JPH0842480A

JPH0842480A - 液体ポンプ

Info

Publication number: JPH0842480A
Application number: JP19490494A
Authority: JP
Inventors: Masao Matsumura; 正夫松村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1996-02-13
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3340852B2

Abstract

(57)【要約】【目的】極低温の液状流体の加圧圧送に好適なポンプ
を提供する。【構成】初段羽根車１９の吸込口を上向きとし、以下
同方向に全段の略半数の羽根車を連続配置し、更に残段
数の羽根車２６を吸込口を下向きとして連続配置し、初
段羽根車吸込口上部と上向き段と下向き段の境界位置と
に磁気軸受１５，２２を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体ポンプに係り、特
に液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化プロパンガス（ＬＰ
Ｇ）等の極低温液状流体の圧送に好適なポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばＬＮＧ基地において、ＬＮＧ船か
ら荷揚げされたＬＮＧは、ＬＮＧタンクに貯蔵された
後、ＬＮＧポンプによりタンクから送り出され、気化器
で気化され、発電用はそのまま発電所に送られるが、都
市ガス用の場合にはＬＰＧを添加して発熱量を調整、付
臭して都市ガスとして送出される。送出圧力は、発電用
が約０．５〜０．８ＭＰａ、都市ガス用が４．５ＭＰａ
であり、都市ガス用の場合には気化前に二段目のＬＮＧ
ポンプで昇圧される。ここで極低温のＬＮＧを加圧する
ＬＮＧポンプは、一般に多段縦型遠心ポンプであり、軸
封部からの液洩れの可能性をなくすため、ポンプ及びポ
ンプを駆動するモータ全体をＬＮＧ中に浸漬したサブマ
ージドタイプが使用されている（相沢、久保田、“ＬＮ
Ｇ機器の運転と制御”、ターボ機械第１７巻第５号Ｐ８
〜１３）。

【０００３】上述のようにＬＮＧを加圧するためのポン
プには、その駆動にモータが用いられており、このモー
タには数百乃至数千ｋＷの電力供給が必要であり、この
全密閉型のポンプに外部から送配電線を通して電力を供
給していた。しかしながら、数百乃至数千ｋＷの電力を
要するモータを、極低温のＬＮＧ中に浸漬するサーブマ
ージドポンプ中に収納することは製作が大変であり、か
つそこに電力を供給するための設備も大掛りなものとな
らざるを得なかった。又、省エネルギー的な見地から
も、発電所においてＬＮＧにより発電した電力を、発電
所から長い送配電線を経て、ＬＮＧタンク内のＬＮＧポ
ンプに引込み、そこでモータに電力を供給しポンプを回
転駆動させねばならなかった。このため、ＬＮＧポンプ
への電力の供給には、ＬＮＧをガス又は液体として発電
所に送るまでの損失、発電所における発電効率の損失、
送配電線における損失、モータを回転駆動する際の損失
等が必然的に伴っていた。

【０００４】また、ポンプの高圧大容量化にともない、
高速回転が必要となるが、３００００ｒｐｍ以上の回転
数の場合、大容量モータの使用が困難になる。そこで、
ポンプを駆動するモータに代えて、エキスパンダ（膨
張）タービンが使用されようとしている。係るエキスパ
ンダタービン駆動によれば、高速回転数が容易に得ら
れ、且ついわゆる自己完結型の、すなわち外部からエネ
ルギーの供給を必要としないでポンプの駆動を行うこと
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みて為されたものであり、極低温の液状流体の加圧圧送
に好適なポンプを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の液体ポンプは、
初段羽根車の吸込口を上向きとし以下同方向に全段の略
半数の羽根車を連続配置し、更に残段数の羽根車を以下
吸込口を下向きとして連続配置し、前記初段羽根車吸込
口上部と前記上向き段と下向き段の境界位置とに磁気軸
受を配置したことを特徴とする。

