JP3906539B2 - 液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置 - 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立軸形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り、このような液化ガス用ポンプ装置では、従来、例えば特開平８−２９６５８６号公報に示されるように、静圧軸受および補助用の複列配置深溝形玉軸受が採用されている。
【０００３】
ここで、かかる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９を用いて説明する。
【０００４】
１は液化ガスタンクであり、１Ａはガスタンク１の天井板、そして、２は前記液化ガスタンク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、前記の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５が設置されており、６は、前記潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口である。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、８は吊り上げ用ワイヤであり、９は給電ケーブルであり、１０は巻き上げ機である。
【０００５】
そして、前記液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５は、前記液化ガスタンク１の天井板１Ａから鉛直に垂下された揚液管２の内部に、前記ヘッドプレート７から、前記吊り上げ用ワイヤ８によって、例えば深さ５０ｍ程度にまで吊り下げられて、前記揚液管２の下部の前記座面４に着座して設置される。
【０００６】
また、この液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５には、給電ケーブル９によって電源が供給されており、ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁３から吸い込まれて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、前記揚液管２内を上昇して吐出管１１に送り出される。
【０００７】
次に、従来の液化ガス用ポンプ本体の例として、図１０に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ本体図により説明する。
【０００８】
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。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。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。
【０００９】
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。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５Ｌ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。しかし、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。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更に延長し、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。これに対処するため、中玉軸受５Ｉには、特開平８−２９６５８６号公報に示されている単列深溝形玉軸受を複列配置した複列配置深溝形玉軸受５Ｉ（以下複列玉軸受と云う）を用い、玉軸受１個当たりに負荷される荷重を低減させている。
【００１０】
また、前記複列玉軸受５Ｉは、特願平８−１３９８６４号公報に示されているように、複列玉軸受の間にリングスペーサ５Ｊを介しハウジング５Ｌに設置し、リテーナ５Ｋにより玉軸受内輪を固定し、ポンプ運転中の軸スラスト平衡装置５Ｍが機能する間は、回転軸５Ａがリテーナ５Ｋから浮上しスラスト荷重は負荷されず、スラスト平衡装置５Ｍが機能しないポンプ起動時には、回転軸が複列玉軸受の内輪に固定したリテーナ５Ｋに着座しそれぞれの玉軸受への荷重の等分配を確保している。従来の技術では、ハウジング５Ｌに固定された複列玉軸受５Ｉは、内輪側にリテーナを有し、ポンプ起動・停止時には、回転軸５Ａの着座面がリテーナ５Ｋ上面に直接着座しポンプのスラスト荷重を受けるものとしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に、液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプの起動直後のシステムヘッドカーブを示す。この図１１左側のカーブは、横軸が吐出流量、縦軸が吐出圧力を示し、▲１▼が起動時、以後▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼と変化していく様子を示している。起動後約３分後に▲５▼の状態となって吐出管１１から昇圧液化ガスが吐出する。図１１右側には、揚液管２と、ポンプ５と、ヘッドプレート７と、吐出管１１より成る例を示している。
【００１２】
