JP2010525223A - 移送ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、可変速駆動装置（５）を備えた移送ポンプであって、移送ポンプが、ポンプケーシング（１）のインペラ室（６）内に回転可能に配置される遠心型のラジアルインペラ（２）を備えてポンプ入口（４）とポンプ出口（１３）との間で流体を移送する単段回転ポンプとして構成されているものに関する。ラジアルインペラ（２）は毎分５桁までの回転数範囲に至るまで回転数を変更可能な駆動モータと連結されており、ラジアルインペラ（２）が中央で流入させるもので、移送通路（３）を備えており、かつ５５ｍｍ以下の外径において３００ｍまでの回転数に依存した揚程を有している。プロセス設備内で使用するために移送ポンプは０ｍｌ／分〜７０００ｍｌ／分の範囲内の吐出し量での持続的回転ポンプ部分負荷動作の態様の定格動作用に設計されている。この定格動作は、回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５＜１０（１／分）を有しており、インペラ室（６）はラジアルインペラ外径に対して鋭角または接線方向に配置される単数または複数のポンプ出口通路（１３）を周面に備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、可変速駆動装置を備えた移送ポンプであって、移送ポンプが、ポンプケーシング（１）のインペラ室内に回転可能に配置される遠心型のラジアルインペラ（２）を備えてポンプ入口（４）とポンプ出口（１３）との間で流体を移送する単段回転ポンプとして構成されており、ラジアルインペラ（２）が毎分５桁までの回転数範囲に至るまで回転数を変更可能な駆動モータと連結されており、ラジアルインペラ（２）が中央で流入させ、移送通路（３）を備えており、かつ５５ｍｍ以下の外径において３００ｍまでの揚程を有するものに関する。

化学産業、薬品産業の研究開発プロセスの分野では、ますます迅速な開発を低コストで行う要求がある。このような物質の生産では、環境を保護する一層柔軟で小さなプロセスが求められる。そのことから、一部ではごく小さな充填容積と連続的物質流とで作動されるプロセスコンポーネントが利用されている。このような設備の柔軟な利用が求められるので、設備全体とそのなかに取付けられた組立体とを特別なフラッシング剤（洗浄剤）で十分にフラッシングできることが不可欠である。

このような設備は、液体物質の正確で一定し、自由に調整可能で脈動のない容積流を必要としている。毎分零ミリリットルから１時間当り３桁のリットルまでの精密な連続的容積流用にマイクロアニュラーギアポンプ、歯車ポンプの態様、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプの態様の容積式ポンプが使用されている。このような容積式ポンプの欠点は、互いに相対的に移動する被密封部材とそれらの脈動移送流との間の摩擦の結果として信頼性に不備があることである。そのことに起因した整備支出と摩耗部品およびそれらの交換のための費用が、迅速な研究開発作業を妨げ、生産プロセスを微妙に乱している。

特許文献１により、超臨界炭化水素を循環させるためのキャンドモータポンプとして構成された回転ポンプが公知である。駆動モータがＰＥＥＫ製のキャンを備えており、特殊鋼皮膜で保護されたロータがキャンの内部に配置されている。ポンプ軸および駆動ロータのセラミック軸受は、ポンプケーシングから取り出される移送液体部分流によって湿潤されるようになっている。開放形成されたインペラは、直径が１〜２インチ（２.５４〜５．０８センチ）、転がり支承された直流モータのインペラを駆動するロータは直径が１．５〜２インチである。開放インペラを有する単段ポンプ機構は、６００００ｒｐｍまでの最高回転数に達しなければならない。吸込ノズル、吐出しノズル、インペラの後段に配置される一種の渦巻室は、外側ポンプケーシング部分内に配置されている一方、内側ポンプケーシング部分は、浮動支承されるインペラと、駆動モータとしての可変速直流キャンドモータ用の固着部とを有している。

このキャンドモータ構造では、ポンプとキャンドモータとの間の複雑な流れガイドのゆえに、ポンプの洗浄を著しく妨げる多数の隙間は不利である。移送液体の一部は、永続的にモータおよびその隙間室を貫流するので、転がり軸受の摩擦熱とキャンドモータの損失熱とによって移送液体への高い入熱が生じる。その結果、このポンプは規定されていない最適動作点の直接的近傍でのみ作動させることが可能である。このポンプの部分負荷動作時に、ごく迅速に許容外に高い入熱が起きるであろう。そのことから、流体の損傷の他にキャビテーションまたは乾燥動作の結果としてポンプの故障も来たすことになる。

国際公開第２００５／０５２３６５号パンフレット

本発明の課題は、化学的、薬品的および／または美容的コンポーネントの液体物質をミリリットル範囲で移送し調量するために、その吐出し量が異なる特性の異なる移送媒体用に大きな範囲にわたって脈動なしに正確に調整可能に変更可能でき、かつ迅速な製品切替えのためにポンプを容易に洗浄することのできるポンプユニットを提供することである。

