JP7233963B2 - ポンプ - Google Patents
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Description
インナーエレメントは、径方向において、モータステータと対向する磁気部品と、鉛直方向に間隔を空けて複数配置され、地下の液体を地上へ送る複数のポンプ本体と、を有する。
このため、磁気部品及びモータステータからなる電動モータを安定して駆動させる観点から、生産管の中心軸に対するインナーエレメントの中心軸の位置ずれを小さくする必要がある。
これにより、生産管の中心軸に対するインナーエレメントの中心軸の位置ずれを小さくすることができる。
さらに、本発明の一態様に係るポンプは、地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容する生産管と、前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、 を備え、前記生産管のうち、前記モータステータよりも上方に位置する部分には、前記生産管の上端から下端に向かう方向に対して前記生産管の中心軸に向かう方向に傾斜したリング状の第1の傾斜面が形成されており、前記ポンプステータの外側に、前記第1の傾斜面と面接触するリング状の第2の傾斜面が形成されており、前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とが面接触することで、前記生産管が前記インナーエレメントを支持し、前記ポンプステータは、前記鉛直方向に延び、前記複数のポンプ本体を囲むポンプケーシングと、前記第2の傾斜面が形成された荷重受け部と、前記ポンプケーシングと前記荷重受け部とを連結し、前記鉛直方向に延びる連結管と、前記ポンプケーシングの上端に設けられ、前記生産管の内周面に嵌合されるリング状の嵌合部材と、前記嵌合部材の外周面と前記生産管の内周面との間を周方向においてシールする第1のシール部材と、を有する。
また、上記構成とされた第1のシール部材を有することで、生産管とポンプケーシングの上端との間を介して、複数のポンプ本体を経由した高圧の液体が生産管とポンプケーシングとの間に形成された隙間に流入することを抑制できる。
第2のシール部材よりも上方に位置する隙間に移動することを抑制できる。
さらに本発明の一態様に係るポンプは、地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容する生産管と、前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、を備え、前記生産管のうち、前記モータステータよりも上方に位置する部分には、前記生産管の上端から下端に向かう方向に対して前記生産管の中心軸に向かう方向に傾斜したリング状の第1の傾斜面が形成されており、前記ポンプステータの外側に、前記第1の傾斜面と面接触するリング状の第2の傾斜面が形成されており、前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とが面接触することで、前記生産管が前記インナーエレメントを支持しており、前記ポンプステータは、前記第2の傾斜面が形成された荷重受け部を有し、前記モータ軸のうち、前記荷重受け部の径方向内側に位置する部分には、スラストカラーが固定されており、前記荷重受け部は、前記スラストカラーを受けるスラスト軸受である。
図1~図9を参照して、本発明の実施形態に係るポンプ10について説明する。図1において、O1は生産管11の中心軸(以下、「中心軸O1」という)、O2はインナーエレメント16の中心軸(以下、「中心軸O2」という)、Z方向は鉛直方向をそれぞれを示している。
図1では、ポンプ10の構成要素ではない掘削管5も図示する。図1~図9において、同一構成部分には、同一符号を付す。図1、図3、及び図8に示す矢印は、地下から汲み上げる液体(例えば、水、原油等)が流れる方向を示している。
支持部22は、リング状とされており、筒状部21とモータステータ収容部23との間に設けられている。支持部22は、筒状部21とモータステータ収容部23とを連結している。支持部22は、筒状部21からモータステータ収容部23に向かう方向(生産管11の上端から下端に向かう方向)に対して拡径された形状とされている。
