JP2014521889A - 軸推力を生じる両吸込羽根車を備えるポンプ - Google Patents

Abstract

ポンプケーシング、及び内部でシャフト上に配置される両吸込羽根車を特徴とする、例えば、垂直両吸込ポンプを含む、装置がもたらされる。ポンプケーシングは、ポンプケーシング壁部を有する。両吸込羽根車は、羽根車放出部から羽根車入口への再循環流を阻止するために、両吸込羽根車と、ポンプケーシングの壁部との間に、上方隔離環状部及び下方隔離環状部を形成するように構成された、金属リムを備える上方シュラウド及び下方シュラウドを有する。隔離環状部は、２つのシュラウド上に、異なる圧力分布を生じ、よって制御された意図的な軸推力を生成するように構成される。隔離環状部は、形状が異なる場合がある。
【選択図】 図２

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年８月１１日に出願された、米国特許出願第１３／２０７，４７３号（代理人整理番号９１１−００２．０４３−１（Ｆ−ＧＩ−１１０２ＵＳ））に対する利益を主張し、これは本明細書において参照としてその全体を組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、ポンプ、若しくはポンプアセンブリ、構成、又は組み合わせに関連し、特に、このようなポンプ若しくはポンプアセンブリ、構成、又は組み合わせにおいて、軸推力をもたらす新技術（例えば、垂直両吸ンプを含む）に関する。

片吸込式羽根車は、これらの回転軸に沿った方向における水推力を生じる。垂直に吊り下げたポンプにおいて、これらの軸推力は、ポンプローターアセンブリの底部における羽根車から、ポンプのシャフトを通じて伝達され、ポンプの頂部におけるモーターの推力軸受により吸収される。軸推力は垂直ポンプにおいて、２つの理由により有益である。
１）張力下で、ポンプシャフトに適用される軸推力は、ローターシステムのローター動剛性を増加させる。
２）ポンプシャフトに適用される軸推力は、ポンプ回転要素の静的要素への内部位置合わせを改善する。

典型的な、両吸込式羽根車は、水力による軸推力を生じないがこれは羽根車の中心線を中心としたこれらの対称的な形状が、両方のシュラウドに同じ圧力をかけるためである。したがって、典型的な両吸込羽根車が垂直に吊り下げたポンプにおいて使用されるとき、軸推力ポンプシャフトの利益は得られず、これらの種類のポンプは信頼性が低い。

上記により、工業用ポンプの業界において、垂直両吸込ポンプを含む、工業用ポンプ、若しくはポンプアセンブリ、構成、又は組み合わせにおける、軸推力の生成に関する問題を解決する、改善された設計又は技術がかねてから求められてきた。

本発明のいくつかの実施形態により、ポンプケーシング、及び内部でシャフト上に配置される両吸込羽根車を特徴とする、例えば、垂直両吸込ポンプを含む、装置がもたらされる。ポンプケーシングは、ポンプケーシング壁部を有する。両吸込羽根車は、両吸込羽根車とポンプケーシングのポンプケーシング壁部との間に、上方隔離環状部又はリング、及び下方隔離環状部又はリングを形成するように構成された、金属リムを備える上方シュラウド及び下方シュラウドを有し、これにより羽根車放出部からの再循環流を阻止して、上方及び下方シュラウドに作用し、上方及び下方シュラウドへの差別的水圧による制御された軸推力を生じることができる。

実際、本発明は、これは羽根車シュラウドに作用する差別的推力による制御された軸推力を生じる、特殊な両吸込式羽根車設計をもたらす。両吸込羽根車設計の上方シュラウド及び下方シュラウド上の金属リム又はリングは、両吸込羽根車とポンプケーシング壁部との間に隔離環状部又はリングを生成又は形成する。隔離は、金属リムが羽根車放出部からの再循環流を阻止し、上方及び下方羽根車シュラウドに作用することができるようにすることによって生じる。上方隔離環状部又はリング、及び下方隔離環状部又はリングは、羽根車の回転軸と平行な方向に差圧を生じるために、羽根車の上方シュラウドと下方シュラウドとの間で形状が異なっていてもよい。したがって、通常回転軸の方向において実質的な水推力を有さない、両吸込羽根車設計において軸推力が生じる。

