JPS5872693A - 軸推力平衡装置 - Google Patents
軸推力平衡装置Info
- Publication number
- JPS5872693A JPS5872693A JP56171431A JP17143181A JPS5872693A JP S5872693 A JPS5872693 A JP S5872693A JP 56171431 A JP56171431 A JP 56171431A JP 17143181 A JP17143181 A JP 17143181A JP S5872693 A JPS5872693 A JP S5872693A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- balance
- pressure chamber
- gap
- axial thrust
- pressure
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/04—Antivibration arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
- F04D29/041—Axial thrust balancing
- F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多段遠心ポンプおよび高圧多段遠心圧縮機など
に使用される軸推力平衡装置に関するものである。
に使用される軸推力平衡装置に関するものである。
従来のこの種軸推力平衡装Wは第1図に示すように、軸
2に取付けられたバランスドラム3とケニシング(図示
せず)に取付けられたバランスブツシュ4との間に環状
細隙5を設け、かつ前記両者3.4と軸2に取付けた羽
根車1の背部との間に高圧室6を設けると共に、前記両
者3,4の反羽根車側に低圧のバランス室7を設けた構
成からなる。
2に取付けられたバランスドラム3とケニシング(図示
せず)に取付けられたバランスブツシュ4との間に環状
細隙5を設け、かつ前記両者3.4と軸2に取付けた羽
根車1の背部との間に高圧室6を設けると共に、前記両
者3,4の反羽根車側に低圧のバランス室7を設けた構
成からなる。
羽根車1の吸込口1aから吸込まれ、吐出口1bから吐
出された吐出水の大部分は吐出ケーシング(図示せず)
を経て所蝋個所へ送られる。前記吐出水の一部は羽根車
lの背部に設けられた高圧室6に流入し、さらに細隙5
およびバランス室7を経てポンプの吸込側または大気中
へ排出される。
出された吐出水の大部分は吐出ケーシング(図示せず)
を経て所蝋個所へ送られる。前記吐出水の一部は羽根車
lの背部に設けられた高圧室6に流入し、さらに細隙5
およびバランス室7を経てポンプの吸込側または大気中
へ排出される。
上記バランスドラム3の高圧室6側およびバランス室7
側の側壁には、ポンプの吐出圧および吸込圧がそれぞれ
作用するため、バランスドラム3には右方向に向う軸方
向のカが作用するので1羽根車lの右方向に向う軸推力
は緩和される。
側の側壁には、ポンプの吐出圧および吸込圧がそれぞれ
作用するため、バランスドラム3には右方向に向う軸方
向のカが作用するので1羽根車lの右方向に向う軸推力
は緩和される。
また前記側1!15に充満された流体の薄膜は油潤清の
ジャーナル軸受の油膜と同様な一稲の軸受作用を行り。
ジャーナル軸受の油膜と同様な一稲の軸受作用を行り。
いま軸2が軸系の固有角振動数Ωに比べて高い角速度ω
で回転されると、前記流体膜の軸受作用によシ、油潤滑
のジャーナル軸受で見られるオイルポンプと類僚の軸自
励振動を発生することがおる。軸の無次元回転角速度石
と軸の径方向振動幅の実測結果は第2図に示すとおりで
、この図から前記−が2.5程度になると、軸自励振動
Ω を発生するから、振幅は急激に増大することが容易に理
解される。
で回転されると、前記流体膜の軸受作用によシ、油潤滑
のジャーナル軸受で見られるオイルポンプと類僚の軸自
励振動を発生することがおる。軸の無次元回転角速度石
と軸の径方向振動幅の実測結果は第2図に示すとおりで
、この図から前記−が2.5程度になると、軸自励振動
Ω を発生するから、振幅は急激に増大することが容易に理
解される。
本発明は上記にかんがみ軸自励振動の発生を防ぐことを
目的とするもので、ポンプ吐出側の高圧室と反ボング側
の低圧バランス室とをバランスドラムおよびバランスブ
ツシュ間の環状細隙によシ連通してなる軸推力平衡装置
におhて、任意数の圧力室を前記細隙を形成するバラン
スドラムの外周面およびバランスブツシュの内周面のい
ずれか一方に設けるか、または双方にまたがって設ける
ことを特徴とするものである。
目的とするもので、ポンプ吐出側の高圧室と反ボング側
の低圧バランス室とをバランスドラムおよびバランスブ
ツシュ間の環状細隙によシ連通してなる軸推力平衡装置
におhて、任意数の圧力室を前記細隙を形成するバラン
