(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと羽根車とを連結する回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記回転軸の変位を検出する変位センサーを、液化ガス内の極低温環境下においても正常に作動するホール素子により構成すると共に、前記ホール素子から発信される出力信号を処理する処理回路部を、大気中に設置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】
前記請求項１に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記ホール素子に隣接して、さらに、磁界発生用電磁石コイルを設け、かつ、前記回転軸の上端部には強磁性体からなるセンサーターゲットを取り付け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３】
モータと羽根車とを連結する回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記回転軸の変位を検出する変位センサーを設け、前記変位センサーは、変位コイルと、前記変位コイルからの変位信号を処理するための半導体回路素子により構成され、さらに、前記変位センサーの温度を、当該半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持するための温度保持手段を設けると共に、前記温度保持手段は、前記変位センサーの周囲に配置された妨爆構造のヒータにより構成されている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４】
前記請求項３に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記温度保持手段は、さらに、前記変位センサー内の温度を検出する手段を備えている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５】
前記請求項４に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記変位センサー内の温度検出手段は、熱電対により構成されている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６】
液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のモータと羽根車とを連結し、スラストを磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、当該細隙量に対応した電圧信号を出力するホール素子により構成されたことを特徴とする回転軸の変位検出装置。
【請求項７】
前記請求項６に記載の回転軸の検出装置において、前記ホール素子に隣接して、さらに、磁界発生用電磁石コイルを設け、かつ、前記回転軸の上端部には強磁性体からなるセンサーターゲットを取り付けたことを特徴とする回転軸の変位検出装置。
【請求項８】
前記請求項７に記載の回転軸の検出装置において、さらに、前記ホール素子から発信される電圧信号を処理する処理回路部を、大気中に設置したことを特徴とする回転軸の変位検出装置。
【請求項９】
液化ガスタンク用潜没ポンプのモータと羽根車とを連結し、スラスト磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、うず電流により当該細隙量に対応して変化するインダクタンスを有する検出コイルと、前記検出コイルからの変位信号を処理するための半導体回路素子により構成され、さらに、当該半導体回路素子の温度を、当該半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持するための手段が設けられていることを特徴とする回転軸の変位検出装置。
【請求項１０】
前記請求項９に記載の回転軸の検出装置において、前記温度保持手段は、前記半導体回路素子の周囲に配置された防爆構造のヒータにより構成されていることを特徴とする回転軸の変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置とその回転軸の変位検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク内で用いられるタンク内蔵式の潜没ポンプ装置は、一般に、液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に配置されている。また、かかる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置では、前記ポンプが揚液管内を満液にするまでの過大流量運転時に発生するポンプ内不平衡軸推力を支持し、軸受の負荷を低減し、軸受の長寿命化を図るため、いわゆる、アキシャルスラスト磁気軸受が採用されている。
