JPH11257285A

JPH11257285A - 液化ガス用ポンプ装置

Info

Publication number: JPH11257285A
Application number: JP6251798A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Suzuki; 英志鈴木; Osamu Suzuki; 治鈴木; Akihisa Okada; 明久岡田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受摺動の焼き付きの防止を図れる液化ガス用
ポンプ装置を提供する。【解決手段】液化ガスを吸い込み吐出する、ポンプ軸５
Ａと、該ポンプ軸５Ａを回転駆動する駆動部と、ポンプ
軸５Ａに沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ吸い
込んだ液化ガスを昇圧する羽根車５Ｃと、羽根車５Ｃで
昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸５Ａを
支持する軸受部を有する液化ガス用ポンプ装置におい
て、前記軸受部をカーボン材で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化ガス用ポンプ
装置に係わり、特に液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵す
る液化ガス用ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液化天然ガス等の液化ガスを輸送する液
化ガス用ポンプ装置には、例えば、液化ガスタンク内で
用いられる、タンク内蔵式の液化ガスタンク用ポンプ装
置があり、このような液化ガス用ポンプ装置では、従
来、例えば特開平８−２９６５８６号公報に示されるよ
うに、静圧軸受および補助用の玉軸受が採用されてい
る。

【０００３】ここで、かかる液化ガス用ポンプ装置につ
いて、液化ガスタンク用ポンプ装置を例として、図６を
用いて説明する。

【０００４】符号１は液化ガスタンクであり、符号１Ａ
はガスタンク１の天井板、そして、符号２は前記液化ガ
スタンク１内に垂下された揚液管である。この液化ガス
タンク１内に垂下された揚液管２の下端には、吸込弁３
が取り付けられ、この揚液管２の座面４には、前記の液
化ガスタンク用潜没ポンプ本体５が設置されており、符
号６は、前記ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐
出口である。また、揚液管２の頂部には、ポンプ吊上機
構を備えたヘッドプレート７が設けられ、符号８は吊り
上げ用ワイヤであり、符号９は給電ケーブルであり、符
号１０は巻き上げ機である。

【０００５】そして、前記液化ガスタンク用ポンプ本体
５は、前記液化ガスタンク１の天井板１Ａから鉛直に垂
下された揚液管２の内部に、前記ヘッドプレート７か
ら、前記吊り上げ用ワイヤ８によって、例えば深さ５０
ｍ程度にまで吊り下げられて、前記揚液管２の下部の前
記座面４に着座して設置される。

【０００６】また、この液化ガスタンク用ポンプ本体５
には、給電ケーブル９によって電源が供給されており、
ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁３から
吸い込まれ、昇圧されてポンプ吐出口６から吐出され、
図中に矢印で示すように、前記揚液管２内を上昇して吐
出管１１に送り出される。

【０００７】次に、液化ガス用ポンプ本体の例として、
図７に示す液化ガスタンク用ポンプ本体図により説明す
る。

【０００８】液化ガスタンク用ポンプ本体５の構造は、
ポンプ回転軸５Ａに、吸込性能向上のために取り付けら
れたインデューサ５Ｂ、複数の羽根車５Ｃ及びサブマー
ジドモータロータ５Ｄが固定され、これらは一体型構造
であり、一体となって回転するようになっている。ま
た、このポンプ回転軸５Ａ、インデューサ５Ｂ、複数の
羽根車５Ｃ、サブマージドモータロータ５Ｄは、自液潤
滑される静圧軸受（上静圧軸受５Ｅ、中静圧軸受５Ｆ、
下静圧軸受５Ｇ）によって、半径方向に支持されてい
る。また、上静圧軸受５Ｅと中静圧軸受５Ｆには、ポン
プ起動・停止時の補助用軸受として、玉軸受（上玉軸受
５Ｈ、中玉軸受５Ｉ）を設けている。尚、この上玉軸受
５Ｈは、内輪５Ｈ１をポンプ回転軸５Ａに固定し外輪５
Ｈ２側にギャップをもたせる設置方法と、外輪５Ｈ２を
ハウジング５Ｌ１に固定し内輪５Ｈ１側にギャップをも
たせる設置方法がある。また、中玉軸受は、内輪５Ｉ１
をポンプ回転軸５Ａに固定し外輪５Ｉ２側にギャップを
もたせる設置方法と、外輪５Ｉ２をハウジング５Ｌ２に
固定し内輪５Ｉ１側にギャップをもたせる設置方法があ
る。

