JP3688154B2 - 液化ガス用ポンプ装置、液化ガス用ポンプ装置の運用方法及びガス供給設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス用ポンプ装置に係わり、特に、液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク用の液中モータ型の潜没ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガス等の液化ガスを輸送する液化ガス用ポンプ装置には、例えば、液化ガスタンク内で用いられる、タンク内蔵式の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置がある。
【０００３】
ここで、従来の液化ガス用ポンプ装置について、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を例として、図７を用いて説明する。
【０００４】
図７において、符号１は液化ガスタンクであり、符号１Ａはガスタンク１の天井板、符号２は液化ガスタンク１内に垂下された揚液管である。この液化ガスタンク１内に垂下された揚液管２の下端には、吸込弁３が取り付けられ、この揚液管２の座面４には、液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５が設置されており、符号６は、潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口である。
【０００５】
また、揚液管２の頂部には、ポンプ吊上機構を備えたヘッドプレート７が設けられている。符号８は吊り上げ用ワイヤであり、符号９は給電ケーブルであり、符号１０は巻き上げ機である。
【０００６】
そして、液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５は、液化ガスタンク１の天井板１Ａから鉛直に垂下された揚液管２の内部に、ヘッドプレート７から、吊り上げ用ワイヤ８によって、例えば、深さ５０ｍ程度にまで吊り下げられて、揚液管２の下部の座面４に着座して設置される。
【０００７】
また、この液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５には、揚液管内給電ケーブル９によって電源から電力が供給されており、ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁３から吸い込まれ、昇圧されてポンプ吐出口６から吐出され、図中に矢印で示すように、揚液管２内を上昇して吐出管１１に送り出される。なお、１６はポンプターミナルボックスである。
【０００８】
このようなタンク内蔵式の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、１つのタンクにつき、通常複数設置される。
【０００９】
次に、従来の液化ガス用ポンプ装置へと至る給電系統例として、図８に示すガス供給基地における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の駆動用電源系統図により説明する。
図８において、ガス供給基地に給電された商用電力は、電気室２４内の配電盤１２によりポンプ１台分毎に配電され、貯槽洞道ケーブルルート１３内の給電ケーブル１４により中継端子１５を経て、ポンプターミナルボックス１６から、揚液管２内へと導かれる。
【００１０】
次に、従来の液化ガス用ポンプ本体を、図９に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を一例として、その縦断面図により説明する。
図９において、液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、吸込性能向上のために取り付けられたインデューサ５Ｂ、複数の羽根車５Ｃ及びサブマージドモータロータ５Ｄが固定され、これらは一体型構造であり、一体となって回転するようになっている。
【００１１】
また、このポンプ回転軸５Ａ、インデューサ５Ｂ、複数の羽根車５Ｃ、サブマージドモータロータ５Ｄは、軸受寿命が長く、制振性に優れた自液潤滑される静圧軸受（上静圧軸受５Ｅ、中静圧軸受５Ｆ、下静圧軸受５Ｇ）によって、半径方向に支持されている。
【００１２】
また、上静圧軸受５Ｅと中静圧軸受５Ｆには、ポンプ起動・停止時の補助用軸受として、玉軸受（上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ）を設けている。この上玉軸受５Ｈは、内輪５Ｈ１をポンプ回転軸５Ａに固定し外輪５Ｈ２側にギャップをもたせる設置方法と、外輪５Ｈ２をハウジング５Ｌ１に固定し、内輪５Ｈ１側にギャップをもたせる設置方法がある。
【００１３】
また、中玉軸受５Ｉは、内輪５Ｉ１をポンプ回転軸５Ａに固定し、外輪５Ｉ２側にギャップをもたせる設置方法と、外輪５Ｉ２をハウジング５Ｌ２に固定し内輪５Ｉ１側にギャップをもたせる設置方法がある。この図９に示した例は、上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ共に、内輪をポンプ回転軸５Ａに固定した場合の例である。
【００１４】
中玉軸受内輪５Ｉ１を、ポンプ回転軸５Ａに固定する方法を取った場合、ポンプが通常運転の状態（揚液管２がポンプ吐出液で満たされている状態）では、玉軸受５Ｈ、５Ｉの代わりに静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇが働くように、例えば特公昭６１−５５５８号公報に示されるようなバランスディスク等からなる軸スラスト平衡装置５Ｍが構成されている。
【００１５】
これにより、ポンプ通常運転状態では軸スラスト平衡装置５Ｍの機能により、ポンプ回転軸５Ａが軸方向へ遊動し、中玉軸受５Ｉはハウジング５Ｌ２から離脱浮上し、中玉軸受５Ｉに負荷されるスラスト荷重はゼロとなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術にあっては、ポンプ５を起動した場合、吐出液で揚液管２内が満たされるまでの数分間は、ポンプ５は、所定の吐出圧力よりかなり低い吐出圧力で運転される。この数分間は、液を押し上げるだけのわずかな吐出圧力だけで充分なためである。
【００１７】
このため、軸スラスト平衡装置５Ｍは機能せず、ポンプ回転体の重量や、羽根車５Ｃの下向きの推力といった大きなスラスト荷重が中玉軸受５Ｉに負荷される。特に、ポンプの大容量化等によって、揚液管２の大口径化がなされた場合、ポンプ５を起動してから液が揚液管２を満たすまでに要する時間がさらに延長し、それに伴い、スラスト荷重が中玉軸受５Ｉに加わる時間も長くなり中玉軸受５Ｉの寿命も短くなる。
【００１８】
また、起動時の数分間は、ポンプ５の吐出圧力が小さいために、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの軸受効果が小さく、回転軸５Ａは静圧軸受と回転軸との隙間一杯に振れ廻る。これらの状態が組み合わさると、回転軸５Ａは、中軸受部を中心として振れ廻るような歳差運動を行う。
【００１９】
この歳差運動の状態では、多大なスラスト荷重を回転軸５Ａが傾いた状態で受けるため、中玉軸受５Ｉに不安定な荷重がかかる状態となり、中玉軸受５Ｉの摩耗をさらに増加させ、軸受寿命が低下する。
【００２０】
この起動時において、従来は、モータが運転時の回転数（例えば３０００〜４０００ｍｉｎ-1）まで一気に立ち上がる運用がなされていた。また、ポンプ５を停止する際、従来は電源遮断することにより、ポンプ回転が瞬時に０となる方法を採用していた。
【００２１】
この方法でポンプ５を停止すると、揚液管２内の液がタンクへと逆流することによる羽根車５Ｃの高速逆回転（例えば３０００ｍｉｎ-1程度）が起こる。この時、回転体は玉軸受５Ｈ、５Ｉにより支持されるので、この逆流による逆回転が玉軸受５Ｈ、５Ｉの摩耗をさらに増加させる要因となっていた。
【００２２】
さらに、ポンプ５の長期使用により、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの摩耗が進むと、軸受ギャップが広がることによる軸受剛性の低下が起こる。従来は、この軸受剛性の低下により軸振動が大となる問題があった。
【００２３】
一方、ガスの需要量は、時間帯や季節により異なるため、供給するガス量を調整する必要がある。この供給量調整を、従来の技術においては、例えば図１０の液化ガスタンク配管系統図に示すような、液化ガス集合管１７からの液体を気化器２１により行っていた。なお、２３は逆止弁である。液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化させる気化器には様々なものがあるが、この一例として、気化器ポンプ２２により汲み上げられる海水等によって液化ガスを温める方式がある。
