(57)【要約】  磁気駆動式ポンプは、ケーシングと、該ケーシングに固定されている包囲シェルと、該包囲シェルの閉じた端部に固定されているシャフトと、ケーシング及び包囲シェル内においてシャフトを中心にして回転可能なインペラと、インペラに取り外し可能に結合されており、シャフトを中心に回転可能な磁気結合体と、を備えている。該ポンプは、また、インペラとシャフトとの間に配置されており、シャフトを中心に回転可能な後部軸受と、包囲シェルと後部軸受との間に配置されている後スラストリングを備えるスラスト制御バルブと、を備えている。スラスト制御バルブの開口は、スラストリングと後部軸受との間の可変間隔である。
2007517162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気駆動式ポンプであって、
ケーシングと、
前記ケーシングに固定されている包囲シェルと、
前記包囲シェルに固定されているシャフトと、
前記ケーシング内において前記シャフトを中心にして回転可能なインペラと、
前記インペラに取り外し可能に結合されており、前記シャフトを中心に回転可能な磁気結合体と、
前記インペラと前記シャフトとの間に配置されており、前記シャフトを中心に回転可能な後部軸受と、
前記包囲シェルと前記後部軸受との間に配置されている後スラストリングを備えるスラスト制御バルブと、
から成り、前記スラスト制御バルブの開口は、前記スラストリングと前記後部軸受との間の可変間隔から成ることを特徴とする磁気駆動式ポンプ。
【請求項２】
前記後部軸受は、前記シャフトの軸に沿って軸方向移動することができ、前記後部軸受の前記軸方向移動によって、前記スラスト制御バルブの前記開口のサイズは変えられることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記ポンプは、更に、前記インペラの前部に配置されている内側前方摩耗リング及び外側前方摩耗リングと、前記インペラの後部に配置されている内側後方摩耗リング及び外側後方摩耗リングと、から成ることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項４】
前記包囲シェルは、開放された前端部と、閉じた後端部と、を備えており、前記ポンプは、更に、ステータから成り、前記ステータは、径方向に延びるベーンを少なくとも１つ備えており、前記ステータは、前記インペラと前記磁気結合体とが前記包囲シェルに対して回転することによって生じる回転流体を安定させるために、前記包囲シェルの前記閉じた後端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項５】
前記後スラストリングは前記ステータに埋設されていることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記ステータは、前記包囲シェルから取り外し可能であることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
【請求項７】
前記シャフトは内部チャネルを備えており、前記内部チャネルは、前記スラスト制御バルブと前記インペラ内における主要流体の流れとの間で延びており、且つ、前記スラスト制御バルブと前記主要流体の流れとに流体連通していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項８】
前記内側前方摩耗リングは少なくとも１つの係止タブを備えており、前記インペラは内側前方摩耗リングシートを備えており、前記内側前方摩耗リングシートは少なくとも１つの係止凹部を有しており、前記係止凹部は、前記内側前方摩耗リングを取り外し可能に保持するために、前記係止タブと係合するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
【請求項９】
磁気駆動式ポンプであって、
閉じた端部と開放された端部とを有し、内側スペースを画成している包囲シェルと、
前記内側スペース内に位置する前記包囲シェルの前記閉じた端部に固定されているシャフトと、
前記包囲シェルの前記閉じた端部に固定されているステータと、
から成り、前記ステータは少なくとも１つのベーンを備えており、前記ベーンは、前記シャフトの軸から概ね径方向に延びており前記内側スペース内に至っていることを特徴とする磁気駆動式ポンプ。
【請求項１０】
