JP2003201983A - 多段遠心ポンプ - Google Patents

多段遠心ポンプ

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JP2003201983A
JP2003201983A JP2002002210A JP2002002210A JP2003201983A JP 2003201983 A JP2003201983 A JP 2003201983A JP 2002002210 A JP2002002210 A JP 2002002210A JP 2002002210 A JP2002002210 A JP 2002002210A JP 2003201983 A JP2003201983 A JP 2003201983A
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JP
Japan
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pump
centrifugal pump
drive shaft
stage
clearance
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JP2002002210A
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English (en)
Inventor
Koji Kubota
康志 久保田
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Nikkiso Co Ltd
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Nikkiso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 沸騰しやすい液化ガスを小流量、高揚程で送
液する遠心ポンプを提供する。 【解決手段】 遠心ポンプ12を、モータ16に駆動さ
れる単一の駆動軸14上に複数配置し、比速度(rp
m,m3/min,m)が100以下の極低比速度多段
遠心ポンプ10を構成する。駆動軸14をボールベアリ
ング18,19により支持し、駆動軸14の半径方向の
移動量を小さくする。これにより、インペラ20の吸込
み口40の外側の径と、これに対応するハウジング21
の内径のクリアランスを0.2mm以下、または直径の
1/1000以下とし、漏れを低減する。漏れ量の減少
によりポンプ効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の遠心ポンプ
を単一の駆動軸上に配置した多段遠心ポンプに関し、特
に、低比速度に対応した多段遠心ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】液化石油ガスなどの沸騰しやすい液化ガ
スを小流量(例えば10m3/h)、高揚程(400m
超)で送液する場合、一般的に往復動ポンプが使用され
る。これは、このような小流量、高揚程の条件におい
て、遠心ポンプを設計しようとすれば、従来通り比速度
(rpm,m3/mim,m)100以上としたときに
は多段のポンプの段数が多くなり現実的ではなく、一方
比速度が100以下であっては、遠心ポンプの効率が1
0%以下と、低くなるためである。しかし、往復動ポン
プを採用した場合であっても、取扱い流体が気化しやす
い液化ガスであるために、軸シール部のパッキンの寿命
が短いという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】遠心ポンプにおいて
は、ポンプおよびこれを駆動するモータごと、液化ガス
中に沈め、液化ガスにより潤滑を行うことにより、パッ
キンを用いない構造を達成できるため、前述のパッキン
寿命に関する問題は生じない。
【0004】しかしながら、遠心ポンプを用いる場合
は、前述のように効率が低くなったり、多段遠心ポンプ
の段数が増加し、大型化し、駆動軸の長さの増加に伴う
危険速度が低下するなどの問題が発生する。
【0005】また、ポンプの回転速度を増加させ、80
00rpmを超えるようにする場合には、ボールベアリ
ングを使用できず、ジャーナルベアリングとする必要が
生じる。このベアリングは液化ガスで潤滑されるが、沸
騰を避けるため、液化ガスの潤滑量を多くする必要があ
り、このためにベアリング部分のクリアランスを小さく
することができない。ベアリング部分のクリアランスが
小さくできないということは、軸の半径方向の移動が規
制されないということであり、ポンプのインペラとケー
シングの隙間も、ジャーナルのクリアランス以上に大き
くする必要がある。この結果、ポンプの漏れが増加し、
特に揚程が高い場合にポンプ効率が低下して、実用的な
設計ができないという問題があった。
【0006】本発明は前述の問題点を考慮してなされた
ものであり、沸騰しやすい液化ガスを、小流量、高揚程
で送液する遠心ポンプを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明にかかる、複数の遠心ポンプをモータに駆動
される単一の駆動軸上に配置した多段遠心ポンプは、イ
ンペラ吸込み口外側の直径と、ポンプケーシングとの直
径クリアランスを、0.2mm以下または直径の1/1