【００２４】
この方式を用いた場合のガス供給量調整は、従来、気化器ポンプ２２の吐出量を制御することで気化するガスの量を調整し、ガス供給量の変動に対応する方法を採用していた。
【００２５】
しかし、この気化器ポンプ２２は、液化ガス用ポンプに比べ、大量の海水等を吐出する必要が有り、ポンプ設備及び流量制御のための付帯設備も複雑かつ大型で、建設時においても定期検査時においても多額のコストが必要であった。
【００２６】
以上説明したように、従来の液化ガス用ポンプ装置は、起動時の大きなスラスト荷重や、停止時の高速逆回転により軸受寿命が低下するという問題を有していた。
【００２７】
また、ポンプの大容量化により揚液管が大口径化すると、スラスト荷重負荷時間が延長され、さらに軸受寿命が低下することとなる。
加えて、軸受の摩耗により剛性が低下し、軸振動が大となる問題もあった。
【００２８】
さらに、従来の技術においては、ガス需要量の変化に対し、直接ガス供給量を制御するのではなく、液化ガスを気化させるための海水等の量を調整する間接的方法を取っていた為、ガス供給量が不安定となると共に、気化器ポンプ設備に多額のコストが必要であった。
【００２９】
本発明の目的は、軸受寿命の長い、長期安定運転の可能な液化ガス用ポンプ装置を実現することである。
【００３０】
さらに、本発明の他の目的は、ポンプの性能を制御可能とし、このポンプの性能を制御することにより、液化ガス供給量を調整可能な液化ガス用ポンプ装置を実現することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置において、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、このインバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプの起動時には、ポンプ軸が所定距離以上浮上したか否かを判断し、ポンプ軸が、所定距離以上浮上していないときには、ポンプを第１の回転数で回転させ、ポンプ軸が所定距離以上浮上したときには、上記第１の回転数より大の回転数である第２の回転数で上記ポンプを回転させる。
【００３２】
（２）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は上記高回転で運転する。
【００３３】
（３）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、ポンプの回転数を上記インバータにより制御し、ポンプの起動時、ポンプの回転数を低回転に抑制し、上記羽根車によるスラスト荷重を低減し、上記軸受の摩耗を軽減する。
【００３４】
（４）好ましくは、上記（１）において、上記駆動部の定格回転数よりも高速回転数で運転することにより、上記羽根車径及び上記駆動部の径を小形化する。
【００３５】
（５）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、吐出した液化ガスを圧送する吐出管と、液化ガス吐出量を測定する流量計と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、上記流量計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転数で運転し、液化ガスが吐出された後は高回転数で運転する。
【００３６】
（６）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸の振動を測定する振動計と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、このインバータにより、ポンプの回転数を制御し、上記振動計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転数で運転し、液化ガスが吐出された後は高回転数で運転する。
【００３７】
（７）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータは、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと、ポンプに電気を配電する配電盤を設置する電気室とを有するガス供給設備の、上記電気室内に設置する。
【００３８】
（８）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ吐出量を系統側必要供給量に対応可能とする。
（９）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ停止時、ポンプの回転数を徐々に低下させることで、逆流によって引き起こされる高速逆回転の発生を防止し、上記軸受の摩耗を抑制するインバータにより、ポンプの回転数を制御する。
【００３９】
（１０）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ運転中、軸受摩耗等による軸受剛性低下から、軸振動が増加した場合に、上記インバータによりポンプの回転数を変化させ、軸振動を抑制する。
【００４０】
（１１）また、好ましくは、上記（１）において、上記液化ガス用ポンプ装置は、この液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化する気化器と、需要先に供給されるガスの供給量を測定するガス量測定装置とを有するガス供給設備に配置され、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ガス供給量の変動に対し、上記ガス量測定装置により供給ガス量を測定し、上記液化ガス用ポンプ装置の吐出量を調整し、供給ガス量を変動させる。
【００４１】
本発明は、起動時のスラスト荷重を低減し、揚液管径を大口径化せずにポンプの大容量化に対応し、停止時徐々に回転数を低下させることにより、逆流による高速逆回転を防止する。
【００４２】
また、ポンプの性能を制御可能とし、液化ガス供給量を調整可能としたので、ガス供給量の変動に応じて、供給するガス量を直接、インバータによりポンプの回転数を制御することにより制御することができ、大規模な気化器ポンプ等が不要であり、低価格な液化ガス用ポンプ装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図中において、図７、図８、図９、図１０に示したものと同等のものには同一の符号が付されている。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態として、図７〜図１０を用いて上述した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に適用した場合のガス供給基地における液化ガス用ポンプ装置駆動用電源系統図である。
【００４５】
図１において、ガス供給基地に供給される商用電源電力は、配電盤１２によりポンプ１台分毎に配電され、インバータ１８へと至る。
【００４６】
ここで、インバータ１８によりポンプへの供給電流の周波数を制御し、貯槽洞道ケーブルルート１３内の給電ケーブル１４により、中継端子１５を経て、ポンプターミナルボックス１６より揚液管２内のポンプへと通電される。このように、液化ガス用ポンプ装置駆動用電源にインバータを設置し、モータの回転数を制御する。
【００４７】
インバータ１８は、ポンプへと至るケーブルルート１３上のどこに設置しても良いが、液化ガスタンク近傍の防曝エリアに設置すると、インバータ１８自体も防曝仕様としなければならず、コスト高となる。
【００４８】
そこで、インバータ１８は電気室２４内等の防曝エリア外に設置するのが好ましい。しかし、インバータ１８は、液化ガスタンクからあまり遠ざかると配線が長くなり、電圧ドロップ等が発生する可能性もあるので、防曝エリア外で、最も液化ガスタンクに近い位置に設置するのが最も好ましい。
【００４９】
次に、インバータ１８により液化ガス用ポンプ装置のモータ回転数を制御する場合の一例として、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に本発明を適用した場合について述べる。
【００５０】
まず、上述のように、起動時、吐出液で揚液管２内が満たされるまでの数分間は、ポンプ回転体の重量や、羽根車５Ｃの下向きの推力といった大きなスラスト荷重が、中玉軸受５Ｉに負荷される状態となり、中玉軸受５Ｉの摩耗が増大し、寿命が低下する。
【００５１】