前記ステータは、前記包囲シェルに取り外し可能に固定されるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記ポンプは、更に、前記ステータに固定されている後スラストリングを備えていることを特徴とする請求項９に記載のポンプ。
【請求項１２】
前記ステータは、径方向に延びる複数のベーンと、前記ベーンを互いに連結する外側リングと、を備えていることを特徴とする請求項９に記載のポンプ。
【請求項１３】
磁気駆動式ポンプであって、
内部チャネルを有する固定シャフトと、
流体チャネルとシャフト穴とを有するインペラと、
から成り、
前記流体チャネルは主要流体の流れる方向に延びており、前記シャフト穴は、前記固定シャフトを中心として前記インペラが回転することを容易にする軸受を収容するサイズを有しており、前記流体チャネルは、前記固定シャフトの前記内部チャネルと流体連通していることを特徴とする磁気駆動式ポンプ。
【請求項１４】
前記ポンプは、更に、前記固定シャフトの端部に取り付けられるように構成されている流体戻し部材から成り、前記流体戻し部材は、前記内部チャネルからの流体を案内して前記主要流体の流れに合流させ、且つ、ベンチュリ効果を提供するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のポンプ。
【請求項１５】
磁気駆動式ポンプであって、
ケーシングと、
前端部と後端部とを有しており、前記ケーシング内で回転可能なインペラと、
開放された端部と、閉じた端部と、前記開放された端部から径方向に延びている取り付けフランジと、を有している包囲シェルと、
外側後方摩耗リングと、
内側後方摩耗リングと、
から成り、
前記取り付けフランジは、前記ケーシングに固定されるように構成されており、且つ、外側後方摩耗リング保持体を備えており、
前記外側後方摩耗リングと前記外側後方摩耗リング保持体との間には部材は介在しておらず、前記外側後方摩耗リングは、前記外側後方摩耗リング保持体に取り外し可能に固定されており、
前記内側後方摩耗リングと前記インペラの前記後端部との間には部材は介在しておらず、前記内側後方摩耗リングは、前記インペラの前記後端部に取り外し可能に固定されており、且つ、前記外側後方摩耗リングと整合していることを特徴とする磁気駆動式ポンプ。
【請求項１６】
前記ケーシングは、外側前方摩耗リング保持体を備えており、前記ポンプは、更に、外側前方摩耗リングと、内側前方摩耗リングと、から成り、前記外側前方摩耗リングと前記外側前方摩耗リング保持体との間には部材は介在しておらず、前記外側前方摩耗リングは、前記外側前方摩耗リング保持体に取り外し可能に固定されており、前記内側前方摩耗リングと前記インペラの前記前端部との間には部材は介在しておらず、前記内側前方摩耗リングは、前記インペラの前記前端部に取り外し可能に固定されており、且つ、前記外側前方摩耗リングと整合していることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１７】
前記摩耗リングは係止タブを備えており、前記係止タブは、前記係止タブを回して前記ケーシング、前記包囲シェル、又は前記インペラにロックされるように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のポンプ。
【請求項１８】
開放された前端部と閉じた後端部とを有する包囲シェルと、内部チャネルを有するシャフトと、前記包囲シェル内において前記シャフトを中心に回転可能な磁気結合体と、後部軸受と、スラストリングを有するスラスト制御バルブと、を備える磁気駆動式ポンプを平衡状態にする方法であって、
前記包囲シェルと前記後部軸受との間において、前記包囲シェルの前記閉じた後端部に前記スラスト制御バルブを配置するステップと、
前記包囲シェル内の流体圧を上昇させることによって、前記スラストリングから離れるように、前記後部軸受を軸方向に移動させて、前記スラスト制御バルブのバルブ開口のサイズを大きくするステップと、
前記バルブ開口を介して前記シャフトの前記内部チャネル内に流体を移動させることによって、前記包囲シェル内の圧力を低下させるステップと、
前記包囲シェル内の前記圧力が低下しているときに、前記スラストリングに向かうように前記後部軸受を軸方向に移動させるステップと、
から成り、
