(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシングの内部に一対の転がり軸受を介してインデューサ及びインペラを備えたポンプ主軸を回転可能に支持し、前記ポンプ主軸が回転することにより、ポンプケーシングの液入口からインデューサに吸入した低温液化ガスを前記インペラで昇圧してポンプケーシングの液出口から吐出する低温液化ガスポンプにおいて、駆動源の回転を前記ポンプ主軸に伝達するマグネットカップリングと、前記一対の転がり軸受をそれぞれ保持する一対の軸受ホルダとを備えるとともに、前記ポンプケーシングには、前記軸受ホルダを装着する一対のホルダ装着部が設けられ、該ホルダ装着部と軸受ホルダとは、前記ポンプ主軸と前記ポンプケーシングとが同軸となる位置に位置決めされた状態で調芯ピンを挿入するためのピン孔が形成されていることを特徴とする低温液化ガスポンプ。
【請求項２】
前記インペラは、前記インデューサ側に配置される第１段インペラと、前記マグネットカップリング側に配置される第２段インペラとの２段インペラであって、前記一対の転がり軸受は、第１段インペラと第２段インペラとの間に配置された第１転がり軸受と、第２段インペラとマグネットカップリングとの間に配置された第２転がり軸受とであって、第２段インペラ側の低温液化ガスを、第２段インペラと第１転がり軸受との間のポンプ主軸とポンプケーシングとをシールするラビリンスシールを通して第１転がり軸受の潤滑用に供給して第１転がり軸受から第１段インペラ側に放出する潤滑用液化ガス通路を備えていることを特徴とする請求項１記載の低温液化ガスポンプ。
【請求項３】
前記ホルダ装着部は、前記軸受ホルダを収容するホルダ収容凹部であって、該ホルダ収容凹部の内面と前記軸受ホルダの外面との間に、熱伸縮吸収用の隙間が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の低温液化ガスポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温液化ガスポンプに関し、詳しくは、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、液化天然ガスなどの低温液化ガスを昇圧したり、圧送したりするために用いられる低温液化ガスポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体酸素や液体窒素などの低温液化ガスを昇圧したりするための低温液化ガスポンプとして、低温液化ガスの漏れを生じないマグネットポンプを利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４８８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
−１６０〜−１９６℃程度の低温液化ガスを扱う低温液化ガスポンプの場合、ポンプの組み立てやメンテナンスは常温で行う必要があり、低温液化ガスを扱っているときとの温度差が２００℃以上になることがあるため、熱膨張係数の異なる構成部品を採用した場合でも、ポンプ主軸、転がり軸受、軸受ホルダ、ホルダ装着部及びポンプケーシングの各軸線が温度変化に関係なく同一直線上にあることが求められている。また、低温収縮が大きい構成部品が他の構成部品を締め付けたりすることも避けなければならない。
【０００５】
そこで本発明は、ポンプ主軸、転がり軸受などの軸線を確実かつ容易に同一直線上に配置することができる低温液化ガスポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガスポンプは、ポンプケーシングの内部に一対の転がり軸受を介してインデューサ及びインペラを備えたポンプ主軸を回転可能に支持し、前記ポンプ主軸が回転することにより、ポンプケーシングの液入口からインデューサに吸入した低温液化ガスを前記インペラで昇圧してポンプケーシングの液出口から吐出する低温液化ガスポンプにおいて、駆動源の回転を前記ポンプ主軸に伝達するマグネットカップリングと、前記一対の転がり軸受をそれぞれ保持する一対の軸受ホルダとを備えるとともに、前記ポンプケーシングには、前記軸受ホルダを装着する一対のホルダ装着部が設けられ、該ホルダ装着部と軸受ホルダとは、前記ポンプ主軸と前記ポンプケーシングとが同軸となる位置に位置決めされた状態で調芯ピンを挿入するためのピン孔が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の低温液化ガスポンプは、前記インペラは、前記インデューサ側に配置される第１段インペラと、前記マグネットカップリング側に配置される第２段インペラとの２段インペラであって、前記一