal pump, a structure without a packing can be achieved by submerging the pump and the motor for driving the pump in the liquefied gas and performing lubrication with the liquefied gas. No packing life problems occur.
【０００４】しかしながら、遠心ポンプを用いる場合
は、前述のように効率が低くなったり、多段遠心ポンプ
の段数が増加し、大型化し、駆動軸の長さの増加に伴う
危険速度が低下するなどの問題が発生する。However, when the centrifugal pump is used, the efficiency becomes low as described above, the number of stages of the multi-stage centrifugal pump increases, the size becomes large, and the critical speed decreases as the length of the drive shaft increases. The problem occurs.
【０００５】また、ポンプの回転速度を増加させ、８０
００ｒｐｍを超えるようにする場合には、ボールベアリ
ングを使用できず、ジャーナルベアリングとする必要が
生じる。このベアリングは液化ガスで潤滑されるが、沸
騰を避けるため、液化ガスの潤滑量を多くする必要があ
り、このためにベアリング部分のクリアランスを小さく
することができない。ベアリング部分のクリアランスが
小さくできないということは、軸の半径方向の移動が規
制されないということであり、ポンプのインペラとケー
シングの隙間も、ジャーナルのクリアランス以上に大き
くする必要がある。この結果、ポンプの漏れが増加し、
特に揚程が高い場合にポンプ効率が低下して、実用的な
設計ができないという問題があった。Further, the rotational speed of the pump is increased to 80
In the case of exceeding 00 rpm, the ball bearing cannot be used, and it becomes necessary to use the journal bearing. This bearing is lubricated with liquefied gas, but in order to avoid boiling, it is necessary to increase the amount of liquefied gas lubricated, and therefore the clearance of the bearing portion cannot be reduced. The fact that the clearance of the bearing portion cannot be reduced means that the radial movement of the shaft is not restricted, and the clearance between the impeller of the pump and the casing must be larger than the clearance of the journal. This results in increased pump leakage,
Especially when the head is high, there is a problem that the pump efficiency is lowered and a practical design cannot be performed.
【０００６】本発明は前述の問題点を考慮してなされた
ものであり、沸騰しやすい液化ガスを、小流量、高揚程
で送液する遠心ポンプを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a centrifugal pump for feeding a liquefied gas that easily boil at a small flow rate and a high head.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明にかかる、複数の遠心ポンプをモータに駆動
される単一の駆動軸上に配置した多段遠心ポンプは、イ
ンペラ吸込み口外側の直径と、ポンプケーシングとの直
径クリアランスを、０．２ｍｍ以下または直径の１／１
０００以下としたものである。この部分のクリアランス
を小さくすることにより、各段のポンプにおいて、吐出
側から吸込み側に流れる漏れ量を抑制することができ、
ポンプ効率が向上する。また、クリアランスを小さくす
ることで、この部分が動圧軸受として作用する。これに
より、軸支持点が増加し、駆動軸の危険速度が高まり、
安定した運転が可能となる。In order to solve the above-mentioned problems, a multistage centrifugal pump according to the present invention, in which a plurality of centrifugal pumps are arranged on a single drive shaft driven by a motor, is provided outside the impeller suction port. And the diameter clearance between the pump casing and the pump casing is 0.2 mm or less or 1/1 of the diameter.
000 or less. By reducing the clearance at this portion, the amount of leakage flowing from the discharge side to the suction side can be suppressed in the pumps at each stage,
Pump efficiency is improved. Further, by reducing the clearance, this portion acts as a dynamic pressure bearing. This increases the shaft support points, increases the critical speed of the drive shaft,
Stable operation becomes possible.
【０００８】また、前記駆動軸は、ボールベアリングに
より支持されるようにできる。ボールベアリングの採用
により、ジャーナルベアリングを用いる場合に比して、
駆動軸の半径方向位置を狭い範囲に規制することができ
る。このことは、前述の、インペラとケーシングのクリ
アランスを小さくすることをより容易に達成可能とす
る。また、このボールベアリングの半径方向荷重は、前
述のクリアランス縮小によって低減されるために、その
寿命は延長される。The drive shaft may be supported by a ball bearing. By using ball bearings, compared to using journal bearings
The radial position of the drive shaft can be restricted within a narrow range. This makes it easier to reduce the above-mentioned clearance between the impeller and the casing. Also, the radial load of this ball bearing is reduced by the aforementioned clearance reduction, so that its life is extended.