この課題の解決は請求項１の特徴でなされる。こうして遠心型の回転ポンプの態様で調量ポンプが実現されている。このポンプは、０ｍｌ／分〜７０００ｍｌ／分の範囲内の吐出し量での持続的回転ポンプ部分負荷動作の態様の定格動作用に設計されており、この定格動作は、回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５≦１０（１／分）を特徴としており、インペラ室はラジアルインペラ外径に対して鋭角または接線方向に配置される単数または複数のポンプ出口通路を周面に備えている。

適用されるあらゆる回転ポンプ設計規則または設計規定とはまったく異なり、この回転ポンプは極端な部分負荷動作用に設計されており、これにより小量が脈動なしに移送されることになる。このため、移送ポンプは、好ましくは回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５≦３（１／分）を有する。回転ポンプ部分負荷動作範囲ｎｑ_ＴＬ＜２．５用に移送ポンプを設計することも有利であると実証された。ラジアルインペラ（２）の外径は、最高７０ｍｍまでとすることが可能である。

他の諸構成によれば、ラジアルインペラを内蔵したポンプケーシングが好ましくは３０ミリリットル以下の残容積を有している。このことは移送ポンプを容易にフラッシングできるという本質的利点を有することである。そして、僅かな残容積と最少の隙間数との結果、移送ポンプ内で被移送流体を切り替えるとき、移送ポンプの洗浄またはフラッシング時に僅かな製品損失が発生するにすぎない。さらに、インペラ室の内径がラジアルインペラの外径よりも最高で４％大きく形成されている。また、ラジアルインペラを取り囲むインペラ室を縮小することによって、ポンプ出口通路でそこに発生する動圧の増大が起きることになる。その際、単数または複数のポンプ出口通路の流入孔はピトー管（圧力管）の態様に形成され、またはピトー管に類似して形成されている。

移送ポンプの別の構成によれば、移送ポンプは、好ましくは回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５≦１（１／分）での定格動作用に温度調節機構を備えている。

そのことから、大きなｎｑ_ＴＬ範囲内で作動可能な移送ポンプによって敏感な流体および／または低沸点流体の移送が改善されることになる。

別の構成によれば、インペラ室とラジアルインペラおよび／またはその軸との間には、シールが配置されている。同様に、電磁結合された完全密閉式駆動装置がラジアルインペラにトルクを伝達するようになった構成も可能である。そしてポンプケーシング、温度調節ケーシングおよび／または軸受ケーシングには、軸用支承部が配置されている。また、移送ポンプは、モータをフランジ接合したブロック組立体として構成されていてもよい。

使用される駆動装置に依存して、移送ポンプは定運転動作または調量動作を特徴としている。

本発明の実施形態が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。

移送ポンプを示す縦断面図である。 ポンプユニットの斜視図である。 インペラの斜視図である。 インペラを示す断面図である。 移送ポンプの横断面図である。 ｎｑグラフにおける移送ポンプの位置を示す線図である。

図１には単段型の移送ポンプが示されている。ポンプケーシング１内には、遠心型のラジアルインペラ２が回転可能に配置されている。ラジアルインペラ２は、移送通路３を備えており、ポンプ入口４を通して中心で流入させるようになっている。ラジアルインペラ２は、可変速駆動装置５と連結されて動力を伝達し、７０ｍｍまでとすることのできる外径Ｄ_ＬＡを有している。このラジアルインペラはインペラ室６内で回転するようになっており、インペラ室の内径Ｄ_ＬＲＩは、ラジアルインペラ２の外径Ｄ_ＬＡよりも最大で４％大きいにすぎない。

ポンプケーシング１は、本実施形態においてポンプケーシングに一体化された温度調節機構７を備えている。別の構造態様も可能である。冷却室７．１〜７．３がインペラ室６を取り囲み、ポンプケーシング１に隣接するシールケーシング８をも取り囲んでいる。シールケーシング８の内部には、一種の軸封装置としてシール９が配置されており、本実施形態においてシールはリップシールリングとして示されている。使用される移送流体に依存して、シール９はメカニカルシールとして構成されていてもよい。シール９はインペラと駆動装置の軸１０との間の選択された連結に依存して、インペラ２、インペラハブ２．１または軸１０に密封当接することが可能である。温度調節室７．１〜７．３は、外部手段によって付加されている。これにより、移送流体に触れるポンプケーシング部分が確実に冷却されることになる。その理由として、この回転ポンプは、２０メートル〜３００メートルの揚程限界において、その吐出し量限界が０ミリリットル／分〜３６００ミリリットル／分である部分負荷動作点範囲内での連続動作用に設計されているからである。そのため、必要な駆動装置５の高い回転数のゆえに付加的に冷却手段１１が駆動装置５の外周面に配置されている。また、駆動装置５は、温度調節機構７と連結され、またはこれに固着されて動力を伝達するようになっている。