【０００９】図７は上、中玉軸受共に、内輪をポンプ回
転軸５Ａに固定した例である。◆ポンプが通常運転の状
態（揚液管２がポンプ吐出液で満たされている状態）で
は、玉軸受５Ｈ、５Ｉの代わりに静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、
５Ｇが働くように、例えば特公昭６１−５５５８号公報
に示されるようなバランスディスク等からなる軸スラス
ト平衡装置５Ｍが構成されている。尚、前記上静圧軸受
５Ｅと上玉軸受５Ｈは、上玉軸受５Ｈの下に上静圧軸受
５Ｅを設置する設置方法と上静圧軸受５Ｅの下に上玉軸
受５Ｈを設置する設置方法がある。また、前記中静圧軸
受５Ｆと中玉軸受５Ｉも、モータロータ５Ｄと軸スラス
ト平衡装置５Ｍの間において中玉軸受５Ｉの下に中静圧
軸受５Ｆを設置する設置方法と中静圧軸受５Ｆの下に中
玉軸受５Ｉを設置する設置方法がある。図７は、上静圧
軸受５Ｅの下に上玉軸受５Ｈを設置し、中玉軸受５Ｉの
下に中静圧軸受５Ｆを設置した例である。

【００１０】前記静圧軸受は、該ポンプの吐出高圧液化
ガスを静圧軸受へと導き潤滑しているが、ポンプ起動時
及び停止時には静圧軸受への供給圧力が低下するため、
軸は静圧軸受のギャップ一杯に振れ廻リ、徐々に静圧軸
受の摩耗が進行する。従来は、この静圧軸受の摺動部材
として、一般的にはＬＢＣ（鉛青銅鋳物）、ホワイトメ
タルの張付け等が用いられていた。また、この静圧軸受
への供給液の導液流路は、ポンプ高圧吐出液部と連通さ
せているが、そのポンプ装置の静圧軸受に必要な供給圧
力よりも高圧である場合、適正な供給液圧力に減圧して
給液する策が講じられていなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ポンプを大容量化した
場合は、潤滑液の静圧軸受への供給圧力が低下する時間
が延長され、静圧軸受の摩耗が増加することとなる。ま
た、従来のＬＢＣ（鉛青銅鋳物）やホワイトメタルの張
付け等は、ポンプの大容量化等により、接触荷重が大き
くなると、摺動部焼き付き等、摺動性能を満足すること
が困難となる。このため、より耐摩耗性、摺動性に優れ
た該ポンプ装置静圧軸受部が要求される。

【００１２】本発明の目的は、静圧軸受摺動部に耐摩耗
性、摺動性に優れたカーボン系摺動材を用いることによ
り、静圧軸受の長寿命化を図り、長期安定運転が可能な
信頼性の高い液化ガス用ポンプ装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、液化ガスを
吸い込み吐出する、ポンプ軸と、該ポンプ軸を回転駆動
する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位
置に設けられ吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、
羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ
軸を支持する軸受等を有する液化ガス用ポンプ装置にお
いて、前記軸受部をカーボン材で形成する、ことによっ
て達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。◆図１ないし図５は、本発
明の実施例であり、図１はポンプの中軸受部の断面図、
図２はポンプの上軸受部の断面図、図３はポンプの下軸
受部の断面図、図４はポンプの中軸受部の断面図、図５
は中軸受ヘの供給オリフィス部の断面図である。図中、
図６及び図７と同一符号のものは、従来技術と同等部分
である。

【００１５】図７に示す液化ガスタンク用ポンプ装置
は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管２と、揚液管
２の底部座面４に設置されたポンプ本体５からなる。揚
液管の底部には、吸込弁３が取り付けられ、ここより液
化ガスを吸い込み、前記ポンプ本体５の外周に設けられ
た複数の吐出口６から溶液管２内部に吐出される。ポン
プ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、インデューサ
５Ｂ、複数の羽根車５Ｃ及びサブマージドモータロータ
５Ｄが固定され、これらは一体型構造であり、一体とな
って回転するようになっている。また、このポンプ回転
軸５Ａは、自液潤滑される静圧軸受（上静圧軸受５Ｅ、
中静圧軸受５Ｆ、下静圧軸受５Ｇ）によって、半径方向
に支持されている。また、上静圧軸受５Ｅと中静圧軸受
５Ｆには、ポンプ起動・停止時の補助用軸受として、玉
軸受（上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ）を設けている。

【００１６】ポンプが通常運転の状態では、軸スラスト
平衡装置５Ｍによるポンプ回転軸５Ａの軸方向への遊動
により、ポンプ回転体は液中に浮き上がり、静圧軸受５
Ｅ，５Ｆ，５Ｇによって支持されるが、ポンプ起動時及
び停止時の数分間は、ポンプ５は、所定の吐出圧力より
かなり低い吐出圧力で運転される。このため、軸スラス
ト平衡装置５Ｍは機能せず、静圧軸受を潤滑する潤滑液
の供給圧力も低下し、軸は静圧軸受と摺動しながら静圧
軸受のギャップ一杯に振れ廻る、歳差運動を行う。

