JPS63289291A

JPS63289291A - 液浸ポンプ

Info

Publication number: JPS63289291A
Application number: JP63111380A
Authority: JP
Inventors: ロバート　ドール; ヴェルナー　ヴィーデマン; ハルトムート　ベルント
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-07
Filing date: 1988-05-06
Publication date: 1988-11-25
Also published as: DE3715216A1; EP0289980A2; US4948348A; EP0289980A3

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〉この発明は液浸ポンプ、特に特許請求の範囲第（１）項
の上位我意の特徴を具備した低沸点液体用液浸ポンプに
関するものである。

〈従来の技術とその課題〉低沸点液体、例えば液体ヘリウム又は液体水素のような
低沸点液体を大形貯槽から小形移動容器へ経滴的に移す
には、流入する液体によって移動容器から排除される冷
蒸気を貯槽へ逆送する必要がある。そのためには高圧で
移送用配管経由で移動容器へ送り込み、第２の移送配管
で排除された冷蒸気を貯槽へ逆送できるようなポンプ配
管が必要になる。

貯槽中の液体は自己の蒸気圧と平衡を保っている。その
意味でるところは、本目的に使用する移送用ポンプに吸
込みヘッドがあってはならないことである。ポンプは少
なくともその液体中へ浸漬していること、出来るだけポ
ンプをタンク内へ深く組込むことが目的にかなっている
。

一般的に古って、低沸点液体用タンク内へポンプを設置
するには、大きな開口部がとれないので高い移送効率を
もった小型ポンプに頼らざるを青ない。そのうえ貯槽内
の取付けが比較的細々しくなるために、出来るだけ手入
れ不用で長期の使用に耐えるポンプの入手に努力するの
が普通である。

そのようなポンプでは、ロスを出来る限り低く保つ必要
があるが、それは低沸点液体の蒸発熱、特にヘリウムは
蒸発熱が小さくて、いかなる種類の熱発生も著しい蒸気
発生を伴なって、液体損失を招く結果になるからである
。

移送流中に蒸気泡が発生すると、圧が発生してポンプ中
の液体移送が減少するので、これを避ける必要、即ちで
きる限り一相移送がおこるように努力しなければならな
い。このことはポンプのインペラー出入口のシーリング
を特殊構造にすると共に、蒸気のガイドも特別ｖ４造に
する必要がある。

米国通産省が１９７５年７月に発表した最終レポート「
液体ヘリウム・ポンプの性能特性」から、液体ヘリウム
用遠心ポンプは周知であって、このポンプの場合には回
転可能な片面開成のインペラーが誘導雷！ｌＩ機のロー
ターと共通軸上に固定されている。この軸はローター全
体と同様に、液体ヘリウム中で回転するボール・ベアリ
ングで支持されている。

今までに得た経験によれば低湿、特に液体ヘリウムまた
は液体水素の湿度では、特殊な自己潤滑方式の材質で製
作したボール・レース付きの特殊設計量を採用した場合
にのみ、ボールベアリングが使用できる。しかしこれの
使用で達成できる寿命は、高速回転闘器の場合には室温
運転での寿命と比較すべくもない。そのうえ低温時のｒ
＊ｔａ損失が室温時に普通の潤滑で運転するボール・ベ
アリングより著しく高くなる。

従ってこの柿の周知の遠心ポンプでは手入れをせずに長
期運転が可能という要求を満足することはできない。

西独特許第２１３７８５０号には高速で回転するタービ
ン・ローター軸の磁気軸受けの記載がある。この場合に
は、ローターのラジアル方向のセンターリングと軸方向
の位置決めに特別な手段を講じている。

即ちセンターリングは、軸の両端で永久磁石システムと
共に配置したリング状の切ｌ！Ｉｉ磁極片を介して行な
う。−刃軸方向の軸受けは軸上べ別に配置した円板状の
磁極片と組み合う制御されて活性のある磁石システムで
行なう。

軸方向の磁石の制御に必要なシグナルは、軸位置を光学
的に走査して入手する。シグナルは電子的処理を施して
から軸方向の（支）石システムへ供給されるので、軸方
向に抑制を伴なう復元力が発生し、この力でセンターリ
ング・システムに生ずる軸方向のネガティブな復元力を
過剰補償することができる。走査は軸両端のうち一方の
リング状の切断ｖＡ極片上ただ１箇所で行なう。

