JP2020139413A - ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、インナーエレメントの外径を小型化することの可能なポンプを提供することを目的とする。【解決手段】生産管１１とポンプステータ４９との間には、円筒形状とされた隙間１２１が形成されており、ポンプステータ４９は、複数のポンプ本体４７を囲む筒状とされたポンプケーシング９８を有し、ポンプケーシング９８は、径方向にポンプケーシング９８を貫通し、隙間１２１に連通する貫通部１１５Ｂが形成されており、貫通部１１５Ｂは、ポンプケーシング９８のうち、複数のポンプ本体４７の中間段に位置するポンプ本体４７と径方向において対向する部分に形成されている。【選択図】図８

Description

本発明は、ポンプに関する。
地下水や原油等を地下から汲み上げる際には、例えば、特許文献１に開示されたポンプ（液状物吸い上げ装置）が用いられている。
このようなポンプとして、リグレスタイプのポンプがある。リグレスタイプのポンプは、筒状とされた生産管と、生産管の下部内側に配置されたモータステータと、生産管の内側に収容されるインナーエレメントと、を有する。
リグレスタイプのポンプは、地下に生産管、モータステータ、及びモータステータと接続された電線を残した状態で、複数のポンプ本体及びモータステータを有するインナーエレメントを地上に引き出すことが可能な構成とされている。
特開平４−１２４４７８号公報
ところで、上記構成とされたリグレスタイプのポンプでは、インナーエレメントの外径を小さくする必要がある。
そこで、本発明は、インナーエレメントの外径を小型化することの可能なポンプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るポンプによれば、地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容するとともに、前記インナーエレメントを支持する生産管と、前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、を備え、前記生産管と前記ポンプステータとの間には、円筒形状とされた隙間が形成されており、前記ポンプステータは、前記複数のポンプ本体を囲む筒状とされたポンプケーシングを有し、前記ポンプケーシングは、径方向に前記ポンプケーシングを貫通し、前記隙間に連通する貫通部が形成されており、前記貫通部は、前記ポンプケーシングのうち、前記複数のポンプ本体の中間段に位置するポンプ本体と前記径方向において対向する部分に形成されている。
本発明によれば、ポンプケーシングのうち、複数のポンプ本体の中間段に位置するポンプ本体と径方向において対向する部分に、径方向にポンプケーシングを貫通するとともに、生産管とポンプステータとの間に形成された隙間に連通する貫通部を形成することで、ポンプ本体により中間段の圧力とされた液体を隙間に流入させることで、ポンプケーシングの内側と外側との圧力差を小さくすることが可能となる。
これにより、貫通部が形成されたポンプケーシングに要求される耐圧性能を低くすることが可能となるため、ポンプステータのうち、他の部分よりも高い耐圧性が必要となるポンプケーシングの径方向の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、インナーエレメントの外周部を構成するポンプステータの外径を小さくすることが可能となる。したがって、インナーエレメントの外径を小型化することができる。
また、上記本発明の一態様に係るポンプにおいて、前記ポンプステータは、前記ポンプケーシングの上端に設けられ、前記生産管の内周面に嵌合されるリング状の嵌合部材と、前記嵌合部材の外周面と前記生産管の内周面との間を周方向においてシールする第１のシール部材と、前記貫通部が形成された位置よりも下方で、かつ前記生産管が前記インナーエレメントを支持する位置よりも上方に配置され、前記ポンプステータの外周面と前記生産管の内周面との間を周方向においてシールする第２のシール部材と、を有してもよい。
このような構成とされた第１のシール部材を有することで、生産管とポンプケーシングの上端との間を介して、複数のポンプ本体を経由した高圧の液体が生産管とポンプステータとの間に形成された隙間に流入することを抑制可能となる。
また、上記構成とされた第２のシール部材を有することで、生産管がインナーエレメントを支持する位置を通過した低圧の液体（複数のポンプ本体を通過する前の液体）が第２のシール部材よりも上方に位置する隙間に移動することを抑制可能となる。
したがって、鉛直方向において第１のシール部材と第２のシール部材とで区画され、中間段の圧力とされた液体が流入する隙間を気密することが可能となるので、ポンプケーシングの内側と外側との圧力差が小さい状態を維持することができる。
また、上記本発明の一態様に係るポンプにおいて、前記第１及び第２のシール部材は、Ｏリングであってもよい。
このように、第１及び第２のシール部材として、Ｏリングを用いることで、中間段の圧力とされた液体が流入する隙間を気密することができる。
また、上記本発明の一態様に係るポンプにおいて、前記第１のシール部材は、前記嵌合部材の外周面を覆うとともに、前記生産管の内周面に当接される樹脂ライナーであり、前記第２のシール部材は、Ｏリングであってもよい。
このように、第１のシール部材として樹脂ライナーを用いるとともに、第２のシール部材としてＯリングを用いることで、中間段の圧力とされた液体が流入する隙間を気密することができる。