【０００３】
ここで、かかる従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置について、図５及び図６を用いて説明する。まず、図５は、従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を含む液化ガスタンクの配管系統図であり、図６は、前記図５の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置部分の拡大断面図である。
【０００４】
まず、図５に示すように、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、液化ガスタンク１内に垂下された複数の揚液管２と、前記揚液管２の下端に取り付けられた吸込弁３と、前記吸込弁３の上部かつ前記揚液管２内に配置される潜没ポンプ本体５とから構成され、そして、その吐出管１０及び逆止弁１１を介して、液化ガス集合管（母管）１４へ接続されている。
【０００５】
かかる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の詳細を、図６を参照しながら、さらに説明する。この図においても、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、この吸込弁３の座面２１には、上記の潜没ポンプ本体５が設置されている。また、これら揚液管２の頂部には、ポンプ吊り上げ機構を備えたヘッドプレート２ａが設けられ、また、図中の符号４は、潜没ポンプ本体５を吊り上げるための吊り上げ用ワイヤであり、符号１２は潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口であり、符号１７は給電ケーブルであり、そして、符号３０は巻き上げ機である。
【０００６】
そして、前記潜没ポンプ本体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、上記ヘッドプレート２ａから、上記吊り上げ用ワイヤ４によって、例えぱ深さ５０ｍ程度にまで釣り下げられて、前記揚液管２の下部の前記座面２１に着座して設置される。
【０００７】
また、この潜没ポンプ本体５には、給電ケーブル１７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から吸込まれて昇圧されて吐出口１２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１０に送り出される。なお、このような液化ガスタンク用潜没ポンブ装置は、図５にも示されるように、複数台、液化ガスタンク１内に設置されるのが通常である。
【０００８】
このような液化ガスタンク用潜没ポンプ装置においては、潜没ポンプ本体５が運転停止すると、揚液管２内に残留した液化ガスは、ポンプの内部に設けられた吐出口１２を通じて逆流し、揚液管２の底部に設けられた前記吸込弁３から液化ガスタンク１内に戻される。そして、前記揚液管２中の液化ガス液面は、前記タンク１内の液面と同一レペルまで低下する。従って、この潜没ポンプ本体５を再起動すると、前記揚液管２を液化ガスで満たすまでの間は、吐出圧力が確保されない状態での運転が連続されることとなり、通常、かかる状態での運転時間は、数分間に及んでいる。
【０００９】
一方、従来の技術になる液化ガスタンク用潜没ポンプとしては、例えば、特開平１−３０１９９０号公報等に記載されるように、立軸ポンプのケーシング内にモータを収容し、このポンプの軸及び羽根車を回転させ、この羽根車の上部に軸推力平衡装置であるバランスディスクを固定した軸と、上、中、下軸受に静圧軸受を有し、中、上にさらに補助玉軸受を取り付けたものが既に知られている。
【００１０】
すなわち、かかる従来技術の軸受構造によれば、上、中、下軸受部に静圧軸受を配置し、あくまで玉軸受は補助的な役割であり、ラジアル方向の負荷に対しては主に静圧軸受で支持するようにしたものである。また、軸方向の負荷に対しては、バランスディスクによる軸推力（以下、スラスト力）平衡装置により、ポンプの通常運転時（ポンプ所定吐出圧力時）の補助玉軸受に負荷されるスラスト力を零にする構造を有していた。
【００１１】
