JP4703928B2 - タンク及びタンクを空にするためのポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、液体用のタンク、及び、実質的に垂直なポンプ軸を有する、液体を吐出するための遠心ポンプに関し、ポンプには、タンクの底に吸込口が形成され、ポンプは、駆動軸を介して、好ましくはタンクの上方に設置された駆動手段に連結され、カップリングを備えた駆動軸は、ポンプ軸と作動可能な連結状態にあり、ポンプは、連結部に近いポンプ軸の上端に、第一主ベアリングを備え、かつ、タンク底に近い、ポンプ軸の下端で、カップリングと反対側に第二主ベアリングを備え、各ベアリングの反対側のポンプ段の吐出し側と、当該ベアリングの軸受面との間に連絡路が確立され、各ベアリングからポンプ段の吸込側までドレインが設けられている。
【０００２】
本発明が有用である液体タンクの例は、タンカーのタンクを含むが、内容物が、タンク底に配置されたポンプ手段によって吐出される他のタイプのタンクも、本発明に含まれる。この場合には、ポンプ媒体を意味する潤滑剤の、ポンプの主ベアリングの各々への供給は、当該主ベアリングの反対側に位置する、ポンプ段の吐出し側から、主ベアリングの内側軸受面までの通路を介して行われる。その場合、各主ベアリングは、対応するポンプ段の吸込口まで、潤滑剤のためのドレインを有する。ポンプが運転状態となり、かつ、タンクに液体が在ると、直ちに、主ベアリングのための潤滑剤が加圧される。
【０００３】
［背景技術］
もし、これらポンプをタンクに液体無しで運転させると、これらポンプと関連した問題が発生する。その問題は、タンクが空になったら直ちにポンプを止めない限り、タンクが空のときに発生する。問題が発生したとき、特に、軸線方向の力を吸収する、主ベアリングの部分が広範囲にわたる加熱に曝され、その加熱は破壊をもたらす。
【０００４】
アキシアルベアリングのための構成部品が、かなりの重量である羽根車と軸の全重量を支え、それによって、ベアリングが十分に潤滑されない限り、広範囲にわたる摩擦熱を発生させる。
【０００５】
［発明の開示］
この問題を改善するために、ポンプ軸の上端の、カップリングの近くの第一主ベアリングは、純粋にラジアルベアリングであり、ポンプ軸の下端の、カップリングの反対側の第二主ベアリングは、ラジアルベアリング及びアキシアルベアリングである。
【０００６】
ポンプは、僅かな程度まで自動吸着するに過ぎないので、吸い上げられない残留液体が、タンクに常に残留する。しかしながら、この残留物は、ポンプの吸込側の最も下の主ベアリングが常に液体の中へ常に完全に又は部分的に確実に沈められるのに十分である。その結果、このベアリングの外部冷却が、確保される。
【０００７】
その上、タンクの底からある量の液体が、例えば、たくさん、時としてポンプに吸い込まれるので、液体の高さは最早流入口を覆わない。これによって、第一ポンプ段の吸込側から下部主ベアリングの軸受面までの通路内に、液体圧力が発生し、その結果、ベアリングは潤滑されかつ冷却される。液面が最早ポンプ流入口を覆わないとき、ポンプに吸い込まれた液体がタンクに戻り、再び吸引作業が起こる。これは、ポンプのアキシアルベアリングに、ある程度の冷却及びある程度の潤滑が確保されるように、ある程度まで、最下部の主ベアリングの潤滑及び冷却を行う。同時に、上部主ベアリングは、純粋にラジアルベアリングであるから、上部主ベアリングは、潤滑及び冷却無しで運転するのを許容する。なぜならば、垂直なポンプ軸により、上部主ベアリングは相応じてひどく過大に負荷されないからである。
【０００８】
本発明の一実施例によれば、主ベアリングは、炭素又は炭化ケイ素の軸受面を有する。炭素ベアリングは、非常に高温に耐え、その上、炭素ベアリングは、軸受面に自動潤滑する、ある量の黒鉛を含む。炭素の軸受面を備えたベアリングは、低摩擦及び同時に、適当な熱伝導性を有し、かくして、一方では、摩擦熱は圧倒的とならず、かつ、発生した熱は熱伝導性によって運び去られる。その上、両材料とも、ポンプ媒体が潤滑剤として使用されるときにしばしば発生する、潤滑剤中の不純物を許容する。