【０００９】また、駆動軸を、３６００ｒｐｍを超える
速度で運転することが好ましい。このために、駆動用モ
ータに供給する電力の周波数変換を行うインバータを備
えるようにすることが好ましい。It is also preferable that the drive shaft be operated at a speed exceeding 3600 rpm. For this reason, it is preferable to provide an inverter that converts the frequency of the electric power supplied to the drive motor.
【００１０】また、最終段の遠心ポンプから吐出された
取扱い流体によりポンプを冷却し、ポンプを冷却した取
扱い流体を、１段目遠心ポンプの吐出側より後方の流路
に戻すようにすることが好ましい。これにより、モータ
の発生した熱をポンプ外部に排出しないようにできる。Further, the pump may be cooled by the handling fluid discharged from the final stage centrifugal pump, and the handling fluid cooled by the pump may be returned to the flow passage located behind the discharge side of the first stage centrifugal pump. preferable. This makes it possible to prevent the heat generated by the motor from being discharged to the outside of the pump.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、
本実施形態の多段遠心ポンプ１０の概略構成を示す部分
断面図である。複数の遠心ポンプ１２は、一つの駆動軸
１４を介して、モータ１６により駆動される。遠心ポン
プ１２の個数、すなわち段数は、要求性能などから適宜
定めることができ、ここでは、Ｎ段（Ｎは２以上の整
数）の多段遠心ポンプについて説明する。遠心ポンプの
段を特定して説明する必要がある場合は、符号１２の後
に-1,-2,・・・,-Nの添え字を付して説明する。例えば、１
段目（図中最も下段）の遠心ポンプについては符号１２
-1、最終段（図中最も上段）の遠心ポンプには符号１２
-Nを用いて説明する。なお、図においては、添え字を付
した符号を示す。モータ１６は、モータケース１７内に
納められている。モータ１６のステータは、モータケー
ス１７に固定され、ロータは、駆動軸１４に固定されて
いる。駆動軸１４は、モータケース１７の端部におい
て、二つのボールベアリング１８，１９により回動可能
に支持されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings. Figure 1
It is a fragmentary sectional view showing a schematic structure of multistage centrifugal pump 10 of this embodiment. The plurality of centrifugal pumps 12 are driven by a motor 16 via one drive shaft 14. The number of centrifugal pumps 12, that is, the number of stages can be appropriately determined based on the required performance and the like. Here, a multistage centrifugal pump having N stages (N is an integer of 2 or more) will be described. When it is necessary to specify and describe the stage of the centrifugal pump, description will be given by adding subscripts -1, -2, ..., -N after the reference numeral 12. For example, 1
Reference numeral 12 for the centrifugal pump at the second stage (the lowest stage in the figure)
-1, code 12 for the last stage (uppermost stage in the figure) centrifugal pump
Explain using -N. In the drawings, reference numerals with subscripts are shown. The motor 16 is housed in a motor case 17. The stator of the motor 16 is fixed to the motor case 17, and the rotor is fixed to the drive shaft 14. The drive shaft 14 is rotatably supported by two ball bearings 18 and 19 at the end of the motor case 17.
【００１２】個々の遠心ポンプ１２は、駆動軸１４に固
定されるインペラ２０と、このインペラを納めているハ
ウジング２１を有している。また、ハウジング２１内に
は、当該段の遠心ポンプ１２が吐出した取扱い流体が流
れる流路２２が形成されている。ハウジング２１は、個
々の遠心ポンプ１２ごとに別体となっており、図示する
ように、略円筒形のケース２４内に納められ、ポンプの
軸方向に積み上げられるように配列されている。なお、
インペラ２０、ハウジング２１および流路２２について
も、それらが属する遠心ポンプの段を特定して説明する
必要がある場合には、前述の添え字-1,-2,・・・,-Nを付し
て説明する。Each centrifugal pump 12 has an impeller 20 fixed to the drive shaft 14, and a housing 21 accommodating the impeller. Further, in the housing 21, there is formed a flow path 22 through which the handling fluid discharged by the centrifugal pump 12 of the stage flows. The housing 21 is a separate body for each individual centrifugal pump 12, and is housed in a substantially cylindrical case 24 as shown in the drawing and arranged so as to be stacked in the axial direction of the pump. In addition,
With respect to the impeller 20, the housing 21, and the flow passage 22, if it is necessary to specify and describe the stage of the centrifugal pump to which they belong, the above-mentioned subscripts -1, -2, ..., -N are attached. And explain.
