JPH01142291A - 重合性液体移送用ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、重合性液体移送用竪型渦巻ポンプに係り、特
に、メカニカルシールからの液洩れおよび重合性液体の
重合を防止する重合性液体移送用竪型渦巻ポンプに関す
る。

（従来の技術） 合成繊維、プラスチック、合成ゴム、接着剤等の合成高
分子化学製品は、年々その用途が拡大しており、この合
成高分子の原料である単量体もその需要が増大している
。大量の単量体移送には、ポンプを介して貯蔵タンクか
ら反応容器へのパイプライン移送、貯蔵タンクからタン
カーへのパイプライン移送等種々行われているが、移送
液体が重合特性を有するために、使用するポンプには、
各種の重合防止対策を施したものが使用されている。こ
のようなポンプの例としては、第３図に示すように、竪
型渦巻ポンプ１０１において、下部に吸入口１０２およ
び吐出口１０３を供え、仕切板１０４によって上部にエ
アチャンバ１０５が形成されているケーシング１０６の
中心に、下部にインペラ１０７を供えた回転シャフト１
０８が挿入され、該回転シャフト１０８の上部にはロー
タ１０９およびステータ１１０が設けられ、ベアリング
１１１．１１２に支持されている。しかして、該エアチ
ャンバ１０５の領域の上部にはメカニカルシール１１３
が設けられており、これによりポンプの上下を仕切って
いる。

しかしながら、このようなポンプ１０１においては、イ
ンペラ１０７の回転による液体輸送開始時には該メカニ
カルシール１１３に重合物の付着は見られないが、長時
間の使用後、エアチャンバ１０５内の気体が回転シャフ
ト１０８の回転によりポルテックス現象で液中に徐々に
溶は込み、その結果エアチャンバ１０５内で液面が上昇
し、メカニカルシール１１３に液面が接触し、熱などに
より該シール１１３に重合物が発生して該シール１１３
から液洩れを生ずるという欠点があった。

更に、前記ポンプにおいて、エアチャンバ１０５に窒素
等の重合性液体に対して不活性な気体を連続的に投入し
液面上昇を防止し、ひいてはメカニカルシール部に重合
体の付着を防止する方法がある。しかしながら、この方
法においては、定常移送時には重合物の発生防止ができ
たが、デベリングバルブ（吐出側バルブ）の締め切りに
よる圧力上昇により引き起こされる液面上昇又は液の飛
散などによる気体のノズル部の閉塞が発生し、必ずしも
満足できる方法ではなかった。

また、竪型スラリーポンプにおいてメカニカルシール部
の下部に径の小さなエキスペラ−を設けて重合性液体の
重合防止を図ったポンプもあるが、長時間の間には空気
がもっていかれ液面上昇をおこし必ずしも十分とはいえ
なかった。

一方、特開昭４９−６８９０１号は、高粘性スラリーに
適した竪型遠心ポンプについて、開示するが、吸入プロ
セスの改良により、例えば１５゜０００〜２０，０００
センチポイズの高粘性液体の流送を可能とするもので、
重合性液体の移送には十分といえるものではなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、竪型ポンプのエアチャンバ部の液面上昇をいかなる
運転状態でも起さず、かつメカニカルシール部に重合物
を発生させることのない重合性液体の移送用ポンプを提
供することである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的はケーシングと、該ケーシング内に挿入される
回転シャフトと、該回転シャフトに連結される駆動手段
と、該ケーシング内で前記回転シャフトに取り付けられ
るインペラと、該ケーシングをメカニカルシールにより
仕切って形成されるエアチャンバ下部に形成されるポン
プ室とよりなる竪型ポンプにおいて、前記インペラに裏
羽根を取付け、かつ、該裏羽根に近接する仕切板により
前記エアチャンバとの中間にエキスペラ室を形成し、該
エキスペラ回転室内に前記回転シャフトにエキスペラを
取付けたことを特徴とする重合性液体移送用竪型渦巻ポ
ンプにより達成される。

また本発明は、裏バネとエキスペラによりエアチャンバ
内の圧力を少なくとも−１ｋｇ　／　ｉ　Ｇになるよう
に設定しであるポンプである。さらに、本発明は該エア
チャンバまたはエキスペラ回転室とポンプ吐出口とを連
結して液循環路を形成してなるポンプである。