前記シャフトは前記包囲シェルの前記閉じた後端部に固定されており、前記後部軸受は、前記磁気結合体と前記シャフトとの間に配置されており、且つ、前記シャフトに対して移動可能であり、前記スラスト制御バルブの前記バルブ開口のサイズは、前記後部軸受と前記スラストリングとの相対位置によって定義されていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記インペラは、前記ポンプを通る主要流体用の流体チャネルを備えており、前記方法は、更に、前記シャフトの前記内部チャネル内の前記流体を前記主要流体の流れに合流させることから成ることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記後部軸受は、前記包囲シェルの前記閉じた後端部に配置されており、前記方法は、更に、前記後部軸受をマグネットアセンブリの後方に延ばすことから成り、前記延ばすステップによって、前記後部軸受のみが前記スラストリングに接触して前記スラスト制御バルブを形成することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ポンプ、詳しくは、磁気駆動式遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気駆動式遠心ポンプは、漏れや摩耗を起こす恐れのある軸封装置を備えていないことから、腐食性や危険性のある流体を汲み出すのには適している。この種のポンプには、インペラによって生ずるスラスト荷重に対抗するための手法を備えることが求められている。典型的にこのスラスト荷重は、下記の特許文献１に記載されているようなアキシャル軸受に作用する荷重である。ある一定のポンプ作動状態において通常の方向とは反対方向に周期的に作用する荷重に適応するためには、下記の特許文献２に記載されているように、アキシャル軸受を包囲するシェルを追加しなければならない。これらのアキシャル荷重に対抗する手法としては他に、Kleinに付与された下記特許文献３に記載されているようなスラスト均衡システムを使用する手法がある。このKlein特許は、スラスト力を互いに釣り合わせるために流体圧を使用し、また、この流体圧をインペラハブに設けられたリングで制御する。インペラハブは、リングとシャフトとの間に変更可能な隙間が形成されるように構成されている。
【０００３】
スラスト均衡バルブでスラスト力を制御するには困難が伴う。ポンプは広範囲の圧力及び流量に対して作動する必要があるので、スラスト均衡バルブもまた広範囲の圧力を制御しなければならない。このような圧力の制御を行うには、バルブの一方の側と他方の側との間で圧力差が存在していなければならない。従って、バルブの出口側では圧力を可能な限り低くする一方で、バルブの裏側では可能な限り高い圧力を維持する必要がある。
【０００４】
スラスト力を均衡させるために使用される領域内の流体が回転すると、スラスト均衡バルブの一方の側と他方の側との圧力差を小さくする圧力勾配が生じてしまう。Klein特許においては、回転するインペラに形成された通路を流体が通り抜けてスラスト均衡バルブに到達することが求められている。この回転する通路がバルブの裏側における圧力不足の原因となっている。
【０００５】
磁気駆動式ポンプの典型的な問題としては、他に、それぞれ異なるサイズのインペラを備える必要があることにある。インペラはマグネットキャリアに恒久的に取り付けられているので、インペラとマグネットキャリアとからなるアセンブリの費用は比較的高い。これは、ストックされる予備の部品や代替用のインペラはさらに高価になることを意味する。これらの部品は、たとえ個別に製造されているとしても、（例えば、下記の特許文献４に開示された取り付け構造体のように）容易には分解されることのない方法で通常は互いに固定される。従って、容易に分離可能で所要のトルクを伝達できるインペラとマグネットキャリアが必要とされている。
【０００６】
磁気駆動式ポンプの特徴としては、他に、摩耗リングの定期的な交換の必要性がある。取り外し可能な摩耗リングが下記の特許文献５に記載されているが、これらの摩耗リングの場合、容易には取り外されることのない保持リングが別途必要である。保持リング無しで摩耗リングを交換する単純な手段が求められている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第4226574号
【特許文献２】米国特許第6443710号
【特許文献３】米国特許第6135728号
【特許文献４】米国特許第5895203号