この種の光学的走査は、軸が横運動をしてもシグナルを
発生するので歳差運動、章動運動及びローリング運動の
ようなローターの寄生的運動形式を克服するのに基本的
には適している。そのためには、軸上の板状磁石片に対
する軸方向の磁気システムの磁極片が僅かな傾斜位置を
も検出する必要のあることは勿論である。

液浸ポンプへ取付【プるのに、このような磁気軸受けは
使用できないが、その理由は液中へ浸漬するとなると、
軸受けは光学的走査位置から離して保つことが出来ず、
従って気泡発生と場合によっては不純物の沈積による妨
害が避けられないためである。

軸受けと構造が手入れ不用で長期の使用に耐えると共に
効率が良くて一相移送が可能であり、そのうえ構造が比
較的小形に作れる液浸ポンプ、特に低沸点液体ポンプを
作り出す課題がこの発明の基礎になっている。

く課題を解決するための手段とその作用〉この光明では
これらの課題をこの発明を特徴とする特許請求の範囲第
（１）項の特徴で解決できる。

この発明ではインペラーと組み合わした磁気軸受けの採
用で、手入れ不用で故障なしに長期の使用が可能になる
。インペラー自体が磁気軸受は中に一緒に組込まれてい
るために、Ｊｆ４造が一層簡単になる。そのうえインペ
ラー出入口間のシーリングが良好になる。その結果、例
えば密閉型ポンプ・インペラーの上下両側にある平らな
面が軸方向の磁気システム用磁極面として直接役立つこ
とになる。磁極面とインペラー蓋板間の間隙の狭いこと
が同時にインペラー出入口のシーリングの別面を果すこ
とになる。

この場合に、軸方向の磁気システムの制御によって到達
できる軸方向の位置の精度が極めて高くなるので、何の
困難もなしに、例えば０．０１〜０．１ｍｗ１という極
めて狭い間隔に絞ることが可能になる。

ラジアル方向の支持精度の仕様は比較的低い。

この発明はこれ以上の実施態様は、サブフレイムから明
らかな通りである。

〈実施例〉添附した図面の実施例を用いて、この発明を更に詳細に
説明する。

第１図はこの光明の液浸ポンプの垂直断面図である。同
図において本液浸ポンプ１には、例えば金属製ケーシン
グ２が付属する。本ケーシングはシリンダー状に作るの
が好ましい。ポンプケーシング３の周囲には、外方へ問
いた通路４が分布して軸方向についている。この通路４
は上方へ間口してケーシング室５へ通じる。ケーシング
室５は出口６へ通じ、ここへ接続用ニップル７で図示し
ていないポンプ配管を接続する。

ケーシング２には、軸方向の通路４領域にカバー８が付
属する。カバーは通路の外方を閉じて、軸方向に通路を
構成する。

ケーシング２の下端には端末部分９を固定する。

この部分にはトランペット状をした入口通路１０が多数
ついている。この入口通路１０は、側方にあるリング状
をした入口開口部１１で上方へ曲って出口開口部１２へ
達する。

端末部分９には＠製ブツシュ１３がついている。

ケーシング３の上端にも同様のブツシュ１４がついてい
る。それぞれのブツシュ１３．１４にはリング状をした
永久磁石１５が付属する。ブツシュ１３．１４内へは、
ポンプ軸１８の端末１６．１７が突出する。これら両端
末と軸受はブツシュ１３．１４の内壁１９間に大きな遊
びが存在する。各軸端１６．１７には永久磁石製のシリ
ンダー２０が付属する。リング状の永久磁石１５とシリ
ンダー２０の磁化方向は同じく軸方向を向くようにする
。

ラジアル方向のセンターリングの剛性が弱いので、ロー
ター回転数が決定的な値に達したときには、著しい横運
動をおこす。従ってローターのラジアル方向の間隙は、
どこも比較的大きな値（０，５陥）にしておく。このよ
うな横運動と歳差運動、章運動とローリング運動を抑制
するために、センターリング・システム１５．２０の磁
場へずっしりした銅部品２１を固定する。ここで軸の両
端末１６．１了が横運動をはじめると、銅部品２１とブ
ツシュ１３、１４を貫通する磁束が時間と共に変化する
。その結果銅に渦電流が流れて横運動を抑制する。

磁場の幾何形状が回転対象であるために、純粋な回転運
動のロスは遥かに低くなる。ローターの寄生運動形式の
抑制は、低温度に特によく保証されるが、それはこの場
合銅部品の伝導率が室温時の値より著しく高く、従って
渦電流が著しく増大するためである。そして室温時の回
転数の抑制は１ｓｏｏｏ回転／分にも達する。