【０００９】
特に都合の良いのは、上部主ベアリングは、炭素の軸受面を有し、下部主ベアリングは、炭化ケイ素の軸受面を有する。その結果、上部主ベアリングは、炭素材料の自動潤滑特性及び熱伝導性から利益を得、底の炭化ケイ素ベアリングの低摩擦は、熱の低発生及び十分な熱伝導を確保するので、二つのベアリング材料の特性が最適に利用される。
【００１０】
タンカーは、多くの種類の媒体、例えば、攻撃的かつ有毒な媒体、又は、燃料媒体を運ぶことができる。駆動軸は、駆動軸のベアリングを潤滑する、油又は相当する潤滑剤で満たされたジャケットによって囲まれており、この潤滑剤が、タンクの内容物を汚染せず、かつ、タンクの内容物が、潤滑剤に浸入して潤滑剤を汚染しないことが確保されなければならい。したがって、駆動軸とポンプ軸とのカップリングは、構造の油潤滑部分とポンプ媒体潤滑部分との完全な分離を確保するために、都合が良いのは磁気カップリングである。
【００１１】
その上、しばしばタンクの液体が、ベアリングに摩耗を引き起す不純物を含有することが問題であり、特に、もしも不純物が、例えば錆粒子中の非酸化鉄のような磁気材料を含むと、不純物は磁気カップリングに堆積して、最悪の場合、磁気カップリングの二つの側を分離する膜の穿孔を引き起こす。したがって、そのポンプ段の吐出し側と、主ベアリングと関連した軸受面との間の連絡路に、不純物を分離するための濾過器、好ましくは、サイクロン濾過器が設けられている。
【００１２】
その結果、主ベアリングが、堆積及び摩耗を引き起こすことがある粒子に確実に曝されない。上部主ベアリングに潤滑剤として供給される液体はまた、磁気カップリングの内側と、油で潤滑される要素とポンプ媒体で潤滑される要素とを分離する膜との間をも、潤滑しかつ冷却するので、これは、特に上部主ベアリングへの連絡路にとって重要である。特に、もしも下部主ベアリングが、炭化ケイ素のような固い材料の軸受面で作られていれば、下部主ベアリングでは、濾過器は回避され得る。
【００１３】
特に有利な濾過器は、サイクロン濾過器である、というのは、サイクロン濾過器には、交換されるべき、又は、洗浄されるべき濾材部分がないからである。サイクロン濾過器からの残留分は、供給が起こるポンプ段中、ポンプに再循環される。
【００１４】
本発明はまた、タンカーの貯蔵タンクとして、請求項１による液体タンク及び遠心ポンプの使用方法にも関する。この用途では、貯蔵タンクの吐出は、極めて信頼性のある操作となり、タンカーの貯蔵タンクの吐出操作後のポンプの遅れた中断の結果として発生する、ポンプの破損を、たいてい回避することができる。
【００１５】
［実施例］
以下に、本発明の例示的な実施形態を、図面を参照して、詳細に記述する。
【００１６】
図１は、液体タンク、ここではタンカーの貯蔵タンクに設置されたポンプ１の例を示し、モータ（図示せず）が、タンクの上方で船のデッキ２に設置され、モータは、駆動軸、図２の参照番号６を介して、ポンプ１と作動可能な連結状態にある。駆動軸６は、モータからポンプ１に至る注油パイプ内に設置されている。ポンプ１は、底に、液体を吸込口５まで前方に運ぶことができるような、タンク底からの距離に吸込口５を有し、また、液体をデッキの高さまで上方に運ぶ排出パイプ４が、ポンプ１から延びている。図１に示すように、ポンプは、吸込口５が、タンクを完全に又はほぼ完全に空にすることに寄与する、タンク底の窪み３１に入るように設置される。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態に従って形成されたポンプ１の部分断面図である。注油パイプ３内の駆動軸６は、ボールベアリング８によって、ポンプ１のポンプハウジング７に対して取り付けられ、円筒スカート９が、ボールベアリング８の下方で、駆動軸６に連結され、円筒スカート９の内側は、永久磁石１０で被覆されている。円筒スカート９に対応する円筒スカート１２が、ポンプ軸１１に連結され、かつ、外側に永久磁石１０Ａを備えている。二組の永久磁石１０及び１０Ａの間に、釣鐘形膜１３が設置され、釣鐘形膜１３は、そのリムに沿った底で、ポンプハウジング７のカバー１４に密閉して連結され、その場合、釣鐘形膜１３は、構造の油潤滑部品を、タンクの液体で潤滑される部品、この状況においては、ポンプのベアリングから分離する。