スドラムの外周面およびバランスブツシュの内周面のい
ずれか一方に設けるか、または双方にまたがって設ける
ことを特徴とするものである。
以下本発明の実施例を図面について説明するに先だって
1本発明の原理について説明する。
1本発明の原理について説明する。
まず軸系が安定に回転するための条件を第3図について
述べる。同図(a)は軸2に取付けたバランスド2ム3
とケーシングに取付けたバランスブツシュ4との間に環
状細隙5を形成する軸系を単純化して示したものである
。同図(b)は前記軸系において、バランスドラム3が
微小半径Iの円軌道上を軸系の角振動数Ωで振れ回った
時の振れ回ヤ速度の方向の力の釣合いを示したものであ
る。その力F1は流体膜の達成ばね係数kxyにより、
振れ回り半径8をさらに大きくしようとする力であり、
力F、は流体膜の減衰係数CXXにより、振れ回シ半径
1を小さくしようとする友である。このような振れ回り
が時間と共に減衰するための条件は、下記(1)式のと
おシでオ杭 F I > p t ・・・・旧・・(1)
上記F8.Ftは下記(2+、 (31式で表わされる
。
述べる。同図(a)は軸2に取付けたバランスド2ム3
とケーシングに取付けたバランスブツシュ4との間に環
状細隙5を形成する軸系を単純化して示したものである
。同図(b)は前記軸系において、バランスドラム3が
微小半径Iの円軌道上を軸系の角振動数Ωで振れ回った
時の振れ回ヤ速度の方向の力の釣合いを示したものであ
る。その力F1は流体膜の達成ばね係数kxyにより、
振れ回り半径8をさらに大きくしようとする力であり、
力F、は流体膜の減衰係数CXXにより、振れ回シ半径
1を小さくしようとする友である。このような振れ回り
が時間と共に減衰するための条件は、下記(1)式のと
おシでオ杭 F I > p t ・・・・旧・・(1)
上記F8.Ftは下記(2+、 (31式で表わされる
。
F 1 = k X Y g −−・・・・・
・・(2ip、=CxxgΩ ・・・・・・・・・
(3)この(21,(31式を(11式に代入すると、
CXXΩ) k x y −・−= …(4
1となる。この(4)式を軸2の回転角速度ωを用いて
変形すれば。
・・(2ip、=CxxgΩ ・・・・・・・・・
(3)この(21,(31式を(11式に代入すると、
CXXΩ) k x y −・−= …(4
1となる。この(4)式を軸2の回転角速度ωを用いて
変形すれば。
トナル。バランストラム3とバランスブツシュ4との間
の環状Ml!J部5の流体膜のばね係数および減衰係数
を、前記細隙部の幅りと直径りとの種々い回転速度まで
安定に回転することがわかる。
の環状Ml!J部5の流体膜のばね係数および減衰係数
を、前記細隙部の幅りと直径りとの種々い回転速度まで
安定に回転することがわかる。
バランスドラムの直径DFiボングの軸推力を平を小さ
くするためには、Lを従来のものよシ小さくする必要が
ある。しかし単にLを小さくしただけでは、細隙部5を
漏洩する流量が増大し、ポンプ効率の低下を招く恐れが
ある。この対策として、幅りの小さいバランスドラムを
複数個設け、漏洩流量が増加しないようにすればよい。
くするためには、Lを従来のものよシ小さくする必要が
ある。しかし単にLを小さくしただけでは、細隙部5を
漏洩する流量が増大し、ポンプ効率の低下を招く恐れが
ある。この対策として、幅りの小さいバランスドラムを
複数個設け、漏洩流量が増加しないようにすればよい。
ところが実施する場合、複数個のバランスドラムとバラ
ンスブツシュを製作して取付けることは、非常にコスト
高となる恐れがある。このため十分に大きな圧力室をバ
ランスドラムおよびバランスブツシュの一方に設けるか
または双方にまたがりびバランスブツシュを複数個並置
したと同様な効果を発揮させることができる。なお前記
圧力室の軸方向の長さを項状細隙部の隙間の40倍以上
にしないと、十分な効果を発揮しないことが笑験の結果
よシ明らかである。
ンスブツシュを製作して取付けることは、非常にコスト
高となる恐れがある。このため十分に大きな圧力室をバ
ランスドラムおよびバランスブツシュの一方に設けるか
または双方にまたがりびバランスブツシュを複数個並置
したと同様な効果を発揮させることができる。なお前記
圧力室の軸方向の長さを項状細隙部の隙間の40倍以上
にしないと、十分な効果を発揮しないことが笑験の結果
よシ明らかである。
上記墳状細隙部を圧力室によシ効果的に分割するために
、圧力室に必要な軸方向長さと深さは圧力室内の流れを
二次元ど噴流とみなすことによシ、次に述べるように計
算することができる。
、圧力室に必要な軸方向長さと深さは圧力室内の流れを
二次元ど噴流とみなすことによシ、次に述べるように計
算することができる。
第5図(a)はバランスブツシュ4の内周面に設けた圧
力室8内の流れの状態を示したもので、圧力室8の軸方
向長さを−e、深さをtとし、かつ環状隙間5の大きさ
をCとする。一方、第5図(b)は鼎図(a)に対応す
