JP2006316628A - 液化ガス用ポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液化ガス用ポンプ装置において、信頼性を確保しつつ小型・軽量化及び低価格化を図ること。
【解決手段】液化ガス用ポンプ装置30は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管31と、揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、この液化ガスを昇圧して揚液管内及びモータ室内に分流して吐き出すポンプ32と、を備えている。ポンプ32は、液化ガスを吸い込み、昇圧して吐き出す羽根車21と、羽根車21を駆動するモータ9と、羽根車21から吐き出された液化ガスを揚液管内及びモータ9を収納したモータ室3内に分流して導く導出路と、を備えている。回転軸2は、モータ9を設置する回転軸部2aと羽根車21を設置するポンプ軸部2bとを同一部材で一体に形成して構成されている。モータ室3と羽根車21の吸い込み側とを連通する戻り通路は回転軸2に形成した貫通穴20で構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】液化ガス用ポンプ装置30は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管31と、揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、この液化ガスを昇圧して揚液管内及びモータ室内に分流して吐き出すポンプ32と、を備えている。ポンプ32は、液化ガスを吸い込み、昇圧して吐き出す羽根車21と、羽根車21を駆動するモータ9と、羽根車21から吐き出された液化ガスを揚液管内及びモータ9を収納したモータ室3内に分流して導く導出路と、を備えている。回転軸2は、モータ9を設置する回転軸部2aと羽根車21を設置するポンプ軸部2bとを同一部材で一体に形成して構成されている。モータ室3と羽根車21の吸い込み側とを連通する戻り通路は回転軸2に形成した貫通穴20で構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、液化ガス用ポンプ装置に係り、特に、液化ガスタンク内に垂下される揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、吐き出すポンプを備えた液化ガス用ポンプ装置に好適なものである。
液化ガス用ポンプ装置は、常温よりも温度が極めて低い環境下、例えば、液化天然ガスに用いた場合には−164℃という極低温環境中にて使用される。そのため、液化ガス用ポンプ装置を構成する各部品は、極低温環境中においても極端な靭性低下を生じない材料であるオーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅系合金が主として用いられる。
従来の液化ガス用ポンプ装置における代表的な構造を図4を参照しながら説明する。図4は従来の液化ガス用ポンプ装置の縦断面図である。
従来の液化ガス用ポンプ装置のモータ軸51及びポンプ軸53については、図4に示すように、モータロータ50を設置するモータ軸51と、流体を吸い込んで目的圧力まで昇圧する羽根車52を設置するポンプ軸53と、を別々に設けた二重軸構造とすることが一般的である。なお、二重構造とした液化ガス用ポンプ装置の文献としては、特開2000−27793号公報(特許文献1)が挙げられる。
そして、ポンプの運転中は、モータ59によってポンプ軸53に設置された羽根車52を駆動し、目的圧力まで液化ガスを昇圧して吐出口70から揚液管71に吐き出す。この際、モータ59は、液化ガスを昇圧する仕事を行うことによって発熱して温度上昇するため、液化ガス用ポンプ装置が取り扱う自液である液化ガスによって冷却される。ここで、液化ガスの流れは、吸い込み口80より吸い込まれ、インデューサ91で与圧され、羽根車52とステージ62とで構成される複数段のポンプ部を通過しながら目的の圧力まで昇圧された後、吐出口70から揚液管71へと吐き出される流れの他、吐出口70からの流れとは別のルートで、バランスディスク58とバランスシート75との摺動隙間を通ってから、ベアリングハウジング56の内側を通り、さらにボールベアリング57を通ってモータ室90に到達され、モータ59を冷却する流れを有している。
