JP4880127B2

JP4880127B2 - キャンドモータポンプの異物除去チャンバ

Info

Publication number: JP4880127B2
Application number: JP2001033273A
Authority: JP
Inventors: 康志久保田
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP2002235698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャンドモータポンプに関し、特にモータ部を流れる流体から気体や個体の異物を除去するチャンバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャンドモータポンプのモータ部は、ロータを密封容器内に納め、この密封容器内がポンプの取扱い液で満たされる構造を有している。また、モータ部が高温になるような条件下で用いられる高温型と呼ばれるキャンドモータポンプが知られている。この高温型においては、モータのステータの更に外周側を液冷ジャケットで覆った構造を有し、さらに、ロータを納めた密閉容器内の取扱い流体を、前記液冷ジャケット内に配置される配管を通すことによって冷却し、ロータを積極的に冷却している。
【０００３】
また、ポンプ部を流れる流体と、モータ部を流れる流体をほぼ分離するスラリー分離型と呼ばれる形式も知られている。この形式においては、ポンプ部からの流体供給がない、またはごく少ないので、一般的には、モータ部の流体を冷却する必要がある。このため、前述の高温型と同様に液冷ジャケットを備え、このジャケット内に配管を配置してモータ部を循環する流体も冷却する構造を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の高温型、スラリー分離型は、流体が主にモータ部を循環しており、一旦異物が混入すると、残留しやすいという問題があった。異物としては、気体（主として空気）が最も多いが、固形物が混入する場合もある。固形物が混入すると、これがロータの軸受部分に入り込み、軸受を摩耗させるという問題が生じる。また、モータ部とポンプ部との流体の流れを分離している高温型やスラリー分離型以外の形式においては、固形物がわずかでも混じる流体を取り扱うことができなかった。
【０００５】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、キャンドモータポンプのモータ部に侵入した、または侵入しようとしている固形物を除去することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかるキャンドモータポンプの異物除去チャンバは、キャンドモータポンプのモータ部を流れる液体の流路に設けられ、略円筒形の容器と、前記容器に液体を流入させる流入管と、前記容器から液体を流出させる流出管とを有している。前記流入管は、前記容器内に旋回流を発生させるように、容器壁面の接線方向に液体を流入させるよう配置され、前記流入管の取り付けられている位置と対向する容器壁面に流出口が設けられ、この流出口を通して、前記容器内に発生した旋回流に対して逆方向に液体を流出させるよう、前記容器に前記流出管が接続されている。前記流出管の流出口は、前記容器の底面より高い位置に設けられ、また、前記容器の頭頂部にエア抜き弁が設けられている。
【０００７】
固形物は旋回流に乗って流れるが、固形物は一般に重いので、遠心力により外側に運ばれ、容器の底付近を周回する。流出管から流出する液体の流れは、旋回流とは、ほぼ反対の方向に流れる。これにより、旋回流に乗って周回している固形物は、流出管へ流れ出すことが防止される。
【０００８】
前記の旋回流を形成するために、前記容器は略円筒形状であることが好ましい。また、容器の底面をすり鉢形状とすることができる。底面をすり鉢形状、すなわち外周側から内周側に向けて斜面を形成するようにすることで、固形物がすり鉢の底へと集められ、回収が容易となる。
【００１０】
また、前記流入管は、前記容器への流入口において流路断面積が減少するものとすることができる。これにより、流路断面積が減少している部分の流速をその上流側の流速より高めることができ、容器へ流入する液体の速さが速くなり、旋回流の速さをより速くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、キャンドモータポンプ、特にスラリー分離型と呼ばれる形式の概略構成図である。キャンドモータポンプは、ポンプ１０とキャンドモータ１２が一体化されたものであり、ポンプ１０の取扱い流体が、キャンドモータ１２の内部まで進入し、この流体が、軸受１４，１６の潤滑や、キャンドモータ１２の冷却を行っている。キャンドモータ１２のロータは、取扱い液が進入しないように、ロータ容器１８内に密閉されて納められている。また、ステータ２０もステータ容器２２内に密閉されて納められている。図示するように、ステータ容器２２の外形は略円筒状であり、その円筒のポンプ１０側の端がポンプケーシングと一体となった端部板２４によりふさがれ、他方の端ももう一つの端部板２６によりふさがれている。これにより、ステータ容器２２の内側に閉鎖空間が形成されている。そして、この空間は取扱い流体で満たされ、この流体の中でロータ容器１８に密閉されたロータが回転する。