本発明によれば、インナーエレメントの外径を小型化することができる。
本発明の実施形態に係るポンプの概略構成を示す縦断面図である。 図１に示すポンプのうち、領域Ａで囲まれた部分を拡大した縦断面図である。 図１に示すポンプのうち、領域Ｂで囲まれた部分を拡大した縦断面図である。 図２に示す構造体のＤ１−Ｄ２線方向の横断面図である。 図２に示す構造体のＥ１−Ｅ２線方向の横断面図である。 図２に示すスペーサ部材の斜視図である。 スペーサ部材の他の例を示す斜視図である。 図１に示すポンプのうち、領域Ｃで囲まれた部分を拡大した縦断面図である。 第１のシール部材の他の例を説明するための断面図である。 フッ素系樹脂部材を備えたポンプの主要部の縦断面図である。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
（実施形態）
図１〜図９を参照して、本発明の実施形態に係るポンプ１０について説明する。図１において、Ｏ１は生産管１１の中心軸（以下、「中心軸Ｏ１」という）、Ｏ２はインナーエレメント１６の中心軸（以下、「中心軸Ｏ２」という）、Ｚ方向は鉛直方向をそれぞれを示している。
図１では、ポンプ１０の構成要素ではない掘削管５も図示する。図１〜図９において、同一構成部分には、同一符号を付す。図１、図３、及び図８に示す矢印は、地下から汲み上げる液体（例えば、水、原油等）が流れる方向を示している。
ポンプ１０は、筒状とされた掘削管５の内側に収容されている。掘削管５は、Ｚ方向に延びる筒状部６と、筒状部６の下端部の内周面から径方向内側に突出するリング状の支持部７と、を有する。
ポンプ１０は、生産管１１と、ラジアル軸受１３と、モータステータ１４と、インナーエレメント１６と、を有する。
生産管１１は、筒状とされており、Ｚ方向に延びている。生産管１１は、筒状部２１と、支持部２２と、モータステータ収容部２３と、を有する。
筒状部２１は、Ｚ方向に延びており、生産管１１の上部側を構成している。
支持部２２は、リング状とされており、筒状部２１とモータステータ収容部２３との間に設けられている。支持部２２は、筒状部２１とモータステータ収容部２３とを連結している。支持部２２は、筒状部２１からモータステータ収容部２３に向かう方向（生産管１１の上端から下端に向かう方向）に対して拡径された形状とされている。
支持部２２は、内側に配置された第１の傾斜面２２ａと、外側（掘削管５側）に配置された傾斜面２２ｂと、を有する。
第１の傾斜面２２ａは、生産管１１の上端から下端に向かう方向に対して中心軸Ｏ１に向かう方向に傾斜している。第１の傾斜面２２ａは、リング状の傾斜面である。
傾斜面２２ｂは、生産管１１の上端から下端に向かう方向に対して掘削管５に向かう方向に傾斜している。傾斜面２２ｂは、リング状の傾斜面である。
モータステータ収容部２３は、筒状とされており、Ｚ方向に延びている。生産管１１の下部側を構成している。モータステータ収容部２３の内側には、リング状の収容空間２３Ａが形成されている。モータステータ収容部２３の下端は、支持部７の上面７ａに支持されている。
ラジアル軸受１３は、収容空間２３Ａの上端部及び下端部に配置されている。
モータステータ１４は、収容空間２３Ａの外周を区画するモータステータ収容部２３の内周面２３ａに固定されている。
インナーエレメント１６は、モータ軸２６と、磁気部品２７と、第１のスラストカラー３１と、第１の位置規制部材３２と、第２のスラストカラー３４と、第２の位置規制部材３５と、ポンプ軸３７と、植え込みボルト３９と、スプライン４２と、スペーサ部材４４と、複数のポンプ本体４７と、ポンプステータ４９と、を有する。
モータ軸２６は、流路形成軸部７１と、第１の接続部７２と、を有する。
流路形成軸部７１は、Ｚ方向に延びた軸部であり、その中心軸が中心軸Ｏ２と一致している。流路形成軸部７１は、地上に汲み上げる液体（地下水や原油等）に到達する下端面７１ａ（モータ軸２６の下端面２６ａ）を有する。
流路形成軸部７１は、第１の液体流路７１Ａと、複数の第２の液体流路７１Ｂと、切欠き部７１Ｃと、第１の取り付け部７１Ｄと、第１のおねじ部７１Ｅと、第２の取り付け部７１Ｆと、第２のおねじ部７１Ｇと、を有する。
第１の液体流路７１Ａは、Ｚ方向に延びており、下端が下端面７１ａに到達しており、上端が第１の接続部７２の下方に配置されている。第１の液体流路７１Ａは、下端面７１ａから液体を上方に導くための流路である。
複数の第２の液体流路７１Ｂは、下端が第１の液体流路７１Ａの上端と接続されている。複数の第２の液体流路７１Ｂは、斜め上方に向かう方向に延びており、上端が流路形成軸部７１の外周面７１ｂから露出されている。
複数の第２の液体流路７１Ｂから導出された液体は、モータ軸２６の上方に配置された複数のポンプ本体４７により上方（地上）へと導かれる。
切欠き部７１Ｃは、流路形成軸部７１の上端の外周部に形成されている。切欠き部７１Ｃは、リング状の切欠き部であり、スプライン４２の下端を支持する。
第１の取り付け部７１Ｄは、流路形成軸部７１の外周部のうち、複数の第２の液体流路７１Ｂの形成位置よりも下方で、かつ磁気部品２７よりも上方に位置する部分に形成されている。第１の取り付け部７１Ｄは、第１のスラストカラー３１が配置される切欠き部であり、第１のスラストカラー３１の上端の位置を規制する。
第１のおねじ部７１Ｅは、流路形成軸部７１の外周部うち、第１の取り付け部７１Ｄの直上に位置する部分に形成されている。
