JPH09512872A - 被覆磁性軸受を備えた多段遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 そこを通る製品流体の圧力を増大させる多段遠心ポンプである。ポンプはケーシング（１２）と、ケーシング（１２）内で回転するように装着されているインペラシャフト（１８）と、インペラシャフト上で背面関係で装着された複数のインペラ（２８）とを含む。被覆磁性ラジアル軸受（２６）がインペラシャフト（１８）の外端（２２）の周りに装着され、磁性スラスト軸受（４４）と磁性ラジアル軸受（２４）がインペラシャフトの駆動端（２０）の周りに装着されている。ポンプには、シャフトの駆動端と外端とにおける製品流体用室を接続する製品流体用戻り配管は何も無い。

Description

【発明の詳細な説明】 被覆磁性軸受を備えた多段遠心ポンプ 発明の背景 本発明は一般に多段遠心ポンプに関し、特に、外端に被覆磁性軸受を有する軸 線方向に均衡した多段ポンプに関する。 軸線方向に均衡した多段ポンプは典型的に、入口ポートと出口ポートとを有す るケーシングと、外部の油潤滑の軸受によりケーシング内で回転するように支持 されたインペラシャフトと、前記インペラシャフトの各端においてケーシングと インペラシャフトとの間に配設されたシール構造体と、インペラシャフトに取り 付けられた複数のインペラとを含む。ポンプの作動中インペラによってインペラ シャフトに加えられる軸スラストを均衡させるために、インペラは典型的に背面 取付けされており、第１の組のインペラが第１の方向に、第２の組のインペラが 第１の方向とは反対の第２の方向に配置されている。 背面関係にインペラを配置した多段ポンプにおいては、該ポンプの一端は典型 的に他端におけるよりも高圧である。その結果、ポンプの高圧端においてシール 構造体に作用する汲出し流体の圧力は低圧端において別のシール構造体に作用す るものより大きいためポンプは不均衡のままである。このシール圧の不均衡を克 服するために、ポンプの高圧端にシール圧室を設け、漏洩戻り配管を介してポン プの低圧端と流体連通させポンプの各端の圧力を均衡させることができる。シー ル圧室への流体の漏れを制限するために高圧端に流体抑制具を位置させてもよい 。この形式の軸線方向に均衡した多段ポンプの詳細がオナル（Onal）に発行され た米国特許第３，７１８，４０６号に記載されている。 前述の軸線方向に均衡した多段遠心ポンプは発生する軸スラストを許容するよ う一般に満足に機能する。しかしながら、依然として欠点は避けられない。特に 、漏洩戻り配管を通して汲上げ流体が流れることは著しい動力の損失を意味し、 そのためポンプの効率を低下させる。さらに、シールとか油潤滑軸受はポンプの 高度の保守を要する品目に含まれ、修理費用を増大させ、全体の安定性を低下さ せ ることになる。 従って、依然として、効率や安定性が増し、保守の問題の少ない多段遠心ポン プに対する要求のあることが認められる。本発明はこの必要性を満足させる。 発明の要約 本発明は外端に被覆磁性軸受を有する多段遠心ポンプにおいて実施される。被 覆磁性軸受はポンプの外端におけるシールや外部の油潤滑軸受と代替し、さらに 、ポンプの均衡を保つために従来のポンプで用いられていた漏洩戻り配管を排除 することができる。希望に応じて、ポンプの均衡はインペラの配置を変えたりか つ（または）インペラのウェアリングのあるものを修正することにより回復させ ることができる。いずれにしても、ポンプの効率と安定性は著しく増大する。 特に、本発明の多段遠心ポンプは入口ポートと出口ポートとを有するケーシン グを含む。ケーシングと共に回転するようにインペラシャフトが取り付けられて いる。シャフトを回転させるモータがインペラシャフトの駆動端に取り付けられ ている。インペラシャフトの駆動端においてケーシングとインペラシャフトとの 間にシール構造体が装着されている。複数のインペラがシャフトの駆動端と外端 との間でインペラシャフトに背面関係で取り付けられている。被覆磁性ラジアル 軸受がケーシングの軸受室内でインペラシャフトの外端を支持し、汲み上げられ た流体のシール構造体に対する圧力と軸受室内の汲み上げられた流体の圧力とが 均等にならないようにケーシングの外端を閉鎖する。 