そこで、この数分間、インバータ１８によりポンプ回転数を例えば５０ｍｉｎ-1程度の低回転数（第１の回転数）に調整する。羽根車５Ｃによる下向きの推力と回転数とは、図２に示すような比例関係にあるため、回転数を低回転数とすれば、羽根車５Ｃの下向きの推力は低減され、スラスト荷重を緩和し、玉軸受摩耗を減少させることができる。なお、図２の縦軸は羽根車の推力を示し、横軸は回転数を示す。
【００５２】
また、図３、図４に示すように、吐出管１１近傍に流量計１９を設置する、あるいはポンプ本体５に振動計２０を設置する等の方法により、揚液管内が液で満たされたことを確認したら、ポンプ本体５の回転数を上げ、高回転数での運転を行う。
【００５３】
なお、振動計２０で揚液管内が液で満たされたか否かを判定する場合には、ポンプ本体５の起動時には振動が大であり、揚液管内が液で満たされたときには、振動が小となることを利用することができる。
【００５４】
また、ポンプ回転軸５Ａと対向する位置に変位計を配置して、ポンプ回転軸５Ａの浮上を検知し、揚液管内が液で満たされたことを確認することもできる。また、玉軸受５Ｈ又は５Ｉにカラーを付けて、その近辺に変位計を配置し、これにより、ポンプ回転軸５Ａの浮上を検知し、揚液管内が液で満たされたことを確認することもできる。
【００５５】
従来の仕様において、例えば、３０００〜４０００ｍｉｎ-1程度のポンプ回転数の運転を行っていた場合、本発明を適用すれば、例えば、５０００〜８０００ｍｉｎ-1程度の従来の技術を超える高回転数（第２の回転数）での運転が可能となる。
【００５６】
ポンプの回転数を高回転へと制御すると、ポンプの性能を表す吐出流量−揚程曲線は、図５のように大流量・高揚程側にシフトする。なお、図５の縦軸は揚程を示し、横軸は吐出流量を示す。
【００５７】
ポンプを大流量・高揚程化する手段として、通常、モータを高出力なものとするため、モータの大型化を図る方法が採用されたり、ポンプを高揚程化する手段として、羽根車径を大きくする方法が採用されているが、本発明を適用することにより、羽根車径やモータを大型化せず、ポンプ大容量化の要求に対応でき、揚液管径を大口径化しない為、スラスト荷重の負荷時間が減少し、玉軸受摩耗を減少させることができる。
【００５８】
また、ポンプ停止時、インバータにより回転数を徐々に低下させることにより、上述の揚液管内の液の逆流による羽根車の高速逆回転を防止することができる。これにより、この逆回転による玉軸受の摩耗を抑制することができる。
【００５９】
さらに、ポンプ５の長期使用により、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの摩耗が進むと、軸受ギャップが広がることにより軸受剛性が低下する。これにより、ポンプ装置の固有回転数が低下し、共振により、軸振動大となる場合がある。この場合もインバータにより回転数をずらすことで、共振を防ぎ、軸振動を抑制することができる。
【００６０】
一方、回転数制御の実施により、１つの液化ガスタンクに複数併設されている液化ガスタンク用潜没ポンプ装置個々の性能を制御可能とすることで、例えば、各ポンプを多点仕様のポンプとして計画することができる。
【００６１】
予め、過電流トリップ等のトラブルによって、一部のポンプが吐出を停止した場合を想定し、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を多点仕様としておくことにより、このようなトラブル時、停止したポンプの吐出量を他のポンプが無理なく補うことができ、負荷の増大や効率の低下を防ぐことができると共に、系統側必要供給量を安定供給することができる。
【００６２】
また、ガス需要量から計画されたガス供給量の変動に応じて、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の吐出量を調整することにより、供給するガス量を直接制御可能となる。
【００６３】
この一例として、図６に示す供給ガス量制御概念図のように、需要地に圧送されるガスの供給量を測定し、その情報により液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の吐出量を、インバータ１８による回転数制御により調整する方式等が考えられる。
【００６４】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のポンプ本体５の回転数を制御することにより、ガス供給量を制御することで、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置よりも大規模な気化器ポンプ２２等の流量制御装置は簡略化でき、コスト低減を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳しく述べたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲において実施可能である。
【００６６】
また、本発明は、他の種類の液化ガス用ポンプ装置の場合（例えば特公平７−６５５８８に号公報に記載されているような、サクションケーシング内にポンプを収納するポット式液化ガス用ポンプ）にも当然適用することができる。
【００６７】
以上のように、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数をインバータで制御しており、ポンプ回転数を制御とすることによって、起動時、吐出液で揚液管内が満たされるまでの数分間、ポンプ回転数を例えば５０ｍｉｎ-1程度の低回転で運転する。
【００６８】
これにより、運転時、ポンプを例えば５０００ｍｉｎ-1程度の高回転で運転することにより、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減することができる。
【００６９】
また、停止時、ポンプ回転数を徐々に低下することにより、揚液管内液の逆流によるポンプの高速逆回転を防止する等の状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７０】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法においても、インバータにより、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で運転し、吐出された後は高回転で運転することにより、起動時のスラスト荷重を低減するとともに、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減することにより、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７１】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、起動時、インバータにより回転数を低回転に押さえることにより、羽根車によるスラスト荷重を低減し、軸受の摩耗を軽減することができる。
【００７２】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、インバータにより、駆動部の定格回転よりも高速回転で運転することにより、羽根車径及び駆動部径を小形化することにより、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減し、軸受の摩耗を軽減することができる。
【００７３】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、流量計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、インバータにより、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は高回転で運転することにより、状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７４】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、振動計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、インバータにより、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は高回転で運転することにより、状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７５】
また、本発明のガス供給設備は、インバータを電気室内に設置したことにより、液化ガス用ポンプ装置のポンプ回転数を制御可能とし、起動時、吐出液で揚液管内が満たされるまでの数分間、ポンプ回転数を例えば５０ｍｉｎ-1程度の低回転で運転することにより、スラスト荷重を軽減することができる。
