JP2016142257A - 遠心ポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】円板摩擦損失を低減することを可能とする遠心ポンプを提供する。
【解決手段】液体を圧送するための遠心ポンプを備える遠心ポンプシステムであって、遠心ポンプは、インペラと、インペラを収容するケーシングと、インペラの軸方向におけるインペラとケーシングとの間の隙間を、インペラの径方向に並ぶ複数の空間部に仕切る少なくとも一つの仕切部と、を備え、遠心ポンプシステムは、複数の空間部に気体を供給するための気体供給装置を備え、気体供給装置は、複数の空間部のうち第１空間部に対して第１の供給圧力で気体を供給するとともに、複数の空間部のうちインペラの径方向において第１空間部の外側に位置する第２空間部に対して第１の供給圧力よりも高い第２の供給圧力で気体を供給するよう構成される。
【選択図】 図１

Description

本開示は、遠心ポンプシステムに関する。

液体を圧送するための手段の一つとして遠心ポンプが使用される場合がある。遠心ポンプでは、円板摩擦損失が生じることが知られている。

ここで、図８を用いて円板摩擦損失について説明する。図８に示すように、遠心ポンプ００１は、インペラ００２と、インペラ００２を収容するケーシング００４とを備えている。インペラの軸方向におけるインペラとケーシングとの間には、インペラの前方に位置する前方隙間００６と、インペラの後方に位置する後方隙間００８が設けられている。前方隙間は、インペラの軸方向における前シュラウド０４２とケーシングとの間の隙間であり、後方隙間００８は、インペラの軸方における後シュラウド０４４とケーシングとの間の隙間である。

前方隙間及び後方隙間に流入した液体は、インペラの回転に伴って該液体の粘性に応じた摩擦力を発生させるため、動力損失が生じる。斯かる動力損失が円板摩擦損失と称されており、円板摩擦損失を低減することにより遠心ポンプの効率を向上することが可能となる。

特許文献１に開示される遠心ポンプでは、斯かる円板摩擦損失を低減するために、前方隙間と後方隙間のそれぞれに多孔質物質を設けるとともに外気を導入し、多孔質物質とインペラとの間の液体中に表面張力を利用して気泡層を形成させている。

特開昭５８−８５４００号公報

ところで、本発明者の知見によれば、遠心ポンプにおける上記隙間内の圧力は、インペラの径方向において外側に向かうにつれて高くなる。このため、特許文献１に記載の遠心ポンプでは、隙間へ供給される気体の量は、インペラの径方向において外側に向かうにつれて少なくなりやすい。また、インペラの表面の移動速度は径方向において外側に向かうにつれて大きくなるため、インペラの径方向において外側へ向かうにつれて液体の粘性に起因する摩擦力も大きくなりやすい。したがって、特許文献１に記載の遠心ポンプでは、上記隙間のうち摩擦力の大きくなりやすい領域ほど供給される気体の量が少なくなってしまうため、円板摩擦損失の低減効果が限定的である。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、遠心ポンプの円板摩擦損失を低減することを可能とする遠心ポンプシステムを提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る液体を圧送するための遠心ポンプを備える遠心ポンプシステムであって、前記遠心ポンプは、インペラと、前記インペラを収容するケーシングと、前記インペラの軸方向における前記インペラと前記ケーシングとの間の隙間を、前記インペラの径方向に並ぶ複数の空間部に仕切る少なくとも一つの仕切部と、を備え、前記遠心ポンプシステムは、前記複数の空間部に気体を供給するための気体供給装置を備え、前記気体供給装置は、前記複数の空間部のうち第１空間部に対して第１の供給圧力で前記気体を供給するとともに、前記複数の空間部のうち前記インペラの径方向において前記第１空間部の外側に位置する第２空間部に対して前記第１の供給圧力よりも高い第２の供給圧力で前記気体を供給するよう構成される。

上記（１）に記載の遠心ポンプシステムによれば、少なくとも一つの仕切部によって仕切られた複数の空間部のうち、インペラの径方向において相対的に外側に位置する第２空間部に対する気体の供給圧力が、相対的に内側に位置する第１空間部に対する気体の供給圧力よりも高く設定されている。このため、上記隙間内にインペラの径方向の圧力分布（インペラの径方向外側に向かうにつれて高くなる圧力分布）が存在していても、第１空間部と第２空間部のそれぞれに対して、適量の気体を供給することが可能となる。例えば、第１空間部に対する気体の供給量が第２空間部に対する気体の供給量よりも極端に少なくなってしまう状態を回避することができ、第１空間部と第２空間部のそれぞれに対する気体の供給量を比較的均一にすることができる。したがって、円板摩擦損失を効果的に低減できる。これにより、遠心ポンプの高効率化を実現することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記仕切部の各々は、前記ケーシングの内面から前記インペラの軸方向に突出する円環状のリブである。

上記（２）に記載の遠心ポンプシステムによれば、簡易な構成で上記隙間を複数の空間部に仕切ることができ、簡易な構成で円板摩擦損失を低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記インペラと前記ケーシングとの間の前記隙間には、円環状の板部材が設けられ、前記円環状の板部材には前記複数の空間部としての複数の貫通孔が設けられる。