また、特にポンプが大型化し、ポンプの回転軸系の自重及び羽根車に作用する流体力からなるスラスト力が増加する傾向にある時などには、例えば特願平６−１１４７９５号などにより既に提案されているように、片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備し、揚液管２内が液化ガス液で満たされてポンプが所定の吐出圧力を発生されるまでの数分間、上記アキシャル磁気軸受を起動させることにより、玉軸受のスラスト荷重の負荷を無くし、もって、軸受寿命の長い潜没ポンプとすることが可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術においては、ポンプの大型化に伴い、特に、上記の片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備する際には、以下のような問題点があった。まず、かかるアキシャル磁気軸受を装備する場合、ポンプ回転軸の上下位置である変位を検出するため、いわゆる変位センサーを設けているが、しかしながら、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置においては、前記変位センサーは、潜没ポンプの内部、すなわち、極低温（−１４０℃〜−１９０℃）の液中に設置されることとなり、かかる極低温下でも高精度で変位を検出ための補償が必要となる。そのためには、かかる変位センサーは、センサー自体の温度特性が補償されたとしても、センサーを構成するトランジスタなどの電子部品の温度特性が明確でなく、そのため、信頼性に欠ける点があった。すなわち、かかる変位センサーは、通常、複数の電子部品から構成されることとなるが、かかる電子部品を個々に極低温下で特性を調べることは難しく、また、構成した変位センサーを全体としてその極低温下での特性を調べることも、センサーとしての歩留まりの低下を招くこととなり、これでは、装置全体の高価格化にもつながることとなってしまう。
【００１３】
他方、ポンプの大型化に伴って上記の片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備する際には、ポンプ回転軸の上下位置を検出する変位センサーの特性が正確に解らないと、特に、そのスタート時に大きな下向きのスラスト力が働くことから、アキシャル磁気軸受の寿命を縮め、その信頼性にも欠けてしまう。
【００１４】
そこで、本発明では、上記の従来技術における問題点に鑑み、特に、ポンプの大型化に伴う片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に好適な、磁気軸受を備えた液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の構造と、さらには、かかる装置における回転軸の検出に好適な、磁気軸受を備えた液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における回転軸の変位検出装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータと羽根車とを連結する回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記回転軸の変位を検出する変位センサーをホール素子により構成すると共に、前記ホール素子から発信される出力信号を処理する処理回路部を、大気中に設置したことにより、液化ガス内の極低温環境下においてさらに高精度に計測可能にし信頼度を向上させたことを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を開示する。
【００１６】
更に本発明は、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のモータと羽根車とを連結し、スラストを磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、当該細隙量に対応した電圧信号を出力するホール素子により構成されたことを特徴とする回転軸の変位検出装置を開示する。
【００１７】
更に本発明は、液化ガスタンク用潜没ポンプのモータと羽根車とを連結し、スラスト磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、うず電流により当該細隙量に対応して変化するインダクタンスを有する検出コイルと、前記検出コイルからの変位信号を処理するための半導体回路素子により構成され、さらに、当該半導体回路素子の温度を、当該半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持するための手段が設けられていることを特徴とする回転軸の変位検出装置を開示する。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、液化ガスタンク内の極低温下で使用され、かつ、ポンプ回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、上記磁気軸受に給電する電流の制御を高精度で行うことを可能にするため、回転軸の変位を検出する変位センサーを、極低温下でも耐低温特性が補償されているホール素子により構成することにより、あるいは、うず電流式の検出コイルとその変位信号を処理するための半導体回路素子などにより構成される変位センサーに、さらに、ヒータ等からなる温度保持手段を設けて半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持することにより、液化ガス内の極低温環境下においても、耐温度特性に信頼性の高い、高精度の変位センサーとするものであり、かかる構成の変位センサーによれば、液化ガスタンク内の極低温下でも、変位センサーの検出部と回転軸との細隙を高精度で検出し、前記ポンプ回転軸のアキシャル方向の変位を間接的に測定し、さらに、スラスト力を支持する前記磁気軸受に給電する電流を、前記細隙が一定となるように磁気軸受を能動制御し、回転軸系の自重及び羽根車に作用する流体力からなるスラスト力を支持することを可能とし、もって、アキシャル磁気軸受の寿命を縮めることなく、信頼性の高い液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を提供することが可能になる。
