(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ポンプ（１）であって、
ケーシング（３）と、
前記ケーシング（３）内に回転可能に配置された回転シャフト（９）と、
前記回転シャフト（９）上に固定されたインペラ（１５）を備えており、該インペラ（１５）は、前記ケーシング（３）内に形成された各インペラ室（１７）に回転可能に配置されている少なくとも１つのポンプ段（１５、１７）と、
各々が当該遠心ポンプ（１）の回転部品とそれぞれの静止部品との間の漏れを減らすように配置された複数のシール部材（２７、２９、３１、３３、３５）と、
を備えており、
前記シール部材（２７、２９、３１、３３、３５）のうちの少なくとも１つは、面同士を向かい合わせる関係にて根元端部において前記それぞれの静止部品へと取り付けられ、前記静止部品と前記それぞれの回転部品との間のシールリング（２７）を形成する弾性プレート部材（４３）からなる機構を備えており、
前記シール部材（２７、２９、３１、３３、３５）のうちの少なくとも１つは、複数の弾性プレート部材（４３）が接線方向に重ね合わされて形成され、
前記弾性プレート部材（４３）の軸方向の寸法が、接線方向の寸法の少なくとも１０倍であり、
前記少なくとも１つのポンプ段（１５、１７）は、
Ｎｓ＝（ωｑ１／２）／（ｈ３／４）
と定義される２５以下の比速度を有し、ここで
ωは、ポンプのシャフトの回転速度（単位は、ｒｐｍ）であり、
ｑは、最高効率点（ＢＥＰ）における前記段をまたぐ流量（単位は、ｍ３／ｓ）であり、
ｈは、前記段をまたぐ揚程（単位は、ｍ）である、遠心ポンプ（１）。
【請求項２】
複数のポンプ段（１５、１７）を備えており、各々のポンプ段（１５、１７）が、前記回転シャフト（９）に固定され、それぞれのインペラ室（１７）に回転可能に配置されたインペラ（１５）を備えている請求項１に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項３】
Ｎ個の段を備えており、（Ｎ−ｍ）個の段（ただし、ｍ＜Ｎ）が、２５以下の比速度Ｎｓを有している請求項２に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項４】
ｍ＝１である請求項３に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項５】
すべての段が、２５以下の比速度を有している請求項２乃至４のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項６】
各々のポンプ段（１５、１７）が、入口側シール部材（２７）を備えており、前記入口側シール部材（２７）のうちの少なくとも１つは、弾性プレート部材（４３）からなる機構を備えている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項７】
前記複数のポンプ段（１５、１７）の各々の入口側シール部材（２７）が、弾性プレート部材（４３）からなる機構を備えている請求項６に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項８】
弾性プレート部材（４３）からなる機構を備えている各々の入口側シール部材（２７）は、それぞれのインペラ（１５）のインペラアイ（１５Ｅ）と協働するように配置および構成されている請求項６または７に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項９】
少なくとも１つのポンプ段（１５、１７）が、インペラハブ（１５Ｈ）と協働するように配置および構成され、弾性プレート部材（４３）からなる機構を備えている出口側シール部材（２９）を備えている請求項２乃至８のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項１０】
各々のポンプ段（１５、１７）が、弾性プレート部材（４３）からなる機構を備えている出口側シール部材（２９）を備えている請求項２乃至９のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項１１】
静止部品と前記シャフト（９）または前記シャフト（９）に取り付けられたブシュ（３１Ａ、３３Ａ、３５Ａ）との間の少なくとも１つの軸シール部材（３１、３３、３５）を備えており、前記少なくとも１つの軸シール部材（３１、３３、３５）は、面同士を向かい合わせる関係にて根元端部において前記静止部品へと取り付けられ、前記静止部品と前記回転シャフト（９）または前記回転シャフト（９）に取り付けられた前記ブシュ（３１Ａ、３３Ａ、３５Ａ）との間のシールリング（２７）を形成する弾性プレート部材（４３）からなる機構で構成されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項１２】