本発明の特徴は、ポンプの各端においてシール圧を均衡させるために以前用い られた漏洩戻り配管を排除することである。通常のシール装置はポンプの外端に おける高圧の下では安定して作動することができないため、外端のシール構造体 と、油圧装置を付属した外部油潤滑軸受とは高圧の被覆磁性ラジアル軸受により 代替される。漏洩戻り配管を外すことにより、該配管に係わるポンプ作業損失を 排除する。効率は新規製作のポンプでは１．５〜３％、既に使用中のポンプに対 して通常推奨される更新点においては３〜６％増加させることができる。外端の シール構造体と外部の油潤滑軸受とを交換することによってもポンプに対する高 度の保全を要する二項目を排除する。 本発明の別の特徴はポンプケーシングの外側に位置され、好ましくは大気に露 出される駆動端側の磁性スラスト軸受である。磁性スラスト軸受を汲み上げられ た流体から遮断することによって摩擦損失を低下させ、従って効率をさらに上げ る。本発明において使用される磁性軸受の利点は、振動や変動する軸受荷重の診 断のための出力を提供することであり、ポンプの作動や保守を改善することがで きる。 本発明のその他の特徴や利点は、本発明の原理を例示する添付図面と関連した 好適実施例についての以下の説明から明らかとなる。 図面の簡単な説明 図面はポンプのインペラ組立体の軸線に沿って視た本発明による多段遠心ポン プの断面図である。 好適実施例の詳細説明 本発明の特徴を実施した多段遠心ポンプ１０が図に示されている。そのような ポンプは特にボイラの送りポンプあるいは精製所の注入ポンプとして使用しうる 。該ポンプは入口ポート１４と出口ポート１６とを有する外側ケーシング１２を 含む。インペラシャフト１８がケーシング内で回転するように取り付けられてい る。インペラシャフトは、例えばモータ（図示せず）のような適当な駆動手段に より回転駆動される駆動端２０と、前記駆動端とは反対側の外端２２とを含む。 インペラシャフトの駆動端と外端とは、該シャフトをケーシング内で回転可能に 支持する磁性ラジアル軸受２４，２６をそれぞれ備えている。 ケーシング内で背面配置関係で複数のインペラ２８₁〜２８₆がインペラシャフ トの軸線に沿って装着されている。インペラはインペラシャフトに圧入され、適 当なキーとリテイナリング（図示せず）とによりシャフトに接続されている。 各インペラ２８はシャフト１８を囲む吸引室からの汲み上げられた流体を受け 取る吸引口３０と、排出室３６へ半径方向外方に汲み上げ流体を排出する排出口 ３４とを含む。下付きの数字１〜６までは特定の吸引口、吸引室、排出口あるい は排出室が関連している特定のインペラの段階を識別するために使用されている 。 各インペラは、該インペラを収容し、その周囲の近傍で排出室を画成する寸法 とされた環状の室内で回転する。各インペラ２８の吸引口３０はインペラシャフ ト１８を囲み、かつ関連の吸引室３２から、シャフトに沿って全体的に軸線方向 に汲み上げ流体を受け取るように方向づけられている。各吸引室に位置するバフ ル３８が隣接するインペラ２８の吸引口３０へ入ろうとする汲み上げ流体の円周 方向の運動を阻止する。各インペラの排出口３４はインペラの外周に位置し、汲 み上げ流体を周りの排出室３６へ半径方向外方に導くように方向づけられている 。 各排出室３６からの汲み上げ流体を次の後続の吸引室３２まで導くように通路 （図示せず）がケーシング１２に形成されている。特に、第１の通路は第１の排 出室３６からの汲み上げ流体を第２の吸引室３２₂へ、第２の通路は第２の排出 室３６₂からの汲上げ流体を第３の吸引室３２₃へ、第３の交差した通路は第３の 排出室３６₃からの汲上げ流体を第４の吸引室３２₄へという風に導く。入口ポー ト１４を第１の吸引室３２₁と、出口ポート１６を最終の排出室３６₆と接続する ように別の通路（図示せず）がケーシングに形成されている。一段インペラ２８₁ の特殊なケースでは、第１の吸引口３０₁と反対の関係に向いた第２の吸引口３ ０₁′を含む。このようにして入口ポート１４を介してポンプ１０へ汲上げ流体 が流入しやすくする。 各インペラ２８のそれぞれスロートとハブとを囲む二種類のウェアリング４０ ，４２がケーシング１２に取り付けられている。各スロート用リング４０は吸引 室３２を特定のインペラの排出室３６から遮断し、一方各ハブ用リング４２が当 該インペラの排出室を次の後続のインペラの吸引室３２から遮断している。