ポンプ＠１８にはインペラー２２と駆動モーター２４用
に横方向に磁化した永久磁石２３と誘導走査装置２６用
のフェライト核２５が付属する。インペラー２２はその
上下両側部分に平らな面２７．２８がついている。この
両面とインペラー２２の上下に配置した容器形磁石２９
．３０が互いに作用する。このコイル３１．３２が平ら
な磁極片３３．３４を通して僅かな間隔で相対するイン
ペラーの平らな面２７．２８に作用する磁気的吸引力を
発生させる。リング状のこの容器形磁石２９．３０の外
側がケーシング２を構成する。本磁石はこのケーシング
内へ挿入することができる。

インペラー２２Ｇよ強磁性鋼で作る。これ以外は普通構
造のインペラーが回転すると、移送すべき液体が入口通
路１０を経由して軸方向にインペラーへ入り、ラジアル
方向へ出てゆく。

インペラー２２を固定したガイド・ベーン３５が取り巻
いている。このガイド・ベーンはカバー筒８内へ装入す
る。その部分のポンプケーシング３の壁には、軸方向の
道路４がない。ガイド・ベーン３５の通路３６は上方へ
曲っている。そのために移送する液体が矢印通り上方へ
流れることになる。

駆動モーター２４の永久磁石２３に対してコイル３７を
組込む。ポンプケーシング３内での渦電流ロスの発生を
避ける目的でコイルをフェライト・リング３８で取り巻
く。コイル３７自体は密に充填してケーシング内に密閉
構造で固定する。

ポンプ軸１８に固定した走査装置２６のフェライト核２
５を、同じようにフェライト製の容器形核３９で取り巻
き、核には２個のコイル４０．４１が付属する。

これらのコイル４０．４１を３０ｋｌｌｚのキャリアー
周期で駆動される図示していないブリッジ回路のブラン
チに接続する。フェライト核２５がコイル４０．４１間
に対称的に位置するときは、ブリッジがバランスしてシ
グナルを発生しない。中立点から偏位すると、直ちに位
相に感じて整流と増巾がおこり、微分部分が加わり適当
な方法でコイル３１．３２へ供給されるシグナルが発生
する。

インペラー２２の到達可能な軸受は精度は、この場合イ
ンペラ−２２自体の製造公差範囲で若干変動するが、そ
れでも０　、０１　ｍｍの小間隙が実現可能である。そ
の結果この位置でインペラー２２の入口と出口間で移送
する液体をシールできる可能性が大いに高くなる。容器
形磁石２９．３０はガイド・ベーンと共に、比較的小部
品でコンバク］・なユニットを構成できるので、大きな
範囲の温度変化が作用しても熱膨張又は収縮問題が発生
することはない。

インペラー場の幾何形状は回転対称なので回転時に顕著
な渦電流が発生することはない。インペラーの同一半径
の上下両面にシール間隙が配置しであるために、圧に抗
して移送する場合にもインペラーに生ずる軸スラストが
著しく補償されることになる。

ここに説明した磁気軸受けは完全に無接触で作動するの
で、本液浸ポンプは手入れ不用の無制限な長期使用に最
適である。

低沸点液体は一般にその蒸気と平衡にある。その結果、
液中で迅速に動く部分があると、Ｉ！ｊ！Ｉ寮を生じて
蒸気泡が発生する。移送液中にこのような蒸気部分が発
生すると、インペラー内の圧発生と液体移送量減少の原
因になる。

従って蒸気泡は、可能な限り移送流中へ混入しないよう
にする。このことは第１図に示す密閉式インペラー２２
（底板と蓋板つき）の使用と開口部４２を適当に配置す
ることで達成される。これらの孔のために、ローターで
発生した蒸気が液浸ポンプ１を取り巻く液体中へ移動す
ることになる。この開口部４２はポンプケーシング３の
壁とカバー管８を貫通する。その構造は第２図から明ら
かな通りである。これらの開口部４２はインペラー２２
の上方にあるが、インペラーの下方領域につけることも
出来る。これらの開口部は（第１図に示していない）、
容器形磁石３０の１ｉ極片を貫通する。従ってインペラ
ー２２の下方空間で発生する蒸気泡をも誘導する。蒸気
逆送用の開口部４２のために、羽根車のシーリングによ
って圧力側から内側へ浸入する漏洩部分が液体貯槽へ逆
送される結果になる。