この液化ガスには、圧力と気化限界温度との関係があるため、モータ59を冷却する際に液化ガスがモータ59から受ける熱によって過度に温度上昇すると、液化ガスの温度がモータ室90の圧力状態における気化限界温度を超えてしまうことがある。この場合には、液化ガスがモータ室90内で気化し、液体から気体に変化する現象が生じる。これによって、液化ガスの容積は液体状態の約400倍にも増大するため、モータ室90内は瞬時にガス環境となってしまい、モータ59の冷却ができなくなるばかりか、ボールベアリング57や静圧すべり軸受54A、54Bなどがドライ摺動となり、これらの軸受が発熱によって損傷し、ポンプ運転継続が不可能になってしまうおそれがあった。
これを防止するため、モータ59の冷却で液化ガスの温度が上昇しても、気化限界温度を超えないようにモータ室90内の圧力を確保できる設計を行っている。すなわち、従来構造においては、この気化限界温度を超えないようなモータ室90の圧力とするため、モータ室90と任意の羽根車段数における流路とを連結する戻り通路100が設けられ、この戻り通路をモータケーシング95の外部に設置した配管で形成している。
液化ガス保管タンクの揚液管の最下部に設置されるインタンク式の液化ガス用ポンプ装置においては、ポンプ起動後にスラストバランス機能が作用するまで数分間を要する。その間、ベアリングハウジング56は、モータ59の下部に設けたボールベアリング57を介して大きなスラスト荷重を受けることになる。また同様に、ポンプ起動後の数分間は、例えば、特許第3189683号公報(特許文献2)の図7に示す液化ガスタンク用潜没ポンプの起動直後のシステムヘッドカーブから明らかなように、静圧すべり軸受54A、54Bが機能するために必要な吐出圧力が得られない状態である。したがって、この起動瞬時の数分間は、ロータ系の不安定現象で生じるラジアル荷重を衝撃荷重的に受ける。このことからベアリングハウジング56には、強度、耐磨耗性、並びに低温靭性に優れる材質が必須であるとの考えから、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。また、バランスディスク58の材質も強度、耐磨耗性、並びに低温靭性に優れる材質との観点から、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられていることが多い。ステンレス鋼の代わりにアルミ合金の適用も可能である。
また、従来の液化ガス用ポンプ装置のボールベアリング57については、ベアリングハウジング56の凹部にモータ59側からボールベアリング57が嵌合され、ボールベアリング57がモータ59側に露出する構造である。
また、従来の液化ガス用ポンプ装置の吸い込み弁体81については、従来の液化ガス用ポンプ装置の吸い込み弁体81は、中央部に山形の突起82を設け、この中を6分割させて流路83を設置させた構造である。
また、従来の液化ガス用ポンプ装置のマウスリング105については、圧力低減効果を狙って洩れを防止するため、マウスリン105の内周面に周方向に延びる数本の溝を設けたラビリンス構造が採用されている。
従来の液化ガス用ポンプ装置では、モータ軸51とポンプ軸53とを別々に設けた二重軸構造であるため、コスト高を招いていた。さらには、従来の液化ガス用ポンプ装置では、戻り通路100を配管で形成しているので、配管を設置するための各種部品の増加を招くと共に、シール部の信頼性を確保する必要があり、さらには、戻り通路100が外部からの衝撃荷重などを受けて損傷しないように、保護を目的としたカバーを設ける必要があり、加工や組み立てに多くの時間を費やしていた。そこで、モータケーシング95に厚肉部を設けて鋳穴や機械加工によって戻り通路100を形成することが考えられるが、その場合には、モータケーシング95の肉厚を増やすことによって部品質量が重くなり、形状が複雑になるなどの問題が生ずる。(第1の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、液化ガス用ポンプ装置の起動瞬時は、前述したように、スラストバランス機能、静圧すべり軸受機能が完全には作用しないため、羽根車52に作用する流体力のバランスによって生じる上向き荷重によって、ポンプ軸53が上方に移動し、ベアリングハウジング56の下面と、バランスディスク58の上面が、図4のBで示す位置にて接触摺動することがある。ベアリングハウジング56とバランスディスク58がオーステナイト系ステンレス鋼同士である場合には、上述した起動瞬時の摺動によって、異常磨耗が促進されることが懸念される。(第2の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、ボールベアリング57がモータ59側に露出する構造であり、ボールベアリング57のモータ59側を覆う囲いがまったく無い状態であるため、万が一、ボールベアリング57が異常磨耗や異物の噛み込み等を生じて破損に至った場合、ボールベアリング57の破損部品がモータ59を損傷させて、ポンプ運転が不可能になる事態が懸念される。