第２の取り付け部７１Ｆは、流路形成軸部７１の外周部のうち、第１のおねじ部７１Ｅよりも上方に位置する部分に形成されている。第２の取り付け部７１Ｆは、第２のスラストカラー３４が配置される切欠き部であり、第２のスラストカラー３４の上端の位置を規制する。
第２のおねじ部７１Ｇは、流路形成軸部７１の外周部うち、第２の取り付け部７１Ｆの直上に位置する部分に形成されている。
第１の接続部７２は、流路形成軸部７１の上端に設けられている。第１の接続部７２は、流路形成軸部７１の上端と一体に形成されている。第１の接続部７２は、流路形成軸部７１の上端から上方に延びている。
第１の接続部７２は、第１の軸部７２Ａと、ボルト孔７２Ｂと、複数の第１の突出部７２Ｃと、を有する。
第１の軸部７２Ａは、流路形成軸部７１の上方に突出している。第１の軸部７２Ａの外径は、流路形成軸部７１の外径よりも小さくなるように構成されている。第１の軸部７２Ａの中心軸は、中心軸Ｏ２と一致している。第1の接続部７２の上端面７２Ａｂは、平面とされている。
ボルト孔７２Ｂは、第１の軸部７２Ａの上端面７２Ａｂ側中央に形成されている。ボルト孔７２Ｂは、第１の接続部７２から流路形成軸部７１に向かうＺ方向に延びている。
複数の第１の突出部７２Ｃは、第１の軸部７２Ａの外周面７２Ａａから径方向外側に突出するように第１の軸部７２Ａの周方向に間隔を空けて配置されている。
磁気部品２７は、流路形成軸部７１の外周面７１ｂに固定されている。磁気部品２７は、流路形成軸部７１の径方向においてモータステータ１４と対向するように配置されている。磁気部品２７及びモータステータ１４は、電動モータ２８を構成している。
第１のスラストカラー３１は、円環形状とされており、流路形成軸部７１に挿入されている。第１のスラストカラー３１は、第１の取り付け部７１Ｄに配置されている。
第１のスラストカラー３１は、径方向外側に突出するリング状のスラストカラー本体３１Ａを有する。
第１の位置規制部材３２は、リング状の部材であり、内側に第１のおねじ部７１Ｅに締結可能なめねじ部が形成されている。第１の位置規制部材３２の上面は、第１のスラストカラー３１の下端面に当接されている。第１の位置規制部材３２は、流路形成軸部７１に対する第１のスラストカラー３１のＺ方向の位置を規制するための部材である。第１の位置規制部材３２としては、例えば、ナットを用いることが可能である。
第２のスラストカラー３４は、円環形状とされており、流路形成軸部７１に挿入されている。第２のスラストカラー３４は、第２の取り付け部７１Ｆに配置されている。第２のスラストカラー３４は、径方向外側に突出するリング状のスラストカラー本体３４Ａを有する。スラストカラー本体３４Ａは、永久磁石または強磁性体により構成されている。
第２の位置規制部材３５は、リング状の部材であり、内側に第２のおねじ部７１Ｇに締結可能なめねじ部が形成されている。第２の位置規制部材３５の上面は、第２のスラストカラー３４の下端面に当接されている。第２の位置規制部材３５は、流路形成軸部７１に対する第２のスラストカラー３４のＺ方向の位置を規制するための部材である。第２の位置規制部材３５としては、例えば、ナットを用いることが可能である。
ポンプ軸３７は、その中心軸が中心軸Ｏ２と一致するように、流路形成軸部７１の上方に配置されている。
ポンプ軸３７は、ポンプ軸本体７６と、第２の接続部７７と、を有する。
ポンプ軸本体７６は、Ｚ方向に延びており、円柱形状とされている。ポンプ軸本体７６の外径は、Ｚ方向において一定とされている。
第２の接続部７７は、ポンプ軸本体７６の下端に配置されている。第２の接続部７７は、ポンプ軸本体７６の下端と一体に形成されている。第２の接続部７７は、ポンプ軸本体７６の下端から下方に延びている。
第２の接続部７７は、モータ軸２６の上端部を構成する第１の接続部７２と接続される部分である。第２の接続部７７は、第２の軸部７７Ａと、ねじ穴７７Ｂと、複数の第２の突出部７７Ｃと、を有する。
第２の軸部７７Ａは、ポンプ軸本体７６の下方に突出している。第１の軸部７２Ａの中心軸は、中心軸Ｏ２と一致している。第２の軸部７７Ａの外径は、ポンプ軸本体７６の外径よりも大きくなるように構成されている。
このように、第２の軸部７７Ａの外径をポンプ軸本体７６の外径よりも大きくすることで、第１の接続部７２と接続される第２の接続部７７の強度を高めることができる。第２の軸部７７Ａの外径は、第１の軸部７２Ａの外径と等しくなるように構成されている。
第２の軸部７７Ａは、第１の軸部７２Ａの上端面７２Ａｂと対向する下端面７７Ａｂを有する。
ねじ穴７７Ｂは、第２の軸部７７Ａの下端面７７Ａｂ中央に形成されている。ねじ穴７７Ｂは、第２の接続部７７からポンプ軸本体７６に向かうＺ方向に延びている。ねじ穴７７Ｂは、Ｚ方向においてボルト孔７２Ｂと対向している。ねじ穴７７Ｂの中心軸は、ボルト孔７２Ｂの中心軸と一致している。
複数の第２の突出部７７Ｃは、第２の軸部７７Ａの外周面７７Ａａから径方向外側に突出するように第２の軸部７７Ａの周方向に間隔を空けて配置されている。第２の突出部７７Ｃは、第１の突出部７２Ｃと同じ数設けられている。第１の接続部７２と第２の接続部７７とが接続された状態において、各第２の突出部７７Ｃは、その下方において１つの第１の突出部７２Ｃと対向している。
植え込みボルト３９は、Ｚ方向に延びている。植え込みボルト３９は、上端部３９Ａと、下端部３９Ｂと、を有する。
