JPH0612115B2

JPH0612115B2 - 重合性液体移送用ポンプ

Info

Publication number: JPH0612115B2
Application number: JP62298451A
Authority: JP
Inventors: 武博高島; 邦宏東田; 修一吉村
Original assignee: Arai Seisakusho Co Ltd; Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Arai Seisakusho Co Ltd; Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPH01142291A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、重合性液体移送用竪型渦巻ポンプに係り、特
に、メカニカルシールからの液洩れおよび重合性液体の
重合を防止する重合性液体移送用竪型渦巻ポンプに関す
る。

（従来の技術）合成繊維、プラスチツク、合成ゴム、接着剤等の合成高
分子化学製品は、年々その用途が拡大しており、この合
成高分子の原料である単量体もその需要が増大してい
る。大量の単量体移送には、ポンプを介して貯蔵タンク
から反応容器へのパイプライン移送、貯蔵タンクからタ
ンカーへのパイプライン移送等種々行われているが、移
送液体が重合特性を有するために、使用するポンプに
は、各種の重合防止対策を施したものが使用されてい
る。このようなポンプの例としては、竪型渦巻ポンプが
ある。第３図に示す竪型渦巻ポンプ１０１は、下部に吸
入口１０２および吐出口１０３を備え、仕切板１０４に
よつて上部にエアチャンバ１０５が形成されている。ケ
ーシング１０６の中心には、下端部にインペラ１０７を
備えた回転シャフト１０８が挿通され、該回転シャフト
１０８の上部にはロータ１０９およびステータ１１０が
設けられ、ベアリング１１１、１１２により支持されて
いる。しかして、該エアチャンバ１０５の上部域にはメ
カニカルシール１１３が設けられており、これによりポ
ンプの上下を仕切つている。

しかしながら、このようなポンプ１０１においては、イ
ンペラ１０７の回転による液体輸送開始時には該メカニ
カルシール１１３に重合物の付着は見られないが、長時
間の使用後、エアチャンバ１０５内の気体が回転シャフ
ト１０８の回転によりボルテツクス現象で液中に徐々に
溶け込み、その結果エアチャンバ１０５内で液面が上昇
し、メカニカルシール１１３に液面が接触し、熱などに
より該メカニカルシール１１３部分に重合物が発生して
該メカニカルシール１１３から液洩れを生ずるという欠
点がある。

更に、前記ポンプにおいて、エアチャンバ１０５に窒素
等の重合性液体に対して不活性な気体を連続的に投入し
液面上昇を防止し、ひいてはメカニカルシール部に重合
体の付着を防止する方法がある。しかしながら、この方
法においては、定常移送時には重合物の発生を防止でき
るが、デベリングバルブ（吐出側バルブ）の締め切りに
よる圧力上昇により引き起こされる液面上昇又は液の飛
散などによる気体のノズル部の閉塞が発生し、必ずしも
満足できる方法ではなかつた。

また、竪型スラリーポンプにおいてメカニカルシール部
の下部に径の小さなエキスペラを設けて重合性液体の重
合防止を図つたポンプもあるが、長時間の間には空気が
もつていかれ液面上昇をおこし必ずしも十分なものでは
なかつた。

一方、特開昭４９−６８９０１号には、高粘性スラリー
に適した竪型遠心ポンプが開示されている。この竪型遠
心ポンプは、吸入プロセスの改良により、例えば１５，
０００〜２０，０００センチポイズの高粘性液体の流送
を可能とするものであるが、重合性液体の移送には十分
といえるものではなかつた。

（発明が解決しようとする問題点）従つて、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、竪型ポンプのエアチャンバ部の液面上昇をいかなる
運転状態でも起さず、かつシール部に重合物を発生させ
ることのない重合性液体の移送用ポンプを提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段）上記目的は、ケーシングと、該ケーシング内に挿入され
る回転シャフトと、該回転シャフトに連結される駆動手
段と、前記ケーシングに形成された吸入口から吸入した
流体を吐出口より流出するポンプ室と、このポンプ室と
連通するように当該ポンプ室と前記駆動手段との間に形
成されたエアチャンバと、このエアチャンバを挿通する
前記回転シャフトをシールするシール部材とを有し、前
記ポンプ室に、吸入口から流体を吸入するインペラと、
当該インペラとの間を仕切板により仕切ることにより形
成したエキスペラ回転室と、このエキスペラ回転室内に
設置されたエキスペラとを設けた竪型ポンプにおいて、
前記エキスペラは、インペラにより吸入された流体を前
記エアチャンバ側に流入しないように構成し、前記イン
ペラには前記仕切板に可及的に接近するように裏羽根を
取り付け、該インペラの裏羽根および前記エキスペラ
が、エアチャンバ内の圧力が少なくとも−１kg／cm²Ｇ
を保持するようにしたことを特徴とするポンプにより達
成される。