上記（３）に記載の遠心ポンプシステムによれば、複数の貫通孔が設けられた円環状の板部材を用いて複数の空間部を形成することにより、ケーシングとは別体の部材を用いて簡易な構成で隙間を複数の空間部に仕切ることができる。したがって、簡易な構成で円板摩擦損失を低減することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記円環状の板部材はハニカム構造を有する。

上記（４）に記載の遠心ポンプシステムによれば、上記（３）に記載の板部材の良好な強度を実現しつつ、簡易な構成で上記隙間を複数の空間部に仕切ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記複数の貫通孔の間の前記肉厚部は、前記ケーシングのうち前記インペラの軸方向に当該肉厚部に対向する部分に対して、間隔を空けて設けられる。

上記（５）に記載の遠心ポンプシステムによれば、肉厚部とケーシングの間に間隔があるため、上記隙間内に供給された気体が拡散しながら複数の貫通孔に供給される。このため、複数の貫通孔に対して効率的に気体を供給することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記複数の空間部の各々には、多孔質部材が設けられる。

上記（６）に記載の遠心ポンプシステムによれば、空間部の各々に供給された気体が多孔質部材を通過する際に気泡状となり、多孔質部材とインペラとの間の隙間部のうち多孔質部材側（多孔質部材の表面上）に気泡層が生じるため、円板摩擦損失をより効果的に低減することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記インペラと前記ケーシングとの間の前記隙間は、前記インペラの軸方向におけるインペラの後シュラウドとケーシングとの間の隙間である。

上記（７）に記載の遠心ポンプシステムによれば、インペラの軸方向における後シュラウドとケーシングとの間の隙間で生じる円板摩擦損失を低減することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（６）に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記インペラと前記ケーシングとの間の前記隙間は、前記インペラの前シュラウドと、前記ケーシングとの間の隙間である

上記（８）に記載の遠心ポンプシステムによれば、インペラの軸方向における前シュラウドとケーシングとの間の隙間で生じる円板摩擦損失を低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記ハブには、前記隙間に連通するとともに前記インペラのスラストバランスを調整するためのバランスホールが設けられ、前記少なくとも一つの仕切部は、前記インペラの径方向において前記バランスホールの外側に設けられた複数の仕切部を含み、前記複数の仕切部の各々は、前記ケーシングの内面から前記インペラの軸方向に突出する複数の円環状のリブであり、前記複数の仕切部のうち、前記インペラの径方向において相対的に内側に位置する前記仕切部の前記インペラの軸方向の長さは、前記インペラの径方向において相対的に外側に位置する仕切部の前記インペラの軸方向の長さよりも短い。

上記隙間に連通するバランスホールがハブに設けられている場合、上記隙間の複数の空間部に供給された気体は、バランスホールへ向かって流れる。このため、インペラの径方向内側に向かうにつれて隙間を流れる気泡の量が増加する。この点、上記（９）に記載の遠心ポンプシステムによれば、複数の仕切部のうち、インペラの径方向において相対的に内側に位置する仕切部（円環状のリブ）のインペラの軸方向の長さが、インペラの径方向において相対的に外側に位置する仕切部のインペラの軸方向の長さよりも短い。このため、インペラの径方向内側に向かうにつれて気泡の量が増加しても、インペラの径方向内側の後方仕切部による気泡の流れを遮る作用が相対的に弱いため、バランスホールへの気泡のスムーズな流れを実現することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムにおいて、前記気体供給装置をそれぞれ制御する制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記インペラの回転速度が大きいほど前記第１圧力及び前記第２圧力をそれぞれ大きくするように前記気体供給装置を制御するよう構成される。

上記（１０）に記載の遠心ポンプシステムによれば、インペラの回転速度が大きいほど第１圧力及び第２圧力をそれぞれ大きくするように気体供給装置が制御されるため、インペラの回転速度に応じてケーシング内の圧力が変化しても、上記隙間に適量の気体を供給することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムであって、前記遠心ポンプは、海底油田から原油を圧送するよう構成される。

上記（１１）に記載の遠心ポンプシステムによれば、海底油田から原油を圧送するためには、高揚程の遠心ポンプを好適に使用することができる。ただし、原油の粘度は一般的に高いため、原油を遠心ポンプで圧送する場合には、円板摩擦損失による効率低下が大きくなりやすい。この点、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムによれば、円板摩擦損失を低減することによって遠心ポンプの高効率化を実現することができるため、海底油田から原油を圧送するための遠心ポンプシステムとして好適に使用することができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心ポンプシステムは、空気を輸送するための空気輸送ラインを更に備え、前記気体供給装置は、前記空気輸送ラインに接続されるとともに、前記空気輸送ラインによって輸送された前記空気を前記気体として前記複数の空間部に供給するよう構成される上記（１１）に記載の遠心ポンプシステム。

上記（１２）に記載の遠心ポンプシステムによれば、これにより、空気を入手しにくい海底油田から原油を圧送するために遠心ポンプを用いる場合であっても、上記複数の空間部に上記気体として空気を供給することができ、円板摩擦損失を低減することができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心ポンプシステムは、上記（１１）に記載の遠心ポンプシステムであって、前記海底油田から前記原油とともに産出された天然ガスを輸送するための天然ガス輸送ラインを更に備え、前記気体供給装置は、前記天然ガス輸送ラインに接続されるとともに、前記天然ガス輸送ラインによって輸送された前記天然ガスを前記気体として前記複数の空間部に供給するよう構成される。