（作用） 本発明で対象とする重合性液体とは、熱等により重合す
る溶液であればいずれでも使用できるが、例えばメチル
（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、
イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ
）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、シ
クロヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシ
ル（メタ）アクリレート、ｎ−ドデシル（メタ）アクリ
レート、ステアリル（メタ）アクリレート等の炭素数１
〜２０個のアルキル基を有するくメタ）アクリル酸アル
キルエステル、メトキシメチル（メタ）アクリレート、
メトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシメチル
（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）アクリ
レート、エトキシブチル（メタ）アクリレート、ブトキ
シエチル（メタ）アクリレート等の炭素数１〜４個のア
ルキレン基を有する（メタ）アクリル酸アルコキシアル
キルエステル、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、イタ
コン酸、モノイソプロピルマレエート等のマレイン酸半
エステル、イタコン醗半エステル等、これらの塩の如く
１分子中に少なくとも１個のカルボキシル基を含有する
単量体；２−ヒドロキシルエチル（メタ）アクリレート
、グリセロール（メタ）アクリレート、トリメチロール
プロパン（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトール
（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレー
ト、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエ
チルアミノエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アク
リロニトリル、アクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリ
ルアミド、スチレン、α−メチルスチレン、エチレン、
塩化ビニル等を挙げることができる。

以下、本発明を図示する実施例を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の竪型渦巻ポンプの要部断
面図である。第１図において、竪型渦巻ポンプ１は、下
部に吸入口２および吐出口３を備え、第１の仕切板４に
よって上部にエアチャンパラが、また下部にポンプ室が
形成されているケーシング６の中心に、下部に円板１８
に取付けられたインペラ（羽根車）７を備えた回転シャ
フト８が挿入され、該回転シャフト８の上部にはベアリ
ング１１．１２．１３により支承され、その上端はモー
タ１４に接続している。

しかして、前記インペラ７には、通常オープン、羽根を
使用し、放射状に複数、好ましくは第２図に示すように
生湯巻状に形成され、また該インペラ７には裏羽根１５
が設けられている。このような裏羽根１５は、インペラ
７とともに回転し、液が回転軸８の周りを、上昇するの
を防いでいる。

さらに、該インペラ７の上部、すなわち円板１８の上面
には、ケーシング６の内部に設けられた第２の仕切板１
６を介して前記回転シャフト８にエキスペラ１７が取り
付けられている。このため、第１および第２の側仕切板
４．１６の間の空間には、エキスペラ１７が回転自在に
取付けられている。

液上昇防止のためには回転シャフト８から放射方向への
裏羽根の長さは、インペラ７の長さと同等またはそれ以
上であることが好ましい。もし、裏羽根１５の長さがイ
ンペラ７長より短いと、インペラ７からの液が一部直接
シャフト８に沿って上昇し、液の上昇を防ぐにはより径
の大きなエキスペラあるいは多段のエキスペラをとりつ
ける必要がでてくる。更に裏羽根１５の効果を高めるた
めには、ケーシング６、すなわち第２の仕切板１６との
隙間１つをできる限り小さくとることが好ましい。また
、裏羽根１５の構造は、インペラ７と同形または回転軸
８から放射状に延びる複数の羽根から成る。

また、エキスペラ１７はエアチャンバー５とインペラ７
との間に在り、回転シャフト８とともに回転して、イン
ペラ７の裏羽根１５とともにエアチャンパラの液面を降
下または一定に保持する働きをする。透視窓２０を設け
れば、必要により液面の移動を観察できる。エキスペラ
１７は、エアチャンパラのある面に、かつ回転シャフト
８に対して放射状に複数の羽根を有する。