また本発明は、該エアチャンバまたはエキスペラ回転室
とポンプ吐出口とを連結して液循環路を形成してなるポ
ンプである。

（作用）吸入口から供試液を張り込むと、エキスペラ回転室とエ
アチャンバが隔離された状態となる。

モータを運転しポンピングすると、エアチャンバの空気
は加圧されると同時にインペラ裏羽根およびエキスペラ
の減圧効果により膨張する。エアチャンバの空気が膨張
しエキスペラが液につからなくなると、エキスペラによ
る減圧効果が消え、インペラ裏羽根だけによる減圧が行
なわれる。この結果、液面は上昇し、エキスペラが液に
つかると、エキスペラの減圧効果により、液面が下降す
ることになり、液面は、一定に保たれる。

このように液面が一定に保たれている場合であつても、
重合性液体の場合、条件によつては液体が重合する可能
性があるが、導管を通して吐出部からエアチャンバに液
を循環すれば、液体の昇温並びに滞留を防止し、より一
層前記重合を防止することができる。

（実施例）以下、本発明を図示する実施例を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の竪型渦巻ポンプの要部断
面図、第２図は、インペラの形状を示す平面図である。

第１図において、竪型渦巻ポンプ１は、下部に吸入口２
および吐出口３を備え、第１の仕切板４によつて上部に
エアチャンバ５が、また下部にポンプ室が形成されてい
るケーシング６を有している。このケーシング６の中心
には回転シャフト８が挿通され、この回転シャフト８の
下部にはインペラ（羽根車）７を備えた円板１８が取付
けられている。該回転シャフト８の上部はベアリング１
１、１２、１３により支承され、その上端はモータ１４
が取り付けられている。

前記インペラ７には、通常オープン羽根が使用され、放
射状に複数、好ましくは第２図に示すように半渦巻状に
形成され、また該インペラ７には裏羽根１５が設けられ
ている。このような裏羽根１５は、インペラ７とともに
回転し、液が回転軸８の周りを、上昇するのを防いでい
る。

さらに、該インペラ７の上部、すなわち円板１８の上面
には、ケーシング６の内部に設けられた第２の仕切板１
６を介して前記回転シャフト８にエキスペラ１７が取り
付けられている。このため、第１および第２の両仕切板
４、１６の間の空間には、エキスペラ１７が回転自在に
取付けられている。

液上昇防止のためには回転シャフト８から放射方向への
裏羽根の長さは、インペラ７の長さと同等またはそれ以
上であることが好ましい。もし、裏羽根１５の長さがイ
ンペラ７長より短いと、インペラ７からの液が一部直接
シャフト８に沿つて上昇することになる。液の上昇を防
ぐにはより径の大きなエキスペラあるいは多段のエキス
ペラをとりつける要がでてくる。更に裏羽根１５の効果
を高めるためには、ケーシング６、すなわち第２の仕切
板１６との隙間１９をできる限り小さくとることが好ま
しい。また、裏羽根１５の構造は、インペラ７と同形ま
たは回転軸８から放射状に延びる複数の羽根から成る。

また、エキスペラ１７はエアチャンバ５とインペラ７と
の間にあり、回転シャフト８とともに回転して、インペ
ラ７の裏羽根１５とともにエアチャンバ５の液面を降下
または一定に保持する働きをする。透視窓２０を設けれ
ば、必要により液面の移動を観察できる。エキスペラ１
７は、エアチャンバ５のある面に、回転シャフト８に対
して放射状に複数の羽根を有する。

ここで、インペラ裏羽根１５の減圧効果とエキスペラ１
７の減圧効果は、次の式１を満たす。

H_B＋H_B−１≧Ｄ−(C_V/2g×10)…１ここに、Ｈ_Ｂ：インペラ裏羽根の減圧力、Ｈ_Ｅ：エキスペラの減圧力、Ｄ：吐出圧、Ｃ_Ｖ／2g：渦室における速度水頭である。

エアチャンバ５の液面の上昇を防止する場合の、最も厳
しい条件は、エアチャンバ５の圧力が、負圧、つまり−
１kg／cm²以上となることであるが、このような厳しい
条件下においても液面上昇を防止するには、前記１式に
示すように、インペラ裏羽根１５の圧力とエキスペラ１
７の圧力並びに前記−１kg／cm²Ｇの和が、インペラ外
周での静圧、つまり吐出圧Ｄから渦室における速度水頭
を引いた値より「大」に保たれることが要である。