上記（１３）に記載の遠心ポンプシステムによれば、空気を入手しにくい海底油田から原油を圧送するために遠心ポンプを用いる場合であっても、天然ガス輸送ラインを有効活用して、上記複数の空間部に上記気体として天然ガスを供給することができる。したがって、空気を上記複数の空間部に供給する場合（例えば海上から海底まで空気を輸送する場合）と比較して、遠心ポンプシステムの構成を簡素化することができる。

（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心ポンプシステムは、上記（１１）に記載の遠心ポンプシステムであって、前記海底油田における油層に圧入するための二酸化炭素を前記海底油田へ輸送するための二酸化炭素輸送ラインを更に備え、前記気体供給装置は、前記二酸化炭素輸送ラインに接続されるとともに、前記二酸化炭素輸送ラインによって輸送された前記二酸化炭素を前記気体として前記複数の空間部に供給するよう構成される。

上記（１４）に記載の遠心ポンプシステムによれば、空気を入手しにくい海底油田から原油を圧送するために遠心ポンプを用いる場合であっても、二酸化炭素輸送ラインを有効活用して、上記複数の空間部に上記気体として二酸化炭素を供給することができる。したがって、空気を上記複数の空間部に供給する場合（例えば海上から海底まで空気を輸送する場合）と比較して、遠心ポンプシステムの構成を簡素化することができる。

（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心ポンプシステムは、上記（１１）乃至（１４）の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムであって、前記遠心ポンプの吐出流体から前記気体を分離回収する分離回収装置と、前記分離回収装置と前記気体供給装置とを接続する気体回収ラインと、を備え、前記気体供給装置は、前記気体回収ラインによって回収された前記気体を前記複数の空間部に供給するよう構成される。

上記（１５）に記載の遠心ポンプシステムによれば、上記複数の空間部に供給した気体を分離回収装置及び気体回収ラインを用いて回収し再利用することによって気体の使用量を削減することができる。海底では空気を入手しにくいため、上記（１５）に記載の遠心ポンプシステムは、海底油田から原油を圧送するための遠心ポンプを含むシステムとして好適に使用することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、円板摩擦損失を低減することを可能とする遠心ポンプが提供される。

一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの概略構成を模式的に示す図である。 円板摩擦損失について説明するための、遠心ポンプの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係る遠心ポンプシステムの断面構成を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る遠心ポンプシステム１００（１００ａ）の断面構成を模式的に示す図である。図２は、一実施形態に係る遠心ポンプシステム１００（１００ｂ）の断面構成を模式的に示す図である。図３は、一実施形態に係る遠心ポンプシステム１００（１００ｃ）の断面構成を模式的に示す図である。図４は、一実施形態に係る遠心ポンプシステム１００（１００ｄ）の断面構成を模式的に示す図である。図５は、一実施形態に係る遠心ポンプシステム１００（１００ｅ）の断面構成を模式的に示す図である。図６は、一実施形態に係る遠心ポンプシステム１００（１００ｆ）の断面構成を模式的に示す図である。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示すように、遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）は、インペラ２と、インペラ２を収容するケーシング４とを含む遠心ポンプ１と、気体供給装置１６とを備えている。インペラ２は、ハブ３８と、ハブ３８の外周面に設けられたブレード４０と、インペラ２の軸方向においてブレード４０に対してケーシング４の吸入口１０と反対側に位置し、ハブ３８からインペラ２の径方向に沿って延在する後シュラウド４４を含む。幾つかの実施形態では、例えば図１〜図５に示すように、インペラ２は、インペラ２の軸方向においてブレード４０に対して遠心ポンプの吸入口１０側に位置する前シュラウド４２をさらに含む所謂クローズ型のインペラである。一実施形態では、例えば図６に示すように、インペラ２は前シュラウドを含まない所謂オープン型のインペラである。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示すように、インペラ２の軸方向におけるインペラ２とケーシング４との間には、インペラの前方に位置する前方隙間６と、インペラ２の後方に位置する後方隙間８が設けられている。幾つかの実施形態では、例えば図１〜図５に示すように、前方隙間６は、インペラ２の軸方向における前シュラウド４２とケーシング４との間の隙間である。幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示すように、後方隙間８は、インペラ２の軸方向における後シュラウド４４とケーシング４との間の隙間である。なお、本明細書では、インペラ２の「前方」とは、インペラ２の軸方向においてインペラ２に対してケーシング４の吸入口１０側を意味することとし、インペラ２の「後方」とは、インペラ２の軸方向においてインペラ２に対して吸入口１０と反対側を意味することとする。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図５に示すように、遠心ポンプ１は、少なくとも一つの前方仕切部１２を備えている。少なくとも一つの前方仕切部１２は、前方隙間６をインペラ２の径方向に並ぶ複数の空間部７に仕切るよう構成されている。また、気体供給装置１６は、複数の空間部７に気体ｇを供給するよう構成されている。ここで、気体供給装置１６は、複数の空間部７のうち第１空間部に対して第１供給圧力で気体ｇを供給するとともに、複数の空間部７のうちインペラの径方向において第１空間部の外側に位置する第２空間部に対して第１供給圧力よりも高い第２供給圧力で気体ｇを供給するよう構成されている。