【特許文献５】米国特許第6234748号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、流体ポンプ、詳しくは、磁気駆動式遠心ポンプに関する。本発明の概念は、インペラに対する軸方向荷重が均衡している状態にするためにポンプ内の圧力を制御するスラスト制御バルブに関する。バルブの開口は、ポンプの後部軸受とスラストリングとによって画成されている。後部軸受及びスラストリングは、ポンプの包囲シェルの閉じた端部に位置している。該閉じた端部にはシャフトの端部が固定されている。包囲シェルの閉じた端部にはステータが配置されており、該ステータは、バルブに流入する流体が回転しないように、該流体を静止した状態にする。シャフトの中央流体チャネル内の流体は、該チャネルを出た後、ポンプの主要流体の流れに合流する。好ましくは、このチャネルから出た流体は、低圧ベンチュリ効果が起こるように、主要流体の流れに対して直交する方向に流れて該主要流体の流れに合流する。
【０００９】
本発明の他の概念は、包囲シェルの内側スペースにおいて該包囲シェルの閉じた端部の付近に配置されている複数の静止ラジアルベーンを備えるステータに関する。該ステータのベーンは、包含容器の閉じた端部における流体の回転に対抗し、バルブの入口における圧力を上昇させることができる。
【００１０】
本発明の更なる他の概念は、インペラハブの前側に形成された圧力ポートに関する。該圧力ポートは、ポンプ内の圧力を均衡させるのに貢献している。
【００１１】
本発明の更なる他の概念は、ポンプのマグネットキャリアをインペラに固定するための取り付け機構に関する。該取り付け機構は、回転方向へのトルクに対する抵抗を提供する一方で、マグネットキャリアを取り外し可能にする。
【００１２】
本発明の更なる他の概念は、ポンプのケーシング及びインペラに対して様々な箇所にてポンプの摩耗リングを固定するための取り付け及び係止機構に関する。
【００１３】
本発明の原理に従って構成された磁気駆動式ポンプは、ケーシングと、該ケーシングに固定されている包囲シェルと、該包囲シェルの閉じた端部に固定されているシャフトと、ケーシング及び包囲シェル内において該シャフトを中心にして回転可能なインペラと、該インペラに取り外し可能に固定されておりシャフトを中心に回転可能な磁気結合体と、を備えている。該ポンプは、また、インペラとシャフトとの間に配置されており前記シャフトを中心に回転可能な前部軸受及び後部軸受と、包囲シェルと後部軸受との間に配置されている後スラストリングを備える後スラストバルブと、を備えている。スラスト制御バルブの開口は、後スラストリングと後部軸受との間の可変間隔から成る。
【００１４】
本発明の概念は磁気駆動式ポンプに関し、該ポンプは、閉じた端部と開放された端部とを有し内側スペースを画成している包囲シェルと、該内側スペース内に位置する該包囲シェルの閉じた端部に固定されているシャフトと、包囲シェルの閉じた端部に固定されているステータと、を備えており、該ステータは少なくとも１つのベーンを備えており、該ベーンは、シャフトの軸から概ね径方向に延びており内側スペース内に至っている。
【００１５】
本発明の他の概念は磁気駆動式ポンプに関し、該ポンプは、内部チャネルを有する固定シャフトと、流体チャネルとインペラハブとを有するインペラと、を備えており、流体チャネルは主要流体の流れる方向に延びている。インペラハブはシャフト穴を有している。インペラのシャフト穴は、ポンプの固定シャフトと軸受とを収容するサイズを有している。インペラハブは、固定シャフトの内部チャネルと流体連通している流体用入口と、固定シャフトの内部チャネルから流出する流体を案内して主要流体の流れに合流させる流体用出口と、を備えている。
【００１６】
本発明の更なる概念は磁気駆動式ポンプに関し、該ポンプは、ケーシングと、該ケーシング内で回転可能なインペラと、包囲シェルと、第１摩耗リング及び第２摩耗リングと、を備えている。包囲シェルは、開放された端部と、閉じた端部と、包囲シェルの開放された端部から径方向に延びている取り付けフランジと、を備えている。取り付けフランジは、ケーシングに固定されるように構成されており、且つ、第１摩耗リングシートを備えている。第１摩耗リングは包囲シェルの摩耗リングシートに取り外し可能に固定されており、第２摩耗リングは、第１摩耗リングと整合した状態でインペラに取り外し可能に固定されている。
【００１７】
本発明の更なる概念は磁気駆動式ポンプを平衡状態にする方法に関する。該ポンプは、前端部と後端部とを有する包囲シェルと、内部チャネルを備えており包囲シェルの後端部に固定されているシャフトと、包囲シェル内においてシャフトを中心に回転可能な磁気結合体と、前部軸受及び後部軸受と、スラストリングを有するスラスト制御バルブと、を備えている。前部軸受及び後部軸受は、磁気結合体とシャフトとの間に配置されており、且つ、シャフトに対して回転可能である。前記スラスト制御バルブはバルブ開口を有しており、該開口のサイズは、後部軸受とスラストリングとの相対位置によって定義されている。