第1の傾斜面22aは、生産管11の上端から下端に向かう方向に対して中心軸O1に向かう方向に傾斜している。第1の傾斜面22aは、リング状の傾斜面である。
傾斜面22bは、生産管11の上端から下端に向かう方向に対して掘削管5に向かう方向に傾斜している。傾斜面22bは、リング状の傾斜面である。
モータステータ14は、収容空間23Aの外周を区画するモータステータ収容部23の内周面23aに固定されている。
流路形成軸部71は、Z方向に延びた軸部であり、その中心軸が中心軸O2と一致している。流路形成軸部71は、地上に汲み上げる液体(地下水や原油等)に到達する下端面71a(モータ軸26の下端面26a)を有する。
複数の第2の液体流路71Bから導出された液体は、モータ軸26の上方に配置された複数のポンプ本体47により上方(地上)へと導かれる。
第1の軸部72Aは、流路形成軸部71の上方に突出している。第1の軸部72Aの外径は、流路形成軸部71の外径よりも小さくなるように構成されている。第1の軸部72Aの中心軸は、中心軸O2と一致している。
第1の接続部72の上端面72Abは、平面とされている。
複数の第1の突出部72Cは、第1の軸部72Aの外周面72Aaから径方向外側に突出するように第1の軸部72Aの周方向に間隔を空けて配置されている。
第1のスラストカラー31は、径方向外側に突出するリング状のスラストカラー本体31Aを有する。
ポンプ軸37は、ポンプ軸本体76と、第2の接続部77と、を有する。
ポンプ軸本体76は、Z方向に延びており、円柱形状とされている。ポンプ軸本体76の外径は、Z方向において一定とされている。
第2の接続部77は、モータ軸26の上端部を構成する第1の接続部72と接続される部分である。第2の接続部77は、第2の軸部77Aと、ねじ穴77Bと、複数の第2の突出部77Cと、を有する。
このように、第2の軸部77Aの外径をポンプ軸本体76の外径よりも大きくすることで、第1の接続部72と接続される第2の接続部77の強度を高めることができる。第2の軸部77Aの外径は、第1の軸部72Aの外径と等しくなるように構成されている。
第2の軸部77Aは、第1の軸部72Aの上端面72Abと対向する下端面77Abを有する。
上端部39Aは、ねじ穴77Bに固定(締結)された状態で第2の軸部77Aに固定されている。上端部39Aには、おねじ部が形成されている。
下端部39Bは、外周におねじ部39Baが形成されており、第1の接続部72を構成するボルト孔72Bに締結されている。
植え込みボルト39は、ポンプ軸37の下方にモータ軸26を吊り下げるためのボルトである。植え込みボルト39は、ポンプ軸37に対するモータ軸26のZ方向の位置を規
制している。
これにより、スプライン42を介して、電動モータ28によりモータ軸26が回転した際に発生するトルクをモータ軸26からポンプ軸37に伝達することができる。
第1のスペーサ部材81は、平面視C字形状とされた板状の金属製部材であり、開口部81Aを有する。第1のスペーサ部材81の厚さM1は、隙間FのZ方向の幅と等しい厚さとされている。
第1のスペーサ部材81は、開口部81Aが植え込みボルト39の外周面と対向するように隙間Fに配置されている。第1のスペーサ部材81は、第2の接続部77の下端面77Abに当接される上面81aと、第1の接続部72の上端面72Abに当接される下面81bと、を有する。
第2のスペーサ部材82は、開口部82Aが植え込みボルト39の外周面と対向するように隙間Fに配置されている。開口部82Aは、植え込みボルト39を介して、開口部81Aと対向している。
第1及び第2のスペーサ部材81,82としては、例えば、挟み金を用いることが可能である。第1及び第2のスペーサ部材81,82は、予め隙間FのZ方向の幅を計測した後に作成する。
ここで、植え込みボルト39、スプライン42、及びスペーサ部材44の取付け方法について説明する。
初めに、植え込みボルト39を締結する前の段階で、第1の接続部72の上端面72Abに第1及び第2のスペーサ部材81,82を配置させる。次いで、Z方向において、第1の突出部72Cと第2の突出部74Cとが重なるように、植え込みボルト39を第2の接続部77に締結させる。その後、第1及び第2の接続部72,77の外側にスプライン42を配置させる。
初めに、インナーエレメント16を地上に引き上げる。次いで、第1及び第2の接続部72,77からスプライン42を取り外す。次いで、ポンプ軸37を回転させることで、第1の接続部72と第2の接続部77の連結を解除する。その後、スペーサ部材44を取り外す。