例えば、図１に示す実施形態では、複数の空間部７のうち空間部７ａに対する気体ｇの供給圧力は低圧であり、複数の空間部７のうちインペラ２の径方向において空間部７ａの外側に位置する空間部７ｂに対する気体ｇの供給圧力は高圧である。また、図１に示す実施形態では、空間部７ａに対しては、気体供給装置１６に接続された低圧ライン６２からケーシング４の開口部６８を介して低圧の気体ｇが供給される。また、空間部７ｂに対しては、気体供給装置１６に接続された高圧ライン６６から、ケーシング４の開口部７２（インペラ２の径方向において開口部６８よりも外側に設けられた開口部７２）を介して高圧の気体ｇが供給される。

また、例えば図２〜図５に示す幾つかの実施形態では、複数の空間部７のうち空間部７ａに対する気体ｇの供給圧力は低圧であり、複数の空間部７のうちインペラ２の径方向において空間部７ａの外側に位置する空間部７ｂに対する気体ｇの供給圧力は中圧であり、複数の空間部７のうちインペラ２の径方向において空間部７ｂの外側に位置する空間部７ｃに対する気体ｇの供給圧力は高圧である。図２〜図５に示す幾つかの実施形態では、空間部７ａに対しては、気体供給装置１６に接続された低圧ライン６２からケーシング４の開口部６８を介して低圧の気体ｇが供給される。また、空間部７ｂに対しては、気体供給装置１６に接続された中圧ライン６４から、ケーシング４の開口部７０（インペラ２の径方向において開口部６８よりも外側に設けられた開口部７０）を介して中圧の気体ｇが供給される。また、空間部７ｃに対しては、気体供給装置１６に接続された高圧ライン６６から、ケーシング４の開口部７２（インペラ２の径方向において開口部７０よりも外側に設けられた開口部７２）を介して高圧の気体ｇが供給される。

このように、図１〜図５に示す幾つかの実施形態では、複数の空間部７のうち第１空間部に第１供給圧力で気体ｇを供給するとともに、複数の空間部７のうちインペラの径方向において第１空間部の外側に位置する第２空間部に第１供給圧力よりも高い第２供給圧力で気体ｇを供給することにより、前方隙間６内にインペラ２の径方向の圧力分布（インペラ２の径方向外側に向かうにつれて高くなる圧力分布）が存在していても、第１空間部と第２空間部のそれぞれに対して、適量の気体を供給することが可能となる。例えば、第１空間部に対する気体の供給量が第２空間部に対する気体の供給量よりも極端に少なくなってしまう状態を回避することができ、第１空間部と第２空間部のそれぞれに対する気体の供給量を比較的均一にすることができる。したがって、円板摩擦損失を効果的に低減できる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示すように、遠心ポンプ１は、少なくとも一つの後方仕切部１４を備えている。少なくとも一つの後方仕切部１４は、後方隙間８をインペラ２の径方向に並ぶ複数の空間部９に仕切るよう構成されている。この場合、気体供給装置１６は、複数の空間部９のうち第１空間部に対して第１供給圧力で気体ｇを供給するとともに、複数の空間部９のうちインペラの径方向において第１空間部の外側に位置する第２空間部に対して第１供給圧力よりも高い第２供給圧力で気体ｇを供給するよう構成されている。

例えば、図１及び図６に示す幾つかの実施形態では、複数の空間部９のうち空間部９ａに対する気体ｇの供給圧力は低圧であり、複数の空間部９のうちインペラ２の径方向において空間部９ａの外側に位置する空間部９ｂに対する気体ｇの供給圧力は高圧である。図１及び図６に示す幾つかの実施形態では、空間部９ａに対しては、気体供給装置１６に接続された低圧ライン６２からケーシング４の開口部７４を介して低圧の気体ｇが供給される。また、空間部９ｂに対しては、気体供給装置１６に接続された高圧ライン６６から、ケーシング４の開口部７８（インペラ２の径方向において開口部７４よりも外側に設けられた開口部７８）を介して高圧の気体ｇが供給される。

また、例えば図２〜図５に示す幾つかの実施形態では、複数の空間部９のうち空間部９ａに対する気体の供給圧力は低圧であり、複数の空間部９のうちインペラ２の径方向において空間部９ａの外側に位置する空間部９ｂに対する気体ｇの供給圧力は中圧であり、複数の空間部９のうちインペラ２の径方向において空間部９ｂの外側に位置する空間部９ｃに対する気体ｇの供給圧力は高圧である。図２〜図５に示す幾つかの実施形態では、空間部９ａに対しては、気体供給装置１６に接続された低圧ライン６２からケーシング４の開口部７４を介して低圧の気体ｇが供給される。また、空間部９ｂに対しては、気体供給装置１６に接続された中圧ライン６４から、ケーシング４の開口部７６（インペラ２の径方向において開口部７４よりも外側に設けられた開口部７８）を介して中圧の気体ｇが供給される。また、空間部９ｃに対しては、気体供給装置１６に接続された高圧ライン６６から、ケーシング４の開口部７８（インペラ２の径方向において開口部７６よりも外側に設けられた開口部７８）を介して高圧の気体ｇが供給される。