【００１９】
より具体的には、以下に詳細に説明する本発明の実施例の構成によれぱ、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の潜没ポンプ本体には、ポンプ起動時に発生する片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受を設け、前記潜没ポンプの起動の際においては、起動前に磁気軸受を作動状態にすると、磁気軸受の吸引力が強磁性回転系を浮上させ、起動後の運転中においては、変位センサーが、変位センサーの検出部とポンプ回転軸との細隙δを検出して、前記ポンプ回転軸のアキシャル方向の変位を間接的に測定し、前記細隙δが一定になるように磁気軸受を能動制御し、回転軸系の自重及び羽根車に作用する流体力からなるスラスト力を支持する。
【００２０】
そして、本発明によれば、上記片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受制御の変位センサは、磁界発生コイル、磁束検出ホール素子、信号ケーブル及び検波回路と増幅回路からなる電子回路から構成されており、この磁束検出ホール素子は耐低温特性が補償されており、また、その検波回路と増幅回路からなる電子回路部を大気中に設置し、電子部品単体の温度特性に最適な環境に設置することにより、極低温下でも高い信頼性と高精度で前記細隙δを検出することを可能とし、もって、液化ガスタンク用潜没ポンブ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の高精度な制御を可能にする。
【００２１】
また、本発明によれば、他の構造の変位センサーとして、変位検出コイル、検波回路と増幅回路からなる電子回路を一体化して密閉ケース内に収納し、更に、その外周部にヒータを設置して防爆構造で構成される。かかる構造の変位センサーでは、センサー構成機器を収納したケースの周囲にヒータを設置することで一定温度に保ち、電子部品単体の温度特性に最適な環境にして、あるいは、検出信号の温度ドリフトの要因となる温度変化を少なくすることにより、前記細隙δを高精度で検出することを可能とし、もって、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の高信頼性で高精度な制御が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。図２には、本発明に係る液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一実施の形態断面が示されており、この断面図においても、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、この吸込弁３の座面２１には、上記の潜没ポンプ本体５が設置されている。また、これら揚液管２の頂部には、ポンプ吊り上げ機構を備えたヘッドプレート２ａが設けられ、また、図中の符号４は、潜没ポンプ本体５を吊り上げるための吊り上げ用ワイヤであり、符号１２は潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口であり、符号１７は給電ケーブルであり、符号３０は巻き上げ機であり、そして、符号５０は磁気軸受制御装置でり、符号４２は磁気軸受用ケーブル取り出し端子である。
【００２３】
そして、前記潜没ポンプ本体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、上記ヘッドプレート２ａから、上記吊り上げ用ワイヤ４によって、例えぱ深さ５０ｍ程度にまで釣り下げられて、前記揚液管２の下部の前記座面２１に着座して設置される。また、この潜没ポンプ本体５には、給電ケーブル１７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から吸込まれて吐出口１２から吐出され、揚液管２内で昇圧され、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１０に送り出される。なお、このような液化ガスタンク用潜没ポンブ装置は、複数台が液化ガスタンク１内に設置されるのが通常である。
【００２４】