000以下としたものである。この部分のクリアランス
を小さくすることにより、各段のポンプにおいて、吐出
側から吸込み側に流れる漏れ量を抑制することができ、
ポンプ効率が向上する。また、クリアランスを小さくす
ることで、この部分が動圧軸受として作用する。これに
より、軸支持点が増加し、駆動軸の危険速度が高まり、
安定した運転が可能となる。
【0008】また、前記駆動軸は、ボールベアリングに
より支持されるようにできる。ボールベアリングの採用
により、ジャーナルベアリングを用いる場合に比して、
駆動軸の半径方向位置を狭い範囲に規制することができ
る。このことは、前述の、インペラとケーシングのクリ
アランスを小さくすることをより容易に達成可能とす
る。また、このボールベアリングの半径方向荷重は、前
述のクリアランス縮小によって低減されるために、その
寿命は延長される。
【0009】また、駆動軸を、3600rpmを超える
速度で運転することが好ましい。このために、駆動用モ
ータに供給する電力の周波数変換を行うインバータを備
えるようにすることが好ましい。
【0010】また、最終段の遠心ポンプから吐出された
取扱い流体によりポンプを冷却し、ポンプを冷却した取
扱い流体を、1段目遠心ポンプの吐出側より後方の流路
に戻すようにすることが好ましい。これにより、モータ
の発生した熱をポンプ外部に排出しないようにできる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。図1は、
本実施形態の多段遠心ポンプ10の概略構成を示す部分
断面図である。複数の遠心ポンプ12は、一つの駆動軸
14を介して、モータ16により駆動される。遠心ポン
プ12の個数、すなわち段数は、要求性能などから適宜
定めることができ、ここでは、N段(Nは2以上の整
数)の多段遠心ポンプについて説明する。遠心ポンプの
段を特定して説明する必要がある場合は、符号12の後
に-1,-2,・・・,-Nの添え字を付して説明する。例えば、1
段目(図中最も下段)の遠心ポンプについては符号12
-1、最終段(図中最も上段)の遠心ポンプには符号12
-Nを用いて説明する。なお、図においては、添え字を付
した符号を示す。モータ16は、モータケース17内に
納められている。モータ16のステータは、モータケー
ス17に固定され、ロータは、駆動軸14に固定されて
いる。駆動軸14は、モータケース17の端部におい
て、二つのボールベアリング18,19により回動可能
に支持されている。
【0012】個々の遠心ポンプ12は、駆動軸14に固
定されるインペラ20と、このインペラを納めているハ
ウジング21を有している。また、ハウジング21内に
は、当該段の遠心ポンプ12が吐出した取扱い流体が流
れる流路22が形成されている。ハウジング21は、個
々の遠心ポンプ12ごとに別体となっており、図示する
ように、略円筒形のケース24内に納められ、ポンプの
軸方向に積み上げられるように配列されている。なお、
インペラ20、ハウジング21および流路22について
も、それらが属する遠心ポンプの段を特定して説明する
必要がある場合には、前述の添え字-1,-2,・・・,-Nを付し
て説明する。
【0013】この多段遠心ポンプ10は、液化石油ガス
などの極低温の取扱い流体に満たされたタンク26内に
納められ、この結果、前記取扱い流体に浸漬された状態
となっている。タンク26には、吸入管28および循環
管30が設けられ、これらにより、前記取扱い流体の貯
蔵タンク(不図示)と連通している。すなわち、貯蔵タ
ンクから、取扱い流体が吸入管28を介してタンク26
内に流入し、気化した取扱い流体は、循環管30により
貯蔵タンクに戻される。
【0014】多段遠心ポンプ10は、その第1段の遠心
ポンプ12-1の吸込み口32より取扱い流体を吸い込
み、最終段の遠心ポンプ12-Nの流路22-Nより、吐出
管36を介してタンク26外へ送液する。最終段の遠心
ポンプ12を通過した取扱い流体の一部は、ボールベア
リング18を潤滑しつつ、ここを通過し、モータケース
17内に送られる。さらに、取扱い流体は、後端のボー
ルベアリング19も潤滑する。モータケース17内の取
扱い流体は、戻し流路38により、第1段の遠心ポンプ
12-1の吐出側の流路22-1に戻される。
【0015】図2は、第1段の遠心ポンプ12-1の詳細
を示す図である。このポンプのインペラ吸込み口40の
外側の直径と、この部分に対応するハウジング21-1の
内径のクリアランス2aは、米国AP1610の規格に
ある最小クリアランスより小さく設定されている。具体
的には、クリアランス2aを0.2mm、またはインペ
ラ吸込み口40の外側の直径の1/1000としてい
る。さらに、これらの値より小さな値を採ることも可能
である。このように狭いクリアランスによって、漏れ量
を抑制し、100以下の低比速度遠心ポンプにおいて
も、その効率の低下を抑えている。なお、図2は、第1
段の遠心ポンプ12-1のみについて、示してあるが、他
の段の遠心ポンプ12も同様のクリアランスに設定され
ている。
【0016】また、ポンプの回転速度も、通常の360
0rpmであっては、遠心ポンプの段数が多くなるか、
または比速度が極めて低くなるなど、実用的ではなくな
る。この面からポンプの回転速度を高めるために、モー
タに供給する電力の周波数をインバータにより高め、3
