JP4586012B2 - 振動最適化したチューブラポンプ - Google Patents

Description

本発明は、回転・案内装置が上昇管に接続されており、該上昇管内に配置された主軸が、該上昇管の上方に配置された駆動装置に接続されている前記回転装置を駆動し、複部構成のランタン形頭部が前記駆動装置の重量をベースに伝達しており、既知の外側軸受要素が、前記上昇管及び／又はエルボに設けられており、前記上昇管は耐圧性のエルボハウジング中に通じている、チューブラポンプに関するものである。

この形式のチューブラポンプは、例えば、西暦１９８９年発行の「ケーエスビー(KSB)遠心ポンプ辞典」第３版２６２頁から既知である。これらは、通常、単段構造のものであり、軸向き又は半軸向きのロータを回転翼として使用して多量の流体を吐き出すように作用するものである。回転翼の後方には、１つ以上の上昇管に通じる案内装置が配置されており、搬送流体は、上昇管の助力を受けて運び去られるようになっている。回転翼を駆動する主軸は、上昇管内に配置されている。上側の第１ベースプレート上に配置された複部構成のランタン形頭部は、駆動装置の力を吸収するようになっている。エルボ、上昇管、上昇管パーツ、主軸の重量、及び主軸を囲むと共に回転・案内装置を支持する吊下げ管の重量は、下側の第２ベースプレートで引き受けられている。このため、横方向の部材上に置かれた大径のエルボ入口フランジは、上昇管とエルボとの間の移行領域に配列されている。主軸の案内軸受のための支持装置は、上昇管の長さの機能として、該上昇管内に配置されている。

保守のため、チューブラポンプは取外し自在の回転装置を備えて構成されている。このため、回転装置全体は、駆動装置、ランタン形頭部、随意であるが、調節可能な回転翼のための装置の取外し後、上昇管外に吊り上げられるようになっている。これは、吐出側のポンプ接合部に取り付けられるパイプラインに開口する必要性を軽減するものである。

「ケーエスビー遠心ポンプ辞典」の２２２頁は、吸込管の代わりに入口ノズルが使用されるチューブラポンプの具体的実例を示している。この実例において、チューブラポンプは入口チャンバ又は入口タンク内で自由に振動するよう吊り下げられている。この形式の自由に吊り下げられたチューブラポンプの長さの機能として、それらの振動挙動は、チューブラポンプの回転挙動に対してマイナスの効果をもつ好ましくない共鳴振動にしばしばなる。このため、ポンプの諸要素は、振動に関して優れた固有の減衰をもつ鋳造構造として構成されている。

特開昭６２−１０７２９９号公報は、この種の振動問題を解決するための別の手段を開示している。この公報において、複数段を有しているボアホールポンプとして既知のものが開示されている。この種のボアホールポンプは、非常に長くかつ細く構成されている。チューブラポンプと比較すると、それらは、少ない吐出量のみを非常に高い吐出高さまで搬送することができる。その図４及び図５は、横方向の部材又は中間デッキの助けを借りて各ポンプ段の領域において支持を提供する既知の解決策を示している。対照的に、その改良点として、ポンプ部の周囲全体に分散配置した複数のテンションワイヤの助けを借りてボアホールポンプを安定化することが提案されている。そのため、テンションワイヤはモータランタンのところまで至り、そこに係止されている。