前記シール部材（２７、２９、３１、３３、３５）のうちの少なくとも１つの前記弾性プレート部材（４３）の各々が、前記弾性プレート部材（４３）の最も径方向外側の根元端部から、前記弾性プレート部材（４３）の前記根元端部と最も径方向内側の先端部との間の径方向における中間位置まで、前記弾性プレート部材（４３）へと径方向に延びている少なくとも１つのスリット（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）を備えており、前記弾性プレート部材（４３）の前記スリット（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）が、環状スロットを形成するように整列させられており、前記静止部品へと取り付けられた少なくとも１つの静止リングが、前記弾性プレート部材（４３）によって形成された前記環状スロットへと径方向に延びている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項１３】
前記シール部材（２７、２９、３１、３３、３５）のうちの少なくとも１つの前記弾性プレート部材（４３）の各々が、前記弾性プレート部材（４３）の最も径方向外側の根元端部から、前記弾性プレート部材（４３）の前記根元端部と最も径方向内側の先端部との間の径方向における中間位置まで、前記弾性プレート部材（４３）へと径方向に延びている複数のスリット（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）を備えており、前記弾性プレート部材（４３）の前記スリット（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）が、環状スロットを形成するように整列させられており、前記静止部品へと取り付けられた複数の静止リングが、前記弾性プレート部材（４３）によって形成された前記環状スロットへと径方向に延びている請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ポンプの改良に関し、特に多段遠心ポンプ（ただし、これに限られるわけではない）の改良に関する。より具体的には、本発明は、低い比速度を有する遠心ポンプの効率を向上させることを目的とした改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
多段遠心ポンプは、液体の圧力を高めるために幅広く使用されている。多段遠心ポンプは、通常は、ケーシングと、ケーシング内で回転するように構成されたシャフトとを備えている。複数のインペラが、シャフトへとキーによって取り付けられ、ポンプケーシングに形成されたそれぞれの室に回転可能に収容されている。
【０００３】
段間のシールリングおよびブシュが、ケーシングに取り付けられ、各々のインペラの各側をシールすることで、或るインペラの出口にもたらされる加圧された液体が上流段に向かって逆流することを防止するように、それぞれのインペラと協働する。シールリングおよびシールブシュの効果的な働きが、ポンプの全体の効率に大きく影響する。
【０００４】
一般に、ポンプをまたぐポンプ入口およびポンプ出口の間の所定の圧力差において、段の数が多いほど、各々のシールリングまたはシールブシュをまたいで存在する圧力低下が小さくなるがゆえに、段間のシールの効率が高くなる。結果として、ポンプの効率がより高くなる。反対に、特に高圧多段遠心ポンプの場合に、段の総数を少なくすると、段間のシールをまたぐ圧力低下が大きくなり、結果として液体の漏れが増加する。
【０００５】
全体としてのポンプの効率の低下は、低い比速度の段の場合、すなわち高水頭（すなわち、出口圧力と入口圧力との間の差が大きい）で少ない流量を処理するように設計されたポンプの段または多段ポンプにおいて、特に問題となる。
【０００６】
ブラシシールが、処理される流体が固体粒子を含んでおり、あるいは多相流体である用途の遠心ポンプにおいて提案されている。しかしながら、ブラシシールは、シール効率に限界があり、圧力低下の許容能力が限られている。
【０００７】
したがって、特に多段遠心ポンプの低い比速度の段において、より効率的な段間のシールの機構が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／３１６２３７号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、ケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に配置された回転シャフトと、１つまたは複数のポンプ段とを備えている単段または多段遠心ポンプの効率を高めることができる改善されたシール機構に関する。各々のポンプ段は、回転シャフトに固定され、それぞれのインペラ室に回転可能に配置されたインペラを備えている。ポンプの回転部品とそれぞれの静止部品との間の漏洩を減少させるために、複数のシール部材がさらに設けられている。幾つかの実施形態においては、少なくとも１つのポンプ段のシール部材のうちの少なくとも１つは、面同士を向かい合わせる関係にて根元端部においてそれぞれの静止部品へと取り付けられ、静止部品とそれぞれの回転部品との間のシールリングを形成する弾性プレートまたは弾性プレート部材からなる機構を備える。ポンプ段のうちの１つ以上は、