【００７６】
また、運転時、ポンプを例えば５０００ｍｉｎ-1程度の高回転で運転することにより、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減することができる。また、ポンプの停止時、ポンプ回転数を徐々に低下することにより、揚液管内液の逆流によるポンプの高速逆回転を防止する、等の状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７７】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、インバータにより、ポンプ回転数を制御し、ポンプ吐出量を系統側必要供給量に対応可能とすることにより、例えば、１つの液化ガスタンクに垂下される複数の液化ガス用ポンプ装置において、一部ポンプがミニマムフロー運転となった場合等に、他のポンプの負荷の増大や効率低下を防止する運用が可能となる。
【００７８】
また、各液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化器へと送る配管を、各ポンプ装置独立に設け、各ポンプ装置の回転数制御を実施することにより、ポンプ性能のバラツキによる運転効率の低下等を防止すると共に、摺動部の消耗程度等の各ポンプの状態に応じた運用を行うことが可能となる。
【００７９】
また、ガス供給量を直接的に調整可能とし、液化ガス用ポンプ装置に比べて大規模な気化器の流量制御設備を簡略化することで、コスト低減を図ることが可能となる。
【００８０】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、ポンプ停止時、インバータにより、回転数を徐々に低下させることで、逆流によって引き起こされる高速逆回転による、軸受の摩耗を抑制することができる。
【００８１】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、ポンプ運転中、軸受摩耗等による軸受剛性低下から、軸振動が増加した場合に、インバータにより回転数を変化させ、軸振動を抑制することが可能となる。
【００８２】
また、本発明のガス供給設備は、ガス供給量の変動に対し、ガス量測定装置により供給ガス量を測定し、インバータにより液化ガス用ポンプ装置の回転数を制御し、液化ガス用ポンプ装置の吐出量を調整し、供給ガス量を変動させることにより、液化ガス用ポンプ装置に比べて大規模な気化器の流量制御設備を簡略化することが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、ポンプ本体の起動時には、インバータにより、低回転とし、揚液管内が液体で満たされたか否かを判断して、揚液管内が液体で満たされると、インバータにより、ポンプ本体の回転数が上昇され、高回転とされる。また、ポンプ本体の停止時には、インバータにより徐々に回転数が低下される。
【００８４】
したがって、軸受寿命の長い、長期安定運転の可能な液化ガス用ポンプ装置、その運用方法及びガス供給設備を実現することができる。
【００８５】
また、ポンプの性能を制御可能とし、液化ガス供給量を調整可能としたので、ガス供給量の変動に応じて、供給するガス量を直接、インバータによりポンプの回転数を制御することにより制御することができ、大規模な気化器ポンプ等が不要であり、低価格な液化ガス用ポンプ装置、その運用方法及びガス供給設備を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の駆動用電源系統図である。
【図２】回転数と羽根車による推力の関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の全体構成図である。
【図４】図３の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のみを示す縦断面図である。
【図５】回転数を高回転側に制御した場合の、ポンプの吐出流量と揚程の関係の変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す供給ガス量制御概念図である。
【図７】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一例の全体構成図である。
【図８】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一例の駆動用電源系統図である。
【図９】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の縦断面図である。
【図１０】従来の液化ガスタンク配管系統図である。
【符号の説明】
１ 液化ガスタンク
１Ａ タンク天井板
２ 揚液管
３ 吸込弁
４ 座面
５ 液化ガス用ポンプ本体
５Ａ 回転軸
５Ｂ インデューサ
５Ｃ 羽根車
５Ｄ サブマージドモータロータ
５Ｅ 上静圧軸受
５Ｆ 中静圧軸受
５Ｇ 下静圧軸受
５Ｈ 上補助玉軸受
５Ｈ１ 上補助玉軸受内輪
５Ｈ２ 上補助玉軸受外輪
５Ｉ 中補助玉軸受
５Ｉ１ 中補助玉軸受内輪
５Ｉ２ 中補助玉軸受外輪
５Ｌ１ ハウジング
５Ｌ２ ハウジング
５Ｍ 軸スラスト平衡装置
６ ポンプ吐出口
７ ヘッドプレート
８ 吊上ワイヤ
９ 揚液管内給電ケーブル
１０ 巻き上げ機
１１ 吐出管
１２ 配電盤
１３ 貯槽洞道ケーブルルート
１４ 給電ケーブル
１５ 中継端子
１６ ポンプターミナルボックス
１７ 液化ガス集合管
１８ インバータ
１９ 流量計
２０ 振動計
２１ 気化器
２２ 気化器ポンプ
２３ 逆止弁
２４ 電気室
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス用ポンプ装置に係わり、特に、液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク用の液中モータ型の潜没ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガス等の液化ガスを輸送する液化ガス用ポンプ装置には、例えば、液化ガスタンク内で用いられる、タンク内蔵式の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置がある。
【０００３】
ここで、従来の液化ガス用ポンプ装置について、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を例として、図７を用いて説明する。
【０００４】
図７において、符号１は液化ガスタンクであり、符号１Ａはガスタンク１の天井板、符号２は液化ガスタンク１内に垂下された揚液管である。この液化ガスタンク１内に垂下された揚液管２の下端には、吸込弁３が取り付けられ、この揚液管２の座面４には、液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５が設置されており、符号６は、潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口である。
【０００５】
また、揚液管２の頂部には、ポンプ吊上機構を備えたヘッドプレート７が設けられている。符号８は吊り上げ用ワイヤであり、符号９は給電ケーブルであり、符号１０は巻き上げ機である。
【０００６】
そして、液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５は、液化ガスタンク１の天井板１Ａから鉛直に垂下された揚液管２の内部に、ヘッドプレート７から、吊り上げ用ワイヤ８によって、例えば、深さ５０ｍ程度にまで吊り下げられて、揚液管２の下部の座面４に着座して設置される。
【０００７】
また、この液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５には、揚液管内給電ケーブル９によって電源から電力が供給されており、ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁３から吸い込まれ、昇圧されてポンプ吐出口６から吐出され、図中に矢印で示すように、揚液管２内を上昇して吐出管１１に送り出される。なお、１６はポンプターミナルボックスである。
【０００８】
このようなタンク内蔵式の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、１つのタンクにつき、通常複数設置される。
【０００９】