上端部３９Ａは、ねじ穴７７Ｂに固定（締結）された状態で第２の軸部７７Ａに固定されている。上端部３９Ａには、おねじ部が形成されている。下端部３９Ｂは、外周におねじ部３９Ｂａが形成されており、第１の接続部７２を構成するボルト孔７２Ｂに締結されている。
植え込みボルト３９をボルト孔７２Ｂに取り付ける際には、ポンプ軸３７を回転させることで、ボルト孔７２Ｂにおねじ部３９Ｂａを締結させる。このとき、Ｚ方向において、第１の突出部７２Ｃと第２の突出部７７Ｃとが重なる位置で、ボルト孔７２Ｂへのおねじ部３９Ｂａの締結を完了させる。このため、第１の軸部７２Ａの上端面７２Ａｂと第２の軸部７７Ａの下端面７７Ａｂとの間には、隙間Ｆが形成されている。
植え込みボルト３９は、ポンプ軸３７の下方にモータ軸２６を吊り下げるためのボルトである。植え込みボルト３９は、ポンプ軸３７に対するモータ軸２６のＺ方向の位置を規
制している。
スプライン４２は、第１及び第２の接続部７２，７７の外周を囲むように配置されている。スプライン４２は、スプライン本体４２Ａと、軸部収容部４２Ｂと、複数の突出部収容部４２Ｃと、を有する。
スプライン本体４２Ａは、外形が円柱形状とされた部材であり、Ｚ方向に延びている。スプライン本体４２Ａの外径は、第1及び第２の接続部７２，７７の外径よりも大きくなるように構成されている。
軸部収容部４２Ｂは、スプライン本体４２Ａの中央部をＺ方向に貫通して形成されている。軸部収容部４２Ｂは、円柱形状とされた空間である。軸部収容部４２Ｂは、第１の軸部７２Ａ及び第２の軸部７７Ａの下部を収容している。軸部収容部４２Ｂの内径は、第１の軸部７２Ａ，７７Ａを収容可能な大きさとされている。
複数の突出部収容部４２Ｃは、軸部収容部４２Ｂの外側に位置するスプライン本体４２Ａに形成されており、軸部収容部４２Ｂの周方向に間隔を空けて配置されている。各突出部収容部４２Ｃの下部には、１つの第１の突出部７２Ｃが収容されている。各突出部収容部４２Ｃの上部には、１つの第２の突出部７７Ｃが収容されている。
このように、複数の第１の突出部７２Ｃを有する第１の接続部７２と、複数の第２の突出部７７Ｃを有する第２の接続部７７と、第１及び第２の接続部７２，７７の外周を囲むとともに、Ｚ方向（上下方向）に配置された第１及び第２の突出部７２Ｃ，７７Ｃを収容する突出部収容部４２Ｃを複数有するスプライン４２と、を備えることで、スプライン４２により、第１及び第２の接続部７２，７７の周方向の位置を規制することが可能となる。
これにより、スプライン４２を介して、電動モータ２８によりモータ軸２６が回転した際に発生するトルクをモータ軸２６からポンプ軸３７に伝達することができる。
上記構成とされたスプライン４２は、Ｚ方向において、第１の突出部７２Ｃと第２の突出部７７Ｃとが重なるように、ボルト孔７２Ｂにおねじ部３９Ｂａを締結させ、その後、スペーサ部材４４を隙間Ｆに配置させた後、第１及び第２の接続部７２，７７の外側に取り付けられる。
スペーサ部材４４は、第１及び第２のスペーサ部材８１，８２により構成されている。
第１のスペーサ部材８１は、平面視Ｃ字形状とされた板状の金属製部材であり、開口部８１Ａを有する。第１のスペーサ部材８１の厚さＭ１は、隙間ＦのＺ方向の幅と等しい厚さとされている。
第１のスペーサ部材８１は、開口部８１Ａが植え込みボルト３９の外周面と対向するように隙間Ｆに配置されている。第１のスペーサ部材８１は、第２の接続部７７の下端面７７Ａｂに当接される上面８１ａと、第１の接続部７２の上端面７２Ａｂに当接される下面８１ｂと、を有する。
第２のスペーサ部材８２は、平面視Ｃ字形状とされた板状の金属製部材であり、開口部８２Ａを有する。第２のスペーサ部材８２の厚さＭ２は、隙間ＦのＺ方向の幅と等しい厚さとされている。
第２のスペーサ部材８２は、開口部８２Ａが植え込みボルト３９の外周面と対向するように隙間Ｆに配置されている。開口部８２Ａは、植え込みボルト３９を介して、開口部８１Ａと対向している。
第１及び第２のスペーサ部材８１，８２としては、例えば、挟み金を用いることが可能である。第１及び第２のスペーサ部材８１，８２は、予め隙間ＦのＺ方向の幅を計測した後に作成する。
このような構成とされたスペーサ部材４４を有することで、スペーサ部材４４を介して、下向きのハイドロ荷重をポンプ軸３７からモータ軸２６に伝達することができる。
なお、図５では、スペーサ部材４４の一例として、Ｃ字形状とされた第1及び第２のスペーサ部材８１，８２（２つのスペーサ部材）を例に挙げて説明したが、例えば、図６に示すようなＵ字形状とされた１つのスペーサ部材８４を用いてもよい。このようなスペーサ部材８４を用いた場合もスペーサ部材４４と同様な効果を得ることができる。
上述した植え込みボルト３９、スプライン４２、及びスペーサ部材４４の取付け及び取り外しは地上で行う。
ここで、植え込みボルト３９、スプライン４２、及びスペーサ部材４４の取付け方法について説明する。
初めに、植え込みボルト３９を締結する前の段階で、第１の接続部７２の上端面７２Ａｂに第１及び第２のスペーサ部材８１，８２を配置させる。次いで、Ｚ方向において、第１の突出部７２Ｃと第２の突出部７４Ｃとが重なるように、植え込みボルト３９を第２の接続部７７に締結させる。その後、第１及び第２の接続部７２，７７の外側にスプライン４２を配置させる。
ここで、植え込みボルト３９、スプライン４２、及びスペーサ部材４４の取り外し方法について説明する。
初めに、インナーエレメント１６を地上に引き上げる。次いで、第１及び第２の接続部７２，７７からスプライン４２を取り外す。次いで、ポンプ軸３７を回転させることで、第１の接続部７２と第２の接続部７７の連結を解除する。その後、スペーサ部材４４を取り外す。