流体 の漏れを選定された許容率まで制限する流体の流れ規制ラビリンスを形成するた めにインペラのスロートと関連のインペラのスロートとハブとの対面する面に対 応する溝（図示せず）を形成することができる。 ポンプの作動の間、各インペラ２８はインペラシャフト１８に著しい軸線方向 の力、すなわちスラストを加える。この軸線方向の力が発生する理由は、各イン ペラの一方の側全体が比較的高い圧力で汲上げ流体に露出され、一方、当該イン ペラの他方の側の一部のみが同じ圧力に露出されるが、残りの部分は相対的に低 い圧力で汲上げ流体に露出されるからである。 インペラ２８によってインペラシャフト１８に加えられる軸方向スラストは第 １の組のインペラ２８₁，２８₂，２８₃が一方の方向へ（すなわち左方へ）軸方 向スラストを加え、第２の組のインペラ２８₄，２８₅，２８₆が反対方 向（すなわち右方へ）軸方向スラストを加えるように背面配置関係のインペラの 順序を決め、かつ方向づけることによって部分的に均衡する。各インペラのハブ とスロートの外径とウェアリング４０，４２の内径とをまた、各インペラに係わ る差圧が適当に選択されるように調整できる。 磁性スラスト軸受４４が運動量作用、公差、流量作用等によるポンプの残留ス ラスト不均衡のいずれも吸収するようにシャフトの駆動端に装着されている。好 適実施例においては、磁性スラスト軸受４４および駆動端の磁性ラジアル軸受２ ４はケーシングの外側に配置され、従って汲上げ流体に露出されない。磁性スラ スト軸受を汲み上げられつつある流体から遮断することにより摩擦損失を低減さ せ、従って効率を増大させる。例えばラッピングした面のメカニカルシール、ラ ビリンスシール、グランドパッキン等のシール構造体４６を用いてシャフトの駆 動端をシールし、第１の吸引室３２₁内の汲上げ流体を駆動端の磁性ラジアル軸 受および磁性スラスト軸受から分離させることができる。 外端の磁性軸受２６は当該技術分野の専門家には周知の構造の高圧作動被覆ラ ジアル軸受が好ましい。被覆磁性軸受はケーシング内に密閉され、汲上げ流体に 露出されている。シャフトの外端は被覆磁性ラジアル軸受によって閉鎖され、シ ール構造体を必要としないことを認識すべきである。さらに、外端は閉鎖されて いるため、大気に露出することが好ましい磁性スラスト軸受はシャフトの駆動端 に位置している。 典型的には、被覆磁性軸受はステンレス鋼製担体に焼きばめされている電気鋼 積層体から構成されたロータ４８を有する。端板とステンレス鋼被覆（図示せず ）とは積層体の周りで溶着されシール組立体を形成する。次いでロータはインペ ラシャフト１８に固定される。同様に、ステータ積層体とコイル５０とが軸受ハ ウジング５２に装着され、端板と内径において溶着されたステンレス鋼被覆とを 用いてシールされる。次いで、軸受ハウジングはポンプの外側ケーシング１２の 軸受室５４内に装着される。ケーシングの外端５６は閉鎖され、端板５８によっ てシールされる。 被覆磁性軸受は、従来の多段遠心ポンプの外端シール構造体と外部の油潤滑軸 受とに代替する。 ポンプの不均衡の発生する理由は、インペラシャフトの外端における汲上げ流 体の圧力、すなわち吸引室３２₄における流体圧がポンプの駆動端のシール構造 体に作用する汲上げ流体の圧力、すなわち吸引室３２₁における流体圧よりはる かに高いためである。しかしながらポンプの均衡はインペラのウェアリングの中 のあるもの、特にインペラ２８₄，２８₅および２８₆と関連したウェアリング４ ０，４２を修正することにより回復することができる。代替的に、新規に製作し たポンプに対しては、インペラの順序と方向とを適当に調整すればよく、例えば ２個のインペラを一方の方向に、４個のインペラを反対方向に向ければよい。 前述の説明から、本発明は効率を向上させ、多数の高度の保守を要する要素を 排除する改良された多段遠心ポンプを提供することを認識すべきである。磁性軸 受による軸受制御システムは振動および変動する軸受荷重との診断のための出力 を提供するのでポンプの作動と保守とを改良しうるという別の価値が達成される 。 本発明を好適実施例のみを参照して詳細に説明してきたが、当該技術分野の専 門家には本発明から逸脱することなく種々の修正が可能なことが認められる。