JP6810240B2 - 単段遠心ポンピングユニット - Google Patents

Description

本発明は、機械工学に関し、すなわち水、水溶液ならびに油、油製品などを主要管路、プロセス管路、および補助管路を通してポンピングするように設計されたポンピング設備に関する。

非特許文献１から、主要管路を通して油をポンピングするように設計された、ボリュートを備えたハウジングと、ハウジング内に配設された両吸込インペラとを備える遠心水平単段ＨＭタイプのポンプが知られている。その中でのボリュート（volute）の使用は、ロータ上で作用する径方向力を低減し、したがって振動を低減し、ポンプ信頼性を向上させるように向けられる。しかし、そのようなポンプを、公称を下回る送り速度で作動させるとき、圧力脈動、ポンプ振動は増大し、それによってその効率性および信頼性を大きく低減させる。知られているポンプのこれらの欠点は、公称モードのみに合わせて設計された１つだけのボリュートを使用することを伴うそれらの設計によるものであり、その結果これが、異なるモード、すなわち公称より早いまたは遅い送り速度で作用させられるインペラと相互作用するときにエネルギー損失を生じさせる。

遠心ポンプにおいて対応して低減するまたは増大する送りに合わせて設計された交換可能なインペラを使用することが知られている。しかし、インペラの交換が、流体の流れのパターンをいくらか変化させ、それぞれの非公称モードにおけるポンプの効率性をわずかに増大させ、公称モードのインペラポンプの作動と比べてその作動の信頼性をいくらか増大させるという事実にもかかわらず、ポンプの設計がここでも、公称モードのみに合わせて設計された１つだけのボリュートを使用し、その結果これが非公称モードに合わせて設計されたインペラと相互作用するときにエネルギーの損失を生じさせるため、この対策は不十分である。この場合のエネルギー損失は、インペラおよびボリュートの最適な組み合わせに対して、最大８％の効率性のさらなる損失を招く。

特許文献１は、カバーおよびハウジング内の空洞によって形成されたボリュートを備える両吸込インペラと、交換可能なガイド装置とを備える遠心ポンプを開示しており、これに対して４つ実施形態が提供されている。交換可能なユニット内のガイド装置を両吸込インペラと共に使用することは、このユニットに合わせて算出された所定のパラメータが最適な流れセクションをもたらすため、必要な圧力、最少の径方向力および振動を確実にしながら、０．３Ｑ_nom〜１．２５Ｑ_nomの送り範囲内の最大効率性をもたらすことに留意されたい。しかし、各実施形態において説明される入口および出口は、最大送りに合わせて設計され、各インペラの流入設定は、流出設定に対応し、各ガイド装置の流出設定は、カバーおよびハウジング内の空洞の形態で設けられた同じボリュートの設定に対応する。この結果、流体エネルギー変換が、最適なものではなく最大の流れに合わせて算出されたボリュートの長さ全体に沿って起こるため、同じボリュートの使用による上記で説明した同じ欠点を生じさせる。そのようなポンプ内でインペラおよびガイド装置が最適に相互作用しても、流体がインペラおよびガイド装置を通過した後、これは１つのモードのみに合わせて算出された出口に入るため、エネルギー損失は回避できない。さらに、ライン上に設置されたすでに作動しているポンプと他の設計特徴を有するポンプとの交換が必要である場合、管路の解体も必要となり、これは面倒な作業であり、新しいポンプの価格に追加の資金を投じ、一方でガイド装置を使用する必要性が、ポンプ設計を複雑にし、その製造のコストを増大させ、環境に対する有害なノイズ影響を増大させることになる。

ＲＵ５７３９３Ｕ１

Ｖ．Ａ．Ｇｏｌｏｖｉｎ Ｍ．によって編集されたカタログ「Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｏｉｌ ｐｕｍｐｓ ｆｏｒ ｍａｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ」，ＣＩＮＴＩｈｉｍｎｅｆｔｅｍａｓｈ，１９８９，ｐ．５

本発明は、簡易化された設計を有し、万能な性質でありながら、非公称モードにおいてピーク効率性を実証する単段遠心ポンピングユニットを提供する目的を有する。

この目的を達成するために、単段遠心ポンピングユニットは、遠心単段両吸込ポンプと、電気駆動モータと、これらのシャフトを連結するカップリングと、ポンプハウジングおよび電気モータをその上に装着するための支持フレームと、ベースおよびカバーからなるハウジングと、入口および出口マニホールドと、インペラを備えたロータであって、支持軸受け内に設置される、ロータと、ボリュートとを備える。本発明によれば、ボリュートは、別個の独立した構成要素の形態で構成され、カバーおよびハウジング内にこの目的で設けられたクレイドル（cradles）内に収容されるよう意図されたボリュートの外側表面の部分は、前記クレイドルの表面の形状に対応し、インペラおよびボリュートは、対として交換可能であり、各対内のインペラおよびボリュートのパラメータは、必要な送りおよび圧力を確実にしながら、最大効率性（ピーク効率性）をもたらすように算出される。好ましくは、交換可能なボリュートは、一体化された鋳造構成要素として作製され、移動中、流体の流れを分離するバッフルを備える。

本発明は、以下の図によって示される。
単段遠心ポンピングユニットを示す全体図である。 管路軸に沿ったポンプの垂直面断面図である。 管路軸に沿ったカバー、交換可能な流れ部分およびポンプハウジングの概略的な配置を示す垂直面断面図である。 最適な作動および最大効率性に合わせて設計された一定の外側連結プロファイルおよびさまざまな内部流体力学的プロファイルを備えた交換可能なボリュートの実施形態を示す図である。