Ｎｓ＝（ωｑ1/2）／（ｈ3/4）
と定義される２５以下の比速度を有し、ここで
ωは、ポンプのシャフトの回転速度（単位は、ｒｐｍ）であり、
ｑは、最高効率点（ＢＥＰ）における段をまたぐ流量（単位は、ｍ3／ｓ）であり、
ｈは、前記段をまたぐ揚程（単位は、ｍ）である。
【００１０】
幾つかの実施形態において、各々のポンプ段は、２５以下の低い比速度を有する。他の実施形態においては、ポンプを、Ｎ個の段で構成することができ、Ｎ−１個の段が、２５以下の比速度を有する。第１の段、すなわちポンプの入口側または吸い込み側により近い段は、残りの段とは異なってよく、２５よりも大きい比速度を有することができる。
【００１１】
幾つかの実施形態においては、多段ポンプの１つ以上の段、好ましくは１つを除くすべての段、またはすべての段の比速度が、２３以下であってよく、好ましくは２２以下であってよく、さらにより好ましくは２０以下であってよく、例えば１５以下であってよい。
【００１２】
幾つかの実施形態において、ポンプの各段は、入口側シール部材および出口側シール部材を備える。少なくとも１つの段、幾つかの段、またはすべての段の少なくとも入口側シール部材は、上述したように、面同士を向かい合わせる関係にて配置された弾性プレート部材で構成される。特に、少なくとも入口シール部材は、弾性プレート部材で構成される。入口側シール部材を、それぞれインペラのインペラアイと協働するように配置することができる。出口側シール部材を、それぞれのインペラのインペラハブと協働するように配置することができる。更なる実施形態においては、ポンプ段の１つ、幾つか、またはすべての出口側シール部材が、弾性プレート部材で構成される。
【００１３】
更なる実施形態においては、弾性プレート部材を備える幾つかのシール部材が、ケーシングの静止している部品または構成要素と、回転シャフトの一部分または回転シャフトと一体に回転するブシュなどの構成要素の一部分との間に使用される。
【００１４】
弾性プレート部材によって形成されるさらなるシール部材を、最も外側のポンプ段と、ポンプを大気から絶縁するメカニカルシールを含んでいるシャフトの端部との間に設けることができる。
【００１５】
幾つかの実施形態において、ポンプは、平衡ドラムを備えることができる。平衡ドラムと協働する１つ以上のシール部材を設けることができる。１つ以上の前記シール部材を、弾性プレート部材によって構成または形成することができる。
【００１６】
弾性プレート部材は、好都合には、平坦な構成を有し、軸方向の第１の寸法および接線方向の第２の寸法（プレートの厚さ）を有する断面を持ち、第１の寸法が第２の寸法よりも大きく、すなわち弾性プレートが、自身の厚さよりもはるかに大きい軸方向の幅を有する。例えば、軸方向の寸法が、接線方向の寸法の少なくとも１０倍である。弾性プレートの細い断面が、接線方向の曲げ変形性および軸方向の剛性をもたらす。
【００１７】
弾性プレートによるシール機構は、それ自身は知られている。タービンにおける応用も知られている。しかしながら、弾性プレート部材は、ターボポンプについては想定されていない。弾性プレートシール部材は、弾性プレート部材の先端部と回転部品との間の漏洩および隣り合う弾性プレート部材間の漏洩の組み合わせである総漏洩流によって特徴づけられる。第１の寄与は、シール径に比例し、第２の寄与は、シール高さおよびシャフト径に比例する。ターボポンプのシール機構においては、シール高さとシール径との間の比が、タービンと比べて４〜５倍の大きさである。したがって、ポンプにおける弾性プレートシール機構は、容認できない漏洩流につながると考えられる。驚くべきことに、弾性プレートシール機構と低い比速度の段との組み合わせが、驚くほどに改善されたシール効率をもたらし、より高いポンプ効率をもたらすことが今や発見された。あるいは、所与の全体としての水頭の差において、公知のポンプと同じ効率を、より少ない段の数にて達成することができる。
【００１８】
特に好都合な構成は、最も径方向外側の根元端部からプレート高さにおける中間位置に向かって延びる１つ以上のスリットを有する弾性プレート部材を備えるラビリンスシールをもたらす。シール機構の不動の部分へと拘束された１つ以上の静止リングが、弾性プレート部材のスリットへと径方向内側に延びてラビリンスを形成し、シール機構の効率を向上させる。