ポンプ５が起動した後最初の数分間は、ポンプ５の吐出圧力が小さいために図１０に示す軸スラスト平衡装置５Ｍは働かず、前記複列玉軸受５Ｉに羽根車５Ｃの多大なスラスト力がかかった状態が続く。また、この数分間は、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。これらの状態が組合わさると、図１２に示すように回転軸５Ａは、複列玉軸受用リテーナ５Ｋの下面着座面を支点として振れ廻るような歳差運動を行う。この歳差運動の状態では、回転軸５Ａ下面の着座面が全面で着座せず点接触の状態で着座し、多大なスラスト荷重を回転軸が傾いた状態で受けるため、前記複列玉軸受５Ｉに不安定な荷重がかかる状態となり、前記複列玉軸受５Ｉの摩耗を増加させ、軸受寿命が低下する。
【００１３】
本発明の目的は、ポンプの大容量化、揚液管の大口径化のもとで、複列配置した深溝形玉軸受の機能と信頼性を向上させ、軸受の長寿命化を可能にする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化タンクからの液化ガスを吸い込み吐出する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有し、前記複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナ上面に着座する相手側シャフト着座面との間に、緩衝材として皿状ばねまたは板ばねを設けるか、複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面と該リテーナ上面に着座する回転軸の着座面のそれぞれの面が、円弧断面によって形成された球面座の構造である、ことによって達成される。
【００１５】
また上記発明は、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、複列配置した深溝型玉軸受の外輪側と該複列配置した深溝玉軸受が設置される相手側ハウジングの間に、予圧かけた緩衝材を介在させ支持する構造とする、ことによって達成される。
【００１６】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、ポンプ起動時、液化ガスが揚液管を満たし所定の吐出圧力となり、スラスト平衡装置が作用するまでの数分間、軸受に負荷されるスラスト荷重に対して、深溝形玉軸受１個当たりに負荷する荷重を低減させ、軸受長寿命化を図るために複列配置した深溝形玉軸受に関し、該複列配置深溝形玉軸受の内輪側に設けたリテーナ上面接触面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面との間に、緩衝材または緩衝構造を介在させることによって、または、内輪側にリテーナを設けた複列配置深溝形玉軸受の外輪下面と相手側ハウジングの間に、予圧をかけた緩衝材を介在させることによりポンプ回転軸の振れ廻りによる歳差運動が起きた場合においても、該リテーナ下面着座面の傾きに、緩衝材または緩衝構造が追従し、これによって、複列配置深溝形玉軸受の異常摩耗を防止し、さらに軸受長寿命に対する信頼性の向上を図る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例として、図９、図１０で説明した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のポンプ本体断面図である。また、図２は図１に示すポンプ本体の中軸受部分の拡大図であり、図３から図８は、本発明の各種の実施例として、図９、図１０で説明した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のポンプの中軸受部の断面図である。図中、図９及び図１０と同一符号のものは、従来技術と同等部分であり、図１には示していないが、図９と同じように液化ガスタンク、吐出管等が存在することは云うまでもない。
【００１９】
図１に示す本実施例の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管２と、揚液管２の底部座面４に設置されたポンプ本体５からなる。揚液管の底部には、吸込弁３が取り付けられ、ここより液化ガスを吸い込み、前記ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口６から溶液管２内部に吐出される。ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、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。また、このポンプ回転軸５Ａは、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。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。中軸受付近の拡大図を図２に示す。
【００２０】
ポンプが通常運転の状態では、軸スラスト平衡装置５Ｍによるポンプ回転軸５Ａの軸方向への遊動により、回転軸５Ｉはリテーナ５Ｋから離脱（浮上）し、中玉軸受５Ｉに負荷され、スラスト荷重はゼロとなる。しかし、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。このため、中玉軸受５Ｉには、単列深溝形玉軸受を複列配置した複列配置深溝形玉軸受５Ｉ（以下複列玉軸受と云う）を用い、玉軸受１個当たりに負荷される荷重を低減させている。また、前記複列玉軸受５Ｉは、複列玉軸受の間にリングスペーサ５Ｊを介してリテーナ５Ｋにより玉軸受内輪を固定し一体化させ、複列玉軸受のそれぞれの玉軸受への荷重の等分配を確保している。
【００２１】
しかし図１２に示すように、ポンプ起動後の数分間は、回転軸５Ａは、複列玉軸受用リテーナ５Ｋの上面着座面を支点として振れ廻るような歳差運動を行う。
【００２２】