【００１８】
上記方法を構成するステップは、包囲シェルと後部軸受との間において、包囲シェルの後部にスラスト制御バルブを配置するステップと、包囲シェル内の流体圧を上昇させることによって、スラストリングから離れるように、後部軸受を軸方向に移動させて、スラスト制御バルブのバルブ開口のサイズを大きくするステップと、バルブ開口を介してシャフトの内部チャネル内に流体を移動させることによって、包囲シェル内の圧力を低下させるステップと、ポンプ内の圧力を均衡させるために、包囲シェル内の圧力が低下しているときに、スラストリングに向かうように後部軸受を軸方向に移動させるステップと、を含むとができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、流体ポンプ、詳しくは、磁気駆動式遠心ポンプに関する。本発明の概念は、インペラに対する軸方向荷重が均衡した状態にするためにポンプ内の圧力を制御するスラスト制御バルブに関する。スラスト制御バルブは、ポンプの後部軸受の一部と、スラストリングと、を備えている。後部軸受の一部及びスラストリングは、ポンプの包囲シェルの閉じた端部に位置している。該閉じた端部にはシャフトの端部が固定されている。
【００２０】
スラスト制御バルブを通過した流体は、シャフトの中央流体チャネルに進入し、該チャネルを出て、ポンプの主要流体の流れに合流する。シャフトは固定された状態で維持されているので、中央流体チャネルを通る流体は、回転することなく移動することができ、従って、スラスト制御バルブの一方の側と他方の側との圧力差を大きくする。
【００２１】
本発明の他の概念は、包囲シェルの内側スペースにおいて該包囲シェルの閉じた端部の付近に配置されている複数の静止ラジアルベーンを備えるステータに関する。該ステータのベーンは、包含容器の閉じた端部における流体の回転に対抗し、スラスト制御バルブの入口における圧力を上昇させることができる。
【００２２】
本発明の更なる他の概念は、ポンプのマグネットキャリアをインペラに固定するための取り付け機構に関する。該取り付け機構は、回転方向へのトルクに対する抵抗を提供する一方で、マグネットキャリアを取り外し可能にする。
【００２３】
本発明の更なる他の概念は、ポンプのケーシング及びインペラに対して様々な箇所にてポンプの摩耗リングを固定するための取り付け及び係止機構に関する。
【００２４】
図１〜図１２を参照して、本発明の特徴を備える磁気駆動式遠心ポンプアセンブリ１０の一例を説明する。図１の断面図を最初に参照すると、ポンプアセンブリ１０は、ケーシング１２と、インペラ１４と、内側マグネットアセンブリ１６と、シャフト１８と、前部軸受２０及び後部軸受２２と、ステータ２４と、包囲シェル２６と、を備えている。ポンプアセンブリ１０は、また、外側後方摩耗リング２８と、内側後方摩耗リング３０と、外側前方摩耗リング３２と、内側前方摩耗リング３４と、を備えている。ハブモータ３８は、稼働時に、外側マグネットアセンブリ３６に動力を供給して、内側マグネットアセンブリ１６の磁気反応によって、ケーシング１２内でインペラ１４を回転させる。ポンプアセンブリ１０は、また、前方摩耗リング３２、３４に隣接して配置されているスラストワッシャー４０と、流体戻し部材４２と、スラスト制御バルブ４４と、を備えている。スラスト制御バルブ４４（図３参照）は、ポンプアセンブリ１０の他の特徴部とともに、スラスト力と摩耗とを低減させる圧力均衡効果をケーシング１２内で起こす。
【００２５】
ケーシング１２は、メインケーシング部５０と、吸引フランジ５２と、吸引フランジ支持体５４と、吐出フランジ５６と、吐出フランジ支持体５８と、を備えている。メインケーシング部５０内にはケーシング流体チャネル６０が貫通している。ケーシング１２を組み立てて、該ケーシング１２とスタッド６６、６８及び他のケーシング支持部材（符号無し）とを互いに固定すると、ポンプアセンブリ１０は、吸引フランジ５２及び吐出フランジ５６を通る流体の流路を除けば、シールされた状態となる。
【００２６】
図４及び図５を参照すると、インペラ１４は、インペラハブ７０と、インペラシュラウド７２と、内側後方摩耗リングドライブラグ７６と、内側前方摩耗リングドライブラグ７７と、内側前方摩耗リングシート７８と、内側後方摩耗リングシート８０と、複数のドライブリブ８２と、を備えている。インペラシュラウド７２はシュラウド開口７４を有している。インペラ１４の後方本体８４は、外表面８６と、前穴８８と、後穴９０と、主要流体用チャネル９２と、を有している。