【００１９】
特徴および実施形態が、本明細書において以下で開示され、本明細書の一体の一部分を形成する添付の特許請求の範囲に更に記載される。以上の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解することができ、且つ今回の技術的な貢献をよりよく評価できるように、本発明の種々の実施形態の特徴を述べている。当然ながら、本明細書において後述され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴も存在する。この点に関し、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態が、それらの応用において、以下の説明に記載され、あるいは図面に示される構成の詳細および構成要素の配置に限られないことを、理解すべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施および実行が可能である。また、本明細書において使用される表現および用語が、説明を目的とするものであり、限定として解釈されてはならないことを、理解すべきである。
【００２０】
したがって、当業者であれば、本発明の根底にある概念を、本発明の幾つかの目的を実行するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として容易に利用できることを、理解できるであろう。したがって、特許請求の範囲を、そのような同等の構成を、それらが本発明の技術的思想および技術的範囲から外れない限りにおいて含むものと理解することが重要である。
【００２１】
開示される本発明の実施形態およびそれらの付随の利点の多くについて、より完全な理解が、それらを以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と併せて検討することによってよりよく理解することで、容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】多段低比速度ポンプの概略の断面を示している。
【図２】図１のポンプの１つの段を拡大して示している。
【図３】１つの弾性プレートシールの断面図を示している。
【図４】弾性プレートシール機構の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
典型的な実施形態を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。種々の図において、同じ参照番号は、同一または類似の構成要素を指し示している。更に、図は、必ずしも比例尺で描かれてはいない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【００２４】
明細書の全体を通して、「一実施形態」または「実施形態」あるいは「幾つかの実施形態」への言及は、或る実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の種々の箇所において現れる「一実施形態において」または「実施形態において」あるいは「幾つかの実施形態において」という表現は、必ずしも同じ実施形態に言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、または特性を、１つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることが可能である。
【００２５】
以下の説明および添付の図面は、とりわけ背中合わせ（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）の配置を有するいわゆる軸受間ポンプ（ｂｅｔｗｅｅｎ−ｂｅａｒｉｎｇｓ  ｐｕｍｐ）の典型的な実施の形態に関する。しかしながら、本発明の特徴の使用は、この種のポンプに限定されるものではない。これらの特徴は、例えばインラインロータの構成およびバランスドラムを備える多段ポンプへと容易に拡張することができる。本明細書に開示される主題の利点の幾つかは、単段の遠心ポンプ、すなわちインペラを１つだけ有するポンプにおいても実現することができる。
【００２６】
図１は、多段遠心ポンプ１について、鉛直面による縦断面を示している。遠心ポンプ１は、筒５とカバー７とで構成されたケーシング（全体が３で示されている）を有している。ケーシング３は、端部軸受１１、１３によって支持された被駆動シャフト９を収容している。複数のインペラ１５が、シャフト９上にねじりに関して（ｔｏｒｓｉｏｎａｌｌｙ）接続され、シャフト９と一緒に回転する。各々のインペラ１５を、軸方向の入口１９と径方向の出口２１とを有する室１７に収容することができる（特に図２を参照）。それ自体は公知のやり方で、室１７は、直列に接続されている。各々のインペラ１５およびそれぞれの室１７が、１つのポンプ段を構成している。