このような液化ガスタンク用潜没ポンプ装置においては、潜没ポンプ本体５が運転停止すると、揚液管２内に残留した液化ガスは、ポンプの内部に設けられた吐出口１２を通じて逆流し、揚液管２の底部に設けられた前記吸込弁３から液化ガスタンク１内に戻される。そして、前記揚液管２中の液化ガス液面は、前記タンク１内の液面と同一レベルまで低下する。従って、この潜没ポンプ本体５を再起動すると、前記揚液管２を液化ガスで満たすまでの間は、吐出圧力が確保されない状態での運転が連続されることとなり、通常、かかる状態での運転時間は、数分間に及ぶことは上記の従来技術におけると同様である。
【００２５】
図３には、上記図２に示した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の、特に、潜没ポンプ本体５部分の拡大断面が示されており、この図において、符号５Ａは、潜没ポンプ本体５のケースに回転可能に取り付けられた回転軸であるポンプ回転軸であり、５Ｂはインデューサである。また、５Ｃは複数の羽根車を、５Ｄはサブマージドモータロータを、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇは、それぞれ、自液潤滑される静圧軸受を、５Ｈ、５Ｉは捕助玉軸受を、５Ｊはバランスディスクを、５Ｋはスラスト磁気軸受部の電磁石を、５Ｌは強磁性体ロータを、５Ｍは磁気軸受端子台を、５Ｎは変位センサーを、そして、１８は磁気軸受用給電ケーブル及び変位センサー信号ケーブルを示す。
【００２６】
この図２にも示されるように、潜没ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、吸込み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、これらは一体化構造であり、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５Ｅ、５Ｆ、５Ｇによって、半径方向に支持されている。一方、軸方向については、ポンプ回転軸５Ａに固定されたバランスディスク５Ｊからなるスラスト平衡装置によって、軸方向スラストがセルフバランスされ、ポンプ回転体の液中に浮き上がり、補助玉軸受５Ｈ、５Ｉにはスラスト力は全く作用しないようになっている。
【００２７】
一方、上記ポンプ回転軸５Ａの最上端部には、吸引形能動型アキシャル磁気軸受が配置され、すなわち、この吸引形能動型アキシャル磁気軸受は、スラスト磁気軸受部の電磁石５Ｋと、強磁性体ロータ５Ｌとから構成されている。そして、スラスト磁気軸受部の電磁石５Ｋには、給電ケーブル１８を介して、磁気軸受制御装置５０により制御される励磁電流が流される。
【００２８】
かかる構成の吸引形能動型アキシャル磁気軸受では、潜没ポンブ本体５の起動時には、前記揚液管２内が空部であるため、ポンプは大吐出量運転状態となり、軸スラストバランス機構が作動しなくなるので、ポンプ回転体の自重、さらには、羽根車５Ｃ及びバランスディスク５Ｊに作用する流体力の合計推力が、鉛直下方に作用する。従って、前記磁気軸受電磁石５Ｋは、片側上側のみ設け、その電磁石により、強磁性体材料で作られたロータ５Ｌを、下方に作用するスラスト力に見合う吸引電磁力で上方に引き上げられるよう制御される。なお、前記吸引電磁力は、磁気軸受電磁石５Ｋとロータ５Ｌとの面間寸法、すなわち、δに影響されるので、この面間寸法δを間接的に検知するために、上記ポンプ回転軸５Ａの上下方向の位置を検出する変位センサー５Ｎが設置されている。
【００２９】
図１には、回転軸である上記ポンプ軸５Ａの上端部分と、このポンプ回転軸の上下位置を検出するための変位センサー５Ｎとが示されている。なお、この図において、符号１０１は磁界発生用電磁石コイルを、符号１０２は磁束密度検出用ホール素子を、符号１０３は、上記のポンプ軸５Ａの上端に取り付けられた、強磁性体からなるセンサー用ターゲットを、そして、符号１０８はセンサ用のコネクタを示している。
【００３０】
この図１に示す変位センサー５Ｎは、変位センサー５Ｎとポンプ軸５Ａの上端との間の、すなわち、磁界発生用電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３との間のギャップ量δの変化に伴う磁束密度の変化量をホール素子１０２で検出し、検出した磁束密度の変化量を変位信号として送電するものである。一般的に、電磁石コイル１０１に一定電流が流れ、強磁性体が近接している場合、電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３との間の磁束密度と、細隙δとは、反比例の関係にある。また、ホール素子１０２からの出力であるホール電圧は、この磁束密度に比例する。
【００３１】
今、磁界発生用電磁石コイル１０１に通電し、ポンプ回転軸５Ａが図の上方に移動し、磁界発生用電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３との細隙δが小になると、磁界発生用電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３の間の磁束密度が大きくなる。このように磁束密度が大きくなると、ホール素子１０２は、それに見合った出力電圧を発信し、その信号を受けた磁気軸受制御装置５０が、磁気軸受の電磁石５Ｋの励磁電流を小さくし、これにより、吸引電磁力が小となり、前記ポンプ回転軸５Ａは図の下方に移動する。