600rpmを超える回転速度としている。
【0017】前述のように、インペラ吸込み口の外側と
ハウジング内径のクリアランス2aを小さくすることに
は、駆動軸14がボールベアリング18,19に支持さ
れていることが寄与している。ジャーナルベアリングで
あっては、取扱い流体の沸騰を避けるために、ベアリン
グに供給される取扱い流体の量を増加させる必要があ
る。このため、ベアリングのクリアランスは小さくする
ことができず、このため、前述のクリアランス2aも、
インペラとハウジングの接触を避けるために大きくせざ
るを得ない。ボールベアリングであれば、ベアリング部
のクリアランスの問題はなくなり、駆動軸14の半径方
向の位置は、狭い範囲に限定できる。よって、インペラ
とハウジングのクリアランス2aも小さくすることが可
能となり、この部分の漏れ量を抑制することができる。
【0018】また、インペラ吸込み口外径とハウジング
内径のクリアランス2aを小さくすることによって、こ
の部分が動圧軸受、つまりジャーナルベアリングのよう
に作用する。これにより、駆動軸14の支持点が増加
し、軸の危険速度が高まり、より安定した運転が達成さ
れる。また、駆動軸14にかかる荷重の一部を、このイ
ンペラとハウジングで形成されたベアリングにより受け
ることにより、ボールベアリング18,19の荷重も低
減され、これらのベアリングの寿命も延長される。
【0019】また、本実施形態においては、モータ16
を冷却した取扱い流体は、タンク26に戻すのではな
く、第1段の遠心ポンプの吐出側の流路22-1に戻して
いる。この結果、モータで発生した熱は、タンク26内
に放熱されず、多段遠心ポンプ10によって、吐出管3
6を介して外部に放出される。
【0020】本実施形態の多段遠心ポンプ10は、低流
量、高揚程、例えば流量5m3/h、揚程450mの仕
様を満たすように設計することができる。ポンプ回転速
度は、8000rpmとされ、この回転速度を実現する
ために、ポンプ10に供給される電力は、インバータに
より、高い周波数に変換されて供給されている。この条
件下において、多段遠心ポンプ10の比速度(rpm,
3/min,m)を54とすると、ポンプの段数
(N)は3段となり、実用的な値となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態の多段遠心ポンプの概略構成図で
ある。
【図2】 図1のポンプの一つの段を拡大して示した図
である。
【符号の説明】
10 多段遠心ポンプ、12 遠心ポンプ、14 駆動
軸、16 モータ、18,19 ボールベアリング、2
0 インペラ、21 ハウジング、22 流路、26
タンク、38 戻し流路、40 インペラ吸込み口。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年1月16日(2002.1.1
6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の遠心ポンプを、モータに駆動され
    る単一の駆動軸上に配置した多段遠心ポンプであって、 前記複数の遠心ポンプの少なくとも一つのポンプの、イ
    ンペラ吸込み口外側の直径と、ポンプケーシングとの直
    径クリアランスを、0.2mm以下とした、多段遠心ポ
    ンプ。
  2. 【請求項2】 複数の遠心ポンプを単一の駆動軸上に配
    置した多段遠心ポンプであって、 前記複数の遠心ポンプの少なくとも一つのポンプの、イ
    ンペラ吸込み口外側の直径と、ポンプケーシングとの直
    径クリアランスを、直径の1/1000以下とした、多
    段遠心ポンプ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の多段遠心ポン
    プにおいて、比速度が100(rpm,m3/min,
    m)以下である、多段遠心ポンプ。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の多段
    遠心ポンプにおいて、前記駆動軸は、ボールベアリング
    により支持される、多段遠心ポンプ。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の多段遠心ポンプにおい
    て、3600rpmを超える速度で運転される多段遠心
    ポンプ。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の多段
    遠心ポンプにおいて、 前記モータは、最終段の遠心ポンプより吐出された取扱
    い流体により冷却され、 前記ポンプを冷却した後の流体は、1段目の遠心ポンプ
    の吐出側より後方の流路に戻す、多段遠心ポンプ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1519053A3 (en) * 2003-09-29 2009-04-08 Nikkiso Co., Ltd. A submerged pump having a bearing lubricated by discharged fluid
CN106837810A (zh) * 2017-02-13 2017-06-13 高善全 一种高吸程自吸式离心泵

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