このように、図２〜図５に示す幾つかの実施形態では、複数の空間部７のうち第１空間部に第１供給圧力で気体ｇを供給するとともに、複数の空間部７のうちインペラの径方向において第１空間部の外側に位置する第２空間部に第１供給圧力よりも高い第２供給圧力で気体ｇを供給することにより、後方隙間８内にインペラ２の径方向の圧力分布（インペラ２の径方向外側に向かうにつれて高くなる圧力分布）が存在していても、第１空間部と第２空間部のそれぞれに対して、適量の気体を供給することが可能となる。例えば、第１空間部に対する気体の供給量が第２空間部に対する気体の供給量よりも極端に少なくなってしまう状態を回避することができ、第１空間部と第２空間部のそれぞれに対する気体の供給量を比較的均一にすることができる。したがって、円板摩擦損失を効果的に低減できる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図４に示すように、前方仕切部１２の各々は、ケーシング４の内面からインペラ２の軸方向に突出する円環状のリブである。これにより、簡易な構成で前方隙間６を複数の空間部７に仕切ることができ、簡易な構成で円板摩擦損失を低減することができる。なお、図１に示す実施形態では、インペラ２の径方向における開口部６８と開口部７２の間の位置に前方仕切部１２としての円環状のリブが設けられる。また、図２〜図４に示す幾つかの実施形態では、インペラ２の径方向における開口部６８と開口部７０の間の位置、及びインペラ２の径方向における開口部７０と開口部７２の間の位置に、それぞれ、前方仕切部１２としての円環状のリブが設けられる。前方仕切部１２としての円環状のリブは、それぞれ、インペラ２の回転軸５と同心円状に配置されている。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図４、及び図６に示すように、後方仕切部１４の各々は、ケーシング４の内面からインペラ２の軸方向に突出する円環状のリブである。後方仕切部１４としての円環状のリブは、インペラ２の回転軸５と同心円状に配置されている。これにより、簡易な構成で後方隙間８を複数の空間部９に仕切ることができ、簡易な構成で円板摩擦損失を低減することができる。なお、図１及び図６に示す幾つかの実施形態では、インペラ２の径方向における開口部７４と開口部７８の間の位置に後方仕切部１４としての円環状のリブが設けられる。また、図２〜図４に示す幾つかの実施形態では、インペラ２の径方向における開口部７４と開口部７６の間の位置、及びインペラ２の径方向における開口部７６と開口部７８の間の位置に、それぞれ、後方仕切部１４としての円環状のリブが設けられる。後方仕切部１４としての円環状のリブは、それぞれ、インペラ２の回転軸５と同心円状に配置されている。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、前方隙間６には、インペラ２の軸方向を厚さ方向とする円環状の板部材２２が設けられ、円環状の板部材２２には複数の空間部７としての複数の貫通孔２４が設けられる。この場合、前方仕切部１２の各々は、円環状の板部材２２のうち複数の貫通孔２４の間の肉厚部２６である。このように、複数の貫通孔２４が設けられた円環状の板部材２２を用いて複数の空間部７を形成することにより、ケーシング４とは別体の部材を用いて簡易な構成で前方隙間６を複数の空間部７に仕切ることができる。したがって、簡易な構成で円板摩擦損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、後方隙間８には、インペラ２の軸方向を厚さ方向とする円環状の板部材３０が設けられ、円環状の板部材３０には複数の空間部９としての複数の貫通孔３２が設けられる。この場合、後方仕切部１４の各々は、円環状の板部材３０のうち複数の貫通孔３２の間の肉厚部３４である。このように、複数の貫通孔３２が設けられた円環状の板部材３０を用いて複数の空間部９を形成することにより、ケーシング４とは別体の部材を用いて簡易な構成で後方隙間８を複数の空間部９に仕切ることができる。したがって、簡易な構成で円板摩擦損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、図５に示す円環状の板部材２２はハニカム構造を有している。これにより、板部材２２の良好な強度を実現しつつ、簡易な構成で前方隙間６を複数の空間部７に仕切ることができる。なお、ここでの「ハニカム構造」とは、広義のハニカム構造であって、複数の貫通孔２４の各々の形状は、例えば円柱形状や四角柱形状であってもよいが、強度上の観点から正六角柱形状であってもよい。また、円環状の板部材２２がハニカム構造を有している場合において、図５に示すように、複数の貫通孔２４の間の肉厚部２６は、ケーシング４のうちインペラ２の軸方向に肉厚部２６と対向する対向部分２８に対して、インペラ２の軸方向に間隔ｄを空けて設けてもよい。これにより、開口部６８，７０，７２から前方隙間６内に供給された気体ｇが拡散して複数の貫通孔２４に供給されるため、複数の貫通孔２４に効率的に気体を供給することができる。