従来、歳差運動の状態では、リテーナ５Ｋ下面着座面が全面で着座せず点接触の状態で着座し、多大なスラスト荷重を回転軸が傾いた状態で受けていた。本発明では、複列玉軸受用リテーナ下面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸５Ａ着座面との間に緩衝材、または緩衝構造を介在させることを特徴としており、図１及び図２に示す実施例では、複列玉軸受用リテーナ下面着座面と該リテーナが着座する相手側回転軸５Ａ着座面との間に緩衝材として、皿状ばね１２Ａを設けている。これによって、ポンプ回転軸の歳差運動が起きた状態においても、皿状ばね１２Ａがたわむことで複列玉軸受用リテーナ５Ｋ上面着座面の傾きに追従し、リテーナ上面着座面が皿状ばね１２Ａと点接触ではなく全面で着座することによって、ポンプ回転軸の歳差運動を緩衝させ、歳差運動時に複列玉軸受へ負荷される不安定な荷重を低減させ、複列玉軸受の異常摩耗を防止することができる。
【００２３】
緩衝材としては、図１、図２に示した皿状ばね１２Ａの他にも各種考えられる。次に、図３に示すのは緩衝材として板ばね１２Ｂを用いた場合であり、図３に示す板ばね１２Ｂは、リング状の板の下面内側をテーパ形状としてばねを形成し、また、リテーナ５Ｋとの追従性を良くするために、板ばね１２Ｂの周方向に複数の切り込みと凸部１３を設けている。
【００２４】
リテーナ５Ｋと回転軸５Ａの間に緩衝材を挿入する構造の他に、複列玉軸受用リテーナ下面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面を緩衝構造とする方法もある。その例として、図４に、複列玉軸受用リテーナ下面着座面１５と該リテーナに着座する相手側回転軸５Ａの着座面を、それぞれ適当な円弧断面により形成する球面座緩衝構造とする場合を示す。ポンプ回転軸５Ａが歳差運動をしてわずかに傾いた場合にも、図１２のように、リテーナ５Ｋ上面着座面１４及び回転軸５Ａの着座面１５を、着座する部分が点接触とならず全面で着座するように適当な球面座構造とする。
【００２５】
さらに他の実施例を図５、６に示す。内輪側をリテーナ５Ｋにより固定された複列玉軸受の外輪下面と複列玉軸受が着座する相手側ハウジングの間に、緩衝材設置させ、予め緩衝材に圧が加わるように、固定板１６により複列玉軸受外輪上面を固定する。図５には、請求項２を実施した際、皿ばねを適用した場合、図６には、二枚のリングプレートの間に複数のコイルばね１２Ｃを介在させたものを示す。これらばね類の介在として、図３に示すような板ばね、リングプレート全集を取り巻く１コイルのばねを用いてもよい。
【００２６】
また、板ばね１２Ｃは、皿ばね１２Ａ及びコイルばね１２Ｂと同様にハウジング５Ｌと板ばね１２Ｃを締結しても良いし、あるいは一体構造としても良い。例として、図７、図８に板ばね１２Ｃの取付け方法の概念図を示す。図７は、板ばね１２Ｂをハウジング５Ｌと一体構造とした場合であり、ハウジング内部の複列玉軸受用リテーナが着座する面に最初から板ばね１２Ｃを形成させておけばよい。また、図８は板ばね１２Ｂをハウジングにボルト等で締結する場合の一例であり、図８に示す方法は、ハウジング５Ｌを上下に分割し、その間に板ばね１２Ｃを挟んで締結した場合である。図８のように板ばね１２Ｃを締結する方法によれば、簡単に板ばね１２Ｃを交換することもできる。
【００２７】
これらにより、回転軸の歳差運動に対するリテーナ着座面１５の追従性を確保することができ、または、複列玉軸受の外輪下面に設けた緩衝材により回転軸の歳差運動による挙動を吸収させることができ、回転軸の歳差運動時に複列玉軸受へ負荷される不安定な荷重を低減させ、複列玉軸受の異常摩耗を防止することができる。
【００２８】
以上、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号公報に示されるような、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）にも当然適用できる。また、液化ガスに限らず、低温液体を取り扱うポンプにも有効な発明である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、複列玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面との間に緩衝材として各種のばねを設ける構造、及び複列玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面を球面座とした緩衝構造とする構造、または、内輪側をリテーナによって固定した複列玉軸受の外輪下面と該複列玉軸受が着座する相手側ハウジングの間に予圧をかけた緩衝材を介在支持する構造によって、ポンプ起動時に起こるスラスト荷重が複列玉軸受に作用した状態でのポンプ回転軸の歳差運動に緩衝材、緩衝構造が追従することによって、複列配置深溝形玉軸受の異常摩耗を防止し、さらに軸受長寿命に対する信頼性が向上し、これによって、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の長期安定運転を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す液化ガス用ポンプ本体断面図。
【図２】本発明の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図３】本発明の他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図４】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図６】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図７】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図８】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図９】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体図。