ポンプ入口４の面は、ポンプ内室の直接的近傍に設けられる当接面１２によって画定されており、接続されるべき移送流体管路がこの当接面に当接して密封している。同様の構成が‐ここでは図示平面の下方にあって半円として一部視認可能であるにすぎない‐ポンプ出口１３に設けられている。これに接続されるべき‐ここには図示しない‐ポンプ管路の固着は公知の手段、例えばユニオンナットによって行われている。インペラ室６へのポンプ管路の直接的誘導と、インペラ外径Ｄ_ＬＡとインペラ室６の内径Ｄ_ＬＲＩとの間の僅かな直径差とによって、ラジアルインペラを取付けたポンプケーシングの内部に移送流体用に５０ミリリットルに等しいかまたはそれ以下の残容積が生じることになる。このごく僅かな量は、貴重な移送流体の切替え時に生じる損失がごく僅かであるという利点を有している。

ユニットとして構成された移送ポンプの斜視図である図２から、ポンプ入口４とポンプ出口１３が明らかとなっている。温度調節機構７がポンプケーシング１に一体化されており、ポンプ入口４およびポンプ出口１３は、温度調節機構７に挿通されてインペラ室まで誘導されている。

外部温度調節手段、例えば冷却剤は、選択的に作用可能な軸線方向または半径方向の接続口１４，１５を通して温度調節室７．１〜７．３に供給されかつ排出される。ポンプユニットおよび駆動モータ５は構造ユニットへとまとめられ、支持要素１６内で保持されている。支持要素１６は、モジュール状に構成しまたは既存設備内に取付けるための前提条件を提供するものである。

図３はラジアルインペラ２の斜視図である。ラジアルインペラ２はディスク状に形成され、この実施形態ではハブ２．１を備えている。ハブ２．１の内部で、駆動装置５のここには図示しない軸１０との動力伝達結合が行われている。ラジアルインペラ２の内部には、移送通路３が配置されている。さらに、インペラ周面１７に多数の移送窪み１８が袋穴の態様に形成されて配置されている。これらの移送窪みによって回転ポンプインペラの圧力係数が改善されることになる。可能な１つの構成では、吐出し側および吸込側蓋板１９，２０が複数の半径方向に延びる移送溝２１を有している。移送溝２１は、図１でインペラ室６内に取付けられたインペラの圧力係数をやはり改善するものである。軸線方向でインペラを貫通した補償穴２２は、ポンプケーシング内部での圧力補償に役立ち、同時に駆動装置との結合を実現するとき取付補助として役立っている。

図４は４つの移送通路３が使用されたインペラ２の断面図である。移送通路の直径は、インペラ入口２３の領域で移送通路が隣接移送通路と交差しないように調整されている。これによって、画定されたインペラ入口直径を維持することが保証されている。移送窪み１８の深さＴは、取付完了したポンプの希望する残容積に依存して選択されている。

ここに示した穴の態様の移送窪み１８の代わりに、インペラ外径の領域でエネルギー伝達を可能とするあらゆる別の態様、例えば溝、条溝等も利用することができる。

図５は移送ポンプの横断面図である。大きな温度調節室７．２が別の温度調節室と作用的に接続されているので、極端な持続的部分負荷動作が保証されている。ポンプ出口通路１３は単純な穴として形成しておくことが可能であり、または‐図示したように‐流入孔２５を有するピトー管類似挿入物２４によって形成しておくことが可能である。後者は簡単な嵌合を可能とするものである。

ごく小さくされたインペラ室６によって、ラジアルインペラの外径Ｄ_ＬＡとインペラ室６の包み込んで取り囲む直径Ｄ_ＬＲＩとの間に半径方向隙間幅が生じ、この隙間幅は１桁のミリメートル範囲内である。実施された回転ポンプでは、インペラとケーシングとの間の半径方向隙間が２ｍｍの範囲内である。軸線方向インペラ側の領域ではインペラとケーシングとの間の隙間が類似オーダー内である。ごく小さくされた残容積を有するケーシング領域をこのように形成することによって、ポンプはごく迅速確実にフラッシング剤で洗浄することが可能となり、移送製品部分のごく僅かな損失で移送条件または設備の変化に適合させることもできる。遠心インペラ２の連続的回転によって、この移送ポンプの脈動のない動作が得られることになる。