この革新的な両吸込式羽根車設計が垂直に吊り下げたポンプにおいて使用されるとき、少なくとも以下の利益がある：
−張力下においてポンプシャフトに適用される軸推力は、ローターシステムのローター動剛性を増加させ、よってポンプの信頼性を向上させる。
−張力下においてポンプシャフトに適用される軸推力は、ポンプローターとケーシングとの内部の位置合わせを改善させ、よって軸受け及びシャフトの摩耗寿命を改善する。
−羽根車とポンプケーシング壁部との間の隔離環状部の対を導入することにより、ポンプの内部漏れが低減し、これは体積効率、及び全体的なポンプ効率を改善する。
−羽根車とポンプケーシング壁部との間の隔離環状部の対を導入することにより、ポンプケーシング再循環からの二次流れが減衰し、このような流れが、羽根車のシュラウドに衝突しないように隔離する。これは、ポンプローターシステムへの望ましくない軸方向の振動を緩和する。
−羽根車上の隔離環状部を構成する金属リングは、羽根車外径部の最小トリム値に位置する。これは、羽根車が、本発明の利益を損なうことなく、様々なトリム直径を有することを可能にする。

図面は、以下の図を含み、これらは必ずしも縮尺通りではない。
本発明のいくつかの実施形態による、有益な推進力を有する、垂直両吸込ポンプの形態の装置の部分断面図である。 図１に示される装置の下部の部分断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による、両吸込羽根車の平面斜視図である。

代表的な実施形態の以下の記載において、本明細書の一部を成す図面における添付の図を参照し、ここで本発明が実施され得る実施形態が例示として示される。他の実施形態が使用されてもよく、構造的及び動作的変更が、本発明の領域から逸脱することなく行われ得ることが理解される。

図１は、垂直両吸込ポンプの形態の、本発明のいくつかの実施形態による、一般的に１０として示される装置を示す。本発明は、このような垂直両吸込ポンプに関して、例示により記載されるが、本発明の領域は、このタイプ又は種類のポンプ、ポンプアセンブリ、構成、又は組み合わせに限定されない。例えば、現在既知の、又は将来に開発される他のタイプ又は種類のポンプ、ポンプアセンブリ、構成、又は組み合わせにおいて本発明が実施される、実施形態が想到される。

図１及び図２において、垂直両吸込ポンプ１０は、ポンプケーシング１２，及びその内部でシャフト１５上に配置された両吸込羽根車１４（図３参照）を含む。ポンプケーシング１２は、ポンプケーシング壁部１６を有する。両吸込羽根車１４は、両引込羽根車１４とポンプケーシング１２のポンプケーシング壁部１６との間に、上方及び下方隔離環状部を形成するように構成された、金属リム２２及び２４を有する上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０を有し、これにより羽根車放出部１２０、１２２からの再循環流Ｆを阻止し、上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０上に作用し、羽根車１４の上方及び下方に位置する、対応する隔離区分３０内の、両吸込羽根車１４の上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０上への差別的水圧による制御された垂直方向の軸推力Ｌ_Ａを生じることができる。隔離区分３０は、隔離環状部２２及び２４、並びにポンプ摩耗リング４０、４２により形成される。

動作中、両吸込羽根車１４と、ポンプケーシング壁部１６との間の一対の隔離環状部２２及び２４は、ポンプ１０内の内部の漏れを低減し、これは、体積効率及び全体的なポンプ効率を改善し、またポンプケーシング再循環からの二次流れを減衰し、このような流れが両吸込羽根車１４の上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０と衝突しないように隔離する。これは、装置１０の全体的なポンプローターシステムの望ましくない軸方向の振動を緩和する。

いくつかの実施形態により、上方隔離環状部２２及び下方隔離環状部２４はまた、両吸込羽根車１４の回転軸Ａと平行な方向に差圧を生じるように、両吸込羽根車１４の上方シュラウド１８と下方シュラウド２０との間で形状が異なってもよい。

上方隔離環状部２２及び下方隔離環状部２４は、典型的に回転軸Ａの方向に実質的に水推力を有さない、両吸込羽根車１４に、制御された軸推力Ｌ_Ａを生じるように構成されてもよい。