インペラ86は、円環形状とされたハブ91と、円環形状とされたシュラウド92(カバー)と、複数のブレード93と、を有する。
そして、地上に向かう液体は、インペラ86を通過することで、圧力が上昇する。このため、インペラ86を通過する度に、液体の圧力が上昇していく。
ポンプステータ49は、荷重受け部95と、第2のシール部材96と、連結管97と、ポンプケーシング98と、嵌合部材99と、第1のシール部材100と、ボルト103と、を有する。
第1のスラスト軸受部本体105は、凹部105Aと、第2の傾斜面105aと、外周面105bと、リング状溝105Bと、を有する。
第2の傾斜面105aは、第1のスラスト軸受部本体105の下端部外側に形成されている。第2の傾斜面105aは、第1の傾斜面22aに対して平行なリング状の傾斜面である。
これにより、生産管11に支持されたインナーエレメント16の中心軸O2と生産管11の中心軸O1との間の位置ずれを小さくすることができる。
リング状溝105Bは、外周面105bから径方向内側に凹んだ溝であり、周方向において連続している。
パッド部108は、凹部105Aに収容されるとともに、スラストカラー本体31Aの下面側に配置されている。パッド部108は、凹部105Aの周方向に配置されている。パッド部108は、スラストカラー本体31Aの下面側を受けるパッドである。
パッド部107,108としては、例えば、セラミックスパッドを用いることが可能である。
電磁式スラスト軸受部102は、第2のスラスト軸受部本体102Aと、凹部102Bと、電磁力発生部102C,102Dと、を有する。
凹部102Bは、第2のスラスト軸受部本体102Aの内側に形成されている。凹部102Bは、スラストカラー本体34Aを収容可能するリング状の凹部である。
電磁力発生部102Dは、Z方向においてスラストカラー本体34Aの下面と対向するように、第2のスラスト軸受部本体102Aに設けられている。
このため、機械式スラスト軸受部101及び電磁式スラスト軸受部102に替えて、2つの機械式スラスト軸受部101を設けた場合、2つの機械式スラスト軸受部101のパッド部107,108とスラストカラー本体31Aとの間に隙間を安定形成することが難しく、2つの機械式スラスト軸受部101をスラスト軸受部として十分に機能させることが困難となる。
したがって、2つのスラスト軸受部としては、機械式スラスト軸受部101と、電磁式スラスト軸受部102と、の組み合わせが有効である。
第2のシール部材96は、外周面105bと内周面11aとの間を周方向においてシールしている。
連結管97は、下端が電磁式スラスト軸受部102の上端と接続されており、上端がポンプケーシング98の下端と接続されている。これにより、連結管97は、ポンプケーシング98と荷重受け部95とを連結している。
ポンプケーシング本体115の内側には、ポンプ本体47を収容させるための空間115Aが複数形成されている。複数の空間115Aは、Z方向に間隔を空けて配置されている。
貫通部115Bは、ポンプケーシング本体115のうち、Z方向に配置された複数のポンプ本体47のうち、中間段に配置されたポンプ本体47と対向する部分に形成されている。
これにより、貫通部115Bを介して、隙間121には、ポンプケーシング本体115の内側を流れる中間段の圧力とされた液体が流入する。
つまり、インナーエレメント16の外周部を構成するポンプステータ49の外径を小さくすることが可能となる。したがって、インナーエレメント16の外径を小型化することができる。
また、ポンプケーシング本体115の径方向の厚さを薄くすることが可能となることで、インペラ86の外径を大きくすることができる。
なお、貫通部115Bの数は、適宜設定することが可能である。
隔壁部119は、ポンプ軸本体76を囲む環状の部材であり、各空間115Aに配置された複数のベーン117の内側に設けられている。隔壁部119は、ハブ91の上側に配置されている。隔壁部119は、複数のベーン117により支持されている。
隔壁部119の下部は、ハブ91の上部の形状に対応する形状とされている。隔壁部119とポンプ軸本体76及びハブ91との間には、隙間が形成されている。
ポンプケーシング本体115の内周面、隔壁部119、及び互いに隣り合うベーン117とで区画された空間は、ポンプ本体47を経由した液体が流れる流路として機能する。