複数のポンプ本体４７は、複数のインペラ８６であり、ポンプ軸本体７６の外周面７６ａに設けられている。複数のインペラ８６は、Ｚ方向に間隔を空けて配置されている。
インペラ８６は、円環形状とされたハブ９１と、円環形状とされたシュラウド９２（カバー）と、複数のブレード９３と、を有する。
ハブ９１は、円環形状とされており、貫通部９１Ａと、ブレード形成面９１ａと、を有する。貫通部９１Ａには、ブレード形成面９１ａが下側を向くようにポンプ軸本体７６が挿入されている。ハブ９１は、貫通部９１Ａにポンプ軸本体７６が挿入された状態で、ポンプ軸本体７６に固定されている。
シュラウド９２は、円環形状とされたカバーであり、ブレード形成面９２ａを有する。シュラウド９２は、ポンプ軸本体７６に挿入された状態で、ハブ９１の下方に設けられている。シュラウド９２は、ブレード形成面９２ａとブレード形成面９１ａとが間隔を空けて向かい合うように配置されている。
複数のブレード９３は、ブレード形成面９１ａ，９２ａと接続された状態で、ハブ９１とシュラウド９２との間に設けられている。複数のブレード９３は、ハブ９１の周方向に間隔を空けて配置されている。互いに隣り合うブレード９３間は、液体が通過する流路として機能する。
上記構成とされた複数のインペラ８６は、ポンプ軸本体７６とともに回転することで、複数の第２の液体流路７１Ｂから導出された液体を上方（地上）へと導く遠心ポンプとして機能する。
そして、地上に向かう液体は、インペラ８６を通過することで、圧力が上昇する。このため、インペラ８６を通過する度に、液体の圧力が上昇していく。
ポンプステータ４９は、Ｚ方向に延びる筒状の部材であり、生産管１１の内側に収容されている。
ポンプステータ４９は、荷重受け部９５と、第２のシール部材９６と、連結管９７と、ポンプケーシング９８と、嵌合部材９９と、第１のシール部材１００と、ボルト１０３と、を有する。
荷重受け部９５は、ポンプステータ４９の下部を構成している。荷重受け部９５は、機械式スラスト軸受部１０１と、電磁式スラスト軸受部１０２と、を有する。
機械式スラスト軸受部１０１は、第１のスラスト軸受部本体１０５と、パッド部１０７，１０８と、を有する。
第１のスラスト軸受部本体１０５は、スラストカラー本体３１Ａをリング状に囲むようにモータ軸２６の外側に配置されている。第１のスラスト軸受部本体１０５は、ポンプステータ４９の下端部を構成している。
第１のスラスト軸受部本体１０５は、凹部１０５Ａと、第２の傾斜面１０５ａと、外周面１０５ｂと、リング状溝１０５Ｂと、を有する。
凹部１０５Ａは、第１のスラスト軸受部本体１０５の内側に形成されている。凹部１０５Ａは、スラストカラー本体３１Ａ及びパッド部１０７，１０８を収容可能するリング状の凹部である。
第２の傾斜面１０５ａは、第１のスラスト軸受部本体１０５の下端部外側に形成されている。第２の傾斜面１０５ａは、第１の傾斜面２２ａに対して平行なリング状の傾斜面である。
第２の傾斜面１０５ａは、生産管１１内にポンプステータ４９が支持される際、第１の傾斜面２２ａと面接触する。
第２の傾斜面１０５ａは、生産管１１内にポンプステータ４９が支持される際、第１の傾斜面２２ａと面接触する。第１の傾斜面２２ａと第２の傾斜面１０５ａとが面接触する部分は、ラジアル方向及びスラスト方向の荷重を受ける。
このように、生産管１１の上端から下端に向かう方向に対して生産管１１の中心軸Ｏ１に向かう方向に傾斜したリング状の第１の傾斜面２２ａを生産管１１に形成するとともに、ポンプステータ４９の下端部外側に、第１の傾斜面２２ａと面接触するリング状の第２の傾斜面１０５ａを形成することで、第１及び第２の傾斜面２２ａ，１０５ａにより、生産管１１の中心軸Ｏ１にインナーエレメントの中心軸Ｏ２が近づくように、生産管１１内にインナーエレメント１６を案内し、生産管１１によりインナーエレメント１６を支持することが可能になる。
これにより、生産管１１に支持されたインナーエレメント１６の中心軸Ｏ２と生産管１１の中心軸Ｏ１との間の位置ずれを小さくすることができる。
また、大きな荷重を受ける機械式スラスト軸受部１０１（荷重受け部９５）に第２の傾斜面１０５ａを形成することで、第１の傾斜面２２ａと第２の傾斜面１０５ａとをしっかりと面接触させることができるとともに、生産管１１によりインナーエレメント１６をしっかりと支持することができる。
外周面１０５ｂは、第２の傾斜面１０５ａの上方に配置されており、径方向において生産管１１の内周面１１ａと対向している。外周面１０５ｂと内周面１１ａとの間には、筒状の隙間が形成されている。
リング状溝１０５Ｂは、外周面１０５ｂから径方向内側に凹んだ溝であり、周方向において連続している。
パッド部１０７は、凹部１０５Ａに収容されるとともに、スラストカラー本体３１Ａの上面側に設けられている。パッド部１０７は、凹部１０５Ａの周方向に配置されている。パッド部１０７は、スラストカラー本体３１Ａの上面側を受けるパッドである。
パッド部１０８は、凹部１０５Ａに収容されるとともに、スラストカラー本体３１Ａの下面側に配置されている。パッド部１０８は、凹部１０５Ａの周方向に配置されている。パッド部１０８は、スラストカラー本体３１Ａの下面側を受けるパッドである。
パッド部１０７，１０８としては、例えば、セラミックスパッドを用いることが可能である。
機械式スラスト軸受部１０１は、第１のスラストカラー３１のスラスト方向（Ｚ方向）の位置を規制する。これにより、機械式スラスト軸受部１０１は、第１のスラストカラー３１を介して、モータ軸２６のＺ方向の位置を規制している。