【００１８】
ポンプの頂の第一主ベアリング１５が、図３に拡大して示され、底の第二主ベアリング１６が、図４に拡大して見られる。ベアリングは、それらの各内ベアリングリング１５Ａ及び１６Ａを、ポンプ軸１１に永久的に取り付けられ、各二つの外部ベアリングリング１５Ｂ及び１６Ｂを、各々ポンプハウジング７と永久的な連結状態にある外ベアリングホルダ１５Ｃ及び１６Ｃ内に永久的に取り付けた滑りベアリングである。上部主ベアリング１５の外ベアリングリング１５Ｂは、スロット１７及び１８が、外ベアリングリング１５Ｂと、軸線方向の力を吸収する、関連したベアリングリング１９及び２０との間に形成されているので、半径方向の力のみを吸収する。軸線方向の力を吸収するベアリングリング１９及び２０は、自由選択として除去してもよいが、それらは、安全上の理由のためポンプ内に残存する。
【００１９】
下部主ベアリングでは、軸線方向の力を吸収するベアリングリング２１及び２２が設置され、これは、ポンプ軸１１に固く連結され、かつ、二つの外ベアリングリング１６Ｂの方に面した軸線方向軸受面を有する。軸線方向の力を吸収するベアリングリング２１及び２２は、ポンプ軸の軸線方向の力を支持する。
【００２０】
最終ポンプ段の吐出し側から、上部主ベアリングの潤滑及び冷却に使用するポンプ媒体のための流出口２３がある。流出口２３から濾過器２４の上方に、連絡路があり、連絡路は、高加圧されたポンプ媒体を、ポンプハウジング７のカバー内の通路２６を経て、第一主ベアリング１５の領域、及び、釣鐘形膜１３と磁気カップリングの内部側との間の領域へ運ぶ。さらに、カバー内の通路２７、及び、最終ポンプ段のローター内の通路２８は、最終ポンプ段の吸込側への潤滑剤のためのドレインを構成する。通路系は、影響される面への潤滑剤の分配を確保し、これについては、更に詳しくは言及しない。
【００２１】
タンクからの潤滑剤は、磁気カップリングと接触するように入るから、潤滑剤が磁気材料又は磁化性材料を含まないことが極めて重要である、というのは、磁気材料又は磁化性材料が、磁石１０、１０Ａ上に堆積して、磁気カップリングの破損をもたらすからである。このため、濾過器２４は、上部主ベアリングの潤滑において極めて重要であり、信頼できる濾過器を選択することが必要である。本実施形態では、ポンプ媒体から重い粒子を取り除き、かくして、錆又は鉄粒子を、たとえあるにしても、安全に取り除くサイクロン濾過器が選択される。
【００２２】
下部主ベアリング１６は、相応する方法で潤滑される。第一ポンプ段の吐出し側からの流出口２９は、第二主ベアリング１６の軸受面と液体連通している。強いベアリング材料の選択により、このベアリングを潤滑剤の汚染に対して鈍感にし、かくして、濾過器を回避することができるが、もし要求が起これば、濾過器を使用してもよい。
【００２３】
運転中、両主ベアリング１５及び１６は、タンクの液面が吸込口の周りの環状フランジ３０を越える限り、潤滑される。液面がフランジ３０の下リムより下の点に達するとき、遠心ポンプ１のポンプ効果が失われ、ポンプ１及びパイプ４内の液体が、タンクの窪み３１に戻る。ポンプ１の連続運転中、上部主ベアリング１５の潤滑が止まるが、上部主ベアリング１５はラジアルベアリングなので、ベアリングは特に露出されず、もし上部主ベアリング１５にも炭素の軸受面があれば、主上部ベアリング１５は、高温に耐え、かつ、自動潤滑作用により、上部主ベアリング１５は、長期間のドライ運転の後まで破損しない。
【００２４】