ここで、インペラ裏羽根１５の減圧効果とエキスペラ１
７の減圧効果は、次の式１を満たす。

ＨＢ　十Ｅ（Ｅ　−１≧Ｄ−（Ｃｙ　２／２　ｇ　Ｘ　
１０）　　（１）〔ただし、式中、Ｈ３は、インペラ裏
羽根の減圧力、ＨＥはエキスペラの減圧力、Ｄは吐出圧
、Ｃｖ２／２ｇは満室における速度水頭〕即ち、インペ
ラ裏羽根とエキスペラとの減圧効果の和は、インペラ外
周での静圧より大でありエアチャンパラの圧力は少なく
とも−１ｋｇ　／　ａｆ［Ｇに保たれエアチャンバの液
面上昇は防止される。更に、エアチャンパラの液面上昇
をいかなる場合でも防止するためにはエアチャンパラの
圧力が一１ｋｇ／＝ｉＧで保持されることが好ましい。

さらに、本発明によるポンプにおいては、第１図に示す
ように、吐出部３とエアチャンバ５まなはエキスペラ回
転室とを導管２２で連結することが望ましい。通常、液
面が一定に保たれており、エキスペラ１７とインペラ裏
羽根１５との間の液体は上昇することがなくても、回転
シャフト８、エキスペラ１７および裏羽根１５の回転に
よる衝撃あるいは昇温による重合性液体の重合の可能性
がある。そこで導管２２を通して吐出部３からエアチャ
ンパラに液を循環することにより、液体の昇温を防止し
、該液体の重合の防止効果がさらに大となる。

竪型ポンプ１が前述に如く構成されている場合、エアチ
ャンバ５の液面が一定に保持され、さらに吐出部３の液
の一部をエアチャンバ５に循環することで、発熱防止を
図り、液の滞溜をなくして重合を防止できる。

次に、本発明をポンプの運転の一方法に沿って説明する
。竪型渦巻ポンプ１の運転開始時の液面位置は、モータ
１４を停止した状態で、吸込口２から供試液を張り込む
と、エキスペラ回転室２１とエアチャンパラが隔離され
る。この空気層は、張込圧力（＝吸込圧力）Ｓｋｇ／ａ
（Ｇに応じて、ＰＶ＝ＲＴの法則に従って、１／（１＋
Ｓ）倍に圧縮され、液面位置が決る。

次に、モータ１４を運転させると回転シャフト８が回転
し、液のポンピングを開始し、エアチャンパラの空気は
加圧されると同時にインペラ裏羽根１５およびエキスペ
ラ１７の減圧効果により膨張する。エアチャンパラの空
気が膨張しエキスペラ１７が液につからなくなると、エ
キスペラ１７の減圧効果が消え、減圧効果はインペラ裏
羽根１５の寄与だけとなり、その結果、液面は上昇し、
エキスペラ１７が液につがれば、エキスペラ１７の減圧
効果により、液面が下降する。結局、液面は、一定に、
即ちエキスペラ吸込口付近に保持される。

ここで、チャンバーの圧力Ｃは、次式２により概算し得
る。

Ｃ＝Ｈｖ（ＨＢ　＋ＨＥ　）　　　　　　　（２）［た
だし、式中、Ｈｖは静圧、ＨＢはインペラ裏羽根の減圧
効果、ＨＥはエキスペラの減圧効果である。］。

従って、チャンバーの圧力Ｃは、ポンプの吸込圧Ｓの増
減に応じて吐出圧りおよびＨｙが増減し、さらにポンプ
流ｉＱの減少でＤおよびＨｖが増大し、Ｑの増大でＤお
よびＨｖが減少する影響を受けて増減する。操作条件の
変更で液面が上昇したとしても、ＤまたはＨｖが最大の
場合でもエキスペラの羽根の中でバランスして働くよう
にエキスペラ径を設定してあり、（式１）、液面が上昇
し続けることはない。　また、式１において、重合性液
体の蒸気圧を考慮して（Ｈ８＋ＨＥ＞の値を右辺より若
干（１０〜３０ｍｍＨｇ）高くすると、エアチャンバの
液面を一定に保持することが容易となる。

また、本発明は以上述べたように重合性液体ばかりでな
くその他の通常の溶液、スラリー等の移送も十分可能で
ある。

なお、第１図において符号２４はバッフル板である。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。

実施例 第１図に示すポンプにおいて、インペラ７（外径２００
ｍｍ／内径６６ＩＴＩｍ）、インペラ裏羽根１５（外径
２５４鴫／内径７０ｍｍ）、エキスペラ１７（外径２１
０＋ｍｎ／内径７０　＋ｎｍ　）およびモーター１４　
（３，７ＫＷＸ４Ｐ）の竪型ポンプ１（１２ｍ３／ＨＸ
２４ｍ＞を使用した。