インペラ外径とインペラ室との間の隙間をごく小さくすることによって、インペラの周方向成分は同時に周速に接近し、インペラ２に対して斜めに、好ましくは接線方向に配置されるポンプ出口１３と組合せてこの回転ポンプではその流出孔に最大可能な動圧が生じることになる。可変速モータと合わせて、ポンプケーシング内部の最小の残容積において大きな揚程が実現可能である。

インペラ室の内部にインペラを非接触式に配置することで、密封当接する摩擦面が避けられる。この措置により、機械的摩擦熱の発生を防止し、摩擦摩耗と、これに起因して剥離された粒子による移送液体の汚れとを防止し、著しく延長された利用時間によって動作信頼性を改善することが可能になる。さらに、洗浄性を妨害する密封隙間が避けられることになる。

図６ではｎｑグラフに実線で示した特性範囲内において、回転ポンプのｎｑ値と容積式ポンプのｎｑ値が対比されている。新規な移送ポンプは、回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬの灰色で示すその特性範囲でもって２つの相反するポンプ形式の間の範囲をはじめてカバーすることになる。

１ ポンプケーシング
２ ラジアルインペラ
２．１ ハブ
３ 移送通路
４ ポンプ入口
５ 可変速駆動装置
６ インペラ室
７ 温度調節機構
７．１〜７．３ 冷却室
８ シールケーシング
９ シール
１０ 軸
１１ 冷却手段
１２ 当接面
１３ ポンプ出口
１４、１５ 温度調節手段用接続口
１６ 支持要素
１７ インペラ周面
１８ 移送窪み
１９，２０ 蓋板
２１ 移送溝
２２ 補償穴
２３ インペラ入口
２４ 流入孔
２５ ピトー管
Ｄ_ＬＡ ラジアルインペラ２の外径
Ｄ_ＬＲＩ インペラ室６の内径

Claims (15)

1. 可変速駆動装置（５）を備えた移送ポンプであって、移送ポンプが、ポンプケーシング（１）のインペラ室（６）内に回転可能に配置される遠心型のラジアルインペラ（２）を備えてポンプ入口（４）とポンプ出口（１３）との間で流体を移送する単段回転ポンプとして構成されており、ラジアルインペラ（２）が毎分５桁までの回転数範囲に至るまで回転数を変更可能な駆動モータと連結されており、ラジアルインペラ（２）が中央で流入させるもので、移送通路（３）を備えており、５５ｍｍ以下の外径において３００ｍまでの回転数に依存した揚程を有するものにおいて、プロセス設備内で使用するために移送ポンプが０ｍｌ／分〜７０００ｍｌ／分の範囲内の吐出し量での持続的回転ポンプ部分負荷動作の態様の定格動作用に設計されており、この定格動作が回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５≦１０（１／分）を有しており、インペラ室（６）がラジアルインペラ外径に対して鋭角または接線方向に配置される単数または複数のポンプ出口通路（１３）を周面に備えていることを特徴とする移送ポンプ。
2. 定格動作が、回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５≦３（１／分）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の移送ポンプ。
3. 回転ポンプ部分負荷動作範囲ｎｑ_ＴＬ＜２．５用に設計されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の移送ポンプ。
4. ラジアルインペラ（２）の外径が最高７０ｍｍであることを特徴とする、請求項１、２または３に記載の移送ポンプ。
5. ラジアルインペラ（２）を内蔵したポンプケーシング（１）が、３０ミリリットル以下の残容積を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
6. インペラ室（６）の内径（Ｄ_ＬＲＩ）がラジアルインペラ（２）の外径（Ｄ_ＬＡ）よりも最高で４％大きく形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の移送ポンプ。
7. ラジアルインペラ（２）を取り囲むインペラ室（６）を縮小することによって、ポンプ出口通路（１３）でそこに発生する動圧の増大が起きるようにしていることを特徴とする、請求項４または５に記載の移送ポンプ。
8. 単数または複数のポンプ出口通路（１３）の流入孔（２４）がピトー管（２５）の態様に構成され、またはピトー管に類似して構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
9. ポンプケーシング（１）が温度調節機構（７〜７．３）を備えていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
10. 回転ポンプ部分負荷に応じた回転数ｎｑ_ＴＬ≧０．０５≦１（１／分）での定格動作用にポンプケーシング（１）が温度調節機構（７〜７．３）を備えていることを特徴とする、請求項９に記載の移送ポンプ。
11. インペラ室（６）とラジアルインペラ（２）および／またはその軸（１０）との間にシール（９）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
12. 電磁結合された完全密閉式駆動装置が、ラジアルインペラ（２）にトルクを伝達するようになっていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
13. ポンプケーシング（１）、温度調節ケーシング（７）および／または軸受ケーシングに軸（１０）用支承部が配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
14. 移送ポンプがブロック組立体として構成されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の移送ポンプ。
15. 定運転動作または調量動作を行うようになっていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の移送ポンプ。

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