(第3の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、吸い込み弁体81の形状が複雑であり、鋳物にて製作する必要があった。さらには、吸い込み弁体81の山形突起部分82のC部分で流路の縮小が生じるために、液化ガスを吸い込む場合の流速変化をなくするように、インデューサ91に液化ガスを導くサクションケーシング101の吸い込み流路を、山形突起部分82のC部分寸法に合わせて狭くする必要がある。このため、山形突起部分82としても、吸い込み性能的に特段に向上する訳ではなく、費用に対する効果を考慮すれば、吸い込み弁体81の形状を改善する余地がある。(第4の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、マウスリング105がラビリンス構造であるため、マウスリング105と羽根車52との隙間を小さくすればするほど、洩れ低減が図れてポンプの効率向上には寄与できるが、この隙間を小さくしすぎると、運転中に羽根車52とマウスリング105とが接触摺動することで磨耗が進行し、動隙間が増大してしまうことから、隙間を所定値以下に小さくすることが困難である。(第5の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、液化ガス用ポンプ装置の起動瞬時は、前述したように、スラストバランス機能、静圧すべり軸受機能が完全には作用しないため、羽根車52に作用する流体力のバランスによって生じる上向き荷重によって、ポンプ軸53が上方に移動し、ベアリングハウジング56の下面と、バランスディスク58の上面が、図4のBで示す位置にて接触摺動することがある。ベアリングハウジング56とバランスディスク58がオーステナイト系ステンレス鋼同士である場合には、上述した起動瞬時の摺動によって、異常磨耗が促進されることが懸念される。(第2の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、ボールベアリング57がモータ59側に露出する構造であり、ボールベアリング57のモータ59側を覆う囲いがまったく無い状態であるため、万が一、ボールベアリング57が異常磨耗や異物の噛み込み等を生じて破損に至った場合、ボールベアリング57の破損部品がモータ59を損傷させて、ポンプ運転が不可能になる事態が懸念される。(第3の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、吸い込み弁体81の形状が複雑であり、鋳物にて製作する必要があった。さらには、吸い込み弁体81の山形突起部分82のC部分で流路の縮小が生じるために、液化ガスを吸い込む場合の流速変化をなくするように、インデューサ91に液化ガスを導くサクションケーシング101の吸い込み流路を、山形突起部分82のC部分寸法に合わせて狭くする必要がある。このため、山形突起部分82としても、吸い込み性能的に特段に向上する訳ではなく、費用に対する効果を考慮すれば、吸い込み弁体81の形状を改善する余地がある。(第4の課題)
また、従来の液化ガス用ポンプ装置では、マウスリング105がラビリンス構造であるため、マウスリング105と羽根車52との隙間を小さくすればするほど、洩れ低減が図れてポンプの効率向上には寄与できるが、この隙間を小さくしすぎると、運転中に羽根車52とマウスリング105とが接触摺動することで磨耗が進行し、動隙間が増大してしまうことから、隙間を所定値以下に小さくすることが困難である。(第5の課題)
本発明は、前記第1の課題を解決するために、次の構成としたものである。
(1)液化ガスタンク内に垂下された揚液管と、前記揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、この液化ガスを昇圧して前記揚液管内及びモータ室内に分流して吐き出すポンプと、を備え、前記ポンプは、前記液化ガスを吸い込み、昇圧して吐き出す羽根車と、前記羽根車を駆動するモータと、前記羽根車から吐き出された液化ガスを前記揚液管内及び前記モータを収納したモータ室内に分流して導く導出路と、を備えた液化ガス用ポンプ装置において、前記モータを設置する回転軸部と前記羽根車を設置するポンプ軸部とを同一部材で一体に形成した回転軸で構成し、前記モータ室と前記羽根車の吸い込み側とを連通する戻り通路を前記回転軸に形成した貫通穴で構成したこと。
(1)液化ガスタンク内に垂下された揚液管と、前記揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、この液化ガスを昇圧して前記揚液管内及びモータ室内に分流して吐き出すポンプと、を備え、前記ポンプは、前記液化ガスを吸い込み、昇圧して吐き出す羽根車と、前記羽根車を駆動するモータと、前記羽根車から吐き出された液化ガスを前記揚液管内及び前記モータを収納したモータ室内に分流して導く導出路と、を備えた液化ガス用ポンプ装置において、前記モータを設置する回転軸部と前記羽根車を設置するポンプ軸部とを同一部材で一体に形成した回転軸で構成し、前記モータ室と前記羽根車の吸い込み側とを連通する戻り通路を前記回転軸に形成した貫通穴で構成したこと。
