(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスタンク内に垂下された揚液管の下部に設置され、モータステータを固定したモータケーシングと、所定の間隔で複数のステージを固定したステージケーシングと、前記モータステータに対応する位置にモータロータを固定し、前記ステージに対応する位置に複数のインペラを固定し、モータロータとインペラの間にバランスディスクを固定した回転軸とを設け、前記モータロータの上下に各一対の玉軸受とジャーナル静圧軸受と、前記インペラの間に１ヵ所ジャーナル静圧軸受を配置して回転軸を支持するようにした液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記各インペラと対向する前段摺動部もしくは後段摺動部のいずれか一方もしくは両方に、カーボングラファイトを含むカーボン系摺動材を設け、前記前段摺動部および後段摺動部の間隙を、前記ジャーナル静圧軸受の摺動間隙より大きく、かつジャーナル静圧軸受の摺動間隙の３倍より小さくしたことを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。
【請求項２】
前記カーボン系摺動材が、銅を含むことを特徴とする請求項１に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。
【請求項３】
前記カーボン系摺動材が、フラン樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブマージド型の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に係り、特に、長期の安定運転と信頼性を向上させるに好適な液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置として、たとえば、図２に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置が提案されている。この液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５は、回転駆動部５Ａと液化ガスを汲み上げるインペラ部５Ｂからなり、ヘッドプレート８からワイヤ４で、液化ガスタンク１内に垂直に設置された揚液管２内に吊り下げられている。液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５を設置する座面６は、吸込口３に接続されている。
【０００３】
したがって、回転駆動部５Ａが作動して、インペラ部５Ｂを回転させることによりインペラ部５Ｂによって汲み上げられた液化ガスは、揚液管２内を満たし、吐出管７から吐出弁９を通して吐出される。
【０００４】
上記の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５は、図３に示すように構成されている。回転駆動部５Ａは、ケーシング１０と、ケーシング１０の上部に固定されたプレート１１と、ケーシング１０の内側に固定されたモータステータ１２と、前記プレート１１の底面とケーシング１０の底部に設けられた軸受ハウジング１３Ａ、１３Ｂと、この軸受ハウジング１３Ａ、１３Ｂに形成されたジャーナル静圧軸受１４Ａ、１４Ｂと、軸受ハウジング１３Ａ、１３Ｂに支持された玉軸受１５Ａ、１５Ｂと、ジャーナル静圧軸受１４Ａ、１４Ｂと玉軸受１５Ａ、１５Ｂに回転可能に支持された回転軸１６と、この回転軸１６に前記モータステータ１２と対向するように固定されたモータロータ１７により構成されている。
【０００５】
なお、軸受ハウジング１３Ａ、１３Ｂの内周と玉軸受１５Ａ、１５Ｂの外輪の間、もしくは、玉軸受１５Ａ、１５Ｂの内輪と回転軸１６の間には、ジャーナル静圧軸受１４Ａ、１４Ｂと回転軸１６の間隙より小さい間隙が形成されている。
【０００６】
インペラ部５Ｂは、ステージケーシング１８と、ステージケーシング１８に所定の間隔で固定された複数のステージ１９と、各ステージ１９に対応するように前記回転軸１６に固定された複数のインペラ２０と、前記ステージ１９の間に配置されたジャーナル静圧軸受１４Ｃにより構成されている。
【０００７】
バランスディスク２１は、モータロータ１７とインペラ２０の間に位置するように回転軸１６に固定されている。なお、前記ケーシング１０には、インペラ２０から吐出される液化ガスの吐出穴１０Ａが形成され、揚液管２とケーシング１０の間には、液化ガスの吐出通路２Ａが形成されている。
【０００８】