幾つかの実施形態では、図５に示すように、インペラ２の軸方向における板部材２２とケーシング４との間には、ケーシング４の内面からインペラ２の軸方向に突出する少なくとも一つの円環状の前方リブ８０（仕切部）が設けられていることが望ましい。図５に示す実施形態では、前方リブ８０は、インペラ２の径方向において開口部６８と開口部７０の間の位置からインペラ２の軸方向に突出する前方リブ８０ａと、インペラ２の径方向において開口部７０と開口部７２の間の位置からインペラ２の軸方向に突出する前方リブ８０ｂとを含む。

幾つかの実施形態では、図５に示すように、インペラ２の軸方向における板部材３０とケーシング４の内面との間には、ケーシング４の内面からインペラ２の軸方向に突出する少なくとも一つの円環状の後方リブ８２（仕切部）が設けられていることが望ましい。図５に示す実施形態では、後方リブ８２は、インペラ２の径方向において開口部７４と開口部７６の間の位置からインペラ２の軸方向に突出する後方リブ８２ａと、インペラ２の径方向において開口部７６と開口部７８の間の位置からインペラ２の軸方向に突出する後方リブ８２ｂとを含む。

幾つかの実施形態では、図５に示す円環状の板部材３０はハニカム構造を有している。これにより、板部材３０の良好な強度を実現しつつ、簡易な構成で後方隙間８を複数の空間部７に仕切ることができる。なお、ここでの「ハニカム構造」とは、広義のハニカム構造であって、複数の貫通孔３２の各々の形状は、例えば円柱形状や四角柱形状であってもよいが、強度上の観点から正六角柱形状であってもよい。また、円環状の板部材３０がハニカム構造を有している場合において、図５に示すように、複数の貫通孔３２の間の肉厚部３４は、ケーシング４のうちインペラ２の軸方向に肉厚部３４と対向する対向部分３６に対して間隔ｄを空けて設けてもよい。これにより、後方隙間８内に供給された気体ｇが拡散して複数の貫通孔３２に供給されるため、複数の貫通孔３２に効率的に気体を供給することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、複数の空間部７の各々には、多孔質部材１８が設けられる。これにより、空間部７の各々に供給された気体ｇが多孔質部材１８を通過する際に気泡状となり、多孔質部材１８とインペラ２との間の隙間部１１のうち多孔質部材１８側（多孔質部材１８の表面上）に気泡層が生じるため、円板摩擦損失をより効果的に低減することができる。なお、図１、図２、図４及び図５に示した実施形態においても同様に、複数の空間部７の各々に多孔質部材を設ければ、同様の理由で円板摩擦損失をより効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、複数の空間部９の各々には、多孔質部材２０が設けられる。これにより、空間部９の各々に供給された気体ｇが多孔質部材２０を通過する際に気泡状となり、多孔質部材２０とインペラ２との間の隙間部１３のうち多孔質部材２０側（多孔質部材２０の表面上）に気泡層が生じるため、円板摩擦損失をより効果的に低減することができる。なお、図１、図２、図４〜図６に示した実施形態においても同様に、複数の空間部９の各々に多孔質部材を設ければ、同様の理由で円板摩擦損失をより効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示すように、ハブ３８には、後方隙間８に連通するとともにインペラ２のスラストバランスを調整するためのバランスホール４６が設けられている。また、図１〜図４、及び図６に示す幾つかの実施形態では、少なくとも一つの後方仕切部１４は、インペラ２の径方向においてバランスホール４６の外側に設けられた複数の後方仕切部１４を含み、複数の後方仕切部１４の各々は、ケーシング４の内面からインペラ２の軸方向に突出する複数の円環状のリブである。一実施形態では、例えば図４に示すように、複数の後方仕切部１４のうち、インペラ２の径方向において相対的に内側に位置する後方仕切部１４のインペラ２の軸方向の長さを、インペラ２の径方向において相対的に外側に位置する後方仕切部１４のインペラ２の軸方向の長さより短くしてもよい。

後方隙間８に連通するバランスホール４６がハブ３８に設けられている場合、後方隙間８の複数の空間部９に供給された気体は、バランスホール４６へ向かって流れる。このため、インペラ２の径方向内側に向かうにつれて後方隙間８を流れる気泡の量が増加する。この点、図４に示す遠心ポンプシステム１００（１００ｄ）によれば、上述のように、複数の後方仕切部１４のうち、インペラ２の径方向において相対的に内側に位置する後方仕切部１４（円環状のリブ）のインペラ２の軸方向の長さが、インペラ２の径方向において相対的に外側に位置する後方仕切部１４のインペラ２の軸方向の長さよりも短い。このため、インペラ２の径方向内側に向かうにつれて気泡の量が増加しても、インペラ２の径方向内側の後方仕切部１４による気泡の流れを遮る作用が相対的に弱いため、バランスホール４６への気泡のスムーズな流れを実現することができる。

幾つかの実施形態では、遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）は、図１〜図６に示すように、インペラ２の回転軸５の回転速度を検出するためのセンサ４８と、気体供給装置１６を制御するための制御装置５０を更に備える。

幾つかの実施形態では、図１〜図５に示す制御装置５０は、センサ４８によって検出したインペラ２の回転速度が大きいほど複数の空間部７に対する気体ｇの供給圧力の各々（低圧、高圧（及び中圧））を大きくするように気体供給装置１６を制御するよう構成される。これにより、インペラ２の回転速度に応じてケーシング４内の圧力が変化しても、複数の空間部７に適量の気体ｇを供給することができる。