【００１３】この多段遠心ポンプ１０は、液化石油ガス
などの極低温の取扱い流体に満たされたタンク２６内に
納められ、この結果、前記取扱い流体に浸漬された状態
となっている。タンク２６には、吸入管２８および循環
管３０が設けられ、これらにより、前記取扱い流体の貯
蔵タンク（不図示）と連通している。すなわち、貯蔵タ
ンクから、取扱い流体が吸入管２８を介してタンク２６
内に流入し、気化した取扱い流体は、循環管３０により
貯蔵タンクに戻される。The multistage centrifugal pump 10 is housed in a tank 26 filled with a cryogenic handling fluid such as liquefied petroleum gas, and as a result, is immersed in the handling fluid. The tank 26 is provided with a suction pipe 28 and a circulation pipe 30, which communicate with a storage tank (not shown) for the handling fluid. That is, the handling fluid is transferred from the storage tank through the suction pipe 28 to the tank 26.
The handling fluid that has flowed in and vaporized is returned to the storage tank by the circulation pipe 30.
【００１４】多段遠心ポンプ１０は、その第１段の遠心
ポンプ１２-1の吸込み口３２より取扱い流体を吸い込
み、最終段の遠心ポンプ１２-Nの流路２２-Nより、吐出
管３６を介してタンク２６外へ送液する。最終段の遠心
ポンプ１２を通過した取扱い流体の一部は、ボールベア
リング１８を潤滑しつつ、ここを通過し、モータケース
１７内に送られる。さらに、取扱い流体は、後端のボー
ルベアリング１９も潤滑する。モータケース１７内の取
扱い流体は、戻し流路３８により、第１段の遠心ポンプ
１２-1の吐出側の流路２２-1に戻される。The multi-stage centrifugal pump 10 sucks the fluid to be handled through the suction port 32 of the first-stage centrifugal pump 12-1, and the flow passage 22-N of the final-stage centrifugal pump 12-N through the discharge pipe 36. To send the liquid to the outside of the tank 26. A part of the handled fluid that has passed through the centrifugal pump 12 in the final stage passes through the ball bearing 18 while lubricating the ball bearing 18, and is sent into the motor case 17. Further, the handling fluid also lubricates the ball bearing 19 at the rear end. The fluid to be handled in the motor case 17 is returned to the discharge side flow passage 22-1 of the first stage centrifugal pump 12-1 by the return flow passage 38.
【００１５】図２は、第１段の遠心ポンプ１２-1の詳細
を示す図である。このポンプのインペラ吸込み口４０の
外側の直径と、この部分に対応するハウジング２１-1の
内径のクリアランス２ａは、米国ＡＰ１６１０の規格に
ある最小クリアランスより小さく設定されている。具体
的には、クリアランス２ａを０．２ｍｍ、またはインペ
ラ吸込み口４０の外側の直径の１／１０００としてい
る。さらに、これらの値より小さな値を採ることも可能
である。このように狭いクリアランスによって、漏れ量
を抑制し、１００以下の低比速度遠心ポンプにおいて
も、その効率の低下を抑えている。なお、図２は、第１
段の遠心ポンプ１２-1のみについて、示してあるが、他
の段の遠心ポンプ１２も同様のクリアランスに設定され
ている。FIG. 2 is a diagram showing the details of the first stage centrifugal pump 12-1. The outer diameter of the impeller suction port 40 of this pump and the clearance 2a of the inner diameter of the housing 21-1 corresponding to this portion are set to be smaller than the minimum clearance in the standard of AP1610 in the United States. Specifically, the clearance 2a is 0.2 mm or 1/1000 of the outer diameter of the impeller suction port 40. Furthermore, it is possible to take a value smaller than these values. With such a narrow clearance, the amount of leakage is suppressed, and even in a low specific speed centrifugal pump of 100 or less, a decrease in efficiency is suppressed. Note that FIG. 2 shows the first
Although only the centrifugal pumps 12-1 of the stages are shown, the centrifugal pumps 12 of the other stages are also set to the same clearance.