また、本発明は、前記(1)の発明において、より好ましい構成例として次の構成としたものである。
(2)前記羽根車を前記ポンプ軸部に複数段に設置し、前記戻り通路を前記複数段の羽根車の中の後段側の羽根車の吸い込み側と連通したこと。
(2)前記羽根車を前記ポンプ軸部に複数段に設置し、前記戻り通路を前記複数段の羽根車の中の後段側の羽根車の吸い込み側と連通したこと。
本発明は、前記第1及び第2の課題を解決するために、前記(1)の発明に次の構成を加えたものである。
(3)前記回転軸に取り付けられて軸推力を平衡させるバランスディスクと、前記バランスディスクに近接して設けられたベアリングハウジングとを備え、前記ベアリングハウジングにおける前記バランスディスクに最も近接する部分の対向面に交換可能に取り付けたリング形状のパットを設けたこと。
(4)前記(3)において、前記バランスディスクをオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、前記ベアリングハウジングをオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、前記パットを珪素が3%から5%含有される析出硬化型の高珪素ステンレス鋼で形成したこと。
(3)前記回転軸に取り付けられて軸推力を平衡させるバランスディスクと、前記バランスディスクに近接して設けられたベアリングハウジングとを備え、前記ベアリングハウジングにおける前記バランスディスクに最も近接する部分の対向面に交換可能に取り付けたリング形状のパットを設けたこと。
(4)前記(3)において、前記バランスディスクをオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、前記ベアリングハウジングをオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、前記パットを珪素が3%から5%含有される析出硬化型の高珪素ステンレス鋼で形成したこと。
本発明は、前記第1及び第3の課題を解決するために、前記(1)の発明に次の構成を加えたものである。
(5)前記モータの直下に位置して前記回転軸を支持するボールベアリングと、モータ側に開口した凹段部内に前記ボールベアリングを収納して支持するベアリングハウジングとを備え、前記ボールベアリングのモータ側を囲うようにカラーを設けたこと。
(6)前記(5)において、前記羽根車から吐き出された液化ガスを前記モータ室に導く前記導出路は前記ボールベアリングを通して形成されており、前記カラーに前記液化ガスを通過させる複数の穴を形成したこと。
(5)前記モータの直下に位置して前記回転軸を支持するボールベアリングと、モータ側に開口した凹段部内に前記ボールベアリングを収納して支持するベアリングハウジングとを備え、前記ボールベアリングのモータ側を囲うようにカラーを設けたこと。
(6)前記(5)において、前記羽根車から吐き出された液化ガスを前記モータ室に導く前記導出路は前記ボールベアリングを通して形成されており、前記カラーに前記液化ガスを通過させる複数の穴を形成したこと。
本発明は、前記第1及び第4の課題を解決するために、前記(1)の発明に次の構成を加えたものである。
(7)前記ポンプを前記揚液管の最下部に据え付けた状態で開き且つ前記ポンプを引き上げた状態で閉じる吸い込み弁と、前記羽根車に前記液化ガスを導くサクションケーシングと、を備え、前記吸い込み弁の弁体を平板状に形成したこと。
(8)前記(7)において、前記吸い込み弁の弁体をステンレス鋼またはアルミニウム合金の圧延板材で形成したこと。
(7)前記ポンプを前記揚液管の最下部に据え付けた状態で開き且つ前記ポンプを引き上げた状態で閉じる吸い込み弁と、前記羽根車に前記液化ガスを導くサクションケーシングと、を備え、前記吸い込み弁の弁体を平板状に形成したこと。
(8)前記(7)において、前記吸い込み弁の弁体をステンレス鋼またはアルミニウム合金の圧延板材で形成したこと。
本発明は、前記第1及び第5の課題を解決するために、前記(1)の発明に次の構成を加えたものである。
(9)前記羽根車の吸い込み部の周囲に近接してマウスリング部を備え、前記マウスリング部における前記羽根車の吸い込み部外周壁に対向する面に静圧ポケットを設けたこと。
(10)前記(9)において、前記羽根車で昇圧された前記液化ガスを前記静圧ポケットに導く吸液穴を前記マウスリング部に設けたこと。