【００３２】
また、回転軸５Ａが図の下方に移動し、磁界発生用電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３との間の細隙δが大になると、磁界発生用電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３との間の磁束密度が小さくなる。そこで、磁束密度が小さくなるとホール素子１０２はそれに見合った出力電圧を発信し、その信号を受けた磁気軸受制御装置５０が、磁気軸受の電磁石５Ｋの励磁電流を大きくし、もって、吸引電磁力が大となり、前記ポンプ回転軸５Ａは図の上方に移動する。このようにして、前記補助玉軸受５Ｈ、５Ｉに残留スラスト力が負荷されないよに、細隙δを所定の状態に制御する。
【００３３】
なお、上記の実施例で細隙δを検出するために使用される磁束検出ホール素子は、一般に、その耐低温特性が補償されており、そこで、変位センサーの処理回路を構成する検波回路や増幅回路等からなる電子回路部を、液化ガスタンク１の外部に取り出して大気中に設置し、電子部品単体の温度特性に最適な環境に設置することにより、信頼性の高い高精度の変位センサーを得ることが可能となる。すなわち、かかる高精度の変位センサーを利用してすることにより、磁界発生用電磁石コイル１０１と強磁性体センサー用ターゲット１０３との間の細隙δを高精度で検出できる。このことにより、磁気軸受制御装置５０によって、ポンプの起動時においても上記細隙δを高精度に制御し、もって、アキシャル磁気軸受の寿命を縮めることなく、その信頼性の高い、液化ガスタンク用潜没ポンブ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の制御が可能になる。
【００３４】
図４には、本発明の他の実施の形態である液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の変位センサー５Ｎの構造が示されている。なお、この変位センサー５Ｎは、うず電流方式により構成され、この図示の構造では、符号１０４は変位検出コイル、符号１０５は変位信号の検波回路や変調回路を含む半導体素子、符号１０６は防爆構造が施されたヒータ、そして、符号１０７は温度制御用熱電対を示している。なお、図にも示すように、変位をインダクタンスの変化として検出する検出コイル１０４と、この検出コイルの変位信号に対する処理回路を構成する検波回路、変調回路、増幅回路等を含む半導体回路素子１０５は、密閉された内部ケース１０６内に収納されており、更に、これを取り囲むようにして、ヒータ１０７及び温度制御用の熱電対１０９が、外周ケース１１０内に設置されている。
【００３５】
また、この図４の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置も、上記の図２に示すように、潜没ポンプ本体５は、液化ガスタンク１内に垂下された揚液管２の底部に設けられた座面２１に着座して配置される。一方、前記揚液管２の最上端部のヘッドカバー２ａには、磁気軸受の給電ケーブル及び変位センサー信号ケーブル１８は、図３の磁気軸受端子台５Ｍを経て、これらのケーブル類が潜没ポンプ装置から分離できるよう、ターミナル端子４２が設けられており、そして、前記ケーブル類１８は、ターミナル端子を経て、前記液化ガスタンク１の外に設置した磁気軸受制御装置５０に接続配置されていることも、上記の実施の形態と同様である。
【００３６】
次に、上記の構成の変位センサー５Ｎの出力による、上記磁気軸受制御装置５０における磁気軸受の電磁石５Ｋの吸引電磁力の制御を、上記図４を参照して説明する。
今、ポンプ回転軸５Ａが図の上方に移動し、変位センサー５Ｎ、すなわち、検出コイル１０４と、前記ポンプ回転軸５Ａとの間の細隙δが小になると、前記検出コイル１０４が前記ポンプ回転軸５Ａの軸半径方向の端面５Ｓに発生するうず電流が大となり、検出コイル１０４のインダクタンスが大きくなると、磁気軸受制御装置５０が磁気軸受の電磁石５Ｋの励磁電流を小さくし、吸引電磁力が小となり、これにより、前記ポンプ回転軸５Ａは図の下方に移動する。
【００３７】
一方、上記のポンプ回転軸５Ａが図の下方に移動し、検出コイル１０４とポンプ回転軸５Ａとの細隙δが大になると、前記検出コイル１０４が前記ポンプ回転軸５Ａの軸半径方向の端面５Ｓに発生するうず電流は小さくなり、検出コイル１０４のインダクタンスが小さくなる。このように、検出コイル１０４のインダクタンスが小さくなると、磁気軸受制御装置５０が、磁気軸受の電磁石５Ｋへ供給する励磁電流を大きくし、その吸引電磁力を増大し、これにより、前記ポンプ回転軸５Ａは図の上方に移動する。このようにして、前記補助玉軸受５Ｈ、５Ｉに残留スラスト力が負荷されないように上記細隙δを所定の状態に制御する。