対の転がり軸受は、第１段インペラと第２段インペラとの間に配置された第１転がり軸受と、第２段インペラとマグネットカップリングとの間に配置された第２転がり軸受とであって、第２段インペラ側の低温液化ガスを、第２段インペラと第１転がり軸受との間のポンプ主軸とポンプケーシングとをシールするラビリンスシールを通して第１転がり軸受の潤滑用に供給して第１転がり軸受から第１段インペラ側に放出する潤滑用液化ガス通路を備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、前記ホルダ装着部は、前記軸受ホルダを収容するホルダ収容凹部であって、該ホルダ収容凹部の内面と前記軸受ホルダの外面との間に、熱伸縮吸収用の隙間が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の低温液化ガスポンプによれば、ポンプケーシングのホルダ装着部と転がり軸受をそれぞれ保持する軸受ホルダとを調芯ピンによって位置決めすることができるので、各構成部材の軸芯を確実にそろえることができる。また、潤滑を低温液化ガスで行うので不純物が浸入することはなく、熱伸縮吸収用の隙間を設けておくことにより、大きな温度差にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の低温液化ガスポンプの一形態例を示す断面図である。
【図２】同じく要部の拡大断面図である。
【図３】軸受ホルダの一形態例を示す斜視図である。
【図４】軸受ホルダの他の形態例を示す斜視図である。
【図５】本発明の低温液化ガスポンプの他の形態例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示す低温液化ガスポンプは、２段昇圧式の低温液化ガスポンプであって、ポンプケーシング１１の内部に一対の転がり軸受（ベアリング）１２，１２を介してポンプ主軸１３が回転可能に支持されており、該ポンプ主軸１３の基端部１３ａは、マグネットカップリング１４を介して駆動源となるモータ１５に接続されている。
【００１２】
ポンプ主軸１３の先端部１３ｂには、インデューサ１６及び第１段インペラ１７が設けられており、ポンプ主軸１３の中間部には第２段インペラ１８が設けられている。また、ポンプケーシング１１のインデューサ１６の先端側には液入口１９が設けられ、図示しない吸入管が接続されるとともに、ポンプケーシング１１の第２段インペラ１８の外周部には液出口２０が設けられ、図示しない吐出管が接続される。
【００１３】
また、第１段インペラ１７の外周部と第２段インペラ１８の内周部との間には、第２段インペラ１８の外側を迂回した液通路２１が設けられ、ポンプ主軸１３における第１段インペラ１７と第２段インペラ１８との間は、僅かな液流れを許容するラビリンスシール２２によって軸封されている。
【００１４】
第１段インペラ１７側の第１の転がり軸受１２は第１軸受ホルダ２３、マグネットカップリング１４側の第２の転がり軸受１２は第２軸受ホルダ２４によってそれぞれ保持されており、第１段インペラ１７側の第１軸受ホルダ２３は、ポンプケーシング１１の第１段インペラ１７側に開口して設けられた第１ホルダ装着部２５に装着され、マグネットカップリング１４側の第２軸受ホルダ２４は、マグネットカップリング１４側に開口して設けられた第２ホルダ装着部２６に装着されている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、第１段インペラ１７側の第１軸受ホルダ２３は、大径円盤部２３ａの一側に小径円盤部２３ｂを突出した断面凸字型の円盤状に形成されており、この第１軸受ホルダ２３を装着するポンプケーシング１１の第１ホルダ装着部２５は、大径円盤部２３ａの外径より僅かに大きな内径を有する大径円盤部収容凹部２５ａと、大径円盤部収容凹部２５ａより小径で、前記小径円盤部２３ｂの外径より僅かに大きな内径を有する小径円盤部収容凹部２５ｂとを有している。
【００１６】
前記第１軸受ホルダ２３の内周には、先端側（ホルダ装着部挿入側）にポンプ主軸１３の外径より大きな内径を有するポンプ主軸挿通口２３ｃが設けられるとともに、該ポンプ主軸挿通口２３ｃの基端側（第１段インペラ１７側）には、段部２３ｄを介してポンプ主軸挿通口２３ｃより大径で、転がり軸受１２の外径に対応した内径を有する軸受嵌着凹部２３ｅが設けられている。また、第１軸受ホルダ２３の大径円盤部２３ａには、第１段インペラ１７の背面内周部から突出した円筒シール部１７ａが挿入される環状溝２３ｆが設けられている。通常、円筒シール部１７ａの外周面にはラビリンス溝が形成されており、ラビリンス溝を形成した円筒シール部１７ａの外周面と、環状溝２３ｆの大径円盤部２３ａ側内周面との間の隙間には、低温液化ガスをシールするためのラビリンスシールが形成されている。