る二次元の噴流の状態を示したもので、吹き出し口にお
ける噴流の幅を2c、吹き出し口から軸方向へXだけ離
れた断面における噴流の幅を2b、噴流中央の最大速度
をul、8とする。
力室8内の流れの状態を示したもので、圧力室8の軸方
向長さを−e、深さをtとし、かつ環状隙間5の大きさ
をCとする。一方、第5図(b)は鼎図(a)に対応す
る二次元の噴流の状態を示したもので、吹き出し口にお
ける噴流の幅を2c、吹き出し口から軸方向へXだけ離
れた断面における噴流の幅を2b、噴流中央の最大速度
をul、8とする。
噴流の一断面を単位時間に通過する運動量は。
距離Xに関係なく一定でなければならないので。
噴流の幅2bと最大速度u11.との間には次の関係が
成立する。
成立する。
u、、1I12b=一定 、−1,−8,−(6)
一方、二次元の噴流の場合1幅2bは距離Xに比例して
増大するので、広がシ角2θは距離Xに関係なく一定で
オシ、吹き出し口付近の流れを無視すると1次の、関係
が成立する。
一方、二次元の噴流の場合1幅2bは距離Xに比例して
増大するので、広がシ角2θは距離Xに関係なく一定で
オシ、吹き出し口付近の流れを無視すると1次の、関係
が成立する。
2b=2C+2Xtanθ 、−・−・−(7)二次
元噴流の場合、広がり角2θは12’程度でおる。第5
図(a)に示した圧力室8内の流れを。
元噴流の場合、広がり角2θは12’程度でおる。第5
図(a)に示した圧力室8内の流れを。
第5図(b)に示した二次元噴流の上半分とみなして、
前記二次元噴流の場合と同様の考察を行うと、圧力室8
内の流れに対しても(6)、 (71式が成立する。
前記二次元噴流の場合と同様の考察を行うと、圧力室8
内の流れに対しても(6)、 (71式が成立する。
、圧力室8の入口(x=0)において、最大速度u1.
8がvlであるとすると、噴流の広がり角θは60程度
であるから%(61,(71式よシ噴流の幅すと最大速
度u1.8は下記(81,(9)式で表わされる。
8がvlであるとすると、噴流の広がり角θは60程度
であるから%(61,(71式よシ噴流の幅すと最大速
度u1.8は下記(81,(9)式で表わされる。
b = C(−tan 6 ’ + 1 ) ”
”・(8)次に圧力室8において噴流の最大速度U□、
をどの程度に減速すれば、圧力室8が効果的に働くかを
検討する。圧力室8の役割は、その両側の細隙部を分離
し、下流側のMltJ部に上流側の細隙部の影響が及ば
ないようにすること、すなわち圧力室で十分に小さくシ
、かつ圧力室入口に存在する周方向の圧力の分布を圧力
室8内でなくすることができる。後者の圧力室入口の圧
力の周方向分布は。
”・(8)次に圧力室8において噴流の最大速度U□、
をどの程度に減速すれば、圧力室8が効果的に働くかを
検討する。圧力室8の役割は、その両側の細隙部を分離
し、下流側のMltJ部に上流側の細隙部の影響が及ば
ないようにすること、すなわち圧力室で十分に小さくシ
、かつ圧力室入口に存在する周方向の圧力の分布を圧力
室8内でなくすることができる。後者の圧力室入口の圧
力の周方向分布は。
圧力室8内で軸方向流れの動圧を十分に小さくすれば同
時に小さくなる。
時に小さくなる。
バランスド2ム3の軸方向の全圧力差を基準に差の1%
以下程度になれば、圧力室の役割は十分に発揮される。
以下程度になれば、圧力室の役割は十分に発揮される。
一般にバランスドラム3とバランスブツシュ4との間の
細隙5における軸方向流れ向長さJは、(9)式よシ次
のようになる。
細隙5における軸方向流れ向長さJは、(9)式よシ次
のようになる。
J≧38C−・・・・・・・・・αり
また圧力室8の深さtは、その内部の噴流の最大幅以上
を必要とするもので、(8)式よシ次のようになる。
を必要とするもので、(8)式よシ次のようになる。
t≧0.11ノ ・・・・・・・・・αυ第6図
は#1PJ5の軸方向長さLとバランスドラム3の直径
りとの比が約1.0であつ九ものを、3個の圧力室によ
シ4分割した場合の軸自励振動のしたものである。同図
よ一シ圧力室の無次元軸方向になって顛式の妥当である
ことがわかる。
は#1PJ5の軸方向長さLとバランスドラム3の直径
りとの比が約1.0であつ九ものを、3個の圧力室によ
シ4分割した場合の軸自励振動のしたものである。同図
よ一シ圧力室の無次元軸方向になって顛式の妥当である
ことがわかる。
上述した原理に基づく具体的構成を第7図ないし第9図
について説明する。これらの第7図〜第9図のうち第1
図に示す符号と同一符号は同一または該轟する部分を示
すものとする。
について説明する。これらの第7図〜第9図のうち第1
図に示す符号と同一符号は同一または該轟する部分を示
すものとする。
第7図において、4はバランスブツシュで、その内周面
には任意数(図では2個)の圧力室f3a。
には任意数(図では2個)の圧力室f3a。
8bが設けられている。51〜5CViバランスドラム
