JP7267181B2 - 原油採掘ポンプ - Google Patents

Description

本開示は、原油採掘ポンプに関する。

油井から原油をくみ上げるための装置として、これまでＥＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ Ｐｕｍｐ：人工採油電動ポンプ）と呼ばれるポンプが広く用いられてきた。下記特許文献１に示されるように、ポンプは、回転軸回りに回転する回転軸と、この回転軸に一体に設けられた複数のインペラと、回転軸及びインペラを外周側から覆うケーシングと、を備えている。このポンプは、井戸（油田）に挿入された配管内に配置され、電動機によって回転軸を回転させることで、地下の石油を上方にくみ上げる。

ここで、近年、メンテナンス性の向上や装置のコンパクト化等を目的として、電動機としてキャンドモータを用いたポンプが提唱されている。この種のポンプは、油井に挿入される生産管と、当該生産管の内部に配置されたモータロータと、生産管の内周側に一体に設けられたモータステータと、モータロータの上方に一体に設けられたポンプロータと、このポンプロータを外周側から覆うとともに、原油が流通する流路を形成するポンプステータと、生産管に対してポンプロータを回転可能に支持する軸受装置と、を備えている。モータステータはコイルを有し、これに対向するモータロータの外周面には磁石が設けられている。コイルに通電することでモータロータ、及びポンプロータは電磁力によって回転する。これにより、ポンプの下端から原油が吸い上げられる。

特表２０１８－５０８７０１号公報

ところで、上記のようなポンプでは、軸受装置がやむを得ず原油に曝された状態となる。原油にはスラリーが混入していることから、軸受装置にスラリーが流れ込むと摺接部の磨耗が亢進してしまう。その結果、ポンプの安定的な運用に支障を来たす虞がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より安定的に運用することが可能な原油採掘ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る原油採掘ポンプは、上下方向に延びる軸線に沿う筒状をなす生産管と、該生産管内で前記軸線方向に延びるポンプロータと、前記生産管と前記ポンプロータとの間で該ポンプロータを囲うポンプステータと、を備え、前記ポンプロータは、前記軸線方向に延びるポンプシャフトと、該ポンプシャフトに複数段が設けられて、前記ポンプシャフトとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラと、を有し、前記ポンプステータは、前記軸線に沿って延びる筒状をなすステータ本体と、該ステータ本体の内周面から前記軸線の径方向内側に張り出すとともに各前記インペラの上方に設けられた複数のベーンと、該ベーンの径方向内側に設けられ、前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受装置が内周側に設けられた環状のディフューザハブと、該ディフューザハブの上側の端部に設けられ、前記軸線を中心として一定の外径を有する外周面を有するハブ延長部と、を有し、複数段の前記インペラのうち上方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記ベーンの負圧面側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記軸受装置に該作動流体を還流させる戻し流路をさらに備え、前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面上に開口している。

本開示に係る原油採掘ポンプは、上下方向に延びる軸線に沿う筒状をなす生産管と、該生産管内で前記軸線方向に延びるポンプロータと、前記生産管と前記ポンプロータとの間で該ポンプロータを囲うポンプステータと、を備え、前記ポンプロータは、前記軸線方向に延びるポンプシャフトと、該ポンプシャフトに複数段が設けられて、前記ポンプシャフトとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラと、を有し、前記ポンプステータは、前記軸線に沿って延びる筒状をなすステータ本体と、該ステータ本体の内周面から前記軸線の径方向内側に張り出すとともに各前記インペラの上方に設けられた複数のベーンと、該ベーンの径方向内側に設けられ、前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受装置が内周側に設けられた環状のディフューザハブと、を有し、前記ポンプロータは、前記ポンプシャフトの外周面であって、前記ディフューザハブよりも上方の位置に設けられた補助インペラをさらに有し、複数段の前記インペラのうち上方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記ベーンの負圧面側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記軸受装置に該作動流体を還流させる戻し流路をさらに備え、前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面上に開口している。

本開示に係る原油採掘ポンプは、上下方向に延びる軸線に沿う筒状をなす生産管と、該生産管内で前記軸線方向に延びるポンプロータと、前記生産管と前記ポンプロータとの間で該ポンプロータを囲うポンプステータと、を備え、前記ポンプロータは、前記軸線方向に延びるポンプシャフトと、該ポンプシャフトに複数段が設けられて、前記ポンプシャフトとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラと、を有し、前記ポンプステータは、前記軸線に沿って延びる筒状をなすステータ本体と、該ステータ本体の内周面から前記軸線の径方向内側に張り出すとともに各前記インペラの上方に設けられた複数のベーンと、該ベーンの径方向内側に設けられ、前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受装置が内周側に設けられた環状のディフューザハブと、を有し、複数段の前記インペラのうち上方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記ベーンの負圧面側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記軸受装置に該作動流体を還流させる戻し流路をさらに備え、前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面上に開口している。