(11)前記(7)において、前記羽根車を前記ポンプ軸部に複数段に設置し、前記各段の羽根車の吸い込み部の周囲に近接してそれぞれマウスリング部を備え、前記各段のマウスリング部における前記各段の羽根車の吸い込み部外周壁に対向する面にそれぞれ静圧ポケットを周方向に複数設けたこと。
(12)前記(9)において、前記羽根車の吸い込み部における前記マウスリング部に対向する面に取り外し可能なインペラリングを設けたこと。
(9)前記羽根車の吸い込み部の周囲に近接してマウスリング部を備え、前記マウスリング部における前記羽根車の吸い込み部外周壁に対向する面に静圧ポケットを設けたこと。
(10)前記(9)において、前記羽根車で昇圧された前記液化ガスを前記静圧ポケットに導く吸液穴を前記マウスリング部に設けたこと。
(11)前記(7)において、前記羽根車を前記ポンプ軸部に複数段に設置し、前記各段の羽根車の吸い込み部の周囲に近接してそれぞれマウスリング部を備え、前記各段のマウスリング部における前記各段の羽根車の吸い込み部外周壁に対向する面にそれぞれ静圧ポケットを周方向に複数設けたこと。
(12)前記(9)において、前記羽根車の吸い込み部における前記マウスリング部に対向する面に取り外し可能なインペラリングを設けたこと。
本発明によれば、信頼性を確保しつつ小型・軽量化及び低価格化を図ることができる液化ガス用ポンプ装置が得られる。
また、本発明によれば、小型・軽量化及び低価格化を図ることができると共に信頼性の向上を図ることができる液化ガス用ポンプ装置が得られる。
また、本発明によれば、小型・軽量化及び低価格化を図ることができると共に信頼性及び効率の向上を図ることができる液化ガス用ポンプ装置が得られる。
本発明の液化ガス用ポンプ装置の一実施例を図1から図3を用いて説明する。図1は本発明の一実施例を示す液化ガス用ポンプ装置の縦断面図、図2は図1の液化ガス用ポンプ装置のベアリングハウジング及びその周辺部の拡大図、図3は図1の液化ガス用ポンプ装置のマウスリング部及びその周辺部の拡大図である。
図1に示すように、液化ガス用ポンプ装置30は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管31と、揚液管31内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、この液化ガスを昇圧して揚液管31内及びモータ室3内に分流して吐き出すポンプ32とを備えて構成されている。ポンプ32は揚液管31の底部に着座させて設置されている。また、ポンプ332は、液化ガスを吸い込み、昇圧して吐き出す羽根車21と、羽根車21を駆動するモータ9と、羽根車21から吐き出された液化ガスを揚液管31内及びモータ9を収納したモータ室3内に分流して導く導出路と、を備えて構成されている。この導出路は、モータケーシング24に形成された吐出口33を通して揚液管31内に連通される導出路と、ボールベアリング7を通してモータ室3内に連通する導出路とから構成されている。
回転軸2は、従来のようにモータ軸とポンプ軸を分けた二重軸構造ではなく、従来のモータ軸とポンプ軸とを一体軸として構成されている。すなわち、回転軸2は、モータロータ1を設置するモータ軸部2aと、流体を吸い込んで目的圧力まで昇圧する羽根車21を設置するポンプ軸部2bとを同一部材で一体に形成したものである。かかる一体軸構造によって、回転軸2を安価に製作することができると共に、後述する貫通穴20を設けることを可能としている。羽根車21は、ポンプ軸部2bに複数段(図示例では、2段)に設置されている。
本実施例では、回転軸2がモータ9の上下両側に設けたボールベアリング7で支持され、従来構造でモータの上下に設けていた静圧すべり軸受を備えていない。これによって、軸方向の寸法を縮小して小型・軽量化、低価格化を図ることができる。なお、ボールベアリング7は、ベアリングハウジング4を介してモータケーシング24に支持されている。
モータ室3と羽根車21の吸い込み側とを連通する戻り通路は、回転軸2に形成した貫通穴20で構成されている。この貫通穴20は、回転軸2の上端から2段目の羽根車21の入口側まで延びるように形成されている。貫通穴20は、モータ室3に開口する縦穴20aと、後段側(図示例では2段目)の羽根車21の入口に開口する横穴20bとから構成されている。縦穴20aは、回転軸2の軸中心を延び、開口された上端から2段目の羽根車21の入口高さまで延びている。横穴20bは、縦穴20aの下端部から放射状に複数設けられている。このように、モータ室3内と羽根車21の入口側とを連通する貫通穴20を設けたことによって、モータ室3は羽根車2段目の入口圧力とバランスさせることが可能となり、従来構造で必要であった戻り通路100を形成するための配管などの別部材を用いることなく、同様な効果が得られ、簡易構造化が実現できる。