【００１６】また、ポンプの回転速度も、通常の３６０
０ｒｐｍであっては、遠心ポンプの段数が多くなるか、
または比速度が極めて低くなるなど、実用的ではなくな
る。この面からポンプの回転速度を高めるために、モー
タに供給する電力の周波数をインバータにより高め、３
６００ｒｐｍを超える回転速度としている。The rotation speed of the pump is 360
At 0 rpm, the number of stages of the centrifugal pump increases,
Or, it becomes impractical because the specific speed becomes extremely low. From this aspect, in order to increase the rotation speed of the pump, the frequency of the electric power supplied to the motor is increased by the inverter.
The rotation speed exceeds 600 rpm.
【００１７】前述のように、インペラ吸込み口の外側と
ハウジング内径のクリアランス２ａを小さくすることに
は、駆動軸１４がボールベアリング１８，１９に支持さ
れていることが寄与している。ジャーナルベアリングで
あっては、取扱い流体の沸騰を避けるために、ベアリン
グに供給される取扱い流体の量を増加させる必要があ
る。このため、ベアリングのクリアランスは小さくする
ことができず、このため、前述のクリアランス２ａも、
インペラとハウジングの接触を避けるために大きくせざ
るを得ない。ボールベアリングであれば、ベアリング部
のクリアランスの問題はなくなり、駆動軸１４の半径方
向の位置は、狭い範囲に限定できる。よって、インペラ
とハウジングのクリアランス２ａも小さくすることが可
能となり、この部分の漏れ量を抑制することができる。As described above, in order to reduce the clearance 2a between the outside of the impeller suction port and the inside diameter of the housing, the drive shaft 14 is supported by the ball bearings 18 and 19. For journal bearings, it is necessary to increase the amount of handling fluid supplied to the bearing in order to avoid boiling of the handling fluid. Therefore, the clearance of the bearing cannot be reduced, and therefore the above-mentioned clearance 2a also
The size must be increased to avoid contact between the impeller and the housing. With a ball bearing, the problem of clearance in the bearing portion is eliminated, and the position of the drive shaft 14 in the radial direction can be limited to a narrow range. Therefore, the clearance 2a between the impeller and the housing can also be reduced, and the amount of leakage at this portion can be suppressed.
【００１８】また、インペラ吸込み口外径とハウジング
内径のクリアランス２ａを小さくすることによって、こ
の部分が動圧軸受、つまりジャーナルベアリングのよう
に作用する。これにより、駆動軸１４の支持点が増加
し、軸の危険速度が高まり、より安定した運転が達成さ
れる。また、駆動軸１４にかかる荷重の一部を、このイ
ンペラとハウジングで形成されたベアリングにより受け
ることにより、ボールベアリング１８，１９の荷重も低
減され、これらのベアリングの寿命も延長される。By reducing the clearance 2a between the outer diameter of the impeller suction port and the inner diameter of the housing, this portion acts like a dynamic pressure bearing, that is, a journal bearing. As a result, the number of supporting points of the drive shaft 14 is increased, the critical speed of the shaft is increased, and more stable operation is achieved. Further, by receiving a part of the load applied to the drive shaft 14 by the bearing formed by the impeller and the housing, the load on the ball bearings 18 and 19 is also reduced, and the life of these bearings is extended.
【００１９】また、本実施形態においては、モータ１６
を冷却した取扱い流体は、タンク２６に戻すのではな
く、第１段の遠心ポンプの吐出側の流路２２-1に戻して
いる。この結果、モータで発生した熱は、タンク２６内
に放熱されず、多段遠心ポンプ１０によって、吐出管３
６を介して外部に放出される。Further, in this embodiment, the motor 16
The cooled handling fluid is not returned to the tank 26 but is returned to the flow path 22-1 on the discharge side of the first stage centrifugal pump. As a result, the heat generated by the motor is not radiated into the tank 26, and the multistage centrifugal pump 10 causes the discharge pipe 3
It is released to the outside via 6.
【００２０】本実施形態の多段遠心ポンプ１０は、低流
量、高揚程、例えば流量５ｍ3／ｈ、揚程４５０ｍの仕
様を満たすように設計することができる。ポンプ回転速
度は、８０００ｒｐｍとされ、この回転速度を実現する
ために、ポンプ１０に供給される電力は、インバータに
より、高い周波数に変換されて供給されている。この条
件下において、多段遠心ポンプ１０の比速度（ｒｐｍ，
ｍ3／ｍｉｎ，ｍ）を５４とすると、ポンプの段数
（Ｎ）は３段となり、実用的な値となる。The multistage centrifugal pump 10 of this embodiment can be designed to meet the specifications of low flow rate and high head, for example, flow rate of 5 m 3 / h and head of 450 m. The pump rotation speed is set to 8000 rpm, and in order to realize this rotation speed, the electric power supplied to the pump 10 is converted into a high frequency and supplied by the inverter. Under this condition, the specific speed of the multi-stage centrifugal pump 10 (rpm,
When m 3 / min, m) is 54, the number of stages (N) of the pump is 3, which is a practical value.