本開示によれば、より安定的に運用することが可能な原油採掘ポンプを提供することができる。

本開示の第一実施形態に係る原油採掘ポンプの構成を示す縦断面図である。 本開示の第一実施形態に係る原油採掘ポンプの要部拡大断面図である。 本開示の第二実施形態に係る原油採掘ポンプの要部拡大断面図である。 本開示の第三実施形態に係る原油採掘ポンプの要部拡大断面図である。 本開示の第三実施形態に係るベーンを軸線方向から見た図である。

＜第一実施形態＞
（原油採掘ポンプの構成）
以下、本開示の第一実施形態に係る原油採掘ポンプ１００について、図１と図２を参照して説明する。原油採掘ポンプ１００は、ポンプ本体Ｐと、モータＭと、掘削管９と、を備えている。ポンプ本体Ｐは、モータＭから供給された動力によって駆動する。掘削管９は、これらポンプ本体Ｐ、及びモータＭを外周側から覆うとともに、上下方向に延びる軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。

（ポンプ本体の構成）
ポンプ本体Ｐは、生産管本体１Ａと、ポンプロータ２１と、ポンプステータ３と、を有している。生産管本体１Ａは、掘削管９と同軸をなすとともに、掘削管９の内周側に配置される筒状の部材である。ポンプロータ２１は、軸線Ｏ方向に延びるポンプシャフト２１Ｓと、当該ポンプシャフト２１Ｓに固定された複数のインペラ５と、を有している。

ポンプステータ３は、インペラ５を外周側から覆うステータ本体３Ｈと、ステータ延長部３１と、複数のベーンＶと、ディフューザハブ３Ｄと、ハブ延長部３Ｅと、ラジアル軸受部４Ｂと、を有する。ステータ本体３Ｈは、下方から上方に向かうに従って拡径と縮径を繰り返すことでインペラ５を収容するとともに、原油が流通するためのステータ流路Ｆｓを画成する。ステータ延長部３１は、ステータ本体３Ｈの下方に一体に設けられるとともに、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。このステータ延長部３１の下端には、スラストパッド７が取り付けられている。ベーンＶ、ディフューザハブ３Ｄ、及びハブ延長部３Ｅの構成については後述する。

（モータ、生産管の構成）
モータＭは、生産管先端部１Ｂと、モータロータ２２と、コイルＣと、磁性部材２２Ｍと、を有している。生産管先端部１Ｂは、上述の生産管本体１Ａの下方に一体に設けられた筒状をなしている。生産管本体１Ａと、生産管先端部１Ｂは、全体として生産管１を形成する。生産管先端部１Ｂの内周面には、周方向に配列された複数のコイルＣが設けられている。このコイルＣは、外部から供給された電流によって電磁力を発生させる。モータロータ２２は、これらコイルＣの内周側に配置され、軸線Ｏに沿って延びる円柱状をなしている。モータロータ２２は、ポンプシャフト２１Ｓに対してスプラインカップリング３０を介して接続されている。ポンプシャフト２１Ｓ、及びモータロータ２２は、全体としてロータ２を形成している。モータロータ２２の外周面には、磁性部材２２Ｍとしての永久磁石が設けられている。コイルＣに通電することで発生した磁界と磁性部材２２Ｍの磁界との間で生じる電磁力によって、ロータ２に回転力が与えられる。

また、生産管先端部１Ｂは、掘削管９の内周面から径方向内側に向かって張り出す円環状の支持部４によって下方から支持されている。支持部４の内周側の開口は、原油を取り込むための開口部Ｈとされている。モータロータ２２の下端は、この開口部Ｈ中に挿通されている。モータロータ２２の内部には、上記の開口部Ｈに加えて原油を吸込むための吸込流路Ｆｉが形成されている。この吸込流路Ｆｉは、ポンプステータ３の内周側に形成されているステータ流路Ｆｓに連通している。

さらに、モータロータ２２の外周面であって、上記磁性部材２２Ｍの上方には、径方向外側に向かって張り出すとともに、軸線Ｏを中心とする円環状のスラストカラー６が設けられている。このスラストカラー６は、ポンプステータ３（ステータ延長部３１）の内周面に設けられたスラストパッド７によって上方、及び下方から支持されている。これらスラストカラー６、及びスラストパッド７は、スラスト軸受部４Ａを形成している。このスラスト軸受部４Ａ、及び後述するラジアル軸受部４Ｂ（軸受装置）によって、ポンプステータ３に対してロータ２（ポンプロータ２１、及びモータロータ２２）が軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。

（インペラの構成）
続いて、図２を参照してインペラ５の構成について説明する。インペラ５は、ディスク５１と、ブレード５２と、シュラウドカバー５３と、を有している。ディスク５１は、ポンプシャフト２１Ｓの外周面に固定されるとともに、軸線Ｏを中心とする円盤状をなしている。ディスク５１における下方を向く面は、ディスク主面５１Ｍとされている。ディスク主面５１Ｍは、下方から上方に向かうに従って、径方向内側から外側に向かうように湾曲している。