次に、従来の液化ガス用ポンプ装置へと至る給電系統例として、図８に示すガス供給基地における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の駆動用電源系統図により説明する。
図８において、ガス供給基地に給電された商用電力は、電気室２４内の配電盤１２によりポンプ１台分毎に配電され、貯槽洞道ケーブルルート１３内の給電ケーブル１４により中継端子１５を経て、ポンプターミナルボックス１６から、揚液管２内へと導かれる。
【００１０】
次に、従来の液化ガス用ポンプ本体を、図９に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を一例として、その縦断面図により説明する。
図９において、液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、吸込性能向上のために取り付けられたインデューサ５Ｂ、複数の羽根車５Ｃ及びサブマージドモータロータ５Ｄが固定され、これらは一体型構造であり、一体となって回転するようになっている。
【００１１】
また、このポンプ回転軸５Ａ、インデューサ５Ｂ、複数の羽根車５Ｃ、サブマージドモータロータ５Ｄは、軸受寿命が長く、制振性に優れた自液潤滑される静圧軸受（上静圧軸受５Ｅ、中静圧軸受５Ｆ、下静圧軸受５Ｇ）によって、半径方向に支持されている。
【００１２】
また、上静圧軸受５Ｅと中静圧軸受５Ｆには、ポンプ起動・停止時の補助用軸受として、玉軸受（上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ）を設けている。この上玉軸受５Ｈは、内輪５Ｈ１をポンプ回転軸５Ａに固定し外輪５Ｈ２側にギャップをもたせる設置方法と、外輪５Ｈ２をハウジング５Ｌ１に固定し、内輪５Ｈ１側にギャップをもたせる設置方法がある。
【００１３】
また、中玉軸受５Ｉは、内輪５Ｉ１をポンプ回転軸５Ａに固定し、外輪５Ｉ２側にギャップをもたせる設置方法と、外輪５Ｉ２をハウジング５Ｌ２に固定し内輪５Ｉ１側にギャップをもたせる設置方法がある。この図９に示した例は、上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ共に、内輪をポンプ回転軸５Ａに固定した場合の例である。
【００１４】
中玉軸受内輪５Ｉ１を、ポンプ回転軸５Ａに固定する方法を取った場合、ポンプが通常運転の状態（揚液管２がポンプ吐出液で満たされている状態）では、玉軸受５Ｈ、５Ｉの代わりに静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇが働くように、例えば特公昭６１−５５５８号公報に示されるようなバランスディスク等からなる軸スラスト平衡装置５Ｍが構成されている。
【００１５】
これにより、ポンプ通常運転状態では軸スラスト平衡装置５Ｍの機能により、ポンプ回転軸５Ａが軸方向へ遊動し、中玉軸受５Ｉはハウジング５Ｌ２から離脱浮上し、中玉軸受５Ｉに負荷されるスラスト荷重はゼロとなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術にあっては、ポンプ５を起動した場合、吐出液で揚液管２内が満たされるまでの数分間は、ポンプ５は、所定の吐出圧力よりかなり低い吐出圧力で運転される。この数分間は、液を押し上げるだけのわずかな吐出圧力だけで充分なためである。
【００１７】
このため、軸スラスト平衡装置５Ｍは機能せず、ポンプ回転体の重量や、羽根車５Ｃの下向きの推力といった大きなスラスト荷重が中玉軸受５Ｉに負荷される。特に、ポンプの大容量化等によって、揚液管２の大口径化がなされた場合、ポンプ５を起動してから液が揚液管２を満たすまでに要する時間がさらに延長し、それに伴い、スラスト荷重が中玉軸受５Ｉに加わる時間も長くなり中玉軸受５Ｉの寿命も短くなる。
【００１８】
また、起動時の数分間は、ポンプ５の吐出圧力が小さいために、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの軸受効果が小さく、回転軸５Ａは静圧軸受と回転軸との隙間一杯に振れ廻る。これらの状態が組み合わさると、回転軸５Ａは、中軸受部を中心として振れ廻るような歳差運動を行う。
【００１９】
この歳差運動の状態では、多大なスラスト荷重を回転軸５Ａが傾いた状態で受けるため、中玉軸受５Ｉに不安定な荷重がかかる状態となり、中玉軸受５Ｉの摩耗をさらに増加させ、軸受寿命が低下する。
【００２０】
この起動時において、従来は、モータが運転時の回転数（例えば３０００〜４０００ｍｉｎ-1）まで一気に立ち上がる運用がなされていた。また、ポンプ５を停止する際、従来は電源遮断することにより、ポンプ回転が瞬時に０となる方法を採用していた。
【００２１】
この方法でポンプ５を停止すると、揚液管２内の液がタンクへと逆流することによる羽根車５Ｃの高速逆回転（例えば３０００ｍｉｎ-1程度）が起こる。この時、回転体は玉軸受５Ｈ、５Ｉにより支持されるので、この逆流による逆回転が玉軸受５Ｈ、５Ｉの摩耗をさらに増加させる要因となっていた。
【００２２】
さらに、ポンプ５の長期使用により、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの摩耗が進むと、軸受ギャップが広がることによる軸受剛性の低下が起こる。従来は、この軸受剛性の低下により軸振動が大となる問題があった。
【００２３】
一方、ガスの需要量は、時間帯や季節により異なるため、供給するガス量を調整する必要がある。この供給量調整を、従来の技術においては、例えば図１０の液化ガスタンク配管系統図に示すような、液化ガス集合管１７からの液体を気化器２１により行っていた。なお、２３は逆止弁である。液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化させる気化器には様々なものがあるが、この一例として、気化器ポンプ２２により汲み上げられる海水等によって液化ガスを温める方式がある。
【００２４】
この方式を用いた場合のガス供給量調整は、従来、気化器ポンプ２２の吐出量を制御することで気化するガスの量を調整し、ガス供給量の変動に対応する方法を採用していた。
【００２５】
しかし、この気化器ポンプ２２は、液化ガス用ポンプに比べ、大量の海水等を吐出する必要が有り、ポンプ設備及び流量制御のための付帯設備も複雑かつ大型で、建設時においても定期検査時においても多額のコストが必要であった。
【００２６】
以上説明したように、従来の液化ガス用ポンプ装置は、起動時の大きなスラスト荷重や、停止時の高速逆回転により軸受寿命が低下するという問題を有していた。
【００２７】
また、ポンプの大容量化により揚液管が大口径化すると、スラスト荷重負荷時間が延長され、さらに軸受寿命が低下することとなる。
加えて、軸受の摩耗により剛性が低下し、軸振動が大となる問題もあった。
【００２８】
さらに、従来の技術においては、ガス需要量の変化に対し、直接ガス供給量を制御するのではなく、液化ガスを気化させるための海水等の量を調整する間接的方法を取っていた為、ガス供給量が不安定となると共に、気化器ポンプ設備に多額のコストが必要であった。
【００２９】
本発明の目的は、軸受寿命の長い、長期安定運転の可能な液化ガス用ポンプ装置を実現することである。
【００３０】
さらに、本発明の他の目的は、ポンプの性能を制御可能とし、このポンプの性能を制御することにより、液化ガス供給量を調整可能な液化ガス用ポンプ装置を実現することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置において、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、このインバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプの起動時には、ポンプ軸が所定距離以上浮上したか否かを判断し、ポンプ軸が、所定距離以上浮上していないときには、ポンプを第１の回転数で回転させ、ポンプ軸が所定距離以上浮上したときには、上記第１の回転数より大の回転数である第２の回転数で上記ポンプを回転させる。
【００３２】
（２）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は上記高回転で運転する。
【００３３】
（３）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、ポンプの回転数を上記インバータにより制御し、ポンプの起動時、ポンプの回転数を低回転に抑制し、上記羽根車によるスラスト荷重を低減し、上記軸受の摩耗を軽減する。
【００３４】
（４）好ましくは、上記（１）において、上記駆動部の定格回転数よりも高速回転数で運転することにより、上記羽根車径及び上記駆動部の径を小形化する。
【００３５】