幾つかの実施形態では、図１〜図６に示す制御装置５０は、センサ４８によって検出したインペラ２の回転速度が大きいほど複数の空間部９に供給する気体ｇの圧力の各々（低圧、高圧（及び中圧））を大きくするように気体供給装置１６を制御するよう構成される。これにより、インペラ２の回転速度に応じてケーシング４内の圧力が変化しても、後方隙間８に適量の気体ｇを供給することができる。

幾つかの実施形態では、図１〜図６に示す遠心ポンプ１は、海底油田から原油を圧送するための遠心ポンプであってもよい。海底油田から原油を圧送するためには、高揚程の遠心ポンプを好適に使用することができる。ただし、原油の粘度は比較的高いため、原油を遠心ポンプで圧送する場合には、円板摩擦損失による効率低下が大きくなりやすい。この点、上述した遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）によれば、円板摩擦損失を低減することによって遠心ポンプの効率低下を抑制することができるため、海底油田から原油の圧送に好適に使用することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示す遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）は、空気を輸送するための空気輸送ライン５２を備えていても良い。この場合、気体供給装置１６は、空気輸送ライン５２に接続され、空気輸送ライン５２によって輸送された空気を気体ｇとして複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に供給するよう構成される。これにより、空気を入手しにくい海底油田から原油を圧送するために遠心ポンプ１を用いる場合であっても、複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に空気を供給して、円板摩擦損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示す遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）は、海底油田から原油とともに産出された天然ガスを輸送するための天然ガス輸送ライン５４を備えていても良い。この場合、気体供給装置１６は、天然ガス輸送ライン５４に接続され、天然ガス輸送ライン５４によって輸送された天然ガスを気体ｇとして複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に供給するよう構成される。これにより、空気を入手しにくい海底油田から原油を圧送するために遠心ポンプ１を用いる場合であっても、天然ガス輸送ライン５４を有効活用して、複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に天然ガスを供給することができる。したがって、空気を複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に供給する場合（例えば海上から海底まで空気を輸送する場合）と比較して、システム構成を簡素化することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図６に示す遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）は、海底油田における油層に圧入するための二酸化炭素（石油増進回収法で使用する二酸化炭素）を海底油田へ輸送するための二酸化炭素輸送ライン５６を備えていても良い。この場合、気体供給装置１６は、二酸化炭素輸送ライン５６に接続され、二酸化炭素輸送ライン５６によって輸送された二酸化炭素を気体ｇとして複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に供給するよう構成される。これにより、空気を入手しにくい海底油田から原油を圧送するために遠心ポンプ１を用いる場合であっても、二酸化炭素輸送ライン５６を有効活用して、空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に二酸化炭素を供給することができる。したがって、空気を空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に供給する場合（例えば海上から海底まで空気を輸送する場合）と比較して、システム構成を簡素化することができる。

幾つかの実施形態では、遠心ポンプシステム１００（１００ａ〜１００ｆ）は、例えば図７に示すように、遠心ポンプ１の吐出流体から気体ｇを分離回収する分離回収装置５８と、分離回収装置５８と気体供給装置１６とを接続する気体回収ライン６０と、を備える。気体供給装置１６は、気体回収ライン６０によって回収された気体ｇを複数の空間部７と複数の空間部９の少なくとも一方に供給するよう構成される。このように、分離回収装置５８及び気体回収ライン６０を設けて気体ｇを再利用することによって、気体を確保しにくい海底油田において気体の使用量を削減することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、図３に示す実施形態では、前方仕切部１２の先端が多孔質部材１８に対してインペラ２の軸方向に突出しているが、例えば図９に示すように前方仕切部１２の先端が多孔質部材１８と面一になるよう構成されていてもよいし、図１０に示すように前方仕切部１２の先端が多孔質部材１８よりもインペラ２の軸方向に引っ込んでいてもよい。

また、図３に示す実施形態では、後方仕切部１４の先端が多孔質部材１８に対してインペラ２の軸方向に突出しているが、例えば図９に示すように後方仕切部１４の先端が多孔質部材１８と面一になるよう構成されていてもよいし、図１０に示すように後方仕切部１４の先端が多孔質部材１８よりもインペラ２の軸方向に引っ込んでいてもよい。

１ 遠心ポンプ
２ インペラ
４ ケーシング
５ 回転軸
６ 前方隙間
７（７ａ，７ｂ，７ｃ） 空間部
９（９ａ，９ｂ，９ｃ） 空間部
８ 後方隙間
１０ 吸入口
１１ 隙間部
１２ 前方仕切部
１３ 隙間部
１４ 後方仕切部
１６ 気体供給装置
１８ 多孔質部材
２０ 多孔質部材
２２ 板部材
２４ 貫通孔
２６ 肉厚部
２８ 対向部分
３０ 板部材
３２ 貫通孔
３４ 肉厚部
３６ 対向部分
３８ ハブ
４０ ブレード
４２ 前シュラウド
４４ 後シュラウド
４６ バランスホール
４８ センサ
５０ 制御装置
５２ 空気輸送ライン
５４ 天然ガス輸送ライン
５６ 二酸化炭素輸送ライン
５８ 分離回収装置
６０ 気体回収ライン
６２ 低圧ライン
６４ 中圧ライン
６６ 高圧ライン
６８，７０，７２，６８，７０，７２，７４，７６，７８ 開口部
１００ 遠心ポンプシステム