3とバランスブツシュ4との間に形成された細隙である
。その他の構造は第1図に示す従来例と同一であるから
説明を省略する。このような構造からなる本実施例の作
用を次に述べる。
3とバランスブツシュ4との間に形成された細隙である
。その他の構造は第1図に示す従来例と同一であるから
説明を省略する。このような構造からなる本実施例の作
用を次に述べる。
羽根車1から吐出された吐出水の一部は1羽根車l背部
の圧力室6に流入し、さらに細隙5a。
の圧力室6に流入し、さらに細隙5a。
圧力室8m、細[5b、圧力室8bおよび細隙5Cを経
てバランス室7に流入した後に、ポンプの吸込側または
大気中に排出される。前記圧力室8Jl、8bは十分に
大きいので、細隙5a〜5cに充満している流体の軸受
作用はその細隙5a〜5Cの軸受作用の和となる。前記
細隙5a〜5Cは@Lと直径りの比が十分に小さくなる
ように設定されているため、第4図で説明したように軸
系は高い回転角速度まで安定に回転することができる。
てバランス室7に流入した後に、ポンプの吸込側または
大気中に排出される。前記圧力室8Jl、8bは十分に
大きいので、細隙5a〜5cに充満している流体の軸受
作用はその細隙5a〜5Cの軸受作用の和となる。前記
細隙5a〜5Cは@Lと直径りの比が十分に小さくなる
ように設定されているため、第4図で説明したように軸
系は高い回転角速度まで安定に回転することができる。
本実施例では、細@5は2個の圧力室8a。
8bによ93個の細隙58〜5Cに分割されて−細隙に
分割した方がよい場合もあシSまた2個で十分な場合も
ある。
分割した方がよい場合もあシSまた2個で十分な場合も
ある。
本実施例では圧力室8m、$bをバラ/スブツシ:j−
4側に設けたが、これに代シ第8図に示すように圧力室
8a、8beバランスドラム3側に設け、また第9図に
示すように圧力室f3a、8bをバランスドラム3およ
びバランスブツシュ4の双方にまたがるように設けても
同様な効果をうろことができる。
4側に設けたが、これに代シ第8図に示すように圧力室
8a、8beバランスドラム3側に設け、また第9図に
示すように圧力室f3a、8bをバランスドラム3およ
びバランスブツシュ4の双方にまたがるように設けても
同様な効果をうろことができる。
第10図は上記のような軸推力平衡装置を有するポンプ
の軸振動を実測した結果を示したもので。
の軸振動を実測した結果を示したもので。
この図よシボンブは高い回転角速度まで安定に運転でき
ることが容易に理解される。
ることが容易に理解される。
以上説明したように本発明にシれば、バランスドラムと
バランスブツシュとの間の細隙を圧力室て任意数に分割
することによシ、その細隙の幅と直径との比を小さくで
きるので、細隙内の流体膜の軸受特性を安定化すること
が可能である。したがってポンプを高い回転角速度まで
軸自励振動を起させることなく安定に運転することがで
きる。
バランスブツシュとの間の細隙を圧力室て任意数に分割
することによシ、その細隙の幅と直径との比を小さくで
きるので、細隙内の流体膜の軸受特性を安定化すること
が可能である。したがってポンプを高い回転角速度まで
軸自励振動を起させることなく安定に運転することがで
きる。
第1図は従来の軸推力平衡装置を示す要部断面図、第2
図は従来の軸推力平衡装置を備えるポンプの軸振動の実
測結果を示す図、第3図ないし第6図は本発明の軸推力
平衡装置の原理を説明する図、第7図は本発明の軸推力
平衡装置の実施例を示す断回図、第8図および第9図は
本発明に係わる他の実施例を示す要部断面図、第10図
は本発明の軸推力平衡装置を備えるポンプの軸振動の実
測結果を示す図である。 3・・・バランスドラム%4・・・バランスブツシュ。 58〜5C・・・環状細隙、8a、9b・・・圧力室。 ・4ぐ。 オ 1 日 第21!] 01 2 3 、嶌、ンtζ7LL]酬1ノミ、丙i哨ド、l胸一つt
F才30 (久) <b) 牙 4 圀 0 0.5 t、。 オS図 (^) オら図 メー オ′7巴 オ8図 才9 国
図は従来の軸推力平衡装置を備えるポンプの軸振動の実
測結果を示す図、第3図ないし第6図は本発明の軸推力
平衡装置の原理を説明する図、第7図は本発明の軸推力
平衡装置の実施例を示す断回図、第8図および第9図は
本発明に係わる他の実施例を示す要部断面図、第10図
は本発明の軸推力平衡装置を備えるポンプの軸振動の実
測結果を示す図である。 3・・・バランスドラム%4・・・バランスブツシュ。 58〜5C・・・環状細隙、8a、9b・・・圧力室。 ・4ぐ。 オ 1 日 第21!] 01 2 3 、嶌、ンtζ7LL]酬1ノミ、丙i哨ド、l胸一つt
F才30 (久) <b) 牙 4 圀 0 0.5 t、。 オS図 (^) オら図 メー オ′7巴 オ8図 才9 国
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 ポンプ吐出側の高圧室と反ポンプ側の低圧バラン