【００１６】
スラリー分離型の場合、ポンプ１０とキャンドモータ１２の間の部分、具体的にはポンプ１０のインペラ２８の背面側のケーシング３０にライナリングやメカニカルシールなどのシール構造３２が設けられている。このシール構造３２によって、ポンプ側と、モータ側の取扱い流体がほぼ分離されている。このため、一般的なキャンドモータポンプのようにインペラ２８の背面側のケーシング３０内を通ってモータ側に取扱い液が供給されるのではなく、スラリー分離型の場合、ポンプと反対側の端部板２６側から供給される。
【００１７】
ステータ容器２２の外側には、これを取り囲むように冷却水ジャケット３４が配置されている。冷却水ジャケット３４内には、冷却水が供給されステータ容器２２およびステータ２０を外側から冷却する。また、冷却水ジャケット３４内には、冷却配管３６が配置される。冷却配管３６には、モータ側にほぼ密閉された取扱い流体が送り込まれ、取扱い流体は、ここで冷却水により冷却され、再びステータ容器２２などによって密閉されたキャンドモータ内部の空間に戻される。このように取り扱い流体を冷却水ジャケット３４に導き、冷却することで、ステータ２０を内側から、またロータを冷却することができる。スラリー分離型において、このような構成を採るのは、前述のように一旦モータ側に来た扱い流体は、ここに滞留することとなり、モータの発熱の影響を受けやすいからである。
【００１８】
キャンドモータ１２内部から冷却配管３６を通り再びキャンドモータ内部に戻る外部配管のいずれかの部分、本実施形態では特に冷却配管３６からキャンドモータ１２の内部に戻る戻り配管３８に、エア抜きチャンバ４０が設けられている。エア抜きチャンバ４０は、モータ側に密閉された取扱い流体内に混入した気体、多くの場合は空気を分離し、取扱い流体の液体のみキャンドポンプ１０内部に戻す作用を有する。
【００１９】
図２および図３は、エア抜きチャンバ４０の構成を示す図である。容器４２は、略円筒形状を有している。取扱い流体を容器４２へと流入させる流入管４４は、管の軸と容器４２の円筒軸が交わらず、平行でもないように配置され、容器４２内に旋回流を形成するように配置されている。本実施形態では、特に、流入管４４の軸が、容器円筒軸に直交する平面内に位置するように配置され、また流入管４４の流入口４６からの取扱い流体が、容器４２の内壁面に沿って流入するように配置されている。これによって旋回流が効率よく発生する。取扱い流体を容器４２から流出させる流出管４８は、流出口５０付近において、容器内に形成された旋回流に対し、逆方向に流体が流出するように配置されている。また、容器４２の頭頂部には、たまった気体を放出するためのエア抜き弁５２が設けられている。
【００２０】
流入する取扱い流体により形成された旋回流により、混入している固形物５４は、旋回しつつ、遠心力によって外側に押し出され、また比重により沈む。したがって、固形物は容器４２の底の内壁面に近い部分を旋回する。流出口５０を比較的高い位置に設けることにより固形物が分離された取扱い流体を流出させることができる。また、流出口５０付近において、旋回流の向きと、流出する流体の向きを略反対向きとすることにより、固形物はそれ自身の慣性によって旋回を続けようとするために、流出管４８より流出する可能性が少ない。また、旋回流のために、容器４２内に気体が滞留していても、図３に示すように液面５６がすり鉢状となる。このため、流出口５０が比較的高い位置にあっても、気体が流出する場合が少ない。なお、流出管４８は、旋回流に対し、直交する方向から正反対の方向の間の方向であれば、固形物が旋回流に乗って流出口５０より進入することを抑制することができる。
【００２１】
このように、エア抜きチャンバ４０は、取扱い流体に混入した気体の他、固形物についても、容器内にとどめ、循環する流体からこれらの異物を分離する。また、容器の底面は、平面に限らず、すり鉢形状とすることもできる。底面の中心に向いた、ほぼ円錐面または円錐台の側面のような斜面を形成することにより、沈殿する固形物を底面の中央部分に集めるようにすることができる。
【００２２】
図４および図５は、本発明を理解する上で参考となる構成を有するエア抜きチャンバ６０の概要を示す図である。容器６２は前述のエア抜きチャンバ４０と同様に略円筒形状を有する。流入管６４は、前述の例に比べて容器の高い位置に流入口６６有していることを除けば、同様の構成を有する。流出管６８は、容器６２の内壁面より突出するように設けられ、流出口７０は容器６２の内側に位置している。また、流出口７０の高さは、やや低い位置となっている。流出する液体の流れが旋回流とは略反対の方向となっている点については、前述の例と同様である。また、前述の例と同様のエア抜き弁７２が容器６４の頭頂部に設けられている。
【００２３】