【００２７】
内側後方摩耗リングドライブラグ７６及び内側後方摩耗リングシート８０は、内側後方摩耗リング３０と係合するように構成されている。内側前方摩耗リングシート７８及び内側前方摩耗リングラグ７７は、内側前方摩耗リング３４（図８参照）と係合して該リング３４を保持する。ドライブリブ８２は、内側マグネットアセンブリ１６と係合して該アセンブリ１６をインペラ１４に保持するように構成されている（図８参照）。後方本体８４の後穴９０は、前部軸受２０及び後部軸受２２と、該軸受２０、２２を互いに離しているスペーサ２１と、を収容するようなサイズを有している。
【００２８】
図６及び図７を参照すると、内側マグネットアセンブリ１６は、マグネットハウジング１００と、マグネットコア１０２と、複数のマグネット１０４（図９参照）と、穴１０６と、複数の係止タブ１０８と、係止フランジ１１０と、係止タブアクセス部１１２と、複数のドライブベーン１１４と、を備えている。係止タブ１０８は、インペラ１４と内側マグネットアセンブリ１６とを互いに回してロックするために、該インペラのドライブリブ８２（図４参照）の特徴部と係合するサイズを有している。
【００２９】
更に、係止フランジ１１０は、インペラ１４と内側マグネットアセンブリ１６とを互いに固定するとともに、インペラ１４に対して内側マグネットアセンブリ１６がロックする方向とは逆の方向に回転することを防止して、係止タブ１０８がインペラのドライブタブ８２から外れることを防ぐ。係止タブアクセス部１１２は、係止フランジ１１０へのアクセスを可能にする。マグネット１０４はマグネットハウジング１００内に埋設されている。穴１０６は、インペラ１４の後部本体８４（図４参照）を収容するサイズを有している。
【００３０】
図９は、互いに離された１４個のマグネットを備えるマグネットアセンブリ１６を示している。マグネットは、マグネットコア１０２に固定されており、マグネットハウジング１００内に埋設されている。ポンプアセンブリ１０の性能を最適なものにするためであるならば、マグネットの数は、他の実施例において、１つ或いは１４を超える数にしてもよい。更に、図示された係止タブ、フランジ、アクセス部、及びドライブベーンは一例にすぎず、適当な係止部材或いは係合部材との交換も可能である。
【００３１】
図２、図３及び図８を参照すると、シャフト１８は、前端部１２０及び後端部１２２と、内部チャネル１２４と、横断方向穴１２６と、を備えている。内部チャネル１２４は、シャフトの軸と同軸で延びていることが好ましい。横断方向穴１２６は、シャフトの外側と内部チャネル１２４とを流体連通させている。シャフト１８の前端部１２０は、流体戻し部材４２と係合するようなサイズを有している。流体戻し部材４２は、先端１８０と、中央開放コア１８２と、側方開口１８４と、を備えている。流体戻し部材４２がシャフト１８の前端部１２０に結合されると、シャフトの内部チャネル１２４は中央コア１８２と流体連通する。
【００３２】
更に流体戻し部材４２は、コア１８２から流体を側方開口１８４を介して放出し、ポンプアセンブリ１０を通る主要流体の流れＡに合流させるように構成されている。流体の放出方向は、好ましくは、主要流体の流れＡの方向である。先端１８０は、シャフト１８の前端部１２０の周囲を流体が流れやすくするために様々な異なる形状をしていてもよい。
【００３３】
図１０及び図１１を参照すると、ステータ２４は、ハブ１３０と、複数のラジアルベーン１３２と、外側リング１３４と、ネジ切りされた穴部１３６と、スラストリングシート１３８と、スラストリング１４０と、を備えている。スラストリング１４０は、ハブ１３０に取り外し可能に固定されているか、又は、スラストリングが図１０及び図１１に示されるハブ以外のステータの部分と一体的になるように該ハブに成形されていてもよい。包囲シェルとは別個の径方向に延びるベーンを備えるステータが有する利点を以下で述べる。
【００３４】