（５）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、吐出した液化ガスを圧送する吐出管と、液化ガス吐出量を測定する流量計と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、上記流量計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転数で運転し、液化ガスが吐出された後は高回転数で運転する。
【００３６】
（６）液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸の振動を測定する振動計と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、このインバータにより、ポンプの回転数を制御し、上記振動計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転数で運転し、液化ガスが吐出された後は高回転数で運転する。
【００３７】
（７）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータは、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと、ポンプに電気を配電する配電盤を設置する電気室とを有するガス供給設備の、上記電気室内に設置する。
【００３８】
（８）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ吐出量を系統側必要供給量に対応可能とする。
（９）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ停止時、ポンプの回転数を徐々に低下させることで、逆流によって引き起こされる高速逆回転の発生を防止し、上記軸受の摩耗を抑制するインバータにより、ポンプの回転数を制御する。
【００３９】
（１０）また、好ましくは、上記（１）において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ運転中、軸受摩耗等による軸受剛性低下から、軸振動が増加した場合に、上記インバータによりポンプの回転数を変化させ、軸振動を抑制する。
【００４０】
（１１）また、好ましくは、上記（１）において、上記液化ガス用ポンプ装置は、この液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化する気化器と、需要先に供給されるガスの供給量を測定するガス量測定装置とを有するガス供給設備に配置され、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ガス供給量の変動に対し、上記ガス量測定装置により供給ガス量を測定し、上記液化ガス用ポンプ装置の吐出量を調整し、供給ガス量を変動させる。
【００４１】
本発明は、起動時のスラスト荷重を低減し、揚液管径を大口径化せずにポンプの大容量化に対応し、停止時徐々に回転数を低下させることにより、逆流による高速逆回転を防止する。
【００４２】
また、ポンプの性能を制御可能とし、液化ガス供給量を調整可能としたので、ガス供給量の変動に応じて、供給するガス量を直接、インバータによりポンプの回転数を制御することにより制御することができ、大規模な気化器ポンプ等が不要であり、低価格な液化ガス用ポンプ装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図中において、図７、図８、図９、図１０に示したものと同等のものには同一の符号が付されている。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態として、図７〜図１０を用いて上述した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に適用した場合のガス供給基地における液化ガス用ポンプ装置駆動用電源系統図である。
【００４５】
図１において、ガス供給基地に供給される商用電源電力は、配電盤１２によりポンプ１台分毎に配電され、インバータ１８へと至る。
【００４６】
ここで、インバータ１８によりポンプへの供給電流の周波数を制御し、貯槽洞道ケーブルルート１３内の給電ケーブル１４により、中継端子１５を経て、ポンプターミナルボックス１６より揚液管２内のポンプへと通電される。このように、液化ガス用ポンプ装置駆動用電源にインバータを設置し、モータの回転数を制御する。
【００４７】
インバータ１８は、ポンプへと至るケーブルルート１３上のどこに設置しても良いが、液化ガスタンク近傍の防曝エリアに設置すると、インバータ１８自体も防曝仕様としなければならず、コスト高となる。
【００４８】
そこで、インバータ１８は電気室２４内等の防曝エリア外に設置するのが好ましい。しかし、インバータ１８は、液化ガスタンクからあまり遠ざかると配線が長くなり、電圧ドロップ等が発生する可能性もあるので、防曝エリア外で、最も液化ガスタンクに近い位置に設置するのが最も好ましい。
【００４９】
次に、インバータ１８により液化ガス用ポンプ装置のモータ回転数を制御する場合の一例として、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に本発明を適用した場合について述べる。
【００５０】
まず、上述のように、起動時、吐出液で揚液管２内が満たされるまでの数分間は、ポンプ回転体の重量や、羽根車５Ｃの下向きの推力といった大きなスラスト荷重が、中玉軸受５Ｉに負荷される状態となり、中玉軸受５Ｉの摩耗が増大し、寿命が低下する。
【００５１】
そこで、この数分間、インバータ１８によりポンプ回転数を例えば５０ｍｉｎ-1程度の低回転数（第１の回転数）に調整する。羽根車５Ｃによる下向きの推力と回転数とは、図２に示すような比例関係にあるため、回転数を低回転数とすれば、羽根車５Ｃの下向きの推力は低減され、スラスト荷重を緩和し、玉軸受摩耗を減少させることができる。なお、図２の縦軸は羽根車の推力を示し、横軸は回転数を示す。
【００５２】
また、図３、図４に示すように、吐出管１１近傍に流量計１９を設置する、あるいはポンプ本体５に振動計２０を設置する等の方法により、揚液管内が液で満たされたことを確認したら、ポンプ本体５の回転数を上げ、高回転数での運転を行う。
【００５３】
なお、振動計２０で揚液管内が液で満たされたか否かを判定する場合には、ポンプ本体５の起動時には振動が大であり、揚液管内が液で満たされたときには、振動が小となることを利用することができる。
【００５４】
また、ポンプ回転軸５Ａと対向する位置に変位計を配置して、ポンプ回転軸５Ａの浮上を検知し、揚液管内が液で満たされたことを確認することもできる。また、玉軸受５Ｈ又は５Ｉにカラーを付けて、その近辺に変位計を配置し、これにより、ポンプ回転軸５Ａの浮上を検知し、揚液管内が液で満たされたことを確認することもできる。
【００５５】
従来の仕様において、例えば、３０００〜４０００ｍｉｎ-1程度のポンプ回転数の運転を行っていた場合、本発明を適用すれば、例えば、５０００〜８０００ｍｉｎ-1程度の従来の技術を超える高回転数（第２の回転数）での運転が可能となる。
【００５６】
ポンプの回転数を高回転へと制御すると、ポンプの性能を表す吐出流量−揚程曲線は、図５のように大流量・高揚程側にシフトする。なお、図５の縦軸は揚程を示し、横軸は吐出流量を示す。
【００５７】
ポンプを大流量・高揚程化する手段として、通常、モータを高出力なものとするため、モータの大型化を図る方法が採用されたり、ポンプを高揚程化する手段として、羽根車径を大きくする方法が採用されているが、本発明を適用することにより、羽根車径やモータを大型化せず、ポンプ大容量化の要求に対応でき、揚液管径を大口径化しない為、スラスト荷重の負荷時間が減少し、玉軸受摩耗を減少させることができる。
【００５８】
また、ポンプ停止時、インバータにより回転数を徐々に低下させることにより、上述の揚液管内の液の逆流による羽根車の高速逆回転を防止することができる。これにより、この逆回転による玉軸受の摩耗を抑制することができる。
【００５９】
さらに、ポンプ５の長期使用により、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの摩耗が進むと、軸受ギャップが広がることにより軸受剛性が低下する。これにより、ポンプ装置の固有回転数が低下し、共振により、軸振動大となる場合がある。この場合もインバータにより回転数をずらすことで、共振を防ぎ、軸振動を抑制することができる。
【００６０】
一方、回転数制御の実施により、１つの液化ガスタンクに複数併設されている液化ガスタンク用潜没ポンプ装置個々の性能を制御可能とすることで、例えば、各ポンプを多点仕様のポンプとして計画することができる。