ディスク主面５１Ｍには、周方向に間隔をあけて配列された複数のブレード５２が設けられている。詳しくは図示しないが、各ブレード５２は、径方向内側から外側に向かうに従って、ロータ２の回転方向前方側に向かって湾曲している。また、ブレード５２の翼高さ（ディスク主面５１Ｍからの立ち上がり寸法）は、下方から上方に向かうに従って次第に小さくなっている。

ディスク５１における上方を向く面（ディスク背面５１Ｂ）は、下方から上方に向かうに従って、径方向内側から外側に向かって平面状に延びている。ディスク背面５１Ｂには区画部９０が設けられている。区画部９０はディスク背面５１Ｂから上方に向かって突出している。区画部９０は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。区画部９０よりも径方向内側には空間が形成されている。なお、ディスク５１には、ディスク主面５１Ｍからディスク背面５１Ｂに向かって軸線Ｏ方向に当該ディスク５１を貫通するバランスホール（不図示）が形成されている。

シュラウドカバー５３は、上記複数のブレード５２を下方から覆う漏斗状をなしている。シュラウドカバー５３は、下方から上方に向かうに従って、径方向内側から外側に向かうように湾曲している。

（ベーン、ディフューザハブ、ハブ延長部の構成）
以上のように構成されたインペラ５は、外周側からステータ本体３Ｈによって覆われている。ステータ本体３Ｈの内周面のうち、シュラウドカバー５３に対向する面は対向面Ｐ１とされている。対向面Ｐ１は、シュラウドカバー５３の外周面に対して隙間をあけながら、下方から上方へ向かうに従って径方向外側に向かって延びている。ステータ本体３Ｈの内周面のうち、対向面Ｐ１の上方に隣接する領域は、接続面Ｐ２とされている。接続面Ｐ２は、径方向外側に向かって曲面状に凹んでいる。さらに、この接続面Ｐ２の上方に隣接する領域は、下流面Ｐ３とされている。下流面Ｐ３は、下方から上方に向かうに従って、径方向外側から内側に向かって延びている。この下流面Ｐ３には、複数のベーンＶ、及び当該ベーンＶの内周側に固定されたディフューザハブ３Ｄが設けられている。ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）と下流面Ｐ３によって囲まれる領域は、内部を流通する作動流体（原油）の圧力回復を図るためのディフューザ流路Ｆｄとされている。ディフューザ流路Ｆｄは、上述のステータ流路Ｆｓの一部である。各ベーンＶは、下流面Ｐ３から径方向内側に突出する板状をなしている。ベーンＶは、周方向に間隔をあけて複数配列されている。

ディフューザハブ３Ｄは、上述のディスク背面５１Ｂに対して上方から対向している。ディフューザハブ３Ｄの下方を向く面（ハブ下面３Ｂ）には、径方向外側から内側に向かって順に、突出部Ｐｔ、段差部Ｄ１が設けられている。突出部Ｐｔは、ディスク５１の径方向外側の端縁を径方向外側から隙間を介して覆うように、下方に向かって張り出している。段差部Ｄ１は、ディスク背面５１Ｂに設けられた区画部９０を径方向外側から覆っている。つまり、ハブ下面３Ｂにおける段差部Ｄ１よりも径方向内側の部分は、径方向外側の部分よりも上方に向かって後退している。

ディフューザハブ３Ｄの上側の端部には、当該ディフューザハブ３Ｄと一体に形成されたハブ延長部３Ｅが設けられている。ハブ延長部３Ｅは、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。ハブ延長部３Ｅの外径は、軸線Ｏ方向の全域にわたって一定である。なお、ここで言う「一定」とは、実質的な一定を指すものであって、製造上の誤差や設計上の公差は許容される。ハブ延長部３Ｅの外周面（延長部外周面Ｓｅ）は、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）の上方の端部に接続されている。なお、これらハブ外周面Ｓｄと延長部外周面Ｓｅは、滑らかな曲面状に接続されていることが望ましい。

ハブ延長部３Ｅの上方の端面（段差面Ｄ２）は、図２に示す軸線Ｏを含む断面視で、当該軸線Ｏに交差する方向に広がっている。より具体的には、段差面Ｄ２は、軸線Ｏに直交する面内に広がる円環状をなしている。

このように構成されたディフューザハブ３Ｄ、及びハブ延長部３Ｅの内周側には、ラジアル軸受部４Ｂが設けられている。ラジアル軸受部４Ｂは、ポンプシャフト２１Ｓを回転可能に支持するための軸受装置であって、当該ポンプシャフト２１Ｓに加わる径方向への荷重を支持する。より具体的には、ラジアル軸受部４Ｂとしては滑り軸受が特に好適に用いられる。このラジアル軸受部４Ｂの上側の端部は、軸線Ｏ方向におけるハブ延長部３Ｅの上側の端部まで延びている。なお、ラジアル軸受部４Ｂとハブ延長部３Ｅを合わせた径方向の寸法（厚さ）は、３ｍｍ以上であることが望ましく、５ｍｍ以上であることがより望ましい。