【００２７】
図１に示されている典型的な実施形態において、遠心ポンプ１は、吸い込みマニホールド２３Ａと送出または排出マニホールド２３Ｂとを有するいわゆる背中合わせ型のポンプである。インペラ１５は、背中合わせの構成に配置された反対向きの２つのインペラ組（それぞれ１５Ｘおよび１５Ｙと標記されている）に分割されている。吸い込みマニホールド２３Ａを通って流入する流れは、第１の入口インペラ１６、第１のインペラ組１５Ｘ、およびその後の第２のインペラ組１５Ｙにおいて順次処理され、最終的に排出マニホールド２３Ｂを通って送り出される。２つのインペラ組を接続する流体チャネルが、外筒５と室１７が形成された内側ケーシング部分４との間に設けられている。内側ケーシング部分４を、図１の断面に平行な平面に沿って互いに接続される２つの半分によって形成することができる。
【００２８】
図１および図２に示される典型的な実施形態において、各々のインペラ１５は、インペラハブ１５Ｈおよびインペラシュラウド１５Ｓを備えており、両者の間に複数の羽根１５Ｂが配置されている。各段について、入口側シール部材および出口側シール部材を設けることができる。より具体的には、インペラシュラウド１５Ｓとケーシングとの間において、段間シールリング２７が、段の入口側に配置されており、ポンプ段の入口側シール部材を形成している。段間シールリング２７は、ポンプケーシングの不動の部分と、インペラシュラウド１５Ｓによって形成されたインペラアイ１５Ｅとの間に配置され、このインペラアイ１５Ｅと協働する。同様に、段間シールブシュ２９が、段の出口側において、ケーシング３とインペラ１５のハブ１５Ｈとの間に配置されている。シールブシュ２９は、ポンプ段の出口側シール部材を形成している。
【００２９】
シールリングおよびシールブシュ（ここでは、まとめて「シール部材」とも称される）は、インペラを出る加圧された液体が段の入口へと戻ることを防止するとともに、次の段の入口の液体がインペラ１５の後方から前の段に進入することを防止する。
【００３０】
幾つかの実施形態においては、さらなるシール機構が、遠心ポンプ１のシャフト９に沿った軸上の種々の位置に設けられる。図１においては、ラジアル軸シール部材が、シャフト９の軸受１１、１３の付近に３１および３５にて示されている。さらなる中間のラジアル軸シール部材３３を、シャフトと不動のケーシング３との間において、背中合わせに配置された２つのインペラ組１５Ｘおよび１５Ｙを隔てているシャフト９の中間位置に配置することができる。
【００３１】
より具体的には、軸シール部材３１は、シャフト末端部分９Ａとインペラ組１５Ｘの最も外側のインペラとの間に配置されている。軸シール部材３５は、反対側のシャフト末端部分９Ｂとインペラ群１５Ｙの最も外側のインペラとの間に配置されている。二重インペラ１６を備える補助ポンプ段を、軸シール部材３５とシャフト末端部分９Ｂとの間に設けることができる。シャフト末端部分９Ａ、９Ｂは、それぞれ端部軸受１１、１３に支持されている。さらに、外側メカニカルシール部材１２および１４を、各々の軸受１１、１３とそれぞれの軸シール部材３１および３３との間に設けることができる。
【００３２】
好ましい実施形態において、シール部材２７、２９、３１、３３、３５のうちの少なくとも１つは、弾性プレート（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｐｌａｔｅ）シール機構として設計される。幾つかの実施形態においては、回転シャフト９上に配置される軸シール部材３１、３３、３５のうちのただ１つ、幾つか、またはすべてが、弾性プレートシール機構として設計される。更なる実施形態においては、入口側シール部材２７のみ、出口側シール部材２９のみ、または両方が、弾性プレートシール部材として設計される。また更なる実施形態では、すべてのシール部材２７、３１、３３、および３５が、弾性プレートシール部材として設計され、おそらくはシール部材２９も、弾性プレートシール部材として設計される。
【００３３】
図３および図４は、シール部材を形成する弾性プレート部材の典型的な配置について、遠心ポンプ１の回転軸を含む平面に沿った縦断面図および斜視図を示している。あくまでも一例として、図３および図４は、インペラ１５のインペラアイの周囲に設けられたシールリング２７のうちの１つを示している。
【００３４】
図３および図４に示される典型的な実施形態において、シール部材２７は、ポンプケーシング３へと不動に接続されたハウジング３７を備えている。幾つかの実施形態において、ハウジング３７は、後方リング３９および前方リング４１で構成されてよい。他の実施形態（図示せず）においては、後方リング３９および／または前方リング４１を省略することができる。図３および図４の概略図においては、前方リング４１および後方リング３９が、ハウジング３７の一体の一部分として形成されている。他の実施形態においては、例えば前方リングを、ケーシング３に機械加工することができる。後方リングと前方リングとの間に、中間環状壁４２が設けられている。ハウジング３７は、シール機構の不動の構成要素を形成する。