【００３８】
また、上述のように、検出コイル１０４の変位信号に対する処理回路である検波回路、変調回路、増幅回路等を含む半導体回路素子１０５を内部に収納した収納ケースの外周部には、ヒータ１０７が設置され、さらに、熱電対１０９の働きにより、電子部品である前記半導体回路素子１０５の温度特性が許容できる一定の温度に保つように制御されている。なお、この変位センサーには、いわゆる防爆構造が施されていることは言うまでもない。また、かかる変位センサー５Ｎは、潜没ポンプ本体５の内部に設置されて極低温環境下にさらされるので、その内部の半導体回路素子であるＩＣを、結露あるいは素子の熱変形から保護するため、例えば樹脂でモールドされている。そして、このような変位センサー５Ｎが組み込まれた磁気軸受を用いることにより、信頼性の高い高精度の変位センサーを得ることが可能となる。すなわち、かかる高精度の変位センサーを利用してすることにより、変位コイル１０４とポンプ回転軸５Ａの上端との間の細隙δを高精度で検出でき、これに伴い、磁気軸受制御装置５０によって、ポンプの起動時においても上記細隙δを高精度に制御し、もって、アキシャル磁気軸受の寿命を縮めることなく、その信頼性の高い、液化ガスタンク用潜没ポンブ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の制御が可能になる。なお、上記の変位センサーの構造は、上述の構造だけに限らず、その他、センサーを構成する電子部品の許容できる耐低温特性対策を施した様々なセンサーが考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明になる磁気軸受を備えた液化ガスタンク用潜没ポンプ装置と、かかる装置における回転軸の検出装置によれば、液化ガスタンク内の極低温環境下においても、変位センサーによりポンプ回転軸の上下位置の変位を高精度で検出ことが可能となることから、その検出出力によりポンプの起動時に軸受に作用するスラスト力を確実に軽減して軸受の長寿命化を可能にしてその信頼性を向上させ、さらには、当該装置の軸受部のメンテナンスフリー化を図った、実用的にも優れた液化ガスタンク用潜没ポンブ装置を提供することが可能になるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一実施の形態における変位センサー部分の一部拡大断面図である。
【図２】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体の側面断面図である。
【図３】上記図２に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における潜没ポンプ本体部分の断面図である。
【図４】本発明になる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の他の実施の形態における変位センサー部分の一部拡大断面図である。
【図５】従来技術における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を含む液化ガスタンク配管系統図である。
【図６】上記図５の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の断面図である。
【符号の説明】
１  液化ガスタンク
１ａ  タンク天井板
２  揚液管
２ａ  ヘッドプレート
３  吸込弁
４  吊り上げワイヤ
５  潜没ポンプ本体
５Ａ  ポンプ軸
５Ｂ  インデューサ
５Ｃ  羽根車
５Ｄ  モータロータ
５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ  静圧柚受
５Ｈ、５Ｉ  補助玉軸受
５Ｊ  バランスディスク
５Ｋ  スラスト磁気軸受部の電磁石
５Ｌ  強磁性体ロータ
５Ｍ  磁気軸受端子台
５Ｎ  変位センサ
５Ｓ  うず電流が発生する面
１０  吐出管
１１  逆止弁
１２  ポンプ吐出口
１４  液化ガス集合管（母管）
１７  給電ケーブル
１８  磁気軸受ケーブル用給電ケーブル及び変位センサー信号ケーブル
２１  潜没ポンプの着座面
３０  巻き上げ機
４２  磁気軸受ケーブル用取出しターミナル端子
５０  磁気軸受制御装置
１０１  磁界発生用電磁石コイル
１０２  ホール素子
１０３  強磁性体センサー用ターゲット
１０４  変位コイル
１０５  半導体回路素子
１０６  内部ケース
１０７  ヒータ
１０８  コネクタ
１０９  熱電対
１１０  外周ケース
【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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【図６】
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