【００１７】このようなポンプ構造における実施例を説
明する。◆図１に中軸受部、図２に上軸受部、図３に下
軸受部の断面図を示す。尚、図１、図２は、玉軸受５
Ｉ、５Ｈの内輪５Ｉ１、５Ｈ１をポンプ回転軸５Ａに固
定する方法を取った例であリ、また、中玉軸受５Ｉの下
に中静圧軸受５Ｆを設置し、上玉軸受５Ｈの上に上静圧
軸受５Ｅを設置する設置方法を取った例である。前記の
歳差運動により、回転軸５Ａと静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５
Ｇが接触摺動した場合でも、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ
のこの際の摺動部５Ｅ１、５Ｆ１、５Ｇ１にカーボン系
摺動材を使用することで、耐摩耗性と摺動性の向上を図
り、焼き付き等による損傷を回避することができる。

【００１８】カーボン系摺動材の製造方法はさまざまだ
が、その一例として、黒鉛、油煙、タール等を混ぜ合わ
せ粉砕したものを、高い圧力で成形し、高温炉中で焼成
する方法がある。また、これらのカーボンに金属や樹脂
等を含ませ、圧縮強さや抗折力などの機械強度を増加さ
せ、さらに耐摩耗性も向上させている。その含ませる方
法としては、含浸させる方法、一体成形する方法、埋め
込む方法等がある。一例として含浸について述べる。カ
ーボンの大きな特徴の一つに気孔性があり、焼成した段
階では、容積比で１４〜２０％程度の気孔を持ってい
る。このカーボン細孔に、金属、樹脂等を含浸させる。
含浸材には、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ，エポキシ
樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドイミド
等が適宜組み合わされて使用されている。

【００１９】本実施例においては、カーボン、金属を含
んだカーボン、樹脂を含んだカーボン等どれを使用して
も良い。しかし、何も含まないカーボンは他に比べ摩耗
が早く、また、金属を含んだカーボンは摩擦係数が小さ
いため、空中や気中では優れた軸受材となるが、酸化保
護膜が形成されない環境においては、含まれた金属の凝
着摩耗が起こる場合がある。そこで特に、樹脂を含んだ
カーボン材を使用するのが良い。

【００２０】尚、前記の上玉軸受５Ｈの内輪５Ｈ１をポ
ンプ回転軸５Ａに固定する方法、上玉軸受５Ｈの外輪５
Ｈ２をハウジング５Ｌ１に固定する方法、中玉軸受５Ｉ
の内輪５Ｉ１をポンプ回転軸５Ａに固定する方法、中玉
軸受５Ｉの外輪５Ｉ２をハウジング５Ｌ２に固定する方
法、上玉軸受５Ｈの上に上静圧軸受５Ｅを設置する設置
方法、上玉軸受５Ｈの下に上静圧軸受５Ｅを設置する設
置方法、中玉軸受５Ｉの上に中静圧軸受５Ｆを設置する
設置方法、中玉軸受５Ｉの下に中静圧軸受５Ｆを設置す
る設置方法等、玉軸受、静圧軸受等の設置位置によら
ず、適用可能である。一例として図４に中軸受部におい
て中玉軸受５Ｉの上に中静圧軸受５Ｆを設置した例を示
す。同様に中静圧軸受摺動部５Ｆ１にカーボン材を使用
すれば良い。

【００２１】また、上軸受部、中軸受部、下軸受部も然
る事ながら、さらに複数個設置した軸受部全てに対し適
用可能である。

【００２２】前記カーボン材等を使用した静圧軸受への
供給液の導液流路は、ポンプ高圧吐出液部と連通させて
いるが、供給液圧力が、前記カーボン材等を使用した静
圧軸受に必要な供給圧力よりも高圧である場合、カーボ
ン材等の使用状態に適切な供給液圧力に減圧して給液す
る必要がある。そこで次に、図５に、このための減圧オ
リフィス５Ｊを設置した一例として、中静圧軸受５Ｆへ
の供給オリフィス部の縦断面図を示す。供給液の導液流
路間に減圧オリフィス５Ｊを設置することで、中静圧軸
受５Ｆに所定の適正圧力で給液可能となる。