図１及び図３を参照すると、包囲シェル２６は、閉じた後端部１５０と、開放された前端部１５２と、取り付けフランジ１５４と、外側後方摩耗リングシート１５６と、シャフトシート１５８と、ステータ連結ハブ１６０と、を備えている。取り付けフランジ１５４は前端部１５２から延びている。包囲シェル２６には内側スペース１６２が画成されている。該内側スペース１６２は、ステータ２４と、図８及び図９に示された部品で構成されるサブアセンブリと、を収容するようなサイズを有している。摩耗リングシート１５６は、外側後方摩耗リング２８を包囲シェル２６に保持するように構成されている。図１２に外側後方摩耗リング２８の一例が示されている。図１２のリング２８は、複数の係止タブ１９０を備えており、該タブ１９０は、図６及び図７に示される係止タブ１０８に類似する摩耗リングシート１５６の保持部（図示せず）と係合するようなサイズを有する。
【００３５】
図３及び図１０を参照すると、ステータ２４は、ネジ切りされた穴部１３６を備えており、該穴部１３６は、ステータ連結ハブ１６０と係合するように構成されている。ハブ１６０の外表面にはネジ部が形成されており、該ネジ部はステータのネジ切りされた穴部１３６と係合するようなサイズを有している。他の実施例において、ステータは、キー溝、切削加工により形成された平坦な面、止めネジ、或いはその他の適当な連結手段等の取り付け部材でステータ連結ハブ１６０に取り付けられるようにしてもよい。
【００３６】
ポンプアセンブリ１０が組み立てられると、外側後方摩耗リング２８と内側後方摩耗リング３０とは互いに整合しており、また、外側前方摩耗リング３２と内側前方摩耗リング３４とは互いに整合している。更に、後部軸受２２の後端部１９０は、ステータ２４のスラストリング１４０に隣接して配置されている。更に、スラストワッシャー４０は、内側前方摩耗リング３４の前表面と合わさった状態で該リング３４と整列している。スラストワッシャー４０及びスラストリング１４０は、ポンプアセンブリの始動時のように軸方向に作用するスラストと圧力とが釣り合っていない状況において、該軸方向スラストを制御するために使用される。互いに合わさっている上記部品間の空間及び接合面は、以下で説明するように、ポンプアセンブリ１０内においてスラスト力の均衡化を行うのに重要である。
【００３７】
ポンプアセンブリ１０の使用中、ポンページ（pumpage）（ポンプアセンブリ１０を流れる流体）は、ポンプアセンブリ１０の吸引フランジ５２に進入して、符号Ａで示される流体として、インペラ１４内に流入する。インペラを通過した後、ポンページは、ケーシング流体チャネル６０に流入し集められ、そして、該チャネル６０に案内されてポンプアセンブリ１０の吐出フランジ５６から流出する。ケーシング流体チャネル６０内に集められたポンページの一部は、ケースリング２８とケースリング３０との対とケースリング３２ケースリング３４との対との間を通る。ケースリング２８とケースリング３０との間を通るポンページは、包囲シェル２６の内側スペース１６２内に集められる。
【００３８】
内側スペース１６２内の圧力が上昇すると、図８及び図９に示されたシャフト１８を除いた部材で構成されるサブアセンブリ（以降“インペラ／マグネットサブアセンブリ”と呼ぶ）は、包囲シェル２６の後端部１５０から離れるように包囲シェル２６内で軸方向に移動し始める。インペラ／マグネットサブアセンブリの移動が開始すると、スラスト制御バルブ４４は開き始めて流体を内側スペース１６２から横断方向穴１２６を介してシャフト１８の内部チャネル１２４内に流入させる。
【００３９】
流体がスラスト制御バルブ４４を通過すると、内側スペース１６２内のインペラ後方圧力は低下して、インペラは、包囲シェル２６の後端部１５０に向かって軸方向に移動し、スラストリング１４０と後部軸受２２との空間を閉ざす。スラスト制御バルブ４４は、内側スペース１６２内の圧力と、インペラ１４に作用する包囲シェル２６の外側の圧力と、が均衡状態になる地点で閉じた状態となる。この均衡状態が起こる地点は、スラストリング１４０と後部軸受２２とが互いに接触せず、且つ、スラストワッシャー４０と内側前方摩耗リング３４とが互いに接触しない地点であることが好ましい。
【００４０】
流体は、スラスト制御バルブ４４を介してシャフト１８の内部チャネル１２４内に入り込むと、符号Ｂで示される流体として、流体戻し部材４２に向かう方向に流れることができ、図２に示される主要流体の流れＡに合流する。
【００４１】
インペラ／マグネットサブアセンブリは、使用の際、外側マグネットアセンブリ３６及びハブモータ３８によって起動されると、非常に高い速度でケーシング１２内で回る。この回転しているサブアセンブリは、包囲シェルの内側スペース１６２内で流体をインペラとともに回転させる。ステータ２４は、回転サブアセンブリの後方に配置されると、流体の回転を低減させて、回転している流体の運動エネルギーを位置エネルギーに変換する。該位置エネルギーは、内側スペース１６２と流体戻し部材４２における流体との間の圧力差をより大きくするのに貢献する高圧状態を生む。