図1及び図2に示すように、モータ9の直下に位置して円筒状のベアリングハウジング4が円筒状のモータケーシング24の内側に固定して配置されている。ベアリングハウジング4の内周にはモータ側に開口した凹段部4aが設けられている。その凹段部4a内に位置してボールベアリング7が配置されている。ベアリングハウジング4の反モータ側に位置してバランスディスク5が回転軸2に固定して配置されている。バランスディスク5のモータ側の面は、ベアリングハウジング4の反モータ側の面に対向している。バランスディスク5の周囲にはバランスシート25がモータケーシング24に固定して配置されている。ベアリングハウジング4はオーステナイト系ステンレス鋼で製作され、バランスディスク5はオーステナイト系ステンレス鋼で製作されている。ステンレス鋼の代わりにアルミ合金で製作することも可能である。
ベアリングハウジング4とバランスディスク5とが接触摺動する可能性のあるC部の位置に位置して、接触摺動した際における磨耗低減対策および磨耗進行時における簡易的な交換構造との観点から、銅系材料(CAC406等)によるリング形状のパット23が図2に示すように交換可能に設けられている。このパット23を設けたことにより、液化ガス用ポンプ装置の起動瞬時に羽根車21に作用する流体力のバランスによって生じる上向き荷重によって、ベアリングハウジングの下面とバランスディスクの上面とがC部で示す位置にて接触摺動した場合においても、従来のようなオーステナイト系ステンレス鋼同士の摺動磨耗に比べて、その磨耗量は格段に少なくすることができ、信頼性を向上することができる。また、摺動磨耗が進行した際には、リング形状のパット23を交換することで簡易的に初期状態に改善することが可能となる。
また、このパット23は、珪素が3%から5%含有される析出硬化型の高珪素ステンレス鋼で製作してもよい。高珪素ステンレス鋼で製作したパッド23は、液化窒素ガス環境中での試験結果によって、強度と靭性に関しては、SUS630鋼を上回る、優れた特性が確認されており、また、摺動特性と耐磨耗特性についても、SUS304鋼よりも優れ、銅系材料と同等な優れた結果が得られており、耐摩耗性に至っては、大きな改善効果が得られる。
ボールベアリング7のモータ側を囲うようにカラー6が設けられている。カラー6は、円板形状で形成されてベアリングハウジング4に取り付けられている。カラー6におけるボールベアリング7の上部と合わさる範囲には、モータ9の冷却のための液化ガスが通過しやすいように多数の小さな穴22が設けられている。このカラー6を設けることにより、予測不能な事態によってボールベアリング7が破損した場合でも、これらの部品が周囲に飛散することを防止することができ、モータ9の損傷を防止することができる。
揚液管31の下端部には吸い込み弁10が取り付けられている。この吸い込み弁10は、ポンプ32を揚液管31の最下部に据え付けた状態で開き且つポンプ32を引き上げた状態で閉じるように構成されている。吸い込み弁10の弁体10aは平板状に形成されている。サクションケーシング11は、下面に開口した吸い込み流路を形成して羽根車21に液化ガスを導くものであり、モータケーシング24の下端部に取り付けられている。インデューサ12はサクションケーシング11の吸い込み流路内に配置されている。
このように、吸い込み弁10は、従来構造で設置していた山形の突起部分を無くし、平板状の弁体10aを備えているので、従来のように鋳物によらなくても製作が可能となり、ステンレス鋼またはアルミニウム合金の圧延板材からの機械加工での製作が可能である。また、従来構造に比べて、簡易的な構造でインデューサ12に液化ガスを導く流路であるサクションケーシング11の入口部分の面積を広げることが可能となるため、吸い込み流路寸法Eが広くとれる。従って、吸い込み性能を従来と同程度に確保しつつ、製作コスト低減を図ることができる。
羽根車21の入口部に形成されるマウスリング部は、羽根車21の吸い込み部外周壁に対向する面を形成するマウスリング15と、このマウスリング15の外周から径方向外側延びるステージとから構成されている。このマウスリング部は、圧力差を利用した静圧すべり軸受効果を奏するように構成されている。マウスリング15は、摺動特性に優れた銅系合金や珪素が3%から5%含有される析出硬化型の高珪素ステンレス鋼で製作されている。マウスリング15の円周方向の4箇所に静圧ポケット17が設けられている。この4箇所の静圧ポケット17は2つが対向するように設けられている。ステージ18には、マウスリング15に設けた静圧ポケット17に液化ガスを給液するための穴19が設けられている。かかる静圧すべり軸受効果を奏するマウスリング部は、複数段に羽根車21のそれぞれに対応して設けられている。