（作用効果）
次に、上記の原油採掘ポンプ１００の動作について説明する。原油採掘ポンプ１００を稼動させるに当たっては、まず上述のモータＭに電力を供給することによって、ロータ２を回転させる。ロータ２が回転すると、掘削管９の下端に形成された開口部Ｈから油井内の原油がポンプ本体Ｐによって上方に吸い上げられる。また、この時、原油はモータロータ２２内に形成された吸込流路Ｆｉによっても吸い上げられる。

ここで、上記の原油採掘ポンプ１００では、スラスト軸受部４Ａ、ラジアル軸受部４Ｂがステータ流路Ｆｓ中に露出しているため、当該流路内を流通する原油に曝された状態となる。原油にはスラリーが混入していることから、これら軸受にスラリーが流れ込むと摺動面の磨耗が亢進してしまう。その結果、原油採掘ポンプ１００の安定的な運用に支障を来たす虞がある。そこで、本実施形態では上述のような構成を採っている。

上記構成によれば、ディフューザハブ３Ｄの上側の端部にハブ延長部３Ｅが設けられている。そのため、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）に沿って流れる原油にスラリーが含まれている場合であっても、スラリーは当該ハブ延長部３Ｅに阻まれてラジアル軸受部４Ｂに入り込みにくくなる。その結果、ラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込むことによる磨耗を抑制することができる。

さらに、上記構成によれば、ハブ延長部３Ｅの上方の端面である段差面Ｄ２は、軸線Ｏに交差する方向に広がっている。これにより、当該段差面Ｄ２の上方（つまり、原油の流れ方向における下流側）では、淀み領域が形成される。このため、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）に沿って流れる原油は、当該淀み領域を避けて下流側に流れるようになる。その結果、原油にスラリーが含まれている場合であっても、ラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

加えて、上記構成によれば、ハブ延長部３Ｅの上側の端部までラジアル軸受部４Ｂが延びていることから、当該ラジアル軸受部４Ｂによってポンプシャフトをより安定的に支持することができる。

＜第二実施形態＞
続いて、本開示の第二実施形態について、図３を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、上述のハブ延長部３Ｅが設けられていない。また、本実施形態では、ポンプロータ２１（ポンプシャフト２１Ｓ）は、補助インペラ５Ｓをさらに有している。補助インペラ５Ｓは、ポンプシャフト２１Ｓの外周面であって、ディフューザハブ３Ｄよりも上方の位置に設けられている。補助インペラ５Ｓは、ポンプシャフト２１Ｓの外周面から放射状に突出する複数のブレードを有している。本実施形態では、各ブレードは、矩形板状をなしている。

補助インペラ５Ｓの外周側の端縁は、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）の延長線Ｌよりも径方向外側に位置している。なお、延長線Ｌとは、ハブ外周面Ｓｄの上方の端部から軸線Ｏ方向に延びる仮想線である。また、補助インペラ５Ｓは、互いに隣り合う一対のインペラ５のうち、下方に位置するインペラ５側に偏った位置に設けられている。言い換えると、補助インペラ５Ｓは、相対的に下方に位置するインペラ５に対応するディフューザハブ３Ｄの上方に近接した位置に設けられている。

上記構成によれば、ディフューザハブ３Ｄの上方に補助インペラ５Ｓが設けられていることから、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）に沿って流れる原油の流れは当該補助インペラ５Ｓによって撹拌され、ポンプシャフト２１Ｓから離れて外周側に向かう流れを形成する。この流れに阻害されることで、原油に含まれるスラリーはラジアル軸受部４Ｂから遠ざかるように移動する。その結果、ラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

さらに、上記構成によれば、補助インペラ５Ｓの外周側の端縁が、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）の延長線Ｌよりも径方向外側に位置している。このため、ディフューザハブ３Ｄの外周面（ハブ外周面Ｓｄ）に沿って流れる原油の大部分を、当該補助インペラ５Ｓによって撹拌することができる。その結果、ラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

加えて、上記構成によれば、補助インペラ５Ｓが下方（つまり、原油の流れ方向における上流側）のインペラ５側に偏った位置に設けられている。これにより、当該上流側のインペラ５から流れ出た原油を、補助インペラ５Ｓによって直ちに撹拌することができる。その結果、ラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

＜第三実施形態＞
次に、本開示の第三実施形態について、図４と図５を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図４に示すように、本実施形態に係る原油採掘ポンプ１００は、上記第一実施形態で説明したハブ延長部３Ｅを備えていない。一方で、この原油採掘ポンプ１００は、上方に位置する作動流体（原油）の一部をベーンＶの内部を通じて下方に位置する他のラジアル軸受部４Ｂに還流させる戻し流路Ｆｃをさらに備えている。

図５に示すように、戻し流路Ｆｃの一端は、ベーンＶの負圧面Ｓｎ上に開口する開口部ｈとされている。なお、ここで言う負圧面Ｓｎとは、ベーンＶの厚さ方向における両面のうち、ポンプシャフト２１Ｓの回転方向Ｒの前方側を向く面である。ベーンＶにおける回転方向Ｒ後方側を向く面は正圧面Ｓｐとされている。また、図４に示すように、開口部ｈは、ベーンＶの負圧面Ｓｎにおける内周側の端縁（つまり、ハブ外周面Ｓｄ）を基準として、当該ベーンの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲内に形成されている。言い換えれば、ベーンＶの径方向寸法をＬｖとしたとき、ハブ外周面Ｓｄから開口部ｈまでの寸法Ｌｈは、１／１０Ｌｖ≦Ｌｈ≦１／２Ｌｖの関係を満たす。