流出口７０が低い位置にあるので、液面７６が低下しても、流出口７０にかかることが少ない。よって、分離された気体をより多く容器内にとどめることができる。一方、流出口７０が低い位置にあることによって、底付近にたまっている固形物７４を吸込み、流出させてしまう可能性がある。これを防止するために、エア抜きチャンバ６０においては、流出管６８を容器６２の内側に向けて突出させ、固形物がたまる容器６２最外周、すなわち内壁面付近から少し離れた部分の流体を流し出すようにしている。また、流出管６８の先端を下方に曲げ、流出口７０が下を向くようにすることもできる。このようにすれば、沈降してくる固形物に対し、流出口が反対を向くことになり、固形物が流出しにくくなる。
【００２４】
このようにエア抜きチャンバ６０は、エア抜きチャンバ４０と同様に旋回流を利用して固形物を取扱い流体から分離している。また、より多くの気体をとどめることが可能であり、気体が混入しやすい条件下での使用に適している。
【００２５】
図６は、本発明を理解する上で参考となる構成を有するエア抜きチャンバ８０の概要を示す図である。流入管８４から流入する流体により、容器８２内に旋回流を形成し、流出管８８を容器８２内壁から突出させ、旋回流のやや内側の部分から流体を流出する構成については、前述のエア抜きチャンバ６０と同様である。
【００２６】
エア抜きチャンバ８０は、流入口８６および流出口９０の形状が前述の例に比して特徴的である。流入管８８の流路断面積は流入口８６付近で最小となっており、これにより容器８２内に流入する流体の流速が増加する。これにより旋回流の流れも速くなり、固形物の分離能力が増す。また、流出管８８の流出口９０付近の流路断面積を大きくすることで、流出口９０付近の流体の速さを減少させている。本例のように流出管を容器内壁から突出して形成した場合、旋回流に乗った固形物が約１８０°方向転換して流出するのは、流出口９０付近において流出する流体の流れの速さが、旋回流の速さより速い場合に発生しやすい。したがって、流出口９０の断面積を大きくし、流れ出す速さを減少させることにより、固形物が流出することをより防止するようにできる。
【００２７】
図７は、本発明を理解する上で参考となる構成を有するエア抜きチャンバ１００の概要を示す図である。流入管１０４から流入する流体により、容器１０２内に旋回流を形成し、固形物を分離する点、また流出管１０８を容器１０２内壁から突出させ、旋回流のやや内側の固形物の少ない領域から流体を流し出す点については、前述のエア抜きチャンバ６０，８０と同様である。
【００２８】
流出管１０８先端は、図示するように、流出管１０８の軸に対して傾斜した面で切断された形状を有している。図４に示されるように、流出管の先端を管の軸直交断面とした場合、旋回流の上流側では、流出口と容器内壁の間隔を広くとることができるが、これに比べ、下流側では内壁からの間隔が小さくなる。エア抜きチャンバ１００においては、流出管１０８先端を、斜めに切り落とした形状とすることにより、旋回流下流側の管壁先端を容器１０２内壁より離すようにしている。これにより、容器内壁に沿って旋回する固形物が回り込んで流出口１１０より流出管１０８へと進入することを防止することができる。
【００２９】
図８は、図４に示すエア抜きチャンバ６０の流出口７０にフィルタ１１８を設けた本発明を理解する上で参考となる構成である。固形物５４は、フィルタ１０８により流出管６８内への進入が阻止される。また、流出口７０は、旋回流の下流方向に向けて開口しているため、フィルタに一度捕らえられた固形物５４も、流体の流れによってフィルタ１１８から除去される。つまり、この構成は、フィルタ１１８の自己浄化作用を有している。
【００３０】
図９は、本発明を理解する上で参考となる構成を有するエア抜きチャンバ１２０の概要を示す図である。流入管１２４から流入する流体により、容器１２２内に旋回流を形成し、固形物を分離する点については、前述の各構成例と同様である。エア抜きチャンバ１２０においては、流出管１２８を容器の中心付近まで突出させ、固形物が最も少ない旋回流の中心に流出口１３０が配置されるようにしている。
【００３１】
図１０は、本発明を理解する上で参考となる構成を有するエア抜きチャンバ１４０の概要を示す図である。流入管１４４から流入する流体により、容器１４２内に旋回流を形成し、固形物を分離する点、また流出管１４８を容器１４２内壁から突出させ、旋回流のやや内側の固形物の少ない領域から流体を流し出す点については、前述のエア抜きチャンバ６０などと同様である。エア抜きチャンバ１４０においては、特に、容器１４２の内壁の底部付近に、凹部１５８が設けられ、固形物５４をここに捕らえる構成としている。捕らえられた固形物５４は、ドレン弁１５９を開放することにより、容器１４２内より除去される。また、ドレンを設けたことにより、ポンプの運転を中断せずに、固形物５４を容器から排出することができる。
【００３２】