【００１７】
前記第１軸受ホルダ２３の大径円盤部２３ａには、複数のボルト挿通孔２３ｇが一つの円周上に等間隔で設けられており、第１ホルダ装着部２５の大径円盤部収容凹部２５ａと小径円盤部収容凹部２５ｂとの間の段部に形成されたホルダ取付面２５ｃには、前記ボルト挿通孔２３ｇに対応した位置に複数の雌ねじ孔２５ｄが設けられている。
【００１８】
転がり軸受１２は、第１軸受ホルダ２３の軸受嵌着凹部２３ｅに挿入され、転がり軸受１２の外輪先端面を第１軸受ホルダ２３の段部２３ｄに当接させた状態で嵌着されて保持される。軸受嵌着凹部２３ｅに転がり軸受１２を嵌着した第１軸受ホルダ２３は、ポンプケーシング１１の第１ホルダ装着部２５に挿入され、ポンプ主軸１３の軸線と転がり軸受１２の軸線とが一致するように位置決めされ、大径円盤部２３ａのボルト挿通孔２３ｇに挿通した取付ボルト２７を、第１ホルダ装着部２５のホルダ取付面２５ｃの雌ねじ孔２５ｄにねじ込んで締め付けることにより、第１ホルダ装着部２５に装着される。
【００１９】
第１軸受ホルダ２３を第１ホルダ装着部２５の所定位置に装着した状態で、第１軸受ホルダ２３の大径円盤部２３ａの外周面と第１ホルダ装着部２５の大径円盤部収容凹部２５ａの内周面との間、及び、第１軸受ホルダ２３の小径円盤部２３ｂの外周面と第１ホルダ装着部２５の小径円盤部収容凹部２５ｂの内周面との間には、熱伸縮吸収用の隙間Ｓがそれぞれ設けられた状態となる。
【００２０】
一方、ポンプ組立時の常温状態で、第１軸受ホルダ２３を第１ホルダ装着部２５に装着してポンプ主軸１３の軸線と転がり軸受１２の軸線とが一致するように調整して位置決めし、取付ボルト２７により仮固定した状態で、第１軸受ホルダ２３の大径円盤部２３ａから第１ホルダ装着部２５のホルダ取付面２５ｃに調芯ピン２９を挿入するための複数のピン孔３０ａ，３０ｂをポンプ主軸１３の軸線に平行な方向に穿設する。このピン孔３０ａ，３０ｂは、ポンプケーシング１１の第１ホルダ装着部２５と転がり軸受１２を嵌着した第１軸受ホルダ２３とを位置決めした状態で形成され、ピン孔３０ａ，３０ｂと調芯ピン２９とはほとんど遊びがない状態に設定されるので、ポンプを分解後に組み立てる際に、ホルダ取付面２５ｃに形成したピン孔３０ｂに調芯ピン２９の一端を挿入して他端側を突出させた状態で、大径円盤部２３ａに形成したピン孔３０ａに、ホルダ取付面２５ｃから突出した調芯ピン２９を挿入しながら第１軸受ホルダ２３を第１ホルダ装着部２５に挿入することにより、第１軸受ホルダ２３を第１ホルダ装着部２５内の所定位置に確実かつ容易に配置することができる。この後、取付ボルト２７を所定の順番で締め付けていくことにより、第１ホルダ装着部２５内の所定の位置、すなわち、ポンプ主軸１３の軸線と転がり軸受１２の軸線とが一致する位置に第１軸受ホルダ２３を装着して固定することができる。
【００２１】
マグネットカップリング１４側の第２軸受ホルダ２４及び第２ホルダ装着部２６も、前記第１軸受ホルダ２３及び第１ホルダ装着部２５と略同様に形成されており、同様の手順で第２ホルダ装着部２６に第２軸受ホルダ２４が固定される。なお、第１軸受部分と同様に、第２軸受ホルダ２４を第２ホルダ装着部２６の所定位置に装着した状態で、第２軸受ホルダ２４の大径円盤部の外周面と第２ホルダ装着部２６の大径円盤部収容凹部の内周面との間、及び、第２軸受ホルダ２４の小径円盤部の外周面と第２ホルダ装着部２６の小径円盤部収容凹部の内周面との間には、前記隙間Ｓと同じ熱伸縮吸収用の隙間がそれぞれ設けられている。
【００２２】
第１段インペラ１７側の転がり軸受１２は、ポンプ組立後に、内輪に第１段インペラ１７の中心部が当接することによって抜け止めされ、マグネットカップリング１４側の転がり軸受１２は、ポンプケーシング１１の外面側に外輪を押さえる固定部材２８をボルトにて固定することにより抜け止めされる。なお、図示は省略するが、マグネットカップリング１４側の転がり軸受１２は、内輪側を軸受用ナットで固定して抜け止めされるようにしてもよい。
【００２３】
また、ポンプ主軸１３における第１段インペラ１７と第２段インペラ１８との間を、僅かな液流れを許容するラビリンスシール２２によって軸封し、第２段インペラ１８側の相対的に高圧の低温液化ガスが、相対的に低圧の第１段インペラ１７側に僅かに流れるように形成することにより、第２段インペラ１８側からラビリンスシール２２の部分、ポンプ主軸挿通口２３ｃの部分を通って転がり軸受１２に至り、転がり軸受１２から第１段インペラ１７に至る潤滑用液化ガス通路を設けることができ、第１段インペラ１７側の転がり軸受１２の潤滑を低温液化ガスにて行うことができる。同様に、マグネットカップリング１４側に設けられた転がり軸受１２は、該転がり軸受１２の外側に装着されたマグネットカップリング１４のキャン１４ａによって覆われており、第２軸受ホルダ２４とポンプ主軸１３との間に形成される流路からマグネットカップリング１４のキャン１４ａ内に低温液化ガスが流入し、キャン１４ａ内は低温液化ガスで満たされた状態になり、これによって低温液化ガスによる転がり軸受１２の潤滑が確保される。