本発明の本質の完璧な理解を確実にするために、その数多くの特有の特徴がこれ以後説明される。

本発明によれば、単段遠心ポンピングユニットは、電気駆動モータ２と、遠心単段両吸込ポンプ１（これ以後、ポンプ）と、これらのシャフトを連結するカップリング３と、ベース６およびカバー７からなるポンプハウジング１７と、入口マニホールド８および出口マニホールド９と、インペラ１１を備えたロータ１０であって、支持軸受け１２内に設置される、ロータと、ボリュート１３と、ポンプハウジング１７および電気モータ２をその上に装着するための支持フレーム５とを備える。図３に示すように、ボリュート１３は、別個の独立した構成要素の形態で構成され、ハウジング６およびカバー７内にこの目的で設けられたクレイドル１４および１５内に収容されるよう意図されたボリュートの外側表面の部分は、このクレイドル１４および１５の表面の形状に対応する。インペラ１１およびボリュート１３は、対として交換可能であり、各対内のインペラ１１およびボリュート１３のパラメータは、必要な送りおよび圧力を確実にしながら、最大効率性をもたらすように算出される。好ましくは、交換可能なボリュート１３は、鋳造されて作製され、これらは、移動中、流体の流れを分離するためのバッフル（baffle）１５を備えることができる。

ポンプは、他の知られている遠心単段両吸込ポンプと同じ方法で作用する。ポンプのシャフト４が回転すると、入口マニホールド８を通ってポンプ媒体がインペラ１１に供給され、インペラのブレードはポンピングされた媒体の流れと相互作用することで、駆動エネルギーから流れのエネルギーへの変換を引き起こす。インペラ１１から、ポンピングされた媒体はボリュートに入り、ここで流れは平滑化され、さらに出口マニホールドを通ってこれは管路へと進む。

最適モードで作動するように設計され製造された、ポンプ設計に実装されたインペラおよびボリュートの対を使用する可能性により、ロータ上に作用する径方向力は最小限に抑えられ、それにしたがって、低振動を伴うポンプの作動に寄与し、その信頼性を増大させる。

異なる特徴を有するポンプに同じハウジングを使用する可能性に関連する本発明の利点は、ベース部材であるポンプが、実際にはハウジングおよびカバーからなる、炭素鋼またはステンレス鋼の複雑な鋳造物であることによって達成される。したがって、ポンプ作動条件に変化がある（既存ライン上の圧力が低減するか、または既存ラインを通る流れが変化する）場合、すでに作動しているポンプを非効果的に使用する必要はなく、またはこれを解体し、新しい条件に合わせて設計された新しいものを設置する必要はない。新しい作動環境に合わせて設計されたインペラおよびボリュートの新しい対を既存のハウジングに設置するだけで、新しく相対算出された特徴を有するポンプが得られる。したがって、古いポンプを解体し、新しいハウジング内の新しいポンプを製造する必要がなくなるために費用が大きく節約される。特に重要なことは、古いものの基礎上に新しい特徴を有するポンプを提供するという解決策であり、このとき古いポンプがその上に設置され作動している管路を解体する必要はない。

加えて、インペラは急速に磨耗する部分であり、鋼２０Ｘ１３、１２Ｘ１８Ｈ１２ＭＺＴＬまたは類似の鋼および材料などの高価な耐磨耗性の高い材料から製造され得るため、ポンプ内のインペラを交換してこれらを最適なモードで使用する可能性は、ポンプ自体の寿命を延ばす。

ポンプハウジングは、水平に分割され、それによって管路の解体を必要とすることなく、ポンプの部分およびロータ全体を切断、検査、補修、および交換する可能性を提供するが、これは、ポンプ入口および吸引マニホールドがポンプハウジングの底部に連結されているためである。

本発明は、提案された特徴の組み合わせで使用して、簡易化された設計を有し、万能な性質であり、耐性があり、作動が容易でありながら、非公称モードにおいてピーク効率性を実証する単段遠心ポンピングユニットを提供することができる。

Claims (2)

1. 単段遠心ポンピングユニットであって、遠心単段両吸込ポンプと、電気駆動モータと、これらのシャフトを連結するカップリングとを備え、前記ポンプは、ベースおよびカバーからなるハウジングと、マニホールドと、インペラがその上に装着されるロータであって、前記シャフトとして支持軸受け内に設置されるロータと、ボリュートと、前記ポンプハウジングおよび前記電気駆動モータをその上に装着するための支持フレームとを備え、前記ボリュートは、別個の独立した構成要素の形態で構成され、前記ポンプの前記カバーおよび前記ベース内に設けられたクレイドル内に収容されるように形成された前記ボリュートの外側表面の部分は、前記クレイドルの表面の形状に対応し、前記インペラおよび前記ボリュートは対として交換可能であり、各対内の前記インペラおよび前記ボリュートのパラメータは、必要な送りおよび圧力を確実にしながら、最大効率性をもたらすように算出されており、
   前記カバーおよび前記ベースは、一方向から相対移動させて突き合わせ可能な突き合わせ面を備え、前記突き合わせ面内に前記一方向から相対移動される前記ボリュートの外側表面に接する形状の前記クレイドルの表面が形成されている単段遠心ポンピングユニット。
2. 前記交換可能なボリュートは、一体化された鋳造構成要素として作製され、移動する流体の流れを分離するバッフルを備える請求項１に記載の単段遠心ポンピングユニット。

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