そのようにして窪み３１に戻る液体は、下部主ベアリング１６の外側を通って、下部主ベアリング１６を冷却する。いったん液体が戻ったら、窪み３１内の液面が上昇し、高く自由選択的に上昇するので、再び、ポンプ１が始動して液体を上昇させる。ドライ運転の場合には、下部主ベアリング１６は、時折潤滑され、下部主ベアリング１６は、外側から冷却される。この作用は、半径方向軸受面及び軸線方向軸受面の両方が、より長期間のドライ運転に耐えるのに十分である。特に、もし、下部主ベアリングが、摩擦及び適当な熱伝導性を示す炭化ケイ素の軸受面を有するならば、ドライ運転の場合に、ベアリングの長寿命の改善が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 タンクの底に設置されたポンプの側面図である。
【図２】 ポンプの部分断面図である。
【図３】 上部主ベアリングの周辺領域の拡大断面である
【図４】 下部主ベアリングの周辺領域の拡大断面図である。

Claims (6)

1. 液体タンク、及び、液体の吐出のための実質的に垂直なポンプ軸（１１）を備えた遠心ポンプ（１）であって、
   前記ポンプ（１）は、吸込側（５）をタンクの底にした状態で配置され、かつ、駆動軸（６）を介して、前記液体タンクの上方に設置された駆動手段に連結され、
   カップリング（１０、１０Ａ）を備えた前記駆動軸（６）は、前記ポンプ（１）のポンプ軸（１１）と作動可能に連結し、
   前記ポンプ（１）は、カップリング（１０、１０Ａ）の近くでポンプ軸（１１）の上端に、第一主ベアリング（１５）を有し、かつ、タンク底に近いポンプ軸（１１）の下端でカップリング（１０、１０Ａ）の反対側に、第二主ベアリング（１６）を有し、
   前記ポンプ（１）は、前記ポンプ軸（１１）に沿って複数のポンプ段を備え、
   最上段の最終ポンプ段の吐出し側の流出口から、前記最終ポンプ段のポンプハウジング（７）内の第一通路（２６）を経て、前記第一主ベアリング（１５）の軸受面に至る第一連絡路（２５）が有り、
   最下段の第一ポンプ段の吐出し側の流出口（２９）から、第二主ベアリング（１６）の軸受面に至る第二連絡路が有り、
   前記第一主ベアリング（１５）から、前記最終ポンプ段のポンプハウジング（７）内の第二通路（２７）及び前記最終ポンプ段のロータ内の通路（２８）を経て、前記最終ポンプ段の吸込側に至るドレインが有る、
   液体タンク及び遠心ポンプにおいて、
   前記ポンプ軸（１１）の上端で、前記カップリング（１０、１０Ａ）に近い前記第一主ベアリング（１５）は、純粋にラジアルベアリング（１５）であり、
   前記ポンプ軸（１１）の下端で、前記カップリング（１０、１０Ａ）の反対側の前記第二主ベアリング（１６）は、ラジアルベアリング及びアキシアルベアリングである
   ことを特徴とする液体タンク及び遠心ポンプ。
2. 前記第一主ベアリング（１５）及び第二主ベアリング（１６）は、炭素又は炭化ケイ素の軸受面を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体タンク及び遠心ポンプ。
3. 前記駆動軸（６）と前記ポンプ軸（１１）との間のカップリング（１０、１０Ａ）は、磁気カップリングである、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体タンク及び遠心ポンプ。
4. 前記第一連絡路（２５）には、不純物を分離するための濾過器（２４）が設けられ、前記濾過器（２４）は、サイクロン濾過器である、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体タンク及び遠心ポンプ。
5. 前記サイクロン濾過器（２４）からの残留分は、潤滑剤の流出が行われるところから、ポンプ段のためにポンプへ再循環される、
   請求項４記載の液体タンク及び遠心ポンプ。
6. タンカーの貯蔵タンクとして、請求項１に記載の液体タンク及び遠心ポンプの使用。

Images