電磁式スラスト軸受部１０２は、機械式スラスト軸受部１０１上に設けられている。電磁式スラスト軸受部１０２は、機械式スラスト軸受部１０１の上端と接続されている。
電磁式スラスト軸受部１０２は、第２のスラスト軸受部本体１０２Ａと、凹部１０２Ｂと、電磁力発生部１０２Ｃ，１０２Ｄと、を有する。
なお、スラストカラー本体３１Ａ，３４Ａが強磁性体の場合、電磁力発生部１０２Ｃ，１０２Ｄを用いる。スラストカラー本体３１Ａ，３４Ａが永久磁石の場合、電磁力発生部１０２Ｃ，１０２Ｄに替えて、永久磁石を用いる。
第２のスラスト軸受部本体１０２Ａは、第２のスラストカラー３４のスラストカラー本体３４Ａをリング状に囲むようにモータ軸２６の外側に配置されている。
凹部１０２Ｂは、第２のスラスト軸受部本体１０２Ａの内側に形成されている。凹部１０２Ｂは、スラストカラー本体３４Ａを収容可能するリング状の凹部である。
電磁力発生部１０２Ｃは、Ｚ方向においてスラストカラー本体３４Ａの上面と対向するように、第２のスラスト軸受部本体１０２Ａに設けられている。
電磁力発生部１０２Ｄは、Ｚ方向においてスラストカラー本体３４Ａの下面と対向するように、第２のスラスト軸受部本体１０２Ａに設けられている。
電磁式スラスト軸受部１０２は、電磁力発生部１０２Ｃ，１０２Ｄに電流を流すことで発生する電磁力により、第２のスラストカラー３４のスラスト方向（Ｚ方向）の位置を規制する。これにより、電磁式スラスト軸受部１０２はモータ軸２６のスラスト方向の位置を規制している。
このように、機械式スラスト軸受部１０１及び電磁式スラスト軸受部１０２を有することで、回転するモータ軸２６のスラスト方向を２つの軸受部により支持することになるため、スラスト方向に大きな荷重が加わった際でもモータ軸２６を安定して支持することができる。
地上に汲み上げる液体が原油の場合、機械式スラスト軸受部１０１は、パッド部１０７，１０８とスラストカラー本体３１Ａとの間に、狭い隙間を安定して形成するとともに、該隙間に油膜を形成することで、軸受として安定した特性を発揮することが可能となる。
このため、機械式スラスト軸受部１０１及び電磁式スラスト軸受部１０２に替えて、２つの機械式スラスト軸受部１０１を設けた場合、２つの機械式スラスト軸受部１０１のパッド部１０７，１０８とスラストカラー本体３１Ａとの間に隙間を安定形成することが難しく、２つの機械式スラスト軸受部１０１を軸受として十分に機能させることが困難となる。
したがって、２つのスラスト軸受部としては、機械式スラスト軸受部１０１と、電磁式スラスト軸受部１０２と、の組み合わせが有効である。
第２のシール部材９６は、リング状のシール部材であり、径方向内側部分がリング状溝１０５Ｂに収容されている。第２のシール部材９６の径方向外側部分は、外周面１０５ｂから径方向外側に突出するとともに、生産管１１の内周面１１ａに当接されている。
第２のシール部材９６は、外周面１０５ｂと内周面１１ａとの間を周方向においてシールしている。
このような構成とされた第２のシール部材９６を有することで、周方向において、外周面１０５ｂと内周面１１ａとの間に形成された隙間を塞ぐことが可能となる。これにより、面接触する第１の傾斜面２２ａと第２の傾斜面１０５ａとの間を通過した低圧の液体（複数のポンプ本体４７を通過する前の液体）が第２のシール部材９６よりも上方に移動することを抑制できる。
連結管９７は、Ｚ方向に延びる筒状の部材であり、モータ軸２６及びスプライン４２を収容している。連結管９７とモータ軸２６及びスプライン４２との間には、複数のポンプ本体４７のうち、一番下に配置されたポンプ本体４７に液体を導くための筒状の流路が形成されている。
連結管９７は、下端が電磁式スラスト軸受部１０２の上端と接続されており、上端がポンプケーシング９８の下端と接続されている。これにより、連結管９７は、ポンプケーシング９８と荷重受け部９５とを連結している。
ポンプケーシング９８は、ポンプケーシング本体１１５と、ベーン１１７と、隔壁部１１９と、を有する。
ポンプケーシング本体１１５は、筒状の部材であり、連結管９７上に設けられている。ポンプケーシング本体１１５は、ポンプ軸本体７６のうち、複数のポンプ本体４７が設けられた領域、及び複数のポンプ本体４７の周囲を囲んでいる。
ポンプケーシング本体１１５の内側には、ポンプ本体４７を収容させるための空間１１５Ａが複数形成されている。複数の空間１１５Ａは、Ｚ方向に間隔を空けて配置されている。
ポンプケーシング本体１１５は、生産管１１の内側に収容されている。ポンプケーシング本体１１５の外周面１１５ａと生産管１１の内周面１１ａとの間には、円筒形状とされた隙間１２１が形成されている。
ポンプケーシング本体１１５には、ポンプケーシング本体１１５を径方向に貫通する貫通部１１５Ｂが形成されている。
貫通部１１５Ｂは、ポンプケーシング本体１１５のうち、Ｚ方向に配置された複数のポンプ本体４７のうち、中間段に配置されたポンプ本体４７と対向する部分に形成されている。
これにより、貫通部１１５Ｂを介して、隙間１２１には、ポンプケーシング本体１１５の内側を流れる中間段の圧力とされた液体が流入する。
このように、ポンプケーシング本体１１５のうち、Ｚ方向に配置された複数のポンプ本体４７のうち、中間段に配置されたポンプ本体４７と対向する部分に、ポンプケーシング本体１１５の外周面１１５ａと生産管１１の内周面１１ａとの間に形成された隙間１２１に連通する貫通部１１５Ｂを形成することで、ポンプ本体４７により中間段の圧力とされた液体を隙間１２１に流入させることで、ポンプケーシング９８の内側と外側との圧力差を小さくすることが可能となる。