戻し流路Ｆｃは、この開口部ｈから、ベーンＶの内部、及びステータ本体３Ｈの内部を通り、下方（上流側）のラジアル軸受部４Ｂ（上流側ラジアル軸受部４Ｂｕ）の摺接面まで延びている。

ここで、ベーンＶの負圧面Ｓｎ側では、原油に含まれるスラリーが比較的に少ない状態にある。上記構成では、このようにスラリーが少ない負圧面Ｓｎ側の領域から作動流体（原油）の一部を取り出して、戻し流路Ｆｃを通じて下方（つまり、上流側）に位置するラジアル軸受部４Ｂに還流させることができる。これにより、当該下方のラジアル軸受部４Ｂの潤滑性能をより一層向上させることができる。さらに、たとえ当該下方のラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込んだ場合であっても、戻し流路Ｆｃを通じて供給されるスラリー成分の少ない原油によってこのスラリーを排出させやすくすることができる。

さらに、負圧面Ｓｎ側における内周側の端縁を基準として、ベーンＶの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲では、特にスラリーが少なくなる傾向にある。上記構成によれば、このような範囲内に戻し流路Ｆｃの一端（開口部ｈ）が形成されていることから、より一層スラリーの少ない原油を戻し流路Ｆｃに供給することができる。

＜その他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について図面を参照して説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記第一実施形態で説明したハブ延長部３Ｅを、第二実施形態、及び第三実施形態で説明した構成にそれぞれ組み合わせて適用することも可能である。

また、第三実施形態では、戻し流路Ｆｃは、上方のベーンＶから、当該ベーンＶに隣接するラジアル軸受部４Ｂに延びている例について説明した。しかしながら、戻し流路Ｆｃの態様は上記に限定されず、上方のベーンＶから数えて２段以上下方に位置するラジアル軸受部４Ｂに接続されている構成を採ることも可能である。

＜付記＞
各実施形態に記載の原油採掘ポンプは、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る原油採掘ポンプ１００は、上下方向に延びる軸線Ｏに沿う筒状をなす生産管１と、該生産管１内で前記軸線Ｏ方向に延びるポンプロータ２１と、前記生産管１と前記ポンプロータ２１との間で該ポンプロータ２１を囲うポンプステータ３と、を備え、前記ポンプロータ２１は、前記軸線Ｏ方向に延びるポンプシャフト２１Ｓと、該ポンプシャフト２１Ｓに複数段が設けられて、前記ポンプシャフト２１Ｓとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラ５と、を有し、前記ポンプステータ３は、前記軸線Ｏに沿って延びる筒状をなすステータ本体３Ｈと、該ステータ本体３Ｈの内周面から前記軸線Ｏの径方向内側に張り出すとともに各前記インペラ５の上方に設けられた複数のベーンＶと、該ベーンＶの径方向内側に設けられたディフューザハブ３Ｄと、該ディフューザハブ３Ｄの内周側に設けられ、前記ポンプシャフト２１Ｓを回転可能に支持する軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）と、前記ディフューザハブ３Ｄの上側の端部に設けられ、前記軸線Ｏを中心として一定の外径を有する外周面（ハブ外周面Ｓｄ）を有するハブ延長部３Ｅと、を有する。

上記構成によれば、ディフューザハブ３Ｄの上側の端部にハブ延長部３Ｅが設けられている。そのため、ディフューザハブ３Ｄの外周面に沿って流れる原油にスラリーが含まれている場合であっても、スラリーは当該ハブ延長部３Ｅに阻まれて軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）に入り込みにくくなる。その結果、ラジアル軸受部４Ｂにスラリーが入り込むことによる磨耗を抑制することができる。

（２）第２の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記ハブ延長部３Ｅの上方の端面は、前記軸線Ｏを含む断面視で、該軸線Ｏに交差する方向に広がる段差面Ｄ２とされている。

上記構成によれば、ハブ延長部３Ｅの上方の端面である段差面Ｄ２は、軸線Ｏに交差する方向に広がっている。これにより、当該段差面Ｄ２の上方（つまり、原油の流れ方向における下流側）では、淀み領域が形成される。このため、ディフューザハブ３Ｄの外周面に沿って流れる原油は、当該淀み領域を避けて下流側に流れるようになる。その結果、原油にスラリーが含まれている場合であっても、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（３）第３の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）は、前記軸線Ｏ方向における前記ハブ延長部３Ｅの上側の端部まで延びている。

上記構成によれば、ハブ延長部３Ｅの上側の端部まで軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）が延びていることから、当該軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）によってポンプシャフト２１Ｓをより安定的に支持することができる。