嵌合部材99の外周部は、ポンプケーシング本体115の外周面115aから径方向外側に突出している。
嵌合部材99は、外周面99aから中心軸O2側に凹んだリング状の凹部99Aを有する。凹部99Aは、周方向において、外周面99aから露出されている。
これにより、第1のシール部材100は、周方向において、嵌合部材99の外周面99aと生産管11の内周面11aとの間をシールしている。したがって、隙間121に流入した中間段の圧力とされた流体が隙間121よりも上方に逃げない構成とされている。
第1のシール部材100としては、例えば、Oリングを用いることが可能である。
これにより、隙間121に流入した中間段の圧力とされた液体が隙間121の下端側から逃げることや隙間121に流入した中間段の圧力とされた液体が隙間121の下端側から逃げることを抑制可能になるとともに、隙間121の上端側から押圧の液体が隙間121内に流れ込むことや隙間121に流入した中間段の圧力とされた液体が隙間121の上端側から逃げることを抑制可能となる。
したがって、中間段の圧力とされた流体が流入する隙間121を気密することが可能となるので、ポンプステータ49の内側の圧力と隙間121の圧力(ポンプステータ49の外側の圧力)との圧力差が小さい状態を維持することができる。
樹脂ライナー125の外周面125aは、生産管11の内周面11aに当接されている。
これにより、生産管11の中心軸O1に対するインナーエレメント16の中心軸O2の位置ずれを小さくすることができる。
このような構成とされたフッ素系樹脂部材128を設けることで、第2のシール部材96と同様な効果を得ることができる。
また、リング状溝105B、第2のシール部材96、及びフッ素系樹脂部材128を併用してもよい。
6,21…筒状部
7,22…支持部
7a,81a,82a…上面
10,130…ポンプ
11…生産管
11a,23a…内周面
13…ラジアル軸受
14…モータステータ
16…インナーエレメント
21…筒状部
22a…第1の傾斜面
22b…傾斜面
23…モータステータ収容部
23A…収容空間
26…モータ軸
26a,71a,77Ab…下端面
27…磁気部品
28…電動モータ
31…第1のスラストカラー
31A,34A…スラストカラー本体
32…第1の位置規制部材
34…第2のスラストカラー
35…第2の位置規制部材
37…ポンプ軸
39…植え込みボルト
39A…上端部
39B…下端部
39Ba…おねじ部
42…スプライン
42A…スプライン本体
42B…軸部収容部
42C…突出部収容部
44,84…スペーサ部材
47…ポンプ本体
49…ポンプステータ
54…シール部材
71…流路形成軸部
71A…第1の液体流路
71b,72Aa,76a,77Aa,99a,105b,115a,125a…外周面
71B…第2の液体流路
71C…切欠き部
71D…第1の取り付け部
71E…第1のおねじ部
71F…第2の取り付け部
71G…第2のおねじ部
72…第1の接続部
72A…第1の軸部
72Ab…上端面
72B…ボルト孔
72C…第1の突出部
76…ポンプ軸本体
77…第2の接続部
77A…第2の軸部
77B…ねじ穴
77C…第2の突出部
81…第1のスペーサ部材
81b,82b…下面
81A,82A…開口部
82…第2のスペーサ部材
86…インペラ
91…ハブ
91a,92a…ブレード形成面
91A,115B…貫通部
92…シュラウド
93…ブレード
95…荷重受け部
96…第2のシール部材
97…連結管
98…ポンプケーシング
99…嵌合部材
99A,102B,105A…凹部
100,123…第1のシール部材
101…機械式スラスト軸受部
102…電磁式スラスト軸受部
102A…第2のスラスト軸受部本体
102C,102D…電磁力発生部
103…ボルト
105…第1のスラスト軸受部本体
105a…第2の傾斜面
105B…リング状溝
107,108…パッド部
115…ポンプケーシング本体
115A…空間
117…ベーン
119…隔壁部
125…樹脂ライナー
128…フッ素系樹脂部材
128a…第3の傾斜面
A,B…領域
F,121…隙間
M1,M2…厚さ
O1,O2…中心軸
Claims (6)
- 地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、
前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容する生産管と、