ス室とを、バランスドラムおよびバランスブツシュ間の
環状細隙によシ連通してなる軸推力平衡装置において、
任意数の圧力室を前記細隙を形成するバランスドラムの
外周面およびバランスブツシュの内周面のいずれか一方
に設けるか、tたは双方にまたがって設けることを特徴
とする軸推力平衡装置。 2 上記環状細隙部に設けた圧力室の軸方向長さを、前
記環状細隙部の隙間の40倍以上に設定したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の軸推力平衡装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56171431A JPS5872693A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 軸推力平衡装置 |
US06/436,715 US4493610A (en) | 1981-10-28 | 1982-10-26 | Axial thrust balancing system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56171431A JPS5872693A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 軸推力平衡装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5872693A true JPS5872693A (ja) | 1983-04-30 |
Family
ID=15922993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56171431A Pending JPS5872693A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 軸推力平衡装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4493610A (ja) |
JP (1) | JPS5872693A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007321717A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 斜流ポンプ |
JP2013087622A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Hitachi Plant Technologies Ltd | ポンプ |
Families Citing this family (12)
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---|---|---|---|---|
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US4808070A (en) * | 1987-08-17 | 1989-02-28 | Fonda Bonardi G | Fluid bearing |
US5533814A (en) * | 1994-05-04 | 1996-07-09 | Aesop, Inc. | Low profile self-compensated hydrostatic thrust bearing |
US6129507A (en) | 1999-04-30 | 2000-10-10 | Technology Commercialization Corporation | Method and device for reducing axial thrust in rotary machines and a centrifugal pump using same |
US7048520B1 (en) | 2002-04-16 | 2006-05-23 | Mccarthy James | Multistage sealed coolant pump |
US20090004032A1 (en) * | 2007-03-29 | 2009-01-01 | Ebara International Corporation | Deswirl mechanisms and roller bearings in an axial thrust equalization mechanism for liquid cryogenic turbomachinery |
US7758320B2 (en) * | 2007-05-03 | 2010-07-20 | Tank, Inc. | Two-stage hydrodynamic pump and method |
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