第１図を見れば分かる通り、走査装置２６とラジアル方
向の軸受けがついたポンプケーシング３は、上へ向かっ
て密閉している。ポンプが運転を開始すると、まず液浸
ポンプ１を完全に満した液体が、ローターのｆ５Ｊｇ作
用で液体中へ徐々に蒸発する。

ここで光生した蒸気が内側空間から液体を排除するので
、最後にローターの殆んど大部分が、以後は蒸気中で回
転げることになって、摩擦ロスが減少する。

この効果を更に完全にするために、第３図を見れば明ら
かな通り、コイル巻線３７の下端に漏斗４４付の管４３
を取付ける。そして本漏斗のエツジ４５をインペラーの
極く近くまで接近させる。その結果液体はローターから
、インペラーまで遠ざけられる。

ケーシング上部には走査装＠２６、コイル＠線３７及び
容器形磁石２９．３０に達するリード線のターミナル４
６がある。

器内の電気配線は記入していない。

図示した液浸ポンプ１は、移液吊が５００〜２０００Ｉ
／時の場合に外径５０ｍｍ１インペラー直径３６ｍｍ、
回転数の代表値６０００〜８０００回転／分である。従
って本体は比較的小形である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液浸ポンプの垂直断面図、第２図は
第１図のＡ−Ｂ線切断面図、第３図は垂直部分所面図で
ある。１・・・液浸ポンプ　　　　　　２・・・ケーシング３
・・・ポンプケーシング　　　４・・・通路１５．２０
・・・永久磁石　　　　　１８・・・ポンプ軸２２・・
・インペラー　　　　　　２６・・・誘導走査装置２９
．３Ｏ−＝１１石３３．３４・ｌ極片３５・・・ガイド
・ベーン　　　　３７・・・コイル４４・・・漏斗出願人代理人　　弁理士　　和　　１）　　昭ＦＩＧ、
　　２ＦＩＧ、３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液浸ポンプ、特に渦巻きポンプのインペラーを担
持する軸に軸受けを具備した低沸点液体ポンプにおいて
、強磁性材料製のインペラー（２２）に軸方向に支持機
能をもつ制御可能な磁石（２９、３０）を組み込むこと
を特徴とする液浸ポンプ。
（２）制御可能な磁石（２９、３０）がインペラー（２
２）の上側と下側に組み込んだ容器形磁石であることを
特徴とする請求項（１）記載の液浸ポンプ。
（３）容器形磁石のリング状磁極片（３３、３４）がイ
ンペラー（２２）の平たい面（２７、２８）と共にシー
リング作用をすることを特徴とする請求項（２）記載の
液浸ポンプ。
（４）容器形磁石をインペラー（２２）の周囲に組み込
むことを特徴とする請求項（１）乃至（３）の何れかに
記載の液浸ポンプ。
（５）上側と下側とに平らな表面つきの蓋板が付属した
インペラーを使用することを特徴とする請求項（１）乃
至（４）の何れかに記載の液浸ポンプ。
（６）インペラー（２２）の出口に固定したガイド・ベ
ーン（３５）が接続し、その入口をインペラー出口と同
列に配置し、さらにガイド・ベーンの出口が軸方向に上
向きになつた通路（４）へ移行し、この通路の上端が出
口配管と接続することを特徴とする請求項（１）乃至（
５）の何れかに記載の液浸ポンプ。
（７）誘導走査装置（２６）がポンプ軸（１８）と作用
しあって、本装置が制御可能な磁石（２９、３０）への
供給電流に干渉することを特徴とする請求項（１）記載
の液浸ポンプ。
（８）ラジアル方向のセンターリング用に永久磁石（１
５、２０）の浸漬システムと渦電流による横運動、歳差
運動、章動運動及びローリング運動を消極的に抑制する
ための手段とが、ポンプ軸（１８）の自由端と作用する
ことを特徴とする請求項（１）記載の液浸ポンプ。
（９）ポンプ・ケーシング（３）内のラジアル方向に開
口部（４２）があって、インペラー（２２）の上下の密
閉室が周囲と接続することを特徴とする請求項（１）記
載の液浸ポンプ。
（１０）ポンプ・ケーシング（３）に密に固定したコイ
ル（３７）の一端からインペラー（２２）の方向へ漏斗
、（４４）がのびて、その端末がインペラーのすぐ近く
まで達することを特徴とするポンプ軸を駆動する電動機
つきの請求項（９）記載の液浸ポンプ。