【図１】 本実施形態の多段遠心ポンプの概略構成図で
ある。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a multistage centrifugal pump of the present embodiment.
【図２】 図１のポンプの一つの段を拡大して示した図
である。2 is an enlarged view of one stage of the pump of FIG. 1. FIG.
１０ 多段遠心ポンプ、１２ 遠心ポンプ、１４ 駆動
軸、１６ モータ、１８，１９ ボールベアリング、２
０ インペラ、２１ ハウジング、２２ 流路、２６
タンク、３８ 戻し流路、４０ インペラ吸込み口。10 multi-stage centrifugal pump, 12 centrifugal pump, 14 drive shaft, 16 motor, 18, 19 ball bearing, 2
0 impeller, 21 housing, 22 flow path, 26
Tank, 38 return flow path, 40 impeller inlet.
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１４年１月１６日（２００２．１．１
６）[Submission Date] January 16, 2002 (2002.1.1
6)
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１】 [Figure 1]
【図２】 [Fig. 2]
Claims (6)
る単一の駆動軸上に配置した多段遠心ポンプであって、 前記複数の遠心ポンプの少なくとも一つのポンプの、イ
ンペラ吸込み口外側の直径と、ポンプケーシングとの直
径クリアランスを、０．２ｍｍ以下とした、多段遠心ポ
ンプ。1. A multi-stage centrifugal pump in which a plurality of centrifugal pumps are arranged on a single drive shaft driven by a motor, wherein at least one pump of the plurality of centrifugal pumps has a diameter outside an impeller suction port. And a diametral clearance between the pump casing and the pump casing is 0.2 mm or less.
置した多段遠心ポンプであって、 前記複数の遠心ポンプの少なくとも一つのポンプの、イ
ンペラ吸込み口外側の直径と、ポンプケーシングとの直
径クリアランスを、直径の１／１０００以下とした、多
段遠心ポンプ。2. A multistage centrifugal pump in which a plurality of centrifugal pumps are arranged on a single drive shaft, wherein at least one pump of the plurality of centrifugal pumps has a diameter outside the impeller suction port and a pump casing. A multistage centrifugal pump with a diameter clearance of 1/1000 or less of the diameter.
プにおいて、比速度が１００（ｒｐｍ，ｍ3／ｍｉｎ，
ｍ）以下である、多段遠心ポンプ。3. The multistage centrifugal pump according to claim 1, wherein the specific speed is 100 (rpm, m 3 / min,
m) a multi-stage centrifugal pump that is:
遠心ポンプにおいて、前記駆動軸は、ボールベアリング
により支持される、多段遠心ポンプ。4. The multi-stage centrifugal pump according to claim 1, wherein the drive shaft is supported by a ball bearing.
て、３６００ｒｐｍを超える速度で運転される多段遠心
ポンプ。5. The multi-stage centrifugal pump according to claim 4, which is operated at a speed exceeding 3600 rpm.
遠心ポンプにおいて、 前記モータは、最終段の遠心ポンプより吐出された取扱
い流体により冷却され、 前記ポンプを冷却した後の流体は、１段目の遠心ポンプ
の吐出側より後方の流路に戻す、多段遠心ポンプ。6. The multistage centrifugal pump according to claim 1, wherein the motor is cooled by a handling fluid discharged from a final stage centrifugal pump, and the fluid after cooling the pump is: A multi-stage centrifugal pump that returns to the flow path behind the discharge side of the first-stage centrifugal pump.
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| JP (1) | JP2003201983A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1519053A2 (en) * | 2003-09-29 | 2005-03-30 | Nikkiso Co., Ltd. | A submerged pump having a bearing lubricated by discharged fluid |
| CN106837810A (en) * | 2017-02-13 | 2017-06-13 | 高善全 | A kind of high suction depth self priming centrifugal pump |
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2002
- 2002-01-09 JP JP2002002210A patent/JP2003201983A/en active Pending
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Legal Events
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Effective date: 20071030 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080304 |