従 って、本発明は請求の範囲によって規定される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月１６日 【補正内容】 請求の範囲 １．流体を汲み上げる多段遠心ポンプ（１０）において、 第１の端部と第２の端部（５６）とを有し、内側の孔と、汲上げ流体を前記孔 中へ提供する入口ポート（１４）と、前記孔から汲上げ流体を排出する出口ポー ト（１６）と、ケーシング（１２）の第２の端部（５６）における軸受室（５４ ）とを形成しているケーシング（１２）と、 ケーシング（１２）の第１の端部において駆動端（２０）と、ケーシング（１ ２）の第２の端部（５６）において軸受室（５４）に位置した外端（２２）とを 有する回転可能のインペラシャフト（１８）と、 インペラシャフト（１８）の駆動端（２０）と外端（２２）との間でインペラ シャフト（１８）に装着された複数のインペラ（２８₁〜２８₆）であって、第１ の組の前記複数のインペラの中の少なくとも１個が全体的に第１の方向に汲上げ 流体を導くように方向づけられ、第２の組の前記複数のインペラの別の少なくと も１個が全体的に第２の、反対の方向に汲上げ流体を導くように方向づけられて いる複数のインペラ（２８₁〜２８₆）と、 ケーシング（１２）と、インペラシャフト（１８）の駆動端（２０）において インペラシャフト（１８）との間で装着されたシール（４６）と、 インペラシャフト（１８）の駆動端（２０）の周りに装着され、インペラシャ フト（１８）の駆動端を回転可能に支持する軸受（２４）と、 ケーシング（１２）の軸受室（５４）内でインペラシャフト（１８）の外端（ ２２）の周りで装着され、インペラシャフト（１８）の外端（２２）を回転可能 に支持する被覆磁性ラジアル軸受（２６）とを含み、 軸受室（５４）がポンプの作動中汲上げ流体により加圧される、多段遠心ポン プ。 ２．ケーシングの第１の端部がシール（４６）とインペラシャフト（１８）の 駆動端（２０）に最も近いインペラ（２８₁）との間で汲上げ流体を受け入れる 第１の室（３２）を画成し、作動中のポンプがケーシングの第１の端部において 第１の室（３２）内で低圧の汲上げ流体を、ケーシング（１２）の第２の端部に おいて軸受室（５４）において高圧の汲上げ流体を通している、請求の範囲第１ 項に記載の多段遠心ポンプ。 ３．インペラシャフトに加えられるスラストの不均衡を吸収するためにインペ ラシャフト（１８）の駆動端（２０）に装着の磁性スラスト軸受をさらに含む、 請求の範囲第１項または第２項に記載の多段遠心ポンプ。 ４．シール（４６）がインペラシャフト（１８）の駆動端（２０）に最も近い インペラ（２８₁）と磁性スラスト軸受（４４）との間に位置している、請求の 範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の多段遠心ポンプ。 ５．インペラシャフト（１８）の駆動端（２６）の周りに装着された軸受（２ ４）が磁性ラジアル軸受であり、シールがインペラシャフトの駆動端に最も近い インペラ（２８₁）と磁性ラジアル軸受（２４）との間に位置している、請求の 範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の多段遠心ポンプ。 ６．磁性スラスト軸受（４４）が汲上げ流体から遮断されている、請求の範囲 第１項から第５項までのいずれか１項に記載の多段遠心ポンプ。 ７．インペラシャフトの駆動端の周りに装着された軸受が汲上げ流体から遮断 されている、請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の多段遠心 ポンプ。 ８．インペラシャフトの駆動端の周りに装着した磁性スラスト軸受と磁性ラジ アル軸受とがケーシングの外側に装着されている、請求の範囲第１項から第７項 までのいずれか１項に記載の多段遠心ポンプ。 ９．ケーシング（５６）の第２の端部が軸受室（５４）とインペラシャフト（ １８）の外端（２２）に最も近いインペラ（２８₄）との間で汲上げ流体を受け 入れる第２の室（３２₄）を画成し、ポンプが第２の室（３２₄）から第１の室（ ３２₁）までの汲上げ流体の漏洩を可能とする漏洩戻り配管を何ら有していない 、請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の多段遠心ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．