本発明は、非常に簡単な手段によりかつ低減した製造費用でチューブラポンプの振動挙動を改善する課題に基づいている。

この課題に対する解決策は、耐圧性のエルボハウジングのベースプレートに設けられるべき外側軸受要素のために力伝達受け部、ガイド及びシールを提供している。この解決策は、上昇管の全重量を軸受要素を介して最短経路に沿ってエルボハウジングのベースプレートに導き入れ、その結果として、上昇管を含むポンプ部を、エルボハウジングから引き出す可能性がもたらされることになる。チューブラポンプが１つのベースプレートのみに設置されているのであれば、これは、駆動装置の力を付加的に引き受ける面と同時である。エルボハウジングのベースプレートにおいて外側軸受要素を直接に支持することにより、ある程度まで、駆動装置及びポンプを備える振動系についての確定振動ノードが軸受要素の軸受平面にもたらされるという重要な利点が結果として生ずる。これはまた、チューブラポンプが既知のように２つのベースプレーンによってそれ自体既知のように設置されていれば、そうである。そして、上側のものであるベースプレートが駆動装置の力を引き受け、下側のベースプレートが上昇管パーツ及びエルボと一緒にポンプ部の力を引き受け、エルボハウジングのベースプレートにおける振動ノードがチューブラポンプの系全体のために残存することになる。

その結果、ベースプレートにおける軸受要素の軸受平面から始まって、外側軸受要素のところまでのポンプ部の長さ及び外側軸受要素上方の上部構造物の長さのみがチューブラポンプの振動計算のために考慮に入れられることになる。こうして、接続された上昇管及びエルボパーツを含め、回転していないポンプ部は、振動技術の観点から振子系を形成するのに対して、主軸と共に回転翼から構成される回転する部分は、振動技術の観点から考えて別の振子系を形成している。チューブラポンプの振動計算のために数学的に評価しなければならないのは、主としてこれら２つの振子系である。

このため、改良点では、ベースプレートを複部構成のランタン形頭部の構成部分とするか、或いはベースプレートをランタン形頭部に一体化される耐圧性のエルボハウジングの構成部分としている。静止しているポンプ部の振動長さは、ベースプレートに一体化することにより定義された方法で簡単に決定することができる。また、軸方向の力を引き受ける軸受のところまでの回転するポンプ部の長さは、前記回転するポンプ部の振動の計算のための振動長さであると考えられる。

保守のため、駆動装置はそれ自体既知の方法でランタン形頭部から取り外され、エルボ、上昇管、主軸、回転翼及び全ての更なるバッフルを含む全部のポンプ部は、エルボハウジングに配設されている圧力カバーを開いた後、エルボハウジング外に持ち上げられる。この解決策は、回転装置及びバッフルの重量を伝達するのにこれまで必要であった長い吊上げ管を完全になくすことを可能にするという利点を有している。更なる有利な方法においては、これは、振動する可能性がある構成要素の数を減少させている。こうして、より簡単であると同時により正確な振動計算が可能となる。

更なる改良点では、力を伝達するよう回転装置に接続された主軸がランタン形頭部内でポンプ部の吐出開口の上方に取付けられている。従って、回転するパーツの振動挙動の計算についての成果は、接続されたポンプ部と共に上昇管の長さよりも大きい長さを考慮することである。

本発明の例示的な一実施形態は、図面に示されており、以下の文面において更に詳細に説明されている。

図１に示した自由懸架式チューブラポンプはモータ１を有しており、その重量及び反力は、ランタン形頭部２によりベース３に案内され、該ベースはポンプ部４の種々の力も引き受けるようになっている。複部構成のランタン形頭部２は、主軸６のアキシアル軸受５と軸継手７とを囲むモータランタン(motor lantern)２.１を備えている。このモータランタン２.１は、耐圧式にランタン形頭部２中に形成されたエルボハウジング２.３上に中間ランタン２.２を介して支持されている。モータ１の重量は、前述したエルボハウジング２.３のベースプレート２.４からそのベース３に案内されている。

モータ１の重量がしかも重い適用例の場合に、モータランタン２.１は、中間ランタン２.２及びエルボハウジング２.３に押し被さる(pushed over)と共に、それらをより大きな直径で囲む押し被り(push-over)式ランタンとして知られているようなものとして構成することもできる。この種の押し被り式ランタンはまた、モータ１の種々の力をベースプレート２.４の平面においてベース３中に直接に散逸させるものである。こうして、耐圧式エルボハウジング２.３及び中間ランタン２.２は、モータの重量から解放されることになる。