これにより、貫通部１１５Ｂが形成されたポンプケーシング本体１１５に要求される耐圧性能を低くすることが可能となるため、ポンプケーシング本体１１５の径方向の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、インナーエレメント１６の外周部を構成するポンプステータ４９の外径を小さくすることが可能となる。したがって、インナーエレメント１６の外径を小型化することができる。
また、ポンプケーシング本体１１５の径方向の厚さを薄くすることが可能となることで、インペラ８６の外径を大きくすることができる。
なお、貫通部１１５Ｂの数は、適宜設定することが可能である。
隙間１２１の下端側は、周方向において、インナーエレメント１６の自重により、第１の傾斜面２２ａと第２の傾斜面１０５ａとが面接触している。このため、隙間１２１に流入した中間段の圧力とされた液体は、隙間１２１よりも下方側に移動しにくい。
ベーン１１７は、ポンプケーシング本体１１５の内周面のうち、各空間１１５Ａの上部を区画する面に設けられている。ベーン１１７は、周方向に間隔を空けて複数配置されている。
隔壁部１１９は、ポンプ軸本体７６を囲む環状の部材であり、各空間１１５Ａに配置された複数のベーン１１７の内側に設けられている。隔壁部１１９は、ハブ９１の上側に配置されている。隔壁部１１９は、複数のベーン１１７により支持されている。
隔壁部１１９の下部は、ハブ９１の上部の形状に対応する形状とされている。隔壁部１１９とポンプ軸本体７６及びハブ９１との間には、隙間が形成されている。
ポンプケーシング本体１１５の内周面、隔壁部１１９、及び互いに隣り合うベーン１１７とで区画された空間は、ポンプ本体４７を経由した液体が流れる流路として機能する。
嵌合部材９９は、リング状の部材であり、ポンプケーシング本体１１５の上端に設けられている。嵌合部材９９は、周方向に配置された複数のボルト１０３により、ポンプケーシング本体１１５に固定されている。
嵌合部材９９の外周部は、ポンプケーシング本体１１５の外周面１１５ａから径方向外側に突出している。
嵌合部材９９は、径方向において、生産管１１の内周面１１ａと対向する外周面９９ａを有する。嵌合部材９９は、外周面９９ａが内周面１１ａに当接された状態で、生産管１１に嵌合されている。嵌合部材９９は、生産管１１を介してラジアル方向の力を受ける。
嵌合部材９９は、外周面９９ａから中心軸Ｏ２側に凹んだリング状の凹部９９Ａを有する。凹部９９Ａは、周方向において、外周面９９ａから露出されている。
第１のシール部材１００は、凹部９９Ａに配置されている。第１のシール部材１００は、生産管１１の内周面１１ａに対して当接されている。
これにより、第１のシール部材１００は、周方向において、嵌合部材９９の外周面９９ａと生産管１１の内周面１１ａとの間をシールしている。したがって、隙間１２１に流入した中間段の圧力とされた流体が隙間１２１よりも上方に逃げない構成とされている。
第１のシール部材１００としては、例えば、Ｏリングを用いることが可能である。
このような構成とされた第１のシール部材１００と、先に説明した第２のシール部材９６と、を有することで、隙間１２１の上端及び下端をシールすることが可能となる。
これにより、隙間１２１に流入した中間段の圧力とされた液体が隙間１２１の下端側から逃げることや隙間１２１に流入した中間段の圧力とされた液体が隙間１２１の下端側から逃げることを抑制可能になるとともに、隙間１２１の上端側から押圧の液体が隙間１２１内に流れ込むことや隙間１２１に流入した中間段の圧力とされた液体が隙間１２１の上端側から逃げることを抑制可能となる。
したがって、中間段の圧力とされた流体が流入する隙間１２１を気密することが可能となるので、ポンプステータ４９の内側の圧力と隙間１２１の圧力（ポンプステータ４９の外側の圧力）との圧力差が小さい状態を維持することができる。
なお、図１及び図８では、第１のシール部材１００として、Ｏリングを用いた場合を例に挙げて図示したが、第１のシール部材１００に替えて、図９に示す第１のシール部材１２３を用いてもよい。
第１のシール部材１２３は、嵌合部材９９の外周面９９ａを覆う樹脂ライナー１２５で構成されている。樹脂ライナー１２５は、リング状とされた外周面１２５ａを有する。
樹脂ライナー１２５の外周面１２５ａは、生産管１１の内周面１１ａに当接されている。
本実施形態のポンプ１０によれば、ポンプケーシング本体１１５のうち、Ｚ方向に配置された複数のポンプ本体４７のうち、中間段に配置されたポンプ本体４７と対向する部分に、ポンプケーシング本体１１５の外周面１１５ａと生産管１１の内周面１１ａとの間に形成された隙間１２１に連通する貫通部１１５Ｂを形成することで、ポンプ本体４７により中間段の圧力とされた液体を隙間１２１に流入させることで、ポンプケーシング９８の内側と外側との圧力差を小さくすることが可能となる。
これにより、貫通部１１５Ｂが形成されたポンプケーシング本体１１５に要求される耐圧性能を低くすることが可能となるため、ポンプステータ４９のうち、他の部分よりも高い耐圧性が必要となるポンプケーシング本体１１５の径方向の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、インナーエレメント１６の外周部を構成するポンプステータ４９の外径を小さくすることが可能となる。したがって、インナーエレメント１６の外径を小型化することができる。