重合性液体を使用する前に水で先行実験を行なった。水
量を２００９／分に保持しながら、第１表に示す吸込圧
力（第１図Ｓ部）を変化させて吐出圧力（同り部〉、エ
キスペラ部圧力（同Ｅ部）およびエアチャンバの圧力（
同Ｃ部）を測定し、その結果を第１表に示した。

第１表の結果から、インペラの裏羽根の減圧効果（Ｄ−
Ｅ）およびエキスペラの減圧効果（Ｅ−ｃ）が安定して
得られることが判る。Ｅ−Ｃ項において＊の値は、エキ
スペラが完全に液に浸っておらずエキスペラの減圧効果
が十分でない。

以上の結果に基づき重合性液体であるアクリル酸を使用
して吸込圧力１　、３　ｋｇ／　ｃｘｌ　Ｇ、そして吐
出部からエアチャンバ部へ液を流しながら（１〜２Ｃ／
分）液ＪＬ２００Ｕ／分で輸送したところ、１１７肩後
においても重合物の発生によるポンプの停止はなかった
。

比較のため、第３図に示す竪型ポンプを使用して同条件
で重合性液体を輸送した場合には、３００時間後に重合
物によりポンプが停止した。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は、ケーシングと、該ケーシ
ング内に挿入される回転シャフトと、該回転シャフトに
連結される駆動手段と、該ケーシング内で前記回転シャ
フトに取付けられるインペラと、該ケーシングをメカニ
カルシールにより仕切って形成されるエアチャンバと、
該エアチャンバ下部に形成されるポンプ室とよりなる竪
型ポンプにおいて、前記インペラに裏羽根を取り付け、
かつ該裏羽根に接近する仕切板により前記エアチャンバ
との中間にエキスペラ室を形成し、該エキスペラ回転室
内に前記回転シャフトにエキスペラを取り付けたことを
特徴とする重合性液体移送用竪型渦巻ポンプであるから
、エアチャンバにいかなる運転状態でも液面上昇を起こ
させることがなく、さらに滞留による重合性液体の発熱
、重合、またはスラリー固化を防止できる。

また、本発明によれば、液体の重合が防止され、ポンプ
性能の低下することなく竪型ポンプを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の竪型渦巻ポンプの要部断面
図、第２図はインペラの形状を示す平面図であり、また
第２図は従来の竪型渦巻ポンプの断面図である。 １・・・竪型ポンプ、２・・・吸込口、３・・・吐出口
、４・・・仕切板、５・・・エアチャンバ、６・・・ケ
ーシング、７・・・インペラ、８・・・回転シャフト、
１３・・・メカニカルシール、１５・・・裏羽根、１７
・・・エキスペラ、２２・・・導管。 特許出願人　　　日本触媒化学工業株式会社株式会社新
井製作所

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシングと、該ケーシング内に挿入される回転
   シャフトと、該回転シャフトに連結される駆動手段と、
   該ケーシング内で前記回転シャフトに取付けられるイン
   ペラと、該ケーシングをメカニカルシールにより仕切っ
   て形成されるエアチャンバと、該エアチャンバ下部に形
   成されるポンプ室とよりなる竪型ポンプにおいて、前記
   インペラに裏羽根を取り付け、かつ該裏羽根に接近する
   仕切板により前記エアチャンバとの中間にエキスペラ室
   を形成し、該エキスペラ回転室内に前記回転シャフトに
   エキスペラを取り付けたことを特徴とする重合性液体移
   送用竪型渦巻ポンプ。
2. （２）該インペラ裏羽根およびエキスペラが、エアチャ
   ンバ内の圧力が少なくとも−１ｋｇ／ｃｍ＾２Ｇを保持
   するように設計されてなる特許請求の範囲第１項記載の
   ポンプ。
3. （３）該エキスペラ回転室またはエアチャンバとポンプ
   吐出口とを連結して液循環路を形成してなる特許請求の
   範囲第１項または第２項に記載のポンプ。