【０００７】又、本発明の液体ポンプは、前記上向き段
と下向き段の中間段胴体から抽出ラインを配設したこと
を特徴とする。

【０００８】

【作用】初段羽根車の吸込口を上向きとする事から、ガ
スタービン側と液体ポンプ側の連通部分の境界部の圧力
を可能な範囲で最も低い圧力とする事ができる。従って
連通部分の構造を小さな耐圧とする事ができ、耐圧設計
上有利となる。そして、全段の約半数の羽根車を吸い込
み口を上向きとして、残段数の羽根車を吸込口を下向き
とすることから、スラスト力がそれぞれ逆方向に作用
し、スラストバランスをとることができる。また、磁気
軸受で駆動軸を非接触支持することから、高速回転に対
応できる。軸受を最も振動の生じやすい上向き段（初
段）の羽根車の両側の位置に配置することにより、駆動
軸の振動を効果的に軽減することができる。又、軸受を
上述の位置に配置することにより、低温流体により軸受
の冷却を十分に行うことができる。

【０００９】又、上向き段と下向き段の中間段胴体から
抽出ラインを配設したことから、ポンプは吐出し圧力の
異なる第一の吐出口と第二の吐出口とを有する。従っ
て、一方の吐出口から低温液状流体を所定の圧力に加圧
し送り出すとともに、加圧圧力の異なる他方の吐出口
に、熱交換器を接続し、その熱交換器からの高圧ガスを
所定の排気圧力まで減少して得られる熱落差によりエキ
スパンダタービンを駆動してポンプの駆動軸を回転させ
ることができる。即ち、液状流体をポンプで加圧圧送す
ると共に、ポンプで加圧された一部の液状流体を用い
て、他からのエネルギー供給を必要とすることなく、ポ
ンプ自体を駆動することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の第一乃至第二実施例について
添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第
一実施例のポンプの断面図であり、図２は本発明の第二
実施例のポンプの断面図である。尚、各図中同一符号は
同一又は相当部分を示す。

【００１１】全体を符号ＰＵで示すポンプの垂直に配置
された駆動軸ＤＳは、その上部において、全体を符号Ｅ
Ｔで示すエキスパンダタービンの主軸に接続されてい
る。この駆動軸ＤＳは、ポンプＰＵ及びエキスパンダタ
ービンＥＴを貫通する一本の主軸であるが、ポンプ及び
タービンのそれぞれの主軸を連結するようにしてもよ
い。これらポンプＰＵ及びタービンＥＴのそれぞれのケ
ーシング間は、主軸方向の熱変形吸収器すなわち蛇腹部
２１ａを備えた連結管２１で連結されている。このポン
プＰＵは吸込口３０から吸込まれた液状流体を所定の圧
力に加圧して外部に送出する第一段の吐出口６と、吐出
口６から送出される液状流体の残余の液状流体を更に加
圧して吐出す第二段の吐出口８とを備えている。エキス
パンダタービンＥＴは、給気口３１及び排気口３２を備
え、給気口３１から吸入した高圧ガスが膨張することに
より駆動軸ＤＳを回転させるタービンであり、膨張して
減圧したガスが排気口３２より排出される。第二段の吐
出口８から送出される液状流体は、図示しない熱交換器
により加圧された液状流体を高温高圧のガス化して、タ
ービンＥＴの給気口３１に供給する。

【００１２】従って、図示しないプライマリポンプによ
り吸込口３０からポンプＰＵに吸い込まれた液状流体Ｗ
は、所定の圧力に加圧されて、第一段の吐出口６から加
圧された液状流体として外部に送出される。例えば、液
状流体がＬＮＧであれば、液状の加圧された状態で他の
ＬＮＧ基地にパイプラインを介して送られる。ポンプＰ
Ｕの第二段の吐出口８からは更に一段と加圧された液状
流体が、図示しない燃焼加熱器に押し込まれ、加熱され
て高温高圧のガスとなってエキスパンダタービンＥＴの
給気口３１に流入し、膨張してタービンの羽根車を回転
させ、減圧されたガスとなる。