【００６１】
予め、過電流トリップ等のトラブルによって、一部のポンプが吐出を停止した場合を想定し、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を多点仕様としておくことにより、このようなトラブル時、停止したポンプの吐出量を他のポンプが無理なく補うことができ、負荷の増大や効率の低下を防ぐことができると共に、系統側必要供給量を安定供給することができる。
【００６２】
また、ガス需要量から計画されたガス供給量の変動に応じて、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の吐出量を調整することにより、供給するガス量を直接制御可能となる。
【００６３】
この一例として、図６に示す供給ガス量制御概念図のように、需要地に圧送されるガスの供給量を測定し、その情報により液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の吐出量を、インバータ１８による回転数制御により調整する方式等が考えられる。
【００６４】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のポンプ本体５の回転数を制御することにより、ガス供給量を制御することで、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置よりも大規模な気化器ポンプ２２等の流量制御装置は簡略化でき、コスト低減を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳しく述べたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲において実施可能である。
【００６６】
また、本発明は、他の種類の液化ガス用ポンプ装置の場合（例えば特公平７−６５５８８に号公報に記載されているような、サクションケーシング内にポンプを収納するポット式液化ガス用ポンプ）にも当然適用することができる。
【００６７】
以上のように、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数をインバータで制御しており、ポンプ回転数を制御とすることによって、起動時、吐出液で揚液管内が満たされるまでの数分間、ポンプ回転数を例えば５０ｍｉｎ-1程度の低回転で運転する。
【００６８】
これにより、運転時、ポンプを例えば５０００ｍｉｎ-1程度の高回転で運転することにより、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減することができる。
【００６９】
また、停止時、ポンプ回転数を徐々に低下することにより、揚液管内液の逆流によるポンプの高速逆回転を防止する等の状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７０】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法においても、インバータにより、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で運転し、吐出された後は高回転で運転することにより、起動時のスラスト荷重を低減するとともに、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減することにより、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７１】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、起動時、インバータにより回転数を低回転に押さえることにより、羽根車によるスラスト荷重を低減し、軸受の摩耗を軽減することができる。
【００７２】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、インバータにより、駆動部の定格回転よりも高速回転で運転することにより、羽根車径及び駆動部径を小形化することにより、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減し、軸受の摩耗を軽減することができる。
【００７３】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、流量計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、インバータにより、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は高回転で運転することにより、状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７４】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、振動計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、インバータにより、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は高回転で運転することにより、状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７５】
また、本発明のガス供給設備は、インバータを電気室内に設置したことにより、液化ガス用ポンプ装置のポンプ回転数を制御可能とし、起動時、吐出液で揚液管内が満たされるまでの数分間、ポンプ回転数を例えば５０ｍｉｎ-1程度の低回転で運転することにより、スラスト荷重を軽減することができる。
【００７６】
また、運転時、ポンプを例えば５０００ｍｉｎ-1程度の高回転で運転することにより、ポンプ大容量化の要求に対しても、羽根車径、モータ等を大型化せず、揚液管径の大口径化を防ぎ、スラスト荷重負荷時間を低減することができる。また、ポンプの停止時、ポンプ回転数を徐々に低下することにより、揚液管内液の逆流によるポンプの高速逆回転を防止する、等の状況に合った回転数調整を可能とし、軸受寿命の延長を図り、液化ガス用ポンプ装置の長期安定運転が可能となる。
【００７７】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、インバータにより、ポンプ回転数を制御し、ポンプ吐出量を系統側必要供給量に対応可能とすることにより、例えば、１つの液化ガスタンクに垂下される複数の液化ガス用ポンプ装置において、一部ポンプがミニマムフロー運転となった場合等に、他のポンプの負荷の増大や効率低下を防止する運用が可能となる。
【００７８】
また、各液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化器へと送る配管を、各ポンプ装置独立に設け、各ポンプ装置の回転数制御を実施することにより、ポンプ性能のバラツキによる運転効率の低下等を防止すると共に、摺動部の消耗程度等の各ポンプの状態に応じた運用を行うことが可能となる。
【００７９】
また、ガス供給量を直接的に調整可能とし、液化ガス用ポンプ装置に比べて大規模な気化器の流量制御設備を簡略化することで、コスト低減を図ることが可能となる。
【００８０】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、ポンプ停止時、インバータにより、回転数を徐々に低下させることで、逆流によって引き起こされる高速逆回転による、軸受の摩耗を抑制することができる。
【００８１】
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置運用方法は、ポンプ運転中、軸受摩耗等による軸受剛性低下から、軸振動が増加した場合に、インバータにより回転数を変化させ、軸振動を抑制することが可能となる。
【００８２】
また、本発明のガス供給設備は、ガス供給量の変動に対し、ガス量測定装置により供給ガス量を測定し、インバータにより液化ガス用ポンプ装置の回転数を制御し、液化ガス用ポンプ装置の吐出量を調整し、供給ガス量を変動させることにより、液化ガス用ポンプ装置に比べて大規模な気化器の流量制御設備を簡略化することが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、ポンプ本体の起動時には、インバータにより、低回転とし、揚液管内が液体で満たされたか否かを判断して、揚液管内が液体で満たされると、インバータにより、ポンプ本体の回転数が上昇され、高回転とされる。また、ポンプ本体の停止時には、インバータにより徐々に回転数が低下される。