（４）第４の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記ポンプロータ２１は、前記ポンプシャフト２１Ｓの外周面であって、前記ディフューザハブ３Ｄよりも上方の位置に設けられた補助インペラ５Ｓをさらに有する。

上記構成によれば、ディフューザハブ３Ｄの上方に補助インペラ５Ｓが設けられていることから、ディフューザハブ３Ｄの外周面に沿って流れる原油の流れは当該補助インペラ５Ｓによって撹拌され、ポンプシャフト２１Ｓから離れて外周側に向かう流れを形成する。この流れに阻害されることで、原油に含まれるスラリーは軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）から遠ざかるように移動する。その結果、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（５）第５の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記補助インペラ５Ｓの外周側の端縁は、前記ディフューザハブ３Ｄの外周面の延長線Ｌよりも径方向外側に位置している。

上記構成によれば、補助インペラ５Ｓの外周側の端縁が、ディフューザハブ３Ｄの外周面の延長線Ｌよりも径方向外側に位置している。このため、ディフューザハブ３Ｄの外周面に沿って流れる原油の大部分を、当該補助インペラ５Ｓによって撹拌することができる。その結果、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（６）第６の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記補助インペラ５Ｓは、互いに隣り合う一対の前記インペラ５のうち、下方に位置する前記インペラ５側に偏った位置に設けられている。

上記構成によれば、補助インペラ５Ｓが下方（つまり、原油の流れ方向における上流側）のインペラ５側に偏った位置に設けられている。これにより、当該上流側のインペラ５から流れ出た原油を、補助インペラ５Ｓによって直ちに撹拌することができる。その結果、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（７）第７の態様に係る原油採掘ポンプ１００は、複数段の前記インペラ５のうち上方に位置する前記インペラ５に隣接して設けられた前記ベーンＶの負圧面Ｓｎ側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラ５に隣接して設けられた前記軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）に該作動流体を還流させる戻し流路Ｆｃをさらに備え、前記戻し流路Ｆｃの一端は、前記ベーンＶの負圧面Ｓｎ上に開口している。

ここで、ベーンの負圧面Ｓｎ側では、原油に含まれるスラリーが比較的に少ない状態にある。上記構成では、このようにスラリーが少ない負圧面Ｓｎ側の領域から作動流体（原油）の一部を取り出して、戻し流路Ｆｃを通じて下方（つまり、上流側）に位置する軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）に還流させることができる。これにより、当該下方の軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）の潤滑性能をより一層向上させることができる。さらに、たとえ当該下方の軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込んだ場合であっても、戻し流路Ｆｃを通じて供給されるスラリー成分の少ない原油によってこのスラリーを排出させやすくすることができる。

（８）第８の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記戻し流路Ｆｃの一端は、前記ベーンＶの負圧面Ｓｎにおける内周側の端縁を基準として、該ベーンＶの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲内に形成されている。

ここで、負圧面Ｓｎ側における内周側の端縁を基準として、ベーンＶの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲では、特にスラリーが少なくなる傾向にある。上記構成によれば、このような範囲内に戻し流路Ｆｃの一端が形成されていることから、より一層スラリーの少ない原油を戻し流路Ｆｃに供給することができる。

（９）第９の態様に係る原油採掘ポンプ１００は、上下方向に延びる軸線Ｏに沿う筒状をなす生産管１と、該生産管１内で前記軸線Ｏ方向に延びるポンプロータ２１と、前記生産管１と前記ポンプロータ２１との間で該ポンプロータ２１を囲うポンプステータ３と、を備え、前記ポンプロータ２１は、前記軸線Ｏ方向に延びるポンプシャフト２１Ｓと、該ポンプシャフト２１Ｓに複数段が設けられて、前記ポンプシャフト２１Ｓとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラ５と、を有し、前記ポンプステータ３は、前記軸線Ｏに沿って延びる筒状をなすステータ本体３Ｈと、該ステータ本体３Ｈの内周面から前記軸線Ｏの径方向内側に張り出すとともに各前記インペラ５の上方に設けられた複数のベーンＶと、該ベーンＶの径方向内側に設けられたディフューザハブ３Ｄと、該ディフューザハブ３Ｄの内周側に設けられ、前記ポンプシャフト２１Ｓを回転可能に支持する軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）と、を有し、前記ポンプロータ２１は、前記ポンプシャフト２１Ｓの外周面であって、前記ディフューザハブ３Ｄよりも上方の位置に設けられた補助インペラ５Ｓをさらに有する。

上記構成によれば、ディフューザハブ３Ｄの上方に補助インペラ５Ｓが設けられていることから、ディフューザハブ３Ｄの外周面に沿って流れる原油の流れは当該補助インペラ５Ｓによって撹拌され、ポンプシャフト２１Ｓから離れて外周側に向かう流れを形成する。この流れに阻害されることで、原油に含まれるスラリーは軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）から遠ざかるように移動する。その結果、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（１０）第１０の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記補助インペラ５Ｓの外周側の端縁は、前記ディフューザハブ３Ｄの外周面の延長線Ｌよりも径方向外側に位置している。