【図１０】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体断面図。
【図１１】液化ガスタンク用潜没ポンプの起動直後のシステムヘッドカーブ図。
【図１２】ポンプ回転軸の歳差運動説明図。
【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
５Ｉ 中補助玉軸受（複列配置深溝形玉軸受）
５Ｊ リングスペーサ
５Ｋ リテーナ
５Ｌ 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 給電ケーブル
１０ 巻き上げ機
１１ 吐出管
１２Ａ 皿ばね
１２Ｂ 板ばね類
１２Ｃ コイルばね
１３ 突起物あるいは凸部形状
１４ リテーナ上面着座面球面座部
１５ 回転軸側着座面球面座部
１６ 固定板
【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立軸形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り、このような液化ガス用ポンプ装置では、従来、例えば特開平８−２９６５８６号公報に示されるように、静圧軸受および補助用の複列配置深溝形玉軸受が採用されている。
【０００３】
ここで、かかる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９を用いて説明する。
【０００４】
１は液化ガスタンクであり、１Ａはガスタンク１の天井板、そして、２は前記液化ガスタンク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、前記の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５が設置されており、６は、前記潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口である。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、８は吊り上げ用ワイヤであり、９は給電ケーブルであり、１０は巻き上げ機である。
【０００５】
そして、前記液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５は、前記液化ガスタンク１の天井板１Ａから鉛直に垂下された揚液管２の内部に、前記ヘッドプレート７から、前記吊り上げ用ワイヤ８によって、例えば深さ５０ｍ程度にまで吊り下げられて、前記揚液管２の下部の前記座面４に着座して設置される。
【０００６】
また、この液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５には、給電ケーブル９によって電源が供給されており、ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁３から吸い込まれて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、前記揚液管２内を上昇して吐出管１１に送り出される。
【０００７】
次に、従来の液化ガス用ポンプ本体の例として、図１０に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ本体図により説明する。
【０００８】
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。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。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。
【０００９】
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。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５Ｌ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。しかし、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。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更に延長し、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。これに対処するため、中玉軸受５Ｉには、特開平８−２９６５８６号公報に示されている単列深溝形玉軸受を複列配置した複列配置深溝形玉軸受５Ｉ（以下複列玉軸受と云う）を用い、玉軸受１個当たりに負荷される荷重を低減させている。
【００１０】
また、前記複列玉軸受５Ｉは、特願平８−１３９８６４号公報に示されているように、複列玉軸受の間にリングスペーサ５Ｊを介しハウジング５Ｌに設置し、リテーナ５Ｋにより玉軸受内輪を固定し、ポンプ運転中の軸スラスト平衡装置５Ｍが機能する間は、回転軸５Ａがリテーナ５Ｋから浮上しスラスト荷重は負荷されず、スラスト平衡装置５Ｍが機能しないポンプ起動時には、回転軸が複列玉軸受の内輪に固定したリテーナ５Ｋに着座しそれぞれの玉軸受への荷重の等分配を確保している。従来の技術では、ハウジング５Ｌに固定された複列玉軸受５Ｉは、内輪側にリテーナを有し、ポンプ起動・停止時には、回転軸５Ａの着座面がリテーナ５Ｋ上面に直接着座しポンプのスラスト荷重を受けるものとしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に、液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプの起動直後のシステムヘッドカーブを示す。この図１１左側のカーブは、横軸が吐出流量、縦軸が吐出圧力を示し、▲１▼が起動時、以後▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼と変化していく様子を示している。起動後約３分後に▲５▼の状態となって吐出管１１から昇圧液化ガスが吐出する。図１１右側には、揚液管２と、ポンプ５と、ヘッドプレート７と、吐出管１１より成る例を示している。