さらに、本実施例のポンプにおいては、第１図に示すよ
うに、吐出口３とエアチャンバ５またはエキスペラ回転
室２１とを導管２２で連結することが望ましい。つま
り、ポンプ室においては、回転シャフト８、エキスペラ
１７および裏羽根１５の回転による衝撃あるいは昇温、
さらには液の滞留により重合液体がここで重合する可能
性があるが、前記導管２２を通して吐出口３からエアチ
ャンバ５に液を戻すように循環させれば、液体の昇温あ
るいは滞留を防止すれば、該液体の重合の防止効果がさ
らに「大」となる。

竪型ポンプ１が前述の如く構成されている場合、エアチ
ャンバ５の液面が一定に保持され、さらに吐出口３の液
の一部をエアチャンバ５に循環することで、発熱防止を
図り、液の滞溜をなくして重合を防止できる。

なお、第１図において符号２４はバッフル板である。

また、前記重合性液体としては、熱等により重合する溶
液であればどのようなものでも対象となるが、具体的に
例示すれば、以下のものが挙げられる。例えば、メチル
（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、
イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メ
タ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、
シクロヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキ
シル（メタ）アクリレート、ｎ−ドデシル（メタ）アク
リレート、ステアリル（メタ）アクリレート等の炭素数
１〜２０個のアルキル基を有する（メタ）アクリル酸ア
ルキルエステル、メトキシメチル（メタ）アクリレー
ト、メトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシメ
チル（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）ア
クリレート、エトキシブチル（メタ）アクリレート、ブ
トキシエチル（メタ）アクリレート等の炭素数１〜４個
のアルキレン基を有する（メタ）アクリク酸アルコキシ
アルキルエステル、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、
イタコン酸、モノイソプロピルマレエート等のマレイン
酸半エステル、イタコン酸半エステル等、これらの塩の
如く１分子中に少なくとも１個のカルボキシル基を含有
する単量体；２−ヒドロキシルエチル（メタ）アクリレ
ート、グリセロール（メタ）アクリレート、トリメチロ
ールプロパン（メタ）アクリレート、ペンタエリスリト
ール（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリ
レート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、
ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、（メタ）
アクリロニトリル、アクリルアミド、Ｎ−メチロールア
クリルアミド、スチレン、α−メチルスチレン、エチレ
ン、塩化ビニル等がある。

次に、本実施例のポンプの作用を説明する。

竪型渦巻ポンプ１の運転開始時の液面位置は、モータ１
４を停止した状態で、吸入口２から供試液を張り込む
と、エキスペラ回転室２１とエアチャンバ５が隔離され
る。この空気層は、張込圧力（＝吸込圧力）Ｓkg／cm²
Ｇに応じて、ＰＶ＝ＲＴの法則に従つて、１／（１＋
Ｓ）倍に圧縮され、液面位置が決る。

次に、モータ１４を運転させると回転シャフト８が回転
し、液のポンピングを開始し、エアチャンバ５の空気は
加圧されると同時にインペラ裏羽根１５およエキスペラ
１７の減圧効果により膨張する。エアチャンバ５の空気
が膨張しエキスペラ１７が液につからなくなると、エキ
スペラ１７の減圧効果が消え、減圧効果はインペラ裏羽
根１５の寄与だけとなり、その結果、液面は上昇し、エ
キスペラ１７が液につかれば、エキスペラ１７の減圧効
果により、液面が下降する。結局、液面は、一定に、即
ちエキスペラ吸入口付近に保持される。

ここで、チャンバーの圧力Ｃは、次式２により概算し得
る。

Ｃ＝Ｈ_Ｖ−（Ｈ_Ｂ＋Ｈ_Ｅ） …２ここに、Ｈ_Ｖ：静圧、Ｈ_Ｂ：インペラ裏羽根の減圧力、Ｈ_Ｅ：エキスペラの減圧力、である。

従つて、チャンバーの圧力Ｃは、ポンプの吸込圧Ｓの増
減に応じて吐出圧Ｄおよび静圧Ｈ_Ｖが増減し、さらにポ
ンプ流量Ｑの減少で吐出圧Ｄおよび静圧Ｈ_Ｖが増大し、
ポンプ流量Ｑの増大で吐出圧Ｄおよ静圧Ｈ_Ｖが減少する
影響を受けて増減する。操作条件の変更で液面が上昇
し、吐出圧Ｄまたは静圧Ｈ_Ｖが最大の場合でも、エキス
ペラ１７の羽根の中でバランスして働くようにエキスペ
ラ径を設定してあり（式１参照）、液面が上昇し続ける
ことはない。