上記構成によれば、補助インペラ５Ｓの外周側の端縁が、ディフューザハブ３Ｄの外周面の延長線Ｌよりも径方向外側に位置している。このため、ディフューザハブ３Ｄの外周面に沿って流れる原油の大部分を、当該補助インペラ５Ｓによって撹拌することができる。その結果、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（１１）第１１の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記補助インペラ５Ｓは、互いに隣り合う一対の前記インペラ５のうち、下方に位置する前記インペラ５側に偏った位置に設けられている。

上記構成によれば、補助インペラ５Ｓが下方（つまり、原油の流れ方向における上流側）のインペラ５側に偏った位置に設けられている。これにより、当該上流側のインペラ５から流れ出た原油を、補助インペラ５Ｓによって直ちに撹拌することができる。その結果、軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込む可能性をさらに抑制することができる。

（１２）第１２の態様に係る原油採掘ポンプ１００は、上下方向に延びる軸線Ｏに沿う筒状をなす生産管１と、該生産管１内で前記軸線Ｏ方向に延びるポンプロータ２１と、前記生産管１と前記ポンプロータ２１との間で該ポンプロータ２１を囲うポンプステータ３と、を備え、前記ポンプロータ２１は、前記軸線Ｏ方向に延びるポンプシャフト２１Ｓと、該ポンプシャフト２１Ｓに複数段が設けられて、前記ポンプシャフト２１Ｓとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラ５と、を有し、前記ポンプステータ３は、前記軸線Ｏに沿って延びる筒状をなすステータ本体３Ｈと、該ステータ本体３Ｈの内周面から前記軸線Ｏの径方向内側に張り出すとともに各前記インペラ５の上方に設けられた複数のベーンＶと、該ベーンＶの径方向内側に設けられたディフューザハブ３Ｄと、該ディフューザハブ３Ｄの内周側に設けられ、前記ポンプシャフト２１Ｓを回転可能に支持する軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）と、を有し、複数段の前記インペラ５のうち上方に位置する前記インペラ５に隣接して設けられた前記ベーンＶの負圧面Ｓｎ側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラ５に隣接して設けられた前記軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）に該作動流体を還流させる戻し流路Ｆｃをさらに備え、前記戻し流路Ｆｃの一端は、前記ベーンＶの負圧面Ｓｎ上に開口している。

ここで、ベーンの負圧面Ｓｎ側では、原油に含まれるスラリーが比較的に少ない状態にある。上記構成では、このようにスラリーが少ない負圧面Ｓｎ側の領域から作動流体（原油）の一部を取り出して、戻し流路Ｆｃを通じて下方（つまり、上流側）に位置する軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）に還流させることができる。これにより、当該下方の軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）の潤滑性能をより一層向上させることができる。さらに、たとえ当該下方の軸受装置（ラジアル軸受部４Ｂ）にスラリーが入り込んだ場合であっても、戻し流路Ｆｃを通じて供給されるスラリー成分の少ない原油によってこのスラリーを排出させやすくすることができる。

（１３）第１３の態様に係る原油採掘ポンプ１００では、前記戻し流路Ｆｃの一端は、前記ベーンＶの負圧面Ｓｎにおける内周側の端縁を基準として、該ベーンＶの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲内に形成されている。

ここで、負圧面Ｓｎ側における内周側の端縁を基準として、ベーンＶの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲では、特にスラリーが少なくなる傾向にある。上記構成によれば、このような範囲内に戻し流路Ｆｃの一端が形成されていることから、より一層スラリーの少ない原油を戻し流路Ｆｃに供給することができる。

１００ 原油採掘ポンプ
１ 生産管
１Ａ 生産管本体
１Ｂ 生産管先端部
２ ロータ
２１ ポンプロータ
２１Ｓ ポンプシャフト
２２ モータロータ
２２Ｍ 磁性部材
３ ポンプステータ
３Ｂ ハブ下面
３１ ステータ延長部
３Ｄ ディフューザハブ
３Ｈ ステータ本体
３０ スプラインカップリング
４ 支持部
４Ａ スラスト軸受部
４Ｂ ラジアル軸受部
５ インペラ
５１ ディスク
５１Ｂ ディスク背面
５１Ｍ ディスク主面
５２ ブレード
５３ シュラウドカバー
６ スラストカラー
７ スラストパッド
９ 掘削管
９０ 区画部
Ｃ コイル
Ｄ１ 段差部
Ｄ２ 段差面
Ｆｃ 戻し流路
Ｆｄ ディフューザ流路
Ｆｉ 吸込流路
Ｆｓ ステータ流路
Ｈ，ｈ 開口部
Ｍ モータ
Ｏ 軸線
Ｐ１ 対向面
Ｐ２ 接続面
Ｐ３ 下流面
Ｐｔ 突出部
Ｓｎ 負圧面
Ｓｐ 正圧面
Ｖ ベーン

Claims (12)