図１１は、本発明を理解する上で参考となる構成を有するエア抜きチャンバ１６０の概要を示す図である。流入管１６４から流入する流体により、容器１６２内に旋回流を形成し、固形物を分離する点については、前述の各構成例と同様である。エア抜きチャンバ１６０は、容器１６２内を上下に分割する仕切板１７８を有しており、さらに仕切板１７８の中心には、上下に分割されたそれぞれの部分を連通する開口１８０が設けられている。旋回流は、流入管１６４が設けられた上側の部分に形成され、固形物は仕切板１７８の上面にとどまる。この固形物はドレン弁１８２を開くことによって容器１６２から除去することができる。固形物が分離された後の流体は、開口１８０より下側の部分に流れ更に流出管１６８より流れ出す。
【００３３】
以上説明した各エア抜きチャンバは、気体の他に異物としての固形物を取扱い流体から除去するチャンバとして機能する。
【００３４】
以上、スラリー分離型について説明をしたが、類似の冷却配管および取扱い液をこれに循環させるための外部配管を有する高温型とよばれるキャンドモータポンプにおいても、前述の構成を有するエア抜きチャンバを用いることができる。なお、前記高温型は、図１に示すスラリー分離型のシール構造３２を除去したものとほぼ同様の構成を有するものであり、モータ側の取扱い流体は、インペラ背後のケーシングを通ってポンプ側より供給される。
【００３５】
さらに、従来は外部配管を有さない他の形式のキャンドモータポンプにおいても、前述のエア抜きチャンバを備えた外部配管を追加することで、取扱い流体に含まれる固形物を除去することができる。言い換えれば、従来軸受耐久性などの問題で、固形物を含まない流体しか取り扱えなかった形式のキャンドモータポンプであっても、前記エア抜きチャンバを備えることで、ある程度の量の固形物を許容することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラリー分離型のキャンドモータポンプの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【図３】図２のエア抜きチャンバの正面図である。
【図４】本発明を理解する上で参考となる他のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【図５】本発明を理解する上で参考となる図４のエア抜きチャンバの正面図である。
【図６】本発明を理解する上で参考となる他のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【図７】本発明を理解する上で参考となる他のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【図８】本発明を理解する上で参考となる図４に示すエア抜きチャンバの流出口にフィルタを設けた例を示す図である。
【図９】本発明を理解する上で参考となる他のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【図１０】本発明を理解する上で参考となる他のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【図１１】本発明を理解する上で参考となる他のエア抜きチャンバの水平面における断面図である。
【符号の説明】
１０ポンプ、１２キャンドモータ、１４，１６軸受、３２シール構造、３４冷却水ジャケット、３６冷却配管、４０エア抜きチャンバ（異物除去チャンバ）、４２容器、４４流入管、４６流入口、４８流出管、５０流出口、５４固形物、６０，８０，１００，１２０，１４０エア抜きチャンバ（異物除去チャンバ）。

Claims

キャンドモータポンプのモータ部を流れる液体の流路に設けられ、液体から異物の除去を行う異物除去チャンバであって、
略円筒形の容器と、
前記容器に液体を流入させる流入管と、
前記容器から液体を流出させる流出管と、
を有し、
前記流入管は、前記容器内に旋回流を発生させるように、容器壁面の接線方向に液体を流入させるよう配置され、
前記流入管の取り付けられている位置と対向する容器壁面に流出口が設けられ、この流出口を通して、前記容器内に発生した旋回流に対して逆方向に液体を流出させるよう、前記容器に前記流出管が接続され、
前記流出管の流出口は、前記容器の底面より高い位置に設けられ、
前記容器の頭頂部にエア抜き弁が設けられている、
キャンドモータポンプの異物除去チャンバ。
請求項１に記載のキャンドモータポンプの異物除去チャンバであって、前記容器の軸を中心とする旋回流が形成される、キャンドモータポンプの異物除去チャンバ。
請求項１に記載のキャンドモータポンプの異物除去チャンバであって、前記容器の底面は、すり鉢形状であり、このすり鉢形状の軸を中心とする旋回流が形成されるキャンドモータポンプの異物除去チャンバ。
請求項１から３のいずれか１項に記載のキャンドモータポンプの異物除去チャンバであって、前記流入管は、前記容器への流入口において流路断面積が減少しているキャンドモータポンプの異物除去チャンバ。
請求項１から４のいずれか１項に記載のキャンドモータポンプの異物除去チャンバであって、前記容器の、旋回流が流れる内壁面に凹部が設けられ、この凹部の底には、ここにたまった固形物を排出するための弁が設けられている、キャンドモータポンプの異物除去チャンバ。