JP4126744B2 - 液化ガス用ポンプ装置 - Google Patents

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用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に示されるように、静圧軸受および補助用の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８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】
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、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９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。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。また、中玉軸受は、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。図９は上、中玉軸受共に、内輪をポンプ回転軸５Ａに固定した場合である。
【０００９】
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。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。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。また、前記の起動時の数分間は、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。この歳差運動の状態では、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、中玉軸受５Ｉに不安定な荷重がかかる状態となり、前記中玉軸受５Ｉの摩耗をさらに増加させ、軸受寿命が低下する。従来は、軸受状態及び寿命を判断するため、定期点検等を行い、分解確認する方法を取っており、異常摩耗等による運転中の突発的な玉軸受の故障等が発生する場合があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液化ガス用ポンプ装置における軸受状態、軸受寿命は判断されていたが、点検作業の簡略化によるコスト低減等を図るため、ポンプ装置軸受部の状態管理を容易にすることが要求される。
【００１１】
本発明は、ポンプ装置に軸受摩耗量を検出するセンサー（以下“軸受摩耗センサー”とする）を設けることで、ポンプ装置の状態管理を容易にし、異常摩耗等による運転中の突発的な玉軸受の故障を検知する等、信頼性の高い、安定運転が可能なポンプ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決する手段】
上記目的は、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吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、前記ポンプ軸を半径方向に支持し、自液潤滑される静圧軸受と、前記静圧軸受に近接して設けられ、ポンプの起動・停止時にスラスト荷重が負荷される補助用軸受としての玉軸受と、ポンプの通常運転時にポンプ軸に作用する軸スラストを平衡させるように機能する軸スラスト平衡装置とを備え、液化ガスタンク内に設置されて液化ガスを吸い込み吐出するようにした液化ガス用ポンプ装置において、前記ポンプ装置における回転体と固定体との間の軸方向距離の変化を検出するためのセンサーを有し、このセンサーは前記玉軸受近傍の固定体に設置されており、前記玉軸受近傍の回転体にはカラーを設置し、このカラーとの軸方向距離を前記センサーで測定することで前記玉軸受のスラスト荷重による摩耗量を検知することで達成される。
【００１３】
液化ガス用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補助軸受に負荷される、スラスト荷重による玉軸受の摩耗量を検知し、軸受の状態を監視することで、異常摩耗等による運転中の突発的な玉軸受の故障を検知し、信頼性の向上を図ると共に、点検作業の簡略化によるコスト低減を図ることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明の実施例として、図８、図９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、図２、図３は図１に示すポンプ本体の中軸受部分の拡大図である。また、図４から図７は、本発明の各種の実施例として、図８、図９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図であり、図４はポンプの中軸受部の断面図、図５はポンプの上軸受部の断面図、図６は回転軸の上端部の断面図、図７は回転軸の下端部の断面図である。図中、図８及び図９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８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。
【００１６】
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。
【００１７】
中玉軸受５Ｉの内輪５Ｉ１を、ポンプ回転軸５Ａと固定する方法を取った場合、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、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。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。
【００１８】
このようなポンプ構造における実施例を説明する。
図２に、中軸受部に軸受摩耗センサー５Ｊを設置した例を示す。尚、図２は中玉軸受５Ｉの内輪５Ｉ１を、ポンプ回転軸５Ａと固定する方法を取った場合である。軸受摩耗センサー５Ｊは、飛散防止カラー５Ｋとセンサー５Ｊとの距離を測定し、これより軸受の摩耗量を算出する。軸受摩耗が進むと、ポンプ停止時、回転軸５Ａに固定されている玉軸受内輪５Ｉ１には、ポンプ回転体の重量等が加わるため、図３に示すように、外輪５Ｉ２よりも玉の摩耗量に応じて低く沈み込む。これによりカラー５Ｋ、センサー５Ｊ間の距離も狭まり、この変化量から軸受の摩耗量を知ることができる。