なお、本実施形態では、一例として、リング状溝１０５Ｂに配置された第２のシール部材９６を用いて、シールする場合を例に挙げて説明したが、リング状溝１０５Ｂ及び第２のシール部材９６に替えて、図１０に示すポンプ１３０のようにフッ素系樹脂部材１２８を用いてもよい。
フッ素系樹脂部材１２８は、第２の傾斜面１０５ａを覆うように設けられている。フッ素系樹脂部材１２８は、第１の傾斜面２２ａと面接触する第３の傾斜面１２８ａを有する。フッ素系樹脂部材１２８の材料としては、例えば、テフロン（登録商標）を用いることが可能である。
このような構成とされたフッ素系樹脂部材１２８を設けることで、第２のシール部材９６と同様な効果を得ることができる。
また、リング状溝１０５Ｂ、第２のシール部材９６、及びフッ素系樹脂部材１２８を併用してもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
５…掘削管
６，２１…筒状部
７，２２…支持部
７ａ，８１ａ，８２ａ…上面
１０，１３０…ポンプ
１１…生産管
１１ａ，２３ａ…内周面
１３…ラジアル軸受
１４…モータステータ
１６…インナーエレメント
２１…筒状部
２２ａ…第１の傾斜面
２２ｂ…傾斜面
２３…モータステータ収容部
２３Ａ…収容空間
２６…モータ軸
２６ａ，７１ａ，７７Ａｂ…下端面
２７…磁気部品
２８…電動モータ
３１…第１のスラストカラー
３１Ａ，３４Ａ…スラストカラー本体
３２…第１の位置規制部材
３４…第２のスラストカラー
３５…第２の位置規制部材
３７…ポンプ軸
３９…植え込みボルト
３９Ａ…上端部
３９Ｂ…下端部
３９Ｂａ…おねじ部
４２…スプライン
４２Ａ…スプライン本体
４２Ｂ…軸部収容部
４２Ｃ…突出部収容部
４４，８４…スペーサ部材
４７…ポンプ本体
４９…ポンプステータ
５４…シール部材
７１…流路形成軸部
７１Ａ…第１の液体流路
７１ｂ，７２Ａａ，７６ａ，７７Ａａ，９９ａ，１０５ｂ，１１５ａ，１２５ａ…外周面
７１Ｂ…第２の液体流路
７１Ｃ…切欠き部
７１Ｄ…第１の取り付け部
７１Ｅ…第１のおねじ部
７１Ｆ…第２の取り付け部
７１Ｇ…第２のおねじ部
７２…第１の接続部
７２Ａ…第１の軸部
７２Ａｂ…上端面
７２Ｂ…ボルト孔
７２Ｃ…第１の突出部
７６…ポンプ軸本体
７７…第２の接続部
７７Ａ…第２の軸部
７７Ｂ…ねじ穴
７７Ｃ…第２の突出部
８１…第１のスペーサ部材
８１ｂ，８２ｂ…下面
８１Ａ，８２Ａ…開口部
８２…第２のスペーサ部材
８６…インペラ
９１…ハブ
９１ａ，９２ａ…ブレード形成面
９１Ａ，１１５Ｂ…貫通部
９２…シュラウド
９３…ブレード
９５…荷重受け部
９６…第２のシール部材
９７…連結管
９８…ポンプケーシング
９９…嵌合部材
９９Ａ，１０２Ｂ，１０５Ａ…凹部
１００，１２３…第１のシール部材
１０１…機械式スラスト軸受部
１０２…電磁式スラスト軸受部
１０２Ａ…第２のスラスト軸受部本体
１０２Ｃ，１０２Ｄ…電磁力発生部
１０３…ボルト
１０５…第１のスラスト軸受部本体
１０５ａ…第２の傾斜面
１０５Ｂ…リング状溝
１０７，１０８…パッド部
１１５…ポンプケーシング本体
１１５Ａ…空間
１１７…ベーン
１１９…隔壁部
１２５…樹脂ライナー
１２８…フッ素系樹脂部材
１２８ａ…第３の傾斜面
Ａ，Ｂ…領域
Ｆ，１２１…隙間
Ｍ１，Ｍ２…厚さ
Ｏ１，Ｏ２…中心軸

Claims (4)

  1. 地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、
    前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容するとともに、前記インナーエレメントを支持する生産管と、
    前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、
    を備え、
    前記生産管と前記ポンプステータとの間には、円筒形状とされた隙間が形成されており、
    前記ポンプステータは、前記複数のポンプ本体を囲む筒状とされたポンプケーシングを有し、
    前記ポンプケーシングは、径方向に前記ポンプケーシングを貫通し、前記隙間に連通する貫通部が形成されており、
    前記貫通部は、前記ポンプケーシングのうち、前記複数のポンプ本体の中間段に位置するポンプ本体と前記径方向において対向する部分に形成されているポンプ。
  2. 前記ポンプステータは、前記ポンプケーシングの上端に設けられ、前記生産管の内周面に嵌合されるリング状の嵌合部材と、
    前記嵌合部材の外周面と前記生産管の内周面との間を周方向においてシールする第１のシール部材と、
    前記貫通部が形成された位置よりも下方で、かつ前記生産管が前記インナーエレメントを支持する位置よりも上方に配置され、前記ポンプステータの外周面と前記生産管の内周面との間を周方向においてシールする第２のシール部材と、
    を有する請求項１記載のポンプ。
  3. 前記第１及び第２のシール部材は、Ｏリングである請求項２記載のポンプ。
  4. 前記第１のシール部材は、前記嵌合部材の外周面を覆うとともに、前記生産管の内周面に当接される樹脂ライナーであり、
    前記第２のシール部材は、Ｏリングである請求項２記載のポンプ。
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