Claims (15)

1. 液体を圧送するための遠心ポンプを備える遠心ポンプシステムであって、
   前記遠心ポンプは、
   インペラと、
   前記インペラを収容するケーシングと、
   前記インペラの軸方向における前記インペラと前記ケーシングとの間の隙間を、前記インペラの径方向に並ぶ複数の空間部に仕切る少なくとも一つの仕切部と、
   を備え、
   前記遠心ポンプシステムは、前記複数の空間部に気体を供給するための気体供給装置を備え、
   前記気体供給装置は、前記複数の空間部のうち第１空間部に対して第１の供給圧力で前記気体を供給するとともに、前記複数の空間部のうち前記インペラの径方向において前記第１空間部の外側に位置する第２空間部に対して前記第１の供給圧力よりも高い第２の供給圧力で前記気体を供給するよう構成された遠心ポンプシステム。
2. 前記仕切部の各々は、前記ケーシングの内面から前記インペラの軸方向に突出する円環状のリブである請求項１に記載の遠心ポンプシステム。
3. 前記インペラと前記ケーシングとの間の前記隙間には円環状の板部材が設けられ、
   前記円環状の板部材には前記複数の空間部としての複数の貫通孔が設けられる請求項１に記載の遠心ポンプシステム。
4. 前記円環状の板部材はハニカム構造を有する請求項３に記載の遠心ポンプシステム。
5. 前記複数の貫通孔の間の前記肉厚部は、前記ケーシングのうち前記インペラの軸方向に当該肉厚部に対向する部分に対して、間隔を空けて設けられる請求項４に記載の遠心ポンプシステム。
6. 前記複数の空間部の各々には、多孔質部材が設けられる請求項１乃至５の何れか１項に記載の遠心ポンプシステム。
7. 前記インペラと前記ケーシングとの間の前記隙間は、前記インペラの後シュラウドと前記ケーシングとの間の隙間である請求項１乃至６の何れか１項に記載の遠心ポンプシステム。
8. 前記インペラと前記ケーシングとの間の前記隙間は、前記インペラの前シュラウドと、前記ケーシングとの間の隙間である請求項１乃至６の何れか１項に記載の遠心ポンプシステム。
9. 前記ハブには、前記隙間に連通するとともに前記インペラのスラストバランスを調整するためのバランスホールが設けられ、
   前記少なくとも一つの仕切部は、前記インペラの径方向において前記バランスホールの外側に設けられた複数の仕切部を含み、
   前記複数の仕切部の各々は、前記ケーシングの内面から前記インペラの軸方向に突出する円環状のリブであり、
   前記複数の仕切部のうち、前記インペラの径方向において相対的に内側に位置する前記仕切部の前記インペラの軸方向の長さは、前記インペラの径方向において相対的に外側に位置する仕切部の前記インペラの軸方向の長さよりも短い、請求項７に記載の遠心ポンプシステム。
10. 前記気体供給装置をそれぞれ制御するための制御装置を更に備え、
    前記制御装置は、前記インペラの回転速度が大きいほど前記第１圧力及び前記第２圧力をそれぞれ大きくするように前記気体供給装置を制御するよう構成された請求項１乃至９の何れか１項に記載の遠心ポンプシステム。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の遠心ポンプシステムであって、前記遠心ポンプは、海底油田で産出された原油を圧送するよう構成された遠心ポンプシステム。
12. 空気を輸送するための空気輸送ラインを更に備え、
    前記気体供給装置は、前記空気輸送ラインに接続されるとともに、前記空気輸送ラインによって輸送された前記空気を前記気体として前記複数の空間部に供給するよう構成された請求項１１に記載の遠心ポンプシステム。
13. 前記海底油田から前記原油とともに産出された天然ガスを輸送するための天然ガス輸送ラインを更に備え、
    前記気体供給装置は、前記天然ガス輸送ラインに接続されるとともに、前記天然ガス輸送ラインによって輸送された前記天然ガスを前記気体として前記複数の空間部に供給するよう構成された請求項１１に記載の遠心ポンプシステム。
14. 前記海底油田における油層に圧入するための二酸化炭素を前記海底油田へ輸送するための二酸化炭素輸送ラインを更に備え、
    前記気体供給装置は、前記二酸化炭素輸送ラインに接続されるとともに、前記二酸化炭素輸送ラインによって輸送された前記二酸化炭素を前記気体として前記複数の空間部に供給するよう構成された請求項１１に記載の遠心ポンプシステム。
15. 前記遠心ポンプの吐出流体から前記気体を分離回収する分離回収装置と、
    前記分離回収装置と前記気体供給装置とを接続する気体回収ラインと、を備え、
    前記気体供給装置は、前記気体回収ラインによって回収された前記気体を前記複数の空間部に供給するよう構成された請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の遠心ポンプシステム。
    
    

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