上方隔離環状部２２及び下方隔離環状部２４は、シャフト１５の方に少なくとも部分的に延びる上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０に沿って、矢印３０により一般的に示された隔離区分を形成するように構成され得る。（図２において、上方羽根車シュラウド１８の隔離区画３０は、矢印３０が指し示す黒い線によって指定され、下方羽根車シュラウド２０は、下方隔離環状部２４により構成及び形成される同様の隔離区分を有することが理解される）。

金属リム２２及び２４は、例えば図２に示されるように、両吸込羽根車１４の外径に対する最小トリム値に位置するように構成され得る。しかしながら、本発明の領域は、図２に示される金属リム２２及び２４の特定の構成、高さ、又は位置に限定することを意図しない。例えば、金属リム２２及び２４が、例えば、上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０の上で、図２に示されるものとは異なる位置で構成されるか、又は位置するような実施形態が想到され、例えば、これには、羽根車放出部１２０、１２２付近の、外径により近い上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０上に構成されるか、又はシャフト１５付近のその内側外辺部により近い上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０上に構成されることが挙げられる。上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０の上に作用し、上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０への差別的水圧による制御された軸推力Ｌ_Ａを生じることができるように、羽根車放出部１２０、１２２からの再循環流Ｆを阻止するために、金属リム２２及び２４は、上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０の上に特定の位置に、十分な高さで構成される。図示されるように、金属リム２２及び２４は、上方シュラウド１８及び下方シュラウド２０の周囲にほぼ実質的に完全に延びるように構成されている。

更に、例えば、図１及び図２に示される、装置１０はまた、当業者によって理解される、本明細書において記載される根本的な発明の一部を形成しない、したがって、本明細書において詳細に記載されない、他の要素又は構成要素を含み、これには、放出管アセンブリ１００と、モーター取り付けアセンブリ１１５上に配置され、かつシャフト１５に連結されたモーターアセンブリ１１０と、ポンプケーシング１２と放出管アセンブリ１００との間で連結された羽根車放出部１２０、１２２と、本発明者によって別の特許出願の一部を形成するケーシングアセンブリ１２５とシャフト１５との間に配置され、矢印１３０によって概ね示されるベローズ式メカニカル面シール構成と、などが挙げられる。

本発明の領域
本明細書において別に記載されない限り、本明細書における、特定の実施形態に関して記載される、機構、特徴、代替、又は修正のいずれかがまた、本明細書において記載される他のいずれかの実施形態と共に適用され、使用され、又は組み込まれ得ることが理解されるべきである。また、本明細書における図面は縮尺通りではない。

本発明は、その代表的な実施形態に関して記載及び例示されているが、前述の及び様々な他の追加及び省略が、本明細書の趣旨及び範囲から逸脱することなく行われてもよい。

Claims (6)

1. 垂直な両吸込ポンプを含む装置であって、
   ポンプケーシング壁部を有するポンプケーシングと、
   両吸込羽根車であって、前記ポンプケーシング内でシャフト上に配置され、前記両吸込羽根車と前記ポンプケーシングの前記ポンプケーシング壁部との間に、上方隔離環状部及び下方隔離環状部を形成するように構成された、金属リムを備える上方シュラウド及び下方シュラウドを有し、これにより羽根車放出部からの再循環流を阻止して、前記上方及び前記下方シュラウドに作用し、前記上方及び前記下方シュラウドへの差別的水圧による制御された軸推力を生じることができる、両吸込羽根車とを含む、装置。
2. 前記上方及び前記下方隔離環状部は、前記両吸込羽根車の回転軸と平行な方向に差圧を生じるために、前記両吸込羽根車の前記上方シュラウドと前記下方シュラウドとの間で形状が異なっている、請求項１に記載の装置。
3. 前記上方及び前記下方隔離環状部が、概して前記回転軸の方向に実質的な水推力を有さない、前記両吸込羽根車への前記制御された軸推力を生じるように構成されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記金属リムは、前記両吸込羽根車の外径に対する最小トリム値に位置するように構成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記上方隔離環状部又はリング、及び前記下方隔離環状部又はリングは、少なくとも一部が前記シャフトに向かって延びる、前記上方シュラウド又は前記下方シュラウドの隔離区分を形成するように構成されている、請求項１に記載の装置。
6. 前記金属リムは、前記上方シュラウド、又は前記下方シュラウドの周囲に実質的に完全に延びるように構成されている、請求項１に記載の装置。