流体を導くもしくは案内するポンプ部４は、互いに結合された２本の上昇管９を備えており、それらの内側には、案内要素１０の助けを借りて主軸６の軸受１１が保持されている。同時に、流れの方向から見てポンプ部４の最初に、回転翼１２が上昇管９内に配置されている。この例示的な実施形態において、上昇管９は、流れを案内するポンプ部４のバッフル１３もその中に配置されているので、ポンプハウジング８の機能も部分的に引き受けている。ここで、それらは、静止翼、案内通路又はステータの形で、エネルギを変換する案内装置である。半軸向き式の構造になってここで示されている回転翼１２と、流れ案内バッフル１３とは、上昇管９に接続される個別ポンプハウジングの構成パーツとすることも可能である。

図示した回転翼１２の力伝達要素としての主軸６の構成の結果として、その重量は同様に主軸６により保持されることになる。回転するポンプパーツの重量、即ち、主軸６及び回転翼１２、並びに複部構成の主軸を使用する場合の各主軸継手７.１の重量は、アキシアル軸受５により引き受けられている。

ポンプ部４は、エルボハウジング２.３の圧力カバー１４とベースプレート２.４とに取付けられている。回転翼１２により上昇管９を通り運ばれる流体は、上昇管９に接続されると共に、エルボハウジング２.３内に取外し自在に配設されたエルボ１５を流通するようになっている。このエルボ１５は、該エルボに接続されるべきパイプライン（ここには図示しない）内に流体を案内するものである。この種のパイプラインは、図においてエルボハウジング２.３の右側に設けられたフランジに液密式に取付けられている。

エルボ１５は、自分で立つようにエルボハウジング２.３中に設けられている。エルボ１５の出口開口とエルボハウジング２.３の内径との間には、ギャップが存在している。前記ギャップは、エルボ１５をエルボハウジング２.３から分断すると共に、単にポンプ部４を吊り上げることにより装着又は解体作業をより簡単にするためのものである。エルボハウジング２.３の内部は耐圧構造のものであり、流体で満たされているので、エルボ１５の出口ではシールの必要がない。

外側軸受要素１７がエルボ１５に取付けられており、回転していない又は静止しているポンプパーツの重量を該外側軸受要素１７によりベースプレート２.４に伝達するようになっている。軸受要素１７はまた、上昇管９がエルボハウジング２.３内に突入していれば、この上昇管９に取付けることも可能である。取付け位置は、エルボ１５、エルボハウジング２.４又は隣接する上昇管９の選択された大きさに左右されることになる。

エルボハウジング２.３は、圧力カバー１４により耐圧式に閉じられている。短い支持要素１８は、エルボ１５を圧力カバー１４に力伝達式に接続している。更に、この支持要素１８は、圧力カバー１４内におけるエルボ１５のガイドとして役立つと共に、圧力カバー１４を貫いて延びる主軸６の通路領域におけるシールとしても役立っている。それ自体既知の軸シール部は、主軸６が通過する圧力カバー１４の領域に配置されている。ポンプ部４は、製造の簡単化及び重量軽減のために溶接構造として構成されている。これは、振動を減衰する鋳物構造と比較すると、ベースプレート２.４に対する支持要素１７の接触の領域における確定振動ノードの形成の結果として、より良く制御できる振動挙動が生じるので、利点をもたらし得るものである。

ポンプ部４を取外すために、モータ１は、主軸継手７を開いた状態でモータランタン２.１から持ち上げられる。この後、圧力カバー１４は液密のエルボハウジング２.３から解放される。ポンプ部４の重量は、支持要素１８がエルボ１５に取付けられると共に管要素としても構成することができる結果として、組立て及び解体中に圧力カバー１４に負荷をかけることになる。対照的に、組立て状態においては、また、運転中は、回転していないポンプ部の重量は、外側軸受要素１７を介してベースプレート２.４中に直接に案内されるようになっている。軸受要素１７に対するシール、案内及び支承の結果として、分離は、種々の力を引き受けるベースプレート２.４のこの位置での静的な観点から行なわれ、その結果、振動ノードがチューブラポンプについて同時に形成されることになる。