そこを通過する流体製品の圧力を増大するための多段遠心ポンプにおいて 、 製品流体を受け取る入口ポートと、製品流体を排出する出口ポートと、軸受室 とを有するケーシングと、 駆動端と外端とを有し、前記ケーシング内で回転するように取り付けられ、前 記外端が軸受室に位置しているインペラシャフトと、 前記インペラシャフトの駆動端と外端との間で前記インペラシャフトに装着さ れた複数のインペラであって、各インペラはそこを通る製品流体の圧力を増大す るように作動可能で、第１の組の複数のインペラの中の少なくとも１個のインペ ラが第１の方向に、第２の組の複数のインペラの中の少なくとも１個が第２の、 反対の方向に向けられているインペラと、 前記インペラシャフトの駆動端に装着され、該インペラシャフトを回転させる 手段と、 ケーシングと、インペラシャフトの駆動端においてインペラシャフトとの間で 装着されたシールと、 前記ケーシングの軸受室内でインペラシャフトの外端の周りで作動可能に装着 された被覆磁性ラジアル軸受とを含む多段遠心ポンプ。 ２．第１の製品流体用室がシールとインペラシャフトの駆動端に最も近いイン ペラとの間に位置し、第２の製品流体用室が被覆軸受とインペラシャフトの外端 に最も近いインペラとの間に位置し、ポンプには第１と第２の製品流体用室を直 接接続する製品流体用戻り配管が無い、請求の範囲第１項に記載の多段遠心ポン プ。 ３．第１の製品流体用室がシールと、インペラシャフトの駆動端に最も近いイ ンペラとの間に位置し、第２の製品流体用室が被覆軸受とインペラシャフトの外 端に最も近いインペラとの間に位置し、ポンプの作動中第１と第２の製品流体用 室における製品流体の圧力が均等でない、請求の範囲第１項に記載の多段遠心ポ ンプ。 ４．ポンプの作動中、加圧された製品流体によってもたらされるインペラシャ フトの駆動端と外端とにおけるスラストが相互に対して均等でない、請求の範囲 第１項に記載の多段遠心ポンプ。 ５．ポンプの作動中、シール構造体にはインペラシャフトの駆動端に最も近い インペラに係わる第１の製品流体の圧力が加えられ、被覆軸受にはインペラシャ フトの外端に最も近いインペラに係わる第２の製品流体の圧力が加えられ、第１ と第２の製品流体の圧力が均等化されていない、請求の範囲第１項に記載の多段 遠心ポンプ。 ６．インペラシャフトの駆動端に作動可能に装着された磁性スラスト軸受をさ らに含む請求の範囲第１項に記載の多段遠心ポンプ。 ７．シールが複数のインペラと磁性スラスト軸受との間に位置している、請求 の範囲第６項に記載の多段遠心ポンプ。 ８．磁性ラジアル軸受がインペラシャフトの駆動端の周りで作動可能に装着さ れている、請求の範囲第７項に記載の多段遠心ポンプ。 ９．そこを通る流体製品の圧力を増大させる多段遠心ポンプにおいて、 製品流体を受け取る入口ポートと、製品流体を排出する出口ポートと、軸受室 とを有するケーシングと、 駆動端と外端とを有し、ケーシング内で回転するように取り付けられたインペ ラシャフトであって、その外端が軸受室に位置しているインペラシャフトと、 インペラシャフトの駆動端と外端との間でインペラシャフトに装着された複数 のインペラであって、各々がそこを通る製品流体の圧力を増すように作動可能で あり、第１の組の複数のインペラの中の少なくとも１個が第１の方向に、第２の 組の複数のインペラの中の少なくとも別の１個が第２の、反対の方向に向いてい る複数のインペラと、 インペラシャフトの駆動端に装着され、インペラシャフトを回転させる手段と 、 ケーシングと、インペラシャフトの駆動端においてインペラシャフトとの間で 装着されたシールと、 インペラシャフトの駆動端の周りで作動可能に装着された磁性ラジアル軸受と 、 インペラシャフトの駆動端の周りで作動可能に装着された磁性スラスト軸受と 、 ケーシングの軸受室内でインペラシャフトの外端の周りに作動可能に装着され 被覆磁性ラジアル軸受とを含み、 シールとインペラシャフトの駆動端に最も近いインペラとの間に第１の製品流 体用室が位置しており、第２の製品流体用室が被覆軸受とインペラシャフトの外 端に最も近いインペラとの間に位置しており、ポンプには第１と第２の製品流体 用室とを直接接続する製品流体の戻り配管が無い、多段遠心ポンプ。