【００１９】
次に図４に示すのは、中玉軸受外輪５Ｉ２をハウジング５Ｌ２と固定する方法を取った場合である。同様に内輪５Ｉ１の沈み込む量、すなわちカラー５Ｍとセンサー５Ｊとの距離の変化を測定することで、軸受摩耗量を知ることができる。
【００２０】
このように本発明は、中玉軸受５Ｉの内輪５Ｉ１をポンプ回転軸５Ａと固定する設置方法及び、外輪５Ｉ２をハウジング５Ｌ２に固定する設置方法のどちらにも適用可能である。
【００２１】
尚、前記実施例においては、距離測定のために飛散防止カラー５Ｋを利用しているが、前記実施例における軸受摩耗量測定の考え方であれば、平板等を利用しても良い。また、これらのカラー、平板等は、設置すべき箇所にボルト等で固定しても良いし、設置すべき部品と一体として製作しても良い。図２に示す例に沿って言えば、カラー５Ｋは、玉軸受内輪５Ｉ１や回転軸５Ａに設置しても良いし、玉軸受内輪５Ｉ１や回転軸５Ａと一体として製作しても良い。
【００２２】
軸受摩耗センサー５Ｊの設置位置はこの他に、ポンプ回転体と固定体の軸方向の距離が測定できる所であれば良い。図５に軸受摩耗センサー５Ｊを上軸受部に設置した例を示す。摩耗が進むと、ポンプ停止時、回転体は摩耗量に応じて沈降する。このため、図５におけるカラー５Ｋとセンサー５Ｊの距離が広がり、この変化量から軸受の摩耗量を知ることができる。尚、先に述べたように、上玉軸受５Ｈは、内輪５Ｈ１をポンプ回転軸５Ａに固定する設置方法と外輪５Ｈ２をハウジング５Ｌ１に固定する設置方法がある。図５はこの前者であるが、前記の中玉軸受５Ｉの例と同様、本発明はどちらの設置方法にも適用可能である。
【００２３】
次に、図６に軸受摩耗センサー５Ｊを軸上端部に設置した例を示す。前記のように回転体が沈降すると、図６における回転軸５Ａとセンサー５Ｊの距離が広がり、この変化量から軸受の摩耗量を知ることができる。
【００２４】
また、図７に軸受摩耗センサー５Ｊを軸下端部に設置した例を示す。前記のように回転体が沈降すると、図７における回転軸５Ａとセンサー５Ｊの距離が狭まり、この変化量から軸受の摩耗量を知ることができる。
【００２５】
尚、図６、図７に示すような軸上端部、軸下端部における測定も、前記実施例における軸受摩耗量測定の考え方であれば、カラー、平板等を使用しても良い。また、上軸受部、軸上端部、軸下端部等においてもカラー、平板等は、設置すべき箇所にボルト等で固定しても良いし、設置すべき部品と一体として製作しても良い。
【００２６】
本実施例によれば、ポンプ装置に軸受摩耗センサー５Ｊを設置し、玉軸受の摩耗量をこれにより監視することで、点検作業の簡略化によるコスト低減、及び異常摩耗等による運転中の突発的な玉軸受の故障を検知する等、ポンプ装置の信頼性向上に寄与できるものである。
【００２７】
以上、本発明は、他の種類の液化ガス用ポンプ装置の場合、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、低温液体等を取り扱うポンプにも有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ポンプ装置に軸受摩耗センサーを設置し、軸受の摩耗量を検知することで、ポンプ装置軸受部の状態管理を容易にし、信頼性の向上を図ることができる。また、点検作業の簡略化によるコスト低減を図ることができる。これによって、液化ガス用ポンプ装置の安定運転を図れる。
【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】図１に示すポンプ軸中軸受部拡大図。
【図３】図１に示すポンプ軸中軸受部拡大図。
【図４】本発明の他の実施例を示すポンプ軸中軸受部拡大図。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ軸上軸受部拡大図。
【図６】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ軸上端部拡大図。
【図７】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ軸下端部拡大図。
【図８】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体図。
【図９】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体断面図。
【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
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
５Ｊ 軸受摩耗センサー
５Ｋ 飛散防止カラー
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 給電ケーブル
１０ 巻き上げ機
１１ 吐出管

Claims (1)

1. 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吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、前記ポンプ軸を半径方向に支持し、自液潤滑される静圧軸受と、前記静圧軸受に近接して設けられ、ポンプの起動・停止時にスラスト荷重が負荷される補助用軸受としての玉軸受と、ポンプの通常運転時にポンプ軸に作用する軸スラストを平衡させるように機能する軸スラスト平衡装置とを備え、液化ガスタンク内に設置されて液化ガスを吸い込み吐出するようにした液化ガス用ポンプ装置において、
   前記ポンプ装置における回転体と固定体との間の軸方向距離の変化を検出するためのセンサーを有し、このセンサーは前記玉軸受近傍の固定体に設置されており、前記玉軸受近傍の回転体にはカラーを設置し、このカラーとの軸方向距離を前記センサーで測定することで前記玉軸受のスラスト荷重による摩耗量を検知するようにしたことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。

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