前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、
を備え、
前記生産管のうち、前記モータステータよりも上方に位置する部分には、前記生産管の上端から下端に向かう方向に対して前記生産管の中心軸に向かう方向に傾斜したリング状の第1の傾斜面が形成されており、
前記ポンプステータの外側に、前記第1の傾斜面と面接触するリング状の第2の傾斜面が形成されており、
前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とが面接触することで、前記生産管が前記インナーエレメントを支持し、
前記モータステータが、前記生産管の下部の内周面に固定されているポンプ。 - 地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、
前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容する生産管と、
前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、
を備え、
前記生産管のうち、前記モータステータよりも上方に位置する部分には、前記生産管の上端から下端に向かう方向に対して前記生産管の中心軸に向かう方向に傾斜したリング状の第1の傾斜面が形成されており、
前記ポンプステータの外側に、前記第1の傾斜面と面接触するリング状の第2の傾斜面が形成されており、
前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とが面接触することで、前記生産管が前記インナーエレメントを支持し、
前記ポンプステータは、前記第2の傾斜面が形成された荷重受け部を有し、
前記モータ軸のうち、前記荷重受け部の径方向内側に位置する部分には、スラストカラーが固定されており、
前記荷重受け部は、前記スラストカラーを受けるスラスト軸受であるポンプ。 - 地下の液体を地上に汲み上げる複数のポンプ本体、鉛直方向に延びるとともに、前記複数のポンプ本体が前記鉛直方向に配置されたポンプ軸、前記ポンプ軸の一端と接続され、前記鉛直方向に延びるモータ軸、前記モータ軸の外周面に設けられた磁気部品、及び前記複数のポンプ本体を収容する筒状とされ、前記ポンプ軸と同じ方向に延びるポンプステータを有するインナーエレメントと、
前記鉛直方向に延びた筒状とされ、内側に前記インナーエレメントを収容する生産管と、
前記生産管の下部に配置され、前記磁気部品とともに電動モータを構成するモータステータと、
を備え、
前記生産管のうち、前記モータステータよりも上方に位置する部分には、前記生産管の上端から下端に向かう方向に対して前記生産管の中心軸に向かう方向に傾斜したリング状の第1の傾斜面が形成されており、
前記ポンプステータの外側に、前記第1の傾斜面と面接触するリング状の第2の傾斜面が形成されており、
前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とが面接触することで、前記生産管が前記インナーエレメントを支持し、
前記ポンプステータは、前記鉛直方向に延び、前記複数のポンプ本体を囲むポンプケーシングと、
前記第2の傾斜面が形成された荷重受け部と、
前記ポンプケーシングと前記荷重受け部とを連結し、前記鉛直方向に延びる連結管と、
前記ポンプケーシングの上端に設けられ、前記生産管の内周面に嵌合されるリング状の嵌合部材と、
前記嵌合部材の外周面と前記生産管の内周面との間を周方向においてシールする第1のシール部材と、
を有するポンプ。 - 前記荷重受け部の外周面は、隙間を介在させた状態で、前記生産管の内周面と対向しており、
前記荷重受け部の外周面と前記生産管の内周面との間を周方向において前記隙間をシールする第2のシール部材を有する請求項3記載のポンプ。 - 前記モータ軸のうち、前記荷重受け部の径方向内側に位置する部分には、スラストカラーが固定されており、
前記荷重受け部は、前記スラストカラーを受けるスラスト軸受である請求項3または4に記載のポンプ。 - 前記第2の傾斜面に設けられ、前記第1の傾斜面と面接触する第3の傾斜面を含むフッ素系樹脂部材を有する請求項1から5のうち、いずれか一項記載のポンプ。
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