このような構成の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５を起動した場合の特性は、図４に示すようになる。なお、図４の右側は、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５起動後の液面の変化を示し、左側は、液面の上昇に伴う液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５の運転点の変化を示す。また、図４においては、通常の起動時の吐出弁９から液面までの深さ▲１▼を５０ｍとし、ポンプの定格回転数を３０００ｒｐｍ、定格流量を１００ｔ／ｈ、定格吐出圧力を５００ｍとしている。
【０００９】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５を起動して液化ガスが揚液管２を満たし吐出弁９によりその流量が絞られるまでの数分間（図５では３分間）は、液化ガスタンク用潜没ポンプ５装置は液化ガスを押し上げるだけのわずかな吐出圧力で作動するため、起動後約２秒で定格回転数の３０００ｒｐｍに到達する。このとき、液化ガスタンク用潜没ポンプ５装置の吐出圧力が小さいため、その吐出流量は定格流量の２〜３倍（図５では２．５倍の２５０ｔ／ｈ）になる。この時、液面は▲２▼になっている。液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５は、吐出流量を徐々に減少させながらも、液面を▲３▼、▲４▼と押し上げていく。起動から３分後、液面が▲４▼となり液化ガスが吐出管７に流入し、吐出弁９によって１００ｔ／ｈに絞られると、液化ガスタンク用潜没ポンプ５装置の吐出圧力は、急速に定格吐出圧力の▲５▼５００ｍとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５においては、起動から定格吐出圧力に達するまでの間、回転軸１６を支持するジャーナル静圧軸受１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが十分に機能しないため、その間は回転軸１６にかかる荷重は玉軸受１５Ａ、１５Ｂで支持することになるが、回転軸１６に振動が発生する。長期間の運転により、玉軸受１５Ａ、１５Ｂの摩耗が大きくなると、インペラ部の振れ回りが大きくなって、インペラがケーシングリング、ステージブッシュなどに接触しながら回転するようになる。
【００１１】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置５のように、極低温液中で使用される装置の摺動部として使用されるケーシングリング、ステージブッシュの素材としては、極低温液中でも硬化しにくい銅を主成分としたＬＢＣ（鉛青銅鋳物）などが使用されている。
【００１２】
しかし、ＬＢＣのような金属では、摩擦係数が大きく、摩耗が大きくなりやすい。そして、ケーシングリング、ステージブッシュの摩耗が進行すると、インペラ部の振れ回りが大きくなり、玉軸受の負荷が過大になって、玉軸受の摩耗が加速され、あるいは焼き付きを起こすなど、玉軸受の損傷につながることになる。
【００１３】
また、液化ガスのように、還元液（無酸素）中の金属同志の接触では、凝着摩耗を起こしやすい。液化ガスは粘性が低く潤滑液膜を形成しにくい上、接触荷重が大きくかつ比較的長い時間接触するような場合には、摺動部の焼き付きなど、その摺動特性を満足させることができなくなる。特に、タンク内の液面が低下すると、さらに状況が厳しくなる。
【００１４】
上記の事情に鑑み、本発明の目的は、起動からジャーナル静圧軸受が機能するまでの間に発生する、インペラとケーシングリング、ステージブッシュ間の摺動摩擦を軽減し、長期間安定した状態での運転を可能にし、かつその信頼性を向上させることができる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本願第１の発明においては、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記各インペラと対向する前段摺動部（ケーシングリング）もしくは後段摺動部（ステージブッシュ）のいずれか一方もしくは両方に、カーボングラファイトを含むカーボン系摺動材を設け、前記前段摺動部および後段摺動部の間隙を、前記ジャーナル静圧軸受の摺動間隙より大きく、かつジャーナル静圧軸受の摺動間隙の３倍より小さくした。
【００１６】
また、第２の発明においては、前記カーボン系摺動材に、銅を混合した。
【００１７】
また、第３の発明においては、前記カーボン系摺動材に、フラン樹脂を混合した。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のインペラ部とジャーナル静圧軸受部の縦断面図である。
【００１９】
図１において、図３と同じものは、同じ符号をつけて示してある。１９Ａ、１９Ｂはステージ。２２Ａはステージブッシュで、ステージ１９Ａにインペラ２０の後段摺動部と対向するように固定されている。２２Ｂはケーシングリングで、インペラ２０の前段摺動部と対向するようにステージ１９Ｂに固定されている。