また、式１において、重合性液体の蒸気圧を考慮して
（Ｈ_Ｂ＋Ｈ_Ｅ）の値を右辺より若干（１０〜３０mmHg）
高くすると、エアチャンバの液面を一定に保持すること
が容易となる。

また、本発明は上述した重合性液体のみでなくその他の
通常の溶液、スラリー等の移送も十分可能である。

（具体例）以下、具体例に基づいてより詳細に説明する。

具体例第１図に示すポンプにおいて、インペラ７（外径２００
mm／内径６６mm）、インペラ裏羽根１５（外径２５４mm
／内径７０mm）、エキスペラ１７（外径２１０mm／内径
７０mm）およびモーター１４（３．７kW×４P)の竪型ポ
ンプ１（１２ｍ／Ｈ×２４ｍ）を使用した。

重合性液体を使用する前に水で先行実験を行なつた。水
量を２００／分に保持しながら、第１表に示す吸込圧
力（第１図Ｓ部）を変化させて吐出圧力（同Ｄ部）、エ
キスペラ部圧力（同Ｅ部）およびエアチャンバの圧力
（同Ｃ部）を測定し、その結果を第１表に示した。

第１表の結果から、インペラの裏羽根の減圧効果（Ｄ−
Ｅ）およエキスペラの減圧効果（Ｅ−Ｃ）が安定して得
られることが判る。Ｅ−Ｃ項において＊の値は、エキス
ペラが完全に液に浸つておらずエキスペラの減圧効果が
十分でない。

以上の結果に基づき重合性液体であるアクリル酸を使用
して吸込圧力１．３kg／cm²Ｇ、そして吐出部からエア
チャンバ部へ液を流しながら（１〜２／分）液量２０
０／分で輸送したところ、１１ケ月後においても重合
物の発生によるポンプの停止はなかつた。

比較のため、第３図に示す竪型ポンプを使用して同条件
で重合性液体を輸送した場合には、３００時間後に重合
物によりポンプが停止した。

（発明の効果）以上述べたように、本発明は、インペラの裏羽根を仕切
板に可及的に接近するように取り付け、該裏羽根および
エキスペラが、エアチャンバ内の圧力が少なくとも−１
kg／cm²Ｇを保持するようにしたので、エアチャンバに
いかなる運転状態でも液面上昇を起こさせることがな
く、さらに滞留による重合性液体の発熱、重合、または
スラリー固化を防止でき、この結果、ポンプ性能の低下
を防止できる。

また、エキスペラ回転室またはエアチャンバとポンプ吐
出口とを連結する液循環路を形成したので、導管を通し
て吐出部からエアチャンバに液を循環でき、液体の昇温
並びに滞留を防止し、より一層前記重合を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の竪型渦巻ポンプの要部断面
図、第２図はインペラの形状を示す平面図であり、また
第３図は従来の竪型渦巻ポンプの断面図である。１……竪型ポンプ、２……吸入口、３……吐出口、４……仕切板、５……エアチャンバ、６……ケーシン
グ、７……インペラ、８……回転シャフト、１３……メカニカルシール、１５……裏羽根、１７……エキスペラ、２２……導管。

フロントページの続き (72)発明者吉村修一大阪府岸和田市磯上町５―16―９ (56)参考文献特開昭57−126599（ＪＰ，Ａ) 実開昭53−146106（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングと、該ケーシング内に挿入され
る回転シャフトと、該回転シャフトに連結される駆動手
段と、前記ケーシングに形成された吸入口から吸入した
流体を吐出口より流出するポンプ室と、このポンプ室と
連通するように当該ポンプ室と前記駆動手段との間に形
成されたエアチャンバと、このエアチャンバを挿通する
前記回転シャフトをシールするシール部材とを有し、前
記ポンプ室に、吸入口から流体を吸入するインペラと、
当該インペラとの間を仕切板により仕切ることにより形
成したエキスペラ回転室と、このエキスペラ回転室内に
設置されたエキスペラとを設けた竪型ポンプにおいて、
前記エキスペラは、インペラにより吸入された流体を前
記エアチャンバ側に流入しないように構成し、前記イン
ペラには前記仕切板に可及的に接近するように裏羽根を
取り付け、該インペラの裏羽根および前記エキスペラ
が、エアチャンバ内の圧力が少なくとも−１kg／cm²Ｇ
を保持するようにしたことを特徴とするポンプ。
【請求項２】該エキスペラ回転室またはエアチャンバと
ポンプ吐出口とを連結して液循環路を形成してなる特許
請求の範囲第１項に記載のポンプ。