1. 上下方向に延びる軸線に沿う筒状をなす生産管と、
   該生産管内で前記軸線方向に延びるポンプロータと、
   前記生産管と前記ポンプロータとの間で該ポンプロータを囲うポンプステータと、
   を備え、
   前記ポンプロータは、
   前記軸線方向に延びるポンプシャフトと、
   該ポンプシャフトに複数段が設けられて、前記ポンプシャフトとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラと、
   を有し、
   前記ポンプステータは、
   前記軸線に沿って延びる筒状をなすステータ本体と、
   該ステータ本体の内周面から前記軸線の径方向内側に張り出すとともに各前記インペラの上方に設けられた複数のベーンと、
   該ベーンの径方向内側に設けられたディフューザハブと、
   該ディフューザハブの内周側に設けられ、前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受装置と、
   前記ディフューザハブの上側の端部に設けられ、前記軸線を中心として一定の外径を有する外周面を有するハブ延長部と、
   を有し、
   複数段の前記インペラのうち上方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記ベーンの負圧面側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記軸受装置に該作動流体を還流させる戻し流路をさらに備え、
   前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面上に開口している原油採掘ポンプ。
2. 前記ハブ延長部の上方の端面は、前記軸線を含む断面視で、該軸線に交差する方向に広がる段差面とされている請求項１に記載の原油採掘ポンプ。
3. 前記軸受装置は、前記軸線方向における前記ハブ延長部の上側の端部まで延びている請求項１又は２に記載の原油採掘ポンプ。
4. 前記ポンプロータは、
   前記ポンプシャフトの外周面であって、前記ディフューザハブよりも上方の位置に設けられた補助インペラをさらに有する請求項１から３のいずれか一項に記載の原油採掘ポンプ。
5. 前記補助インペラの外周側の端縁は、前記ディフューザハブの外周面の延長線よりも径方向外側に位置している請求項４に記載の原油採掘ポンプ。
6. 前記補助インペラは、互いに隣り合う一対の前記インペラのうち、下方に位置する前記インペラ側に偏った位置に設けられている請求項４又は５に記載の原油採掘ポンプ。
7. 前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面における内周側の端縁を基準として、該ベーンの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲内に形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の原油採掘ポンプ。
8. 上下方向に延びる軸線に沿う筒状をなす生産管と、
   該生産管内で前記軸線方向に延びるポンプロータと、
   前記生産管と前記ポンプロータとの間で該ポンプロータを囲うポンプステータと、
   を備え、
   前記ポンプロータは、
   前記軸線方向に延びるポンプシャフトと、
   該ポンプシャフトに複数段が設けられて、前記ポンプシャフトとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラと、
   を有し、
   前記ポンプステータは、
   前記軸線に沿って延びる筒状をなすステータ本体と、
   該ステータ本体の内周面から前記軸線の径方向内側に張り出すとともに各前記インペラの上方に設けられた複数のベーンと、
   該ベーンの径方向内側に設けられたディフューザハブと、
   該ディフューザハブの内周側に設けられ、前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受装置と、
   を有し、
   前記ポンプロータは、
   前記ポンプシャフトの外周面であって、前記ディフューザハブよりも上方の位置に設けられた補助インペラをさらに有し、
   複数段の前記インペラのうち上方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記ベーンの負圧面側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記軸受装置に該作動流体を還流させる戻し流路をさらに備え、
   前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面上に開口している原油採掘ポンプ。
9. 前記補助インペラの外周側の端縁は、前記ディフューザハブの外周面の延長線よりも径方向外側に位置している請求項８に記載の原油採掘ポンプ。
10. 前記補助インペラは、互いに隣り合う一対の前記インペラのうち、下方に位置する前記インペラ側に偏った位置に設けられている請求項８又は９に記載の原油採掘ポンプ。
11. 上下方向に延びる軸線に沿う筒状をなす生産管と、
    該生産管内で前記軸線方向に延びるポンプロータと、
    前記生産管と前記ポンプロータとの間で該ポンプロータを囲うポンプステータと、
    を備え、
    前記ポンプロータは、
    前記軸線方向に延びるポンプシャフトと、
    該ポンプシャフトに複数段が設けられて、前記ポンプシャフトとともに回転することで上方に原油を汲み上げるインペラと、
    を有し、
    前記ポンプステータは、
    前記軸線に沿って延びる筒状をなすステータ本体と、
    該ステータ本体の内周面から前記軸線の径方向内側に張り出すとともに各前記インペラの上方に設けられた複数のベーンと、
    該ベーンの径方向内側に設けられたディフューザハブと、
    該ディフューザハブの内周側に設けられ、前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受装置と、
    を有し、
    複数段の前記インペラのうち上方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記ベーンの負圧面側から作動流体の一部を取り出して、下方に位置する前記インペラに隣接して設けられた前記軸受装置に該作動流体を還流させる戻し流路をさらに備え、
    前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面上に開口している原油採掘ポンプ。
12. 前記戻し流路の一端は、前記ベーンの負圧面における内周側の端縁を基準として、該ベーンの径方向寸法の１／１０以上１／２以下の範囲内に形成されている請求項１１に記載
    の原油採掘ポンプ。

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