【００１３】ポンプＰＵ及びタービンＥＴの共通の駆動
軸ＤＳは、上方から順にスラスト磁気軸受２、ラジアル
磁気軸受３、ラジアル磁気軸受１５、球軸受１６、ブッ
シュベアリング１０、ラジアル磁気軸受２２、球軸受２
３等により支持されている。尚、主軸受は非接触の磁気
軸受であり、球軸受１６，２３等は、非常用のタッチダ
ウンベアリングである。又、軸シール１２は、タービン
ＥＴの高温高圧のガスを封止するものであり、軸シール
４は、非接触式のラビリンスシールである。又、軸シー
ル９は、ポンプＰＵ内の液状流体を封止するためのもの
である。これらの軸シールは、高速回転する駆動軸をシ
ールするため、非接触式のある程度の漏れを許容するシ
ールが用いられている。ポンプＰＵは、バレル１１に蓋
７により被覆された空間内に収納された、極低温の液状
流体内に浸漬されるポンプであり、ポンプＰＵのケーシ
ング１３が蓋７に取り付けられている。ポンプの後段部
分はカバー２７で被覆され、駆動軸ＤＳの末端部は、羽
根止めキャップ２８で固定されている。

【００１４】初段羽根車１９は、吸込口を上向きとし、
入口側にインデューサ１７、出口側にデフューザ１８を
配置している。次段の羽根車２６は、吸込口が下向きに
配置され、入口側にインデューサが、デフューザ２５が
羽根車２６の出口側に配置されている。ラジアル磁気軸
受１５とラジアル磁気軸受２２とは、初段の羽根車１９
を挟み込むように配置されている。尚、本実施例では、
初段の羽根車１９と次段の羽根車２６との各１個ずつが
図示されているが、前段の吸込口が下向きに配置された
羽根車を複数個、後段の吸込口が上向きに配置された羽
根車を複数個配置し、それぞれの羽根車数は略同数にす
るようにしても良い。

【００１５】次にこのポンプの動作を説明する。図示し
ない配管により吸込口３０からバレル１１内に流入した
液状流体は、ポンプＰＵ全体を浸漬する。吸込口Ｂから
ポンプケーシング内に流入する極低温の液状流体は、上
部の軸受ケーシング２９の表面に接して流れ込むため、
常にラジアル磁気軸受１５を冷却することとなる。イン
デューサ１７を通過した液状流体は、初段羽根車１９を
通過し、加圧されてデフューザ１８を通り、室Ｃで２方
向に分岐する。一方は、吐出口６から加圧された液状流
体として送出され、他方は次段の羽根車２６の吸込口Ｄ
に向かう。そして次段羽根車のインデューサを通過した
液状流体は、次段羽根車２６を通過して更に加圧され、
デフューザ２５を通り更に吐出口６から図示しない熱交
換器に送られる。

【００１６】吸込口が下向きでその直上部にある次段の
羽根車２６を通過した液状流体は、タッチダウン用の球
軸受２３を適宜潤滑し、その上部のラジアル磁気軸受２
２を冷却しながら通過し、初段羽根車の背面に流れ込
む。この液状流体の流れは上方に向かっているため、発
生するガスを効率よく流し去り、かじりつき等の防止作
用を生ぜしめる。駆動軸ＤＳに働くスラスト力は、自重
と羽根車に作用する圧力分布により決まる軸荷重と、液
状流体の流れの運動量変化から、生じる力のトータルで
あるが、初段及び次段の羽根車を背面合わせ構造とした
ことにより、ほゞバランスさせることができる。尚、バ
レル１１を密封する蓋７には、図示しないガス抜き用の
配管が備えられ、バレル１１内で発生するガスは上方に
向けて流れるようにしてガス抜けを良くする配慮が為さ
れている。