【００２３】減圧オリフィス５Ｊを、ハウジング若しく
は静圧軸受本体等の高圧吐出液部から離れた位置に設置
した場合、高圧吐出液部から該導液流路までの間は高圧
雰囲気となり、この高圧液が、該導液流路を流れる途中
で漏洩する等の可能性がある。そこで特に、減圧オリフ
ィス５Ｊは、高圧吐出液部の近傍に設置するのが良い。

【００２４】尚、本発明もカーボン材の使用と同様、前
記の上玉軸受５Ｈの内輪５Ｈ１をポンプ回転軸５Ａに固
定する方法、上玉軸受５Ｈの外輪５Ｈ２をハウジング５
Ｌ１に固定する方法、中玉軸受５Ｉの内輪５Ｉ１をポン
プ回転軸５Ａに固定する方法、中玉軸受５Ｉの外輪５Ｉ
２をハウジング５Ｌ２に固定する方法、上玉軸受５Ｈの
上に上静圧軸受５Ｅを設置する設置方法、上玉軸受５Ｈ
の下に上静圧軸受５Ｅを設置する設置方法、中玉軸受５
Ｉの上に中静圧軸受５Ｆを設置する設置方法、中玉軸受
５Ｉの下に中静圧軸受５Ｆを設置する設置方法等、玉軸
受、静圧軸受等の設置位置によらず、適用可能である。
また、上軸受部、中軸受部、下軸受部も然る事ながら、
さらに複数個設置した軸受部全てに対し適用可能であ
る。

【００２５】従来、静圧軸受の摺動部材として、一般的
にはＬＢＣ（鉛青銅鋳物）、ホワイトメタルの張付け等
が用いられていた。また、この静圧軸受への供給液の導
液流路は、ポンプ高圧吐出液部と連通させているが、そ
のポンプ装置の静圧軸受に必要な供給圧力よりも高圧で
ある場合、適正な供給液圧力に減圧して給液する策が講
じられていなかった。本発明は、静圧軸受の摺動部材と
してカーボン材、特に樹脂を含んだカーボン材を用いる
と共に、静圧軸受への供給液圧力を、前記カーボン材等
の使用状態にあった圧力に減圧し、供給する構造とする
ことによって、軸受摺動部の焼き付き等を防止し、ポン
プ装置の安定運転、信頼性の向上に寄与できるものであ
る。

【００２６】以上、他の種類の液化ガス用ポンプ装置の
場合、たとえばサクションケーシング内にポンプを収納
するポット式液化ガス用ポンプにも適用できる。また、
液化ガスに限らず、低温液体等を取り扱うポンプにも有
効である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、静圧軸受の摺動部材と
してカーボン材、特に樹脂を含んだカーボン材を用いる
と共に、静圧軸受への供給液圧力を、前記カーボン材等
の使用状態にあった圧力に減圧し、供給する構造とする
ことによって、軸受摺動部の焼き付き等を防止し、ポン
プ装置の安定運転、信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のポンプ軸中軸受部拡大図。

【図２】本発明の実施例のポンプ軸上軸受部拡大図。

【図３】本発明の実施例のポンプ軸下軸受部拡大図。

【図４】本発明の他の実施例のポンプ軸中軸受部拡大
図。

【図５】本発明の実施例のオリフィス部拡大図。

【図６】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体図。

【図７】液化ガスタンク用潜没ポンプ本体断面図。

【符号の説明】

１液化ガスタンク１Ａタンク天井板２揚液管３吸込弁４座面５液化ガス用ポンプ本体５Ａ回転軸５Ｂインデューサ５Ｃ羽根車５Ｄサブマージドモータロータ５Ｅ上静圧軸受５Ｅ１上静圧軸受摺動部５Ｆ中静圧軸受５Ｆ１中静圧軸受摺動部５Ｇ下静圧軸受５Ｇ１下静圧軸受摺動部５Ｈ上補助玉軸受５Ｈ１上補助玉軸受内輪５Ｈ２上補助玉軸受外輪５Ｉ中補助玉軸受５Ｉ１中補助玉軸受内輪５Ｉ２中補助玉軸受外輪５Ｊ減圧オリフィス５Ｌ１ハウジング５Ｌ２ハウジング５Ｍ軸スラスト平衡装置６ポンプ吐出口７ヘッドプレート８吊上ワイヤ９給電ケーブル１０巻き上げ機１１吐出管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液化ガスを吸い込み吐出する、ポンプ軸
と、該ポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿
って駆動部よりも下方の位置に設けられ吸い込んだ液化
ガスを昇圧する羽根車と、羽根車で昇圧した液化ガスを
吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する軸受部を有する
液化ガス用ポンプ装置において、前記軸受部をカーボン
材で形成することを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。