【００３５】
ハウジング３７内に、弾性プレート部材４３が配置されている。図４に最もよく示されるとおり、各々の弾性プレート部材４３は、根元端部すなわち根元４３Ｒと、先端部すなわち先端部４３Ｔとを有し、根元端部４３Ｒは、弾性プレート部材の最も径方向外側の縁であり、先端は、弾性プレート部材の最も径方向内側の縁である。弾性プレート部材４３は、それぞれの根元端部４３Ｒにおいてハウジング３７に固定されている。図４に示した典型的な実施形態においては、弾性プレート部材４３の根元端部が、中間環状壁４２に固定されている。弾性プレート部材４３は、シャフト９の回転軸Ａ−Ａに向かって径方向内側へと延びており、それぞれの先端部４３Ｔが、各回転部品（図３および図４に示される例では、各インペラ１５のインペラアイ１５Ｅ）の付近に配置され、あるいは各回転部品に接触する。弾性プレート部材４３は、面同士の関係にて配置され、すなわち面と面とを向かい合わせて配置され、シャフト９が回転方向ｆＲに回転できるように、径方向に対して傾けられている（図４）。
【００３６】
当業者であれば、弾性プレート部材の類似の配置を、シール部材２９ならびに／あるいは中間および端部のシール機構３１、３３、３５にも使用できることを、理解できるであろう。シール部材３１、３３、および３５は、シャフト９の外面と直接協働する径方向内側を向いた縁を有する弾性プレート部材を備えることができる。他の実施形態においては、図１に示されるように、シール部材３１、３３、３５が、シャフト９上にキーによって固定されてシャフト９と一緒に回転するブシュ３１Ａ、３３Ａ、３５Ａで構成される。弾性プレート部材は、ブシュ３１Ａ、３３Ａ、３５Ａの外側円筒面と協働する。
【００３７】
幾つかの実施形態において、各々の弾性プレート部材は、おおむね層状の形状を有する。各々の弾性プレート部材は、軸方向の寸法が接線方向の寸法よりもはるかに大きい実質的に矩形の断面を有することができる。したがって、弾性プレート部材は、軸方向には堅固であるが、接線方向の曲げの柔軟性を有している。
【００３８】
幾つかの実施形態において、各々の弾性プレート部材４３は、弾性プレート部材４３の根元端部４３Ｒから弾性プレート部材の径方向の延在における中間位置まで延びている少なくとも１つのスリットを備える。図３および図４に示される典型的な実施形態において、各々の弾性プレート部材４３は、３本のスリット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを備えている。スリットは。好ましくは直線的であり、径方向に延びている。典型的な実施形態においては、中央のスリット４５Ｂが、側方のスリット４５Ａ、４５Ｃよりも長い。弾性プレート部材４３は、スリット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃが整列するように配置されている。この配置は、弾性プレート部材４３によって形成されるシール機構を巡って延びる３つの環状スロットを形成する。ハウジング３７に固定された対応するリング４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃが、弾性プレート部材の整列したスリット４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃによって形成されたそれぞれのスロットへと径方向に延びている。図４に示される典型的な実施形態において、リング４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃは、ハウジング３７の中間環状壁４２から延びている。
【００３９】
添付の図面に一例として示されているように、リング４７Ａ、４７Ｂ、および４７Ｃ、ならびに向かい合う弾性プレート部材４３にスリット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃによって形成された環状スロットは、種々の径方向の長さを有することができる。また、種々の軸方向の幅も有することができる。図３および図４に示される実施形態では、各々の弾性プレート部材４３に３本のスリット４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃが設けられているが、例えば設計における考慮事項にもとづいて、別の数のスリットおよび対応する別の数のリング４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃを設けることが可能である。また、他の実施形態（あまり有利ではないかもしれない）においては、リングおよびスロットは設けられない。その場合、弾性プレート部材は、図に示されているようにスロットを有するよりもむしろ、中実になると考えられる。しかしながら、この単純化された実施形態では、後に明らかにされるとおり、シール効果があまり効率的でない。