これは、チューブラポンプの振動計算を相当に容易にするものである。システム全体の共鳴振動数の計算のため、各エルボ要素又は上昇管要素に対する軸受要素１７における振動ノードのところまでのポンプ部４の要素長さと、ランタン形頭部２の対応パーツに対する振動ノードの上方にあるモータ１の長さとが考慮に入れられている。また、単純化した方法においては、ポンプ部４についての振動長さＰＬ_P及びモータをともなうランタン形頭部の振動長さＰＬ_Aのみを考慮すべきである。これら振動長さの決定の出発点は、外側軸受要素１７とベースプレート２.４との間に生ずる振動ノードである。ここで、振動長さＰＬ_Rは回転系の振動挙動を考慮に入れており、回転翼１２とアキシアル軸受５との間の間隔はこの目的のために使用されている。

既知のポンプ構造と比較すると、この解決策は振動する要素を無くしており、その結果として、考慮すべき共鳴振動数の値が減少し、従って、共鳴振動数の計算が簡単になる。これは、ベースプレートにおける回転しないポンプパーツの装着と、主軸を囲むこれまでに必要であった付加的な吊上げ管の省略とが振動系のパーツの数を減少させると共に、チューブラポンプの振動挙動を改善するためである。従って、この形式のポンプ吊上げは、同時に、チューブラポンプの系全体の確定振動ノードを形成することになる。

大きな強度、重量の減少及び製造見込みの改善のため、チューブラポンプは溶接構造として構成されている。これは、一外形寸法のランタン形頭部２を異なる上昇管直径に対して使用できる標準化した全体形状を可能にするものである。このため、各ランタン形頭部２は、ポンプ部４の最大直径に合わせて構成されている。また、ベースプレート２.４において、外側軸受要素１７のある領域における開口の幅は、通過させるべき諸要素を引き出す、即ち、上昇管９を含めこのエルボハウジングについての最大の全ポンプ部４を引き出すことが可能であるような十分な大きさに選択されている。より小さな外形寸法のチューブラポンプについては、別の軸受要素１７の設置のみが必要である。次に、当該軸受要素１７は、この軸受要素１７に適応するベースプレート２.４にある開口の直径と上昇管９及び／又はエルボ１５の直径との間の差を補償するものである。

半断面を例示する図２は、種々の力を最短経路でベースプレート２.４及びベース３に伝達する軸受要素１７の拡大説明図を示している。ベースプレート２.４は、軸受要素１７に適応するよう構成された開口を有している。図２の説明図は、ベースプレート２.４にある、円錐形又は円錐形に似た形に形成された開口を示しており、軸受要素１７は、この開口中に、対応する輪郭を有して自動心出し及び力伝達式に置かれている。シール作用を向上させるために、例えばシールリングである補助的なシール要素１９が隣接するパーツ間に配設されている。こうして、ベースプレート２.４の領域におけるエルボハウジング２.３からの流体の離水は、非常に簡単な方法で防止されることになる。

図３は、アングルリング(angle ring)式に構成された軸受要素１７の変形実施形態を示している。ここで、フランジ形になるような方法で半径方向に延びる環状表面２０が力の伝達を担っているのに対し、心出しは、許容できる誤差の幅の小さい隣接の嵌合部２１により行われるようになっている。この解決策は、簡単に製造することを可能にするが、組立て中により大きな注意を必要とする。シール要素１９はまたシール作用を助けている。

図４は別の実施形態を示している。多段のポンプ部４は、２段構造のものであり、図１と対照的に、上昇管９又は上昇管パーツ９.１により互いに接続された別個のポンプハウジング２２，２３を有している。ここで、第２段ポンプのポンプハウジング８.１は、より短い上昇管パーツ９.１によってエルボ１５に接続されている。この実施形態においても、全ての直径は、全部のポンプ部４が１パーツとしてベースプレート２.４を問題なく通過できるような方法で選択されている。