このように、マウスリング部に静圧ポケット17を有する静圧すべり軸受効果を持たせることで、従来構造に比べて摺動隙間を小さくでき、摺動隙間の低減と磨耗抑制を図り、長期的な高効率の維持が可能である。特に、羽根車段数が少ないポンプにおいては、マウスリング部での洩れ量が、効率の低下に与える影響が大きいため、その改善効果が期待できる。また、段数の多いポンプの場合には、段数の少ないポンプに比べるとマウスリング部での洩れ量が効率に与える影響は小さいが、振動の抑制効果に大きく寄与し、固有振動数の改善効果を発揮することができる。
図3に示す構成は、インタンク式ポンプに適用した一例であり、マウスリング15と対向する羽根車21側には、インペラリング16が設けられている。前述したように、インタンク式ポンプの場合には、液化ガス用ポンプ装置の起動瞬時である数分間の間は、スラストバランス機能、静圧すべり軸受機能が完全には作用しないために、マウスリング部を軸受同等の狭い隙間とした場合には、接触摺動が生じやすい。このため、羽根車21の磨耗を防止するために、羽根車側にインペラリング16を設けている。そして、インペラリング16の磨耗が進行した場合には、インペラリング16を交換することで再製可能な構造としている。なお、起動と同時に圧力が作用するポット式構造の液化ガス用ポンプ装置においては、インペラリング16を設けない構造も可能である。
以上説明したように、本実施例によれば、モータ9を設置する回転軸部2aと羽根車21を設置するポンプ軸部2bとを同一部材で一体に形成した回転軸2で構成し、モータ室3と羽根車21の吸い込み側とを連通する戻り通路を回転軸2に形成した貫通穴20で構成したので、信頼性を確保しつつ小型・軽量化及び低価格化を図ることができる。
また、本実施例によれば、さらに、ベアリングハウジング4におけるバランスディスク5に最も近接する部分の対向面に交換可能に取り付けたリング形状のパット23を設けているので、小型・軽量化及び低価格化に加えて信頼性の向上を図ることができる。
また、本実施例によれば、さらに、ボールベアリング7のモータ側を囲うようにカラー6を設けているので、小型・軽量化及び低価格化に加えて信頼性の向上を図ることができる。
また、本実施例によれば、さらに、吸い込み弁10の弁体10aを平板状に形成しているので、さらなる低価格化を図ることができる。
また、本実施例によれば、さらに、マウスリング部における羽根車21の吸い込み部外周壁に対向する面に静圧ポケット17を設けているので、小型・軽量化及び低価格化に加えて効率の向上を図ることができる。
1…モータロータ、2…回転軸、2a…モータ軸部、2b…ポンプ軸部、3…モータ室、4…ベアリングハウジング、4a…凹段部、5…バランスディスク、6…カラー、7…ボールベアリング、9…モータ、10…吸い込み弁、10a…弁体、11…サクションケーシング、12…インデューサ、15…マウスリング、16…インペラリング、17…静圧ポケット、18…ステージ、19…給液穴、20…貫通穴、20a…縦穴、20b…横穴、21…羽根車、22…穴、23…パット、24…モータケーシング、25…バランスシート、30…液化ガス用ポンプ装置、31…揚液管、32…ポンプ、50…モータロータ、51…モータ軸、52…羽根車、53…ポンプ軸、54A…モータ上部の静圧すべり軸受、54B…モータ下部の静圧すべり軸受、56…ベアリングハウジング、57…ボールベアリング、58…バランスディスク、59…モータ、62…ステージ、70…吐出口、71…揚液管、75…バランスシート、80…吸い込み口、81…吸い込み弁体、82…山形の突起、83…流路、90…モータ室、91…インデューサ、95…モータケーシング、100…戻り通路、101…サクションケーシング、105…マウスリング。
Claims (12)
- 液化ガスタンク内に垂下された揚液管と、
前記揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み、この液化ガスを昇圧して前記揚液管内及びモータ室内に分流して吐き出すポンプと、を備え、
前記ポンプは、前記液化ガスを吸い込み、昇圧して吐き出す羽根車と、前記羽根車を駆動するモータと、前記羽根車から吐き出された液化ガスを前記揚液管内及び前記モータを収納したモータ室内に分流して導く導出路と、を備えた液化ガス用ポンプ装置において、
前記モータを設置する回転軸部と前記羽根車を設置するポンプ軸部とを同一部材で一体に形成した回転軸で構成し、
前記モータ室と前記羽根車の吸い込み側とを連通する戻り通路を前記回転軸に形成した貫通穴で構成した
ことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。 - 請求項1に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記羽根車を前記ポンプ軸部に複数段に設置し、前記戻り通路を前記複数段の羽根車の中の後段側の羽根車の吸い込み側と連通したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項1に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記回転軸に取り付けられて軸推力を平衡させるバランスディスクと、前記バランスディスクに近接して設けられたベアリングハウジングとを備え、前記ベアリングハウジングにおける前記バランスディスクに最も近接する部分の対向面に交換可能に取り付けたリング形状のパットを設けたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項3に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記バランスディスクをオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、前記ベアリングハウジングをオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、前記パットを珪素が3%から5%含有される析出硬化型の高珪素ステンレス鋼で形成したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項1に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記モータの直下に位置して前記回転軸を支持するボールベアリングと、モータ側に開口した凹段部内に前記ボールベアリングを収納して支持するベアリングハウジングとを備え、前記ボールベアリングのモータ側を囲うようにカラーを設けたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項5に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記羽根車から吐き出された液化ガスを前記モータ室に導く前記導出路は前記ボールベアリングを通して形成されており、前記カラーに前記液化ガスを通過させる複数の穴を形成したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項1に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記ポンプを前記揚液管の最下部に据え付けた状態で開き且つ前記ポンプを引き上げた状態で閉じる吸い込み弁と、前記羽根車に前記液化ガスを導くサクションケーシングと、を備え、前記吸い込み弁の弁体を平板状に形成したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項7に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記吸い込み弁の弁体をステンレス鋼またはアルミニウム合金の圧延板材で形成したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項1に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記羽根車の吸い込み部の周囲に近接してマウスリング部を備え、前記マウスリング部における前記羽根車の吸い込み部外周壁に対向する面に静圧ポケットを設けたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項9に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記羽根車で昇圧された前記液化ガスを前記静圧ポケットに導く吸液穴を前記マウスリング部に設けたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項10に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記羽根車を前記ポンプ軸部に複数段に設置し、前記各段の羽根車の吸い込み部の周囲に近接してそれぞれマウスリング部を備え、前記各段のマウスリング部における前記各段の羽根車の吸い込み部外周壁に対向する面にそれぞれ静圧ポケットを周方向に複数設けたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項9に記載の液化ガス用ポンプ装置において、前記羽根車の吸い込み部における前記マウスリング部に対向する面に取り外し可能なインペラリングを設けたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
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