【００２４】
さらに、第１軸受ホルダ２３の外周面と第１ホルダ装着部２５の内周面との間、及び、第２軸受ホルダ２４の外周面と第２ホルダ装着部２６の内周面との間に熱伸縮吸収用の前記隙間Ｓをそれぞれ設けておくことにより、ポンプケーシング１１が温度低下して第１ホルダ装着部２５や第２ホルダ装着部２６が縮小しても、第１軸受ホルダ２３や第２軸受ホルダ２４が締め付けられて転がり軸受１２の軸が狂うことがなくなる。したがって、温度が異なる低温液化ガスへの変更により、ポンプケーシング１１や第１軸受ホルダ２３、第２軸受ホルダ２４の材質によって収縮量が異なっても、ポンプケーシング１１内の所定の位置に一対の転がり軸受１２，１２を確実に保持することができ、ポンプ主軸１３によって第１段インペラ１７や第２段インペラ１８を安定した回転状態に保つことができる。
【００２５】
また、マグネットカップリング１４を使用して転がり軸受１２，１２をポンプケーシング１１の内部に配置し、ポンプ自身で昇圧する低温液化ガスを転がり軸受の潤滑に用いているので、軸受をポンプケーシング１１の外部に設けたものに比べてポンプの小型化を図ることができるとともに、低温液化ガスのリークを完全に防止することができ、潤滑油によって低温液化ガスが汚染されることも防止できる。さらに、保守作業を軽減することができ、保守に要するコストの低減も図ることができる。
【００２６】
なお、本発明においては、図４に示すように、第１軸受ホルダ２３の軸受嵌着凹部２３ｅの周壁や第２軸受ホルダ２４の軸受嵌着凹部の周壁を転がり軸受１２の外輪とすることも可能であり、図５に示すように、一段昇圧式の低温液化ガスポンプにも適用することができる。なお、図４及び図５では、前記形態例に示した低温液化ガスポンプの構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
図５に示すような一段昇圧式の低温液化ガスポンプの場合には、図示は省略するが、転がり軸受の潤滑用として第１段インペラ１７の吐出口から第1軸受と第２軸受とを連通する隙間に低温液化ガスを供給する通路を設け、転がり軸受１２，１２の潤滑を低温液化ガスで行うことができる。また、軸受にかかるスラスト力やラジアル力を低減するため、バランスホールやダブルボリュートを採用したり、複数圧縮段の場合に対向型羽根板を採用したりすることができる。
【００２８】
さらに、本発明の低温液化ガスポンプが対象とする液化窒素、液化酸素、ＬＮＧ等は、一般的な潤滑油と比較すると粘度が極端に小さく、例えば、液化酸素、液化窒素の粘度は約０．２０ｃＳｔ（ストークス、沸点）であり、潤滑油として一般的なＶＧ３２（３２ｃＳｔ、４０℃）の粘度の１／１００以下である。潤滑剤の粘度が低いと、潤滑膜形成能力が低くなるため、軸受の負荷能力が低下するので、前述のようにして軸受にかかるスラスト力やラジアル力を低減することでポンプを安定した状態で運転することができる。
【００２９】
また、ポンプケーシングやポンプ主軸、インペラなどの各構成部材は、銅、ステンレス鋼又はアルミニウム合金などの低温用の金属材料で形成することができ、各構成部材の形状は、ポンプ能力などの条件に応じて適宜な形状とすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１１…ポンプケーシング、１２…転がり軸受、１３…ポンプ主軸、１３ａ…基端部、１３ｂ…先端部、１４…マグネットカップリング、１４ａ…キャン、１５…モータ、１６…インデューサ、１７…第１段インペラ、１７ａ…円筒シール部、１８…第２段インペラ、１９…液入口、２０…液出口、２１…液通路、２２…ラビリンスシール、２３…第１軸受ホルダ、２３ａ…大径円盤部、２３ｂ…小径円盤部、２３ｃ…ポンプ主軸挿通口、２３ｄ…段部、２３ｅ…軸受嵌着凹部、２３ｆ…環状溝、２３ｇ…ボルト挿通孔、２４…第２軸受ホルダ、２５…第１ホルダ装着部、２５ａ…大径円盤部収容凹部、２５ｂ…小径円盤部収容凹部、２５ｃ…ホルダ取付面、２５ｄ…雌ねじ孔、２６…第２ホルダ装着部、２７…取付ボルト、２８…固定部材、２９…調芯ピン、３０ａ，３０ｂ…ピン孔、Ｓ…熱伸縮吸収用の隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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