従って、非常に簡単な方法で、この形式のチューブラポンプをモジュール式アセンブリによりもっと長い全長に適応させることが可能である。より大きな吐出高さが必要な問題の場合は、大吐出量用に設計されたこの形式の回転翼流体装置(rotor hydraulics)を互いに背後に接続することにより解決することができる。

内部に軸受を配設せしめた上昇管パーツ又は上昇管、ポンプハウジング間の必要な心出しは、それ自体既知の位置決め要素により行われている。これらは、例えば、機械加工されて上昇管フランジ表面のような相互に対応付けられた表面になっている位置決めピンである。従って、それらは、軸受１１の保守のような起こり得る場合に、系全体の振動挙動に対してマイナスの影響を有することなく、標準化した要素に簡単にかつ迅速に取り替えることが可能である。

チューブラポンプを示す断面図である。 ポンプ部の取付けの詳細図である。 ポンプ部の取付けの詳細図である。 多段設計の実施形態を示す断面図である。

Claims (7)

1. 回転・案内装置が上昇管に接続されており、該上昇管内に配置された主軸が、該上昇管の上方に配置された駆動装置に接続されている前記回転・案内装置を駆動し、複部構成のランタン形頭部が前記駆動装置の重量をベースに伝達しており、前記上昇管とエルボとの間の移行領域内に、前記上昇管の直径よりも大きい直径を有するエルボ・入口フランジが形成され、前記上昇管は耐圧性のエルボハウジングに通じている、チューブラポンプにおいて、
   前記耐圧性のエルボハウジング（２．３）にはベースプレート（２．４）が設けられ、前記ベースプレート（２．４）は重量及び力を前記ベースに伝達し、前記エルボ（１５）に取付けられた外側軸受要素（１７）のための力伝達受け部、ガイド及びシールが耐圧性のエルボハウジング（２．３）のベースプレート（２．４）に設けられ、ポンプ部（４）は、前記ベースプレート（２．４）を通り抜けることが可能となっていることを特徴とする、チューブラポンプ。
2. 前記ベースプレート（２．４）は、前記複部構成のランタン形頭部（２）の構成部分であることを特徴とする、請求項１に記載のチューブラポンプ。
3. 前記ベースプレート（２．４）は、前記ランタン形頭部（２）に一体化された耐圧性のエルボハウジング（２．３）の構成部分であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のチューブラポンプ。
4. 力を伝達するよう前記回転・案内装置に接続された主軸（６）は、前記ランタン（２，２．１）中においてポンプ部（４）の吐出開口の上方で取付けられていることを特徴とする、請求項１、２又は３のいずれかに記載のチューブラポンプ。
5. 回転しない前記ポンプ部（４）の振動計算のため振動ノードは、前記ベースプレート（２．４）の開口と前記外側軸受要素装置（１７）との間に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のチューブラポンプ。
6. 前記ポンプ部（４）の振動長さ（ＰＬ_Ｐ）及び駆動部（１，２）の振動長さ（ＰＬ_Ａ）は、前記ベースプレート（２．４）にある振動ノードから延び、前記ポンプ部（４）の振動長さ（ＰＬ_Ｐ）は、前記振動ノードとモータ（１）の上端部との間の長さであり、前記駆動部（１，２）の振動長さ（ＰＬ_Ａ）は、前記振動ノードと前記ポンプ部（４）の吸入口との間の長さであることを特徴とする、請求項５に記載のチューブラポンプ。
7. 前記ベースプレート（２．４）にある前記振動ノードは、前記主軸（６）及び回転翼（１２）により形成された回転する前記ポンプ部（４）の１回転振動長さ（ＰＬ_Ｒ）内に配設され、振動長さ（ＰＬ_Ｒ）は、前記シャフト（６）のアキシアル軸受（５）と、下方の回転翼（１２）のポンプインペラ軸受との間の長さであることを特徴とする、請求項５又は６に記載のチューブラポンプ。

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