【００２０】
前記ステージブッシュ２２Ａとケーシングリング２２Ｂのいずれか一方（好ましくは、ケーシングリング２２Ａに）もしくは両方に、カーボングラファイトを含むカーボン系摺動材、あるいは、銅とカーボングラファイトを含むカーボン系摺動材、あるいは、銅とカーボングラファイトを含むカーボン系摺動材に、錫、鉛、２硫化モリブデン、２硫化タングステンなどの固体潤滑材を添加したものでもよい。また、カーボングラファイトとフラン樹脂を含むカーボン系摺動材、あるいは、カーボングラファイトとフラン樹脂を含むカーボン系摺動材に、錫、鉛、２硫化モリブデン、２硫化タングステンなどの固体潤滑材を添加したものでもよい。
【００２１】
ステージブッシュ２２Ａとケーシングリング２２Ｂのいずれか一方もしくは両方に、上記のようなカーボン系摺動材を用いることにより、ステージブッシュ２２Ａとケーシングリング２２Ｂの摩擦係数を下げ、インペラ２０が接触したときの摩擦を軽減し、焼き付きなどの事故を防止することができる。また、摩耗の進行を抑制し、かつ金属同志の接触による凝着摩耗を防止することができる。したがって、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の長期安定運転と信頼性を向上させることができる。
【００２２】
インペラ２０とステージブッシュ２２Ａの間隙Ｇ´と、インペラ２０とケーシングリング２２Ｂの間隙Ｇは、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の効率を上げるため、できるかぎり狭い方が好ましい。しかし、図４に示したような起動特性がある場合には、ステージブッシュ２２Ａとケーシングリング２２Ｂの必要以上の摩耗を防止するために、ジャーナル静圧軸受１４（Ａ、Ｂ、Ｃ）の初期間隙ｇより大きくすることができる。
【００２３】
前記間隙Ｇ、Ｇ´は、ジャーナル静圧軸受１４は、間隙ｇが初期間隙の約３倍まで広がっても、ジャーナル静圧軸受としての制振効果が得られるので、ジャーナル静圧軸受１４の初期間隙より大きく、かつ初期間隙の３倍より小さい範囲で設定すれば、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の長期安定運転を図ることができる。
【００２４】
また、ステージブッシュ２２Ａとケーシングリング２２Ｂのいずれか一方にのみカーボン系摺動材を使用するようにしてもよい。たとえば、ケーシングリング２２Ｂにカーボン系摺動材を使用し、ステージブッシュ２２ＡはＬＢＣを使用する。この場合には、前記間隙をＧ＜Ｇ´となるように設定することが望ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記各インペラと対向する前段摺動部もしくは後段摺動部のいずれか一方もしくは両方に、カーボングラファイトを含むカーボン系摺動材を設けたので、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を長期間安定した状態で運転することができる。また、その信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のインペラ部とジャーナル制圧軸受部を示す縦断面図。
【図２】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の設置状態を示す縦断面図。
【図３】図２における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の縦断面図。
【図４】図２における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の運転特性を示す特性図。
【符号の説明】
１              液化ガスタンク、  ２              揚液管、
１０            モータケーシング、１２            モータステータ、
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  ジャーナル静圧軸受、
１５Ａ、１５Ｂ  玉軸受、          １６            回転軸、
１７            モータロータ、    １８            ステージケーシング、
１９Ａ、１９Ｂ  ステージ、        ２０            インペラ、
２１            バランスディスク、２２Ａ          ステージブッシュ、
２２Ｂ          ケーシングリング。
【図１】
0003567270.tif 000002
【図２】
0003567270.tif 000003
【図３】
0003567270.tif 000004
【図４】
0003567270.tif 000005