【００１７】高速回転する駆動軸ＤＳに対する軸シール
はラビリンスシール等のある程度漏れが許容される非接
触式のシールが用いられており、ポンプＰＵから漏れる
液状流体とタービンＥＴから漏れるガス体とは、共に連
結管２１内に流入する。連結管２１には、駆動軸ＤＳの
軸方向の熱にともなう変形を弾性的に吸収する蛇腹部２
１ａが設けられており、この蛇腹部２１ａ内に液状流体
とガス体との界面が形成される。又、連結管２１内に、
設けられた開口Ｎから一定圧以上のガス体が逃げるよう
になっている。本実施例のバレル１１内では、その最上
部のポンプ吸込口Ｄ付近の液状流体が最も低い圧力であ
るので、連結管２１部分での液状流体とガス体との界面
の圧力をほぼ吸込口Ｂ付近の圧力と等しくすることがで
きる。このため、初段羽根車の吸込口を上向きとして最
上部に配置することにより、連結管特に蛇腹部２１ａに
おける圧力の負担が軽減し、その製作を容易とし且つ安
全性を高めることができる。

【００１８】尚、図２に示す第２実施例は、初段の羽根
車１９により加圧された液状流体を、第一段の吐出口６
から図示しない熱交換器へ送るようにしたものである。
残余の液状流体は、次段の羽根車２６により更に加圧さ
れ第二段の吐出口８からパイプライン等に送出される。
尚、第一段の吐出口６から熱交換器へ押し込まれる液状
流体は、熱交換器でガス化され、タービンＥＴを駆動す
ることは、第一実施例と同様である。その他の構成は、
図１に示す第一実施例と同じであるので、同一の箇所に
は同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

【００１９】尚、以上の説明は極低温の液化天然ガス
（液状流体）を取り扱うことを前提として説明している
が、液化プロパンガス（ＬＰＧ）或いは液体窒素（ＬＮ
₂ ）等の液状流体についても同様に適用できることは勿
論のことである。

【００２０】又、本実施例においては、初段羽根車と次
段羽根車の間に抽出ラインを設けているが、送出ライン
とガスタービンへの供給ラインの圧力が同じでよい場合
には、敢えて抽出ラインを設ける必要がない。このよう
に、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例
が可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ポンプとガスタービンとの駆動軸に沿った連結部分
で、液体側とガス体側の境界部分の圧力を最も低い圧力
とすることができる。このため、連結部分の耐圧設計が
容易となり、また安全性を改善できる。更に、液状流体
中の発生ガスを効率よく流し去り、かじりつき等の不具
合を防止することができる。又駆動軸に働くスラスト力
のバランスをとることができるため、スラスト軸受を小
型化、経済化することができる。又、磁気軸受により高
速回転に対応でき、軸受の冷却を十分に行うことができ
る。更に、振動の激しい初段羽根車の両側に磁気軸受を
配置することから、駆動軸の振動を効果的に低減するこ
とができる。総じて、極低温の液状流体を加圧圧送する
のに好適なポンプを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のポンプの断面図。

【図２】本発明の第二実施例のポンプの断面図。

【符号の説明】

ＥＴエキスパンダタービンＤＳ駆動軸ＰＵポンプ２スラスト磁気軸受３，１５，２２ラジアル磁気軸受６第一段の吐出口８第二段の吐出口１９初段羽根車２６次段羽根車３０吸込口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】初段羽根車の吸込口を上向きとし、以下
同方向に全段の略半数の羽根車を連続配置し、更に残段
数の羽根車を以下吸込口を下向きとして連続配置し、前
記初段羽根車吸込口上部と前記上向き段と下向き段の境
界位置とに磁気軸受を配置したことを特徴とする液体ポ
ンプ。
【請求項２】前記上向き段と下向き段の中間段胴体か
ら抽出ラインを配設したことを特徴とする請求項１記載
の液体ポンプ。