【００１２】
ポンプ５が起動した後最初の数分間は、ポンプ５の吐出圧力が小さいために図１０に示す軸スラスト平衡装置５Ｍは働かず、前記複列玉軸受５Ｉに羽根車５Ｃの多大なスラスト力がかかった状態が続く。また、この数分間は、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。これらの状態が組合わさると、図１２に示すように回転軸５Ａは、複列玉軸受用リテーナ５Ｋの下面着座面を支点として振れ廻るような歳差運動を行う。この歳差運動の状態では、回転軸５Ａ下面の着座面が全面で着座せず点接触の状態で着座し、多大なスラスト荷重を回転軸が傾いた状態で受けるため、前記複列玉軸受５Ｉに不安定な荷重がかかる状態となり、前記複列玉軸受５Ｉの摩耗を増加させ、軸受寿命が低下する。
【００１３】
本発明の目的は、ポンプの大容量化、揚液管の大口径化のもとで、複列配置した深溝形玉軸受の機能と信頼性を向上させ、軸受の長寿命化を可能にする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化タンクからの液化ガスを吸い込み吐出する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有し、前記複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナ上面に着座する相手側シャフト着座面との間に、緩衝材として皿状ばねまたは板ばねを設けるか、複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面と該リテーナ上面に着座する回転軸の着座面のそれぞれの面が、円弧断面によって形成された球面座の構造である、ことによって達成される。
【００１５】
また上記発明は、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、複列配置した深溝型玉軸受の外輪側と該複列配置した深溝玉軸受が設置される相手側ハウジングの間に、予圧かけた緩衝材を介在させ支持する構造とする、ことによって達成される。
【００１６】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、ポンプ起動時、液化ガスが揚液管を満たし所定の吐出圧力となり、スラスト平衡装置が作用するまでの数分間、軸受に負荷されるスラスト荷重に対して、深溝形玉軸受１個当たりに負荷する荷重を低減させ、軸受長寿命化を図るために複列配置した深溝形玉軸受に関し、該複列配置深溝形玉軸受の内輪側に設けたリテーナ上面接触面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面との間に、緩衝材または緩衝構造を介在させることによって、または、内輪側にリテーナを設けた複列配置深溝形玉軸受の外輪下面と相手側ハウジングの間に、予圧をかけた緩衝材を介在させることによりポンプ回転軸の振れ廻りによる歳差運動が起きた場合においても、該リテーナ下面着座面の傾きに、緩衝材または緩衝構造が追従し、これによって、複列配置深溝形玉軸受の異常摩耗を防止し、さらに軸受長寿命に対する信頼性の向上を図る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例として、図９、図１０で説明した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のポンプ本体断面図である。また、図２は図１に示すポンプ本体の中軸受部分の拡大図であり、図３から図８は、本発明の各種の実施例として、図９、図１０で説明した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のポンプの中軸受部の断面図である。図中、図９及び図１０と同一符号のものは、従来技術と同等部分であり、図１には示していないが、図９と同じように液化ガスタンク、吐出管等が存在することは云うまでもない。
【００１９】
図１に示す本実施例の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管２と、揚液管２の底部座面４に設置されたポンプ本体５からなる。揚液管の底部には、吸込弁３が取り付けられ、ここより液化ガスを吸い込み、前記ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口６から溶液管２内部に吐出される。ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、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。また、このポンプ回転軸５Ａは、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。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。中軸受付近の拡大図を図２に示す。
【００２０】