【００４２】
スラスト制御バルブ４４の一方の側と他方の側との間の圧力差が大きいと、内側スペース１６２内の圧力の制御が容易になる。スラストバルブ４４の入口での圧力が低い場合、流体の流れには変化がほとんど起きず、結果として、スラスト制御バルブの開口が大きくなるとき、圧力の変化はほとんどない。スラスト制御バルブ４４を開閉しても内側スペース１６２内の圧力が変わらなければ、スラスト制御バルブ４４は、スラスト力を均衡させる際に役立たない。
【００４３】
ポンプアセンブリ１０における圧力差は、流体戻し部材４２の構成と該部材４２によって行われる流体の放出の方向とによって生じるベンチュリ効果によって、更に改善される。流体が符号Ａで示されるように側方開口１８４の上を流れる際、符号Ｂで示される流体の流れは、符号Ａの流体の流れに引き込まれる。このベンチュリ効果によって、通路１２４内の圧力は下げられて、スラスト制御バルブ４４の一方の側と他方の側との間の圧力差を更に大きくするのに貢献する。また、バルブ４４の開口が内側スペース１６２に直に隣接しており、もって、内側スペースに溜められた流体は、インペラによって回転させられる領域を通る必要がない。流体の回転を最小に最小にすることによって、圧力の勾配も最小になり、バルブにおいて最大の圧力差が得られる。
【００４４】
周知のスラスト均衡バルブには、インペラハブに形成された変更可能なバルブ開口と、該バルブ開口とは別に形成されておりシャフトの固定端に位置する開口と、を備えるものがある。このような構成のスラスト均衡バルブにおいて、シャフトの固定端からインペラハブの変更可能な開口まで流体が流れるためには、例えば、包囲シェルの後部から前方に配置されたインペラハブまで延びておりインペラに形成された複数の通路を用いて該流体を、回転しているインペラに隣接した状態で、運搬する必要がある。このような通路はインペラの一部として回転するので、該通路内の流体は回転し、この流体には遠心力が作用する。この遠心力によって、シャフトの固定端の開口とインペラハブの変更可能なバルブ開口との間の圧力差が小さくなってしまう結果となる。圧力差が小さいと、ポンプアセンブリにおいて発生するスラスト力を制御するバルブの有効な動作範囲が制限されてしまう。
【００４５】
図１〜図１２に示された上述のポンプアセンブリは、シャフトの固定端にスラスト制御バルブの開口を設けて非回転部材（即ち、シャフト自身の中央チャネル）に流体を通すことによって、極めて大きな圧力差を生じさせ、各種ポンプの非常に広範囲な使用状況下で有効に動作することができる。
【００４６】
ポンプアセンブリ１０の特徴部分への使用に適した数多くの異なる素材を使用してもよい。例えば、スラストリング、スラストワッシャー、摩耗リング、シャフト、及び軸受は、シリコーンカーバイド（silicone carbide）或いはその他の適当な耐摩耗素材で形成されていてもよい。同様に、包囲シェル及びインペラは、シリコーンカーバイド等の耐摩耗素材でコーティングされていてもよい。
【００４７】
本明細書における実施例は本発明の構成物の使用及び製造を余すところ無く説明するものである。本発明の趣旨を逸脱しない限り本発明における包囲シェルの数多くの実施例が可能なので、本発明は特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の原理に従って構成された磁気駆動式遠心ポンプの断面図。
【図２】図１に示されたポンプのシャフト、インペラ、及び前方摩耗リングの一部を拡大して示した図。
【図３】図１に示されたスラスト制御バルブ及びステータの拡大図。
【図４】図１に示されたインペラの断面図。
【図５】図４に示されたインペラの正面図。
【図６】図１に示された内側マグネットアセンブリの断面図。
【図７】図６に示された内側マグネットアセンブリの前面図。
【図８】内側マグネットアセンブリとインペラと内側摩耗リングとを備える図１に示されたポンプのサブアセンブリの断面図。
【図９】図８に示されたサブアセンブリの後部の断面図。
【図１０】図１に示されたステータの断面図。
【図１１】図１０に示されたステータの前面図。
【図１２】図１に示された外側後方摩耗リングの前面図。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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