【００８４】
したがって、軸受寿命の長い、長期安定運転の可能な液化ガス用ポンプ装置、その運用方法及びガス供給設備を実現することができる。
【００８５】
また、ポンプの性能を制御可能とし、液化ガス供給量を調整可能としたので、ガス供給量の変動に応じて、供給するガス量を直接、インバータによりポンプの回転数を制御することにより制御することができ、大規模な気化器ポンプ等が不要であり、低価格な液化ガス用ポンプ装置、その運用方法及びガス供給設備を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の駆動用電源系統図である。
【図２】回転数と羽根車による推力の関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の全体構成図である。
【図４】図３の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のみを示す縦断面図である。
【図５】回転数を高回転側に制御した場合の、ポンプの吐出流量と揚程の関係の変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す供給ガス量制御概念図である。
【図７】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一例の全体構成図である。
【図８】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一例の駆動用電源系統図である。
【図９】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の縦断面図である。
【図１０】従来の液化ガスタンク配管系統図である。
【符号の説明】
１ 液化ガスタンク
１Ａ タンク天井板
２ 揚液管
３ 吸込弁
４ 座面
５ 液化ガス用ポンプ本体
５Ａ 回転軸
５Ｂ インデューサ
５Ｃ 羽根車
５Ｄ サブマージドモータロータ
５Ｅ 上静圧軸受
５Ｆ 中静圧軸受
５Ｇ 下静圧軸受
５Ｈ 上補助玉軸受
５Ｈ１ 上補助玉軸受内輪
５Ｈ２ 上補助玉軸受外輪
５Ｉ 中補助玉軸受
５Ｉ１ 中補助玉軸受内輪
５Ｉ２ 中補助玉軸受外輪
５Ｌ１ ハウジング
５Ｌ２ ハウジング
５Ｍ 軸スラスト平衡装置
６ ポンプ吐出口
７ ヘッドプレート
８ 吊上ワイヤ
９ 揚液管内給電ケーブル
１０ 巻き上げ機
１１ 吐出管
１２ 配電盤
１３ 貯槽洞道ケーブルルート
１４ 給電ケーブル
１５ 中継端子
１６ ポンプターミナルボックス
１７ 液化ガス集合管
１８ インバータ
１９ 流量計
２０ 振動計
２１ 気化器
２２ 気化器ポンプ
２３ 逆止弁
２４ 電気室
Claims (11)
- 液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置において、
ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、このインバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプの起動時には、ポンプ軸が所定距離以上浮上したか否かを判断し、ポンプ軸が、所定距離以上浮上していないときには、ポンプを第１の回転数で回転させ、ポンプ軸が所定距離以上浮上したときには、上記第１の回転数より大の回転数である第２の回転数で上記ポンプを回転させることを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。 - 液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、
上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転で、吐出された後は上記高回転で運転することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置の運用方法。 - 液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、
上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、ポンプの回転数を上記インバータにより制御し、ポンプの起動時、ポンプの回転数を低回転に抑制し、上記羽根車によるスラスト荷重を低減し、上記軸受の摩耗を軽減することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置の運用方法。 - 請求項１記載の液化ガス用ポンプ装置において、上記駆動部の定格回転数よりも高速回転数で運転することにより、上記羽根車径及び上記駆動部の径を小形化したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、吐出した液化ガスを圧送する吐出管と、液化ガス吐出量を測定する流量計と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、
上記液化ガス用ポンプ装置は、ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、上記流量計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転数で運転し、液化ガスが吐出された後は高回転数で運転することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置の運用方法。 - 液化ガスを吸込み吐出するポンプのポンプ軸と、このポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸の振動を測定する振動計と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ、吸込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受とを有する液化ガス用ポンプ装置の運用方法において、
ポンプへの供給電流の周波数を制御するインバータを備え、このインバータにより、ポンプの回転数を制御し、上記振動計により、液化ガスが吐出されたことを確認し、ポンプの回転数を、液化ガスが吐出されるまでの間は低回転数で運転し、液化ガスが吐出された後は高回転数で運転することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置の運用方法。 - 請求項１記載の液化ガス用ポンプ装置において、上記インバータは、液化ガスを貯蔵する液化ガスタンクと、ポンプに電気を配電する配電盤を設置する電気室とを有するガス供給設備の、上記電気室内に設置したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガス用ポンプ装置において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ吐出量を系統側必要供給量に対応可能としたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガス用ポンプ装置において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ停止時、ポンプの回転数を徐々に低下させることで、逆流によって引き起こされる高速逆回転の発生を防止し、上記軸受の摩耗を抑制することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガス用ポンプ装置において、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ポンプ運転中、軸受摩耗等による軸受剛性低下から、軸振動が増加した場合に、上記インバータによりポンプの回転数を変化させ、軸振動を抑制することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガス用ポンプ装置において、この液化ガス用ポンプ装置は、この液化ガス用ポンプ装置から吐出された液化ガスを気化する気化器と、需要先に供給されるガスの供給量を測定するガス量測定装置とを有するガス供給設備に配置され、上記インバータにより、ポンプの回転数を制御し、ガス供給量の変動に対し、上記ガス量測定装置により供給ガス量を測定し、上記液化ガス用ポンプ装置の吐出量を調整し、供給ガス量を変動させることを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
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