ポンプが通常運転の状態では、軸スラスト平衡装置５Ｍによるポンプ回転軸５Ａの軸方向への遊動により、回転軸５Ｉはリテーナ５Ｋから離脱（浮上）し、中玉軸受５Ｉに負荷され、スラスト荷重はゼロとなる。しかし、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。このため、中玉軸受５Ｉには、単列深溝形玉軸受を複列配置した複列配置深溝形玉軸受５Ｉ（以下複列玉軸受と云う）を用い、玉軸受１個当たりに負荷される荷重を低減させている。また、前記複列玉軸受５Ｉは、複列玉軸受の間にリングスペーサ５Ｊを介してリテーナ５Ｋにより玉軸受内輪を固定し一体化させ、複列玉軸受のそれぞれの玉軸受への荷重の等分配を確保している。
【００２１】
しかし図１２に示すように、ポンプ起動後の数分間は、回転軸５Ａは、複列玉軸受用リテーナ５Ｋの上面着座面を支点として振れ廻るような歳差運動を行う。
【００２２】
従来、歳差運動の状態では、リテーナ５Ｋ下面着座面が全面で着座せず点接触の状態で着座し、多大なスラスト荷重を回転軸が傾いた状態で受けていた。本発明では、複列玉軸受用リテーナ下面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸５Ａ着座面との間に緩衝材、または緩衝構造を介在させることを特徴としており、図１及び図２に示す実施例では、複列玉軸受用リテーナ下面着座面と該リテーナが着座する相手側回転軸５Ａ着座面との間に緩衝材として、皿状ばね１２Ａを設けている。これによって、ポンプ回転軸の歳差運動が起きた状態においても、皿状ばね１２Ａがたわむことで複列玉軸受用リテーナ５Ｋ上面着座面の傾きに追従し、リテーナ上面着座面が皿状ばね１２Ａと点接触ではなく全面で着座することによって、ポンプ回転軸の歳差運動を緩衝させ、歳差運動時に複列玉軸受へ負荷される不安定な荷重を低減させ、複列玉軸受の異常摩耗を防止することができる。
【００２３】
緩衝材としては、図１、図２に示した皿状ばね１２Ａの他にも各種考えられる。次に、図３に示すのは緩衝材として板ばね１２Ｂを用いた場合であり、図３に示す板ばね１２Ｂは、リング状の板の下面内側をテーパ形状としてばねを形成し、また、リテーナ５Ｋとの追従性を良くするために、板ばね１２Ｂの周方向に複数の切り込みと凸部１３を設けている。
【００２４】
リテーナ５Ｋと回転軸５Ａの間に緩衝材を挿入する構造の他に、複列玉軸受用リテーナ下面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面を緩衝構造とする方法もある。その例として、図４に、複列玉軸受用リテーナ下面着座面１５と該リテーナに着座する相手側回転軸５Ａの着座面を、それぞれ適当な円弧断面により形成する球面座緩衝構造とする場合を示す。ポンプ回転軸５Ａが歳差運動をしてわずかに傾いた場合にも、図１２のように、リテーナ５Ｋ上面着座面１４及び回転軸５Ａの着座面１５を、着座する部分が点接触とならず全面で着座するように適当な球面座構造とする。
【００２５】
さらに他の実施例を図５、６に示す。内輪側をリテーナ５Ｋにより固定された複列玉軸受の外輪下面と複列玉軸受が着座する相手側ハウジングの間に、緩衝材設置させ、予め緩衝材に圧が加わるように、固定板１６により複列玉軸受外輪上面を固定する。図５には、請求項２を実施した際、皿ばねを適用した場合、図６には、二枚のリングプレートの間に複数のコイルばね１２Ｃを介在させたものを示す。これらばね類の介在として、図３に示すような板ばね、リングプレート全集を取り巻く１コイルのばねを用いてもよい。
【００２６】
また、板ばね１２Ｃは、皿ばね１２Ａ及びコイルばね１２Ｂと同様にハウジング５Ｌと板ばね１２Ｃを締結しても良いし、あるいは一体構造としても良い。例として、図７、図８に板ばね１２Ｃの取付け方法の概念図を示す。図７は、板ばね１２Ｂをハウジング５Ｌと一体構造とした場合であり、ハウジング内部の複列玉軸受用リテーナが着座する面に最初から板ばね１２Ｃを形成させておけばよい。また、図８は板ばね１２Ｂをハウジングにボルト等で締結する場合の一例であり、図８に示す方法は、ハウジング５Ｌを上下に分割し、その間に板ばね１２Ｃを挟んで締結した場合である。図８のように板ばね１２Ｃを締結する方法によれば、簡単に板ばね１２Ｃを交換することもできる。
【００２７】
これらにより、回転軸の歳差運動に対するリテーナ着座面１５の追従性を確保することができ、または、複列玉軸受の外輪下面に設けた緩衝材により回転軸の歳差運動による挙動を吸収させることができ、回転軸の歳差運動時に複列玉軸受へ負荷される不安定な荷重を低減させ、複列玉軸受の異常摩耗を防止することができる。
【００２８】
以上、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号公報に示されるような、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）にも当然適用できる。また、液化ガスに限らず、低温液体を取り扱うポンプにも有効な発明である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、複列玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面との間に緩衝材として各種のばねを設ける構造、及び複列玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸着座面を球面座とした緩衝構造とする構造、または、内輪側をリテーナによって固定した複列玉軸受の外輪下面と該複列玉軸受が着座する相手側ハウジングの間に予圧をかけた緩衝材を介在支持する構造によって、ポンプ起動時に起こるスラスト荷重が複列玉軸受に作用した状態でのポンプ回転軸の歳差運動に緩衝材、緩衝構造が追従することによって、複列配置深溝形玉軸受の異常摩耗を防止し、さらに軸受長寿命に対する信頼性が向上し、これによって、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の長期安定運転を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す液化ガス用ポンプ本体断面図。
【図２】本発明の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図３】本発明の他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図４】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図６】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図７】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図８】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図９】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体図。
【図１０】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体断面図。
【図１１】液化ガスタンク用潜没ポンプの起動直後のシステムヘッドカーブ図。
【図１２】ポンプ回転軸の歳差運動説明図。
【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
５Ｉ 中補助玉軸受（複列配置深溝形玉軸受）
５Ｊ リングスペーサ
５Ｋ リテーナ
５Ｌ 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 給電ケーブル
１０ 巻き上げ機
１１ 吐出管
１２Ａ 皿ばね
１２Ｂ 板ばね類
１２Ｃ コイルばね
１３ 突起物あるいは凸部形状
１４ リテーナ上面着座面球面座部
１５ 回転軸側着座面球面座部
１６ 固定板
Claims (7)
- 液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化タンクからの液化ガスを吸い込み吐出する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有し、前記複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナ上面に着座する相手側シャフト着座面との間に、緩衝材として皿状ばねを設けることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
- 液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化タンクからの液化ガスを吸い込み吐出する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有し、前記複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面着座面と該リテーナ上面に着座する相手側シャフト着座面との間に、緩衝材として板ばねを設けることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
- 液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化タンクからの液化ガスを吸い込み吐出する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有し、前記複列配置深溝形玉軸受用リテーナ上面と該リテーナ上面に着座する回転軸の着座面のそれぞれの面が、円弧断面によって形成された球面座の構造であることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
- ポンプ軸と、該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液化タンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、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複数の軸受と、ポンプ軸近傍に設けられて軸受へのスラスト荷重の軽減を行う軸スラスト平衡装置と、軸スラスト平衝装置の近傍に設けられた軸受は単列深溝形玉軸受をリングスペーサを介し複列配置し、複列配置した深溝型玉軸受の内輪側にリテーナを有する液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、複列配置した深溝型玉軸受の外輪側と該複列配置した深溝玉軸受が設置される相手側ハウジングの間に、予圧をかけた緩衝材を介在させ支持する構造とすることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、複列配置した深溝型玉軸受の外輪側と、該複列配置した深溝玉軸受が設置される相手側ハウジングの間に予圧をかけて介在させる緩衝材として、皿ばねを設けることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、複列配置した深溝型玉軸受の外輪側と、該複列配置した深溝玉軸受が設置される相手側ハウジングの間に予圧をかけて介在させる緩衝材として、板ばねを設けることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
- 請求項１記載の液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置において、複列配置した深溝型玉軸受の外輪側と、該複列配置した深溝玉軸受が設置される相手側ハウジングの間に予圧をかけて介在させる緩衝材として、コイルばねを設けることを特徴とする液化ガスタンク用立軸形潜没ポンプ装置。
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