【００４０】
スリットの形状およびリングの断面形状は、典型的な実施の形態に示されるように矩形であってよいが、他の形状を代わりに使用することも可能である。例えば、スリットおよび環状リングは、Ｖ字形またはＵ字形の断面を有することができる。
【００４１】
さらに、弾性プレート部材４３の外周も、図示のように矩形であってよく、あるいは例えばＴ字形または台形など、別の形状であってよく、例えば根元端部から先端へと大きくなる幅、またはその反対の幅を有することができる。
【００４２】
各々の弾性プレート部材４３の細い断面は、上述のとおり、軸方向の剛性および接線方向の曲げの柔軟性を提供する。環状に配置された弾性プレート部材４３によって形成されるシール部材は、弾性プレート部材４３の実質的に平坦な形状によってもたらされる軸方向の剛性のおかげで、シール部材の後ろ側と前側との間の圧力差が大きい場合、すなわち高水頭値の場合でも、効率的なシール機能をもたらす。弾性プレート部材４３の軸方向の剛性のおかげで、たとえポンプ段をまたぐ水頭の差が大きい場合でも、シール機構の軸方向の変形は無視することができ、したがってシールの機能が保持される。
【００４３】
１つ以上の径方向リング４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃと、スリット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃによって形成される弾性プレート部材４３の周状のスロットとの組み合わせは、シール部材の圧力側から吸い込み側への漏洩流に対して曲がりくねった経路を強いるラビリンスシール効果をもたらし、漏洩流に対する抵抗を増大させる。
【００４４】
このきわめて効率的なシール機構は、低い比速度によって特徴づけられる遠心ポンプの効率の向上をもたらす。遠心ポンプの各段の比速度を、以下のように定義することができる。
【００４５】
Ｎｓ＝ωｑ1/2／ｈ3/4
ここで、
Ｎｓ＝比速度
ω＝ポンプのシャフトの回転速度（ｒｐｍ）
ｑ＝最高効率点（ＢＥＰ）における流量（ｍ3／ｈ、ｌ／ｓ、ｌ／分、ｍ3／分、米国ガロン／分、英国ガロン／分）
ｈ＝揚程（ｍ、ｆｔ）
使用される単位（国際単位系（ＳＩ）または米国単位）に応じて、低い比速度の遠心ポンプ段とは、ここでは比速度が下記のとおりであるポンプ段と理解される。
【００４６】
Ｎｓ＜２５（ＳＩ単位系）
Ｎｓ＜１２９０（米国単位系）
多段遠心ポンプは、通常は、同一のインペラを備えた複数の段を有している。したがって、低い比速度を有する多段ポンプは、すべての段が低い比速度を有する多段ポンプである。幾つかの実施形態においては、多段遠心ポンプの第１段が、この遠心ポンプの残りのインペラとは異なり、より高い比速度を有することができるインペラを有する。
【００４７】
遠心ポンプ（特に、多段遠心ポンプ）における弾性プレート部材の使用は、弾性プレートシール部材のシール機能ゆえに、段の数、したがってインペラの数を減らすことを可能にし、各段をまたぐ水頭、すなわち圧力差を大きくすることを可能にし、全体としてのポンプの効率を高く保つことを可能にする。
【００４８】
本明細書に記載の主題について開示される実施形態を、幾つかの典型的な実施形態に関する詳細および細部とともに図面に示して充分に上述したが、本明細書において説明した新規な教示、原理、および考え方の組、ならびに添付の特許請求の範囲に記載される主題の利点から実質的に離れることなく、多数の変更、変化、および省略が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、開示された発明の適切な範囲は、そのような変更、変化、および省略をすべて包含するような添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されなければならない。更に、プロセスまたは方法の各段階の順序および順番は、別の実施形態にしたがって変更または並べ替えが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  遠心ポンプ
３  ケーシング
４  内側ケーシング部分
５  筒、外筒
７  カバー
９  シャフト
９Ａ、９Ｂ  シャフト末端部分
１１、１３  軸受
１２  外側メカニカルシール部材
１５  インペラ
１５、１７  ポンプ段
１５Ｂ  羽根
１５Ｅ  インペラアイ
１５Ｈ  インペラハブ
１５Ｓ  インペラシュラウド
１５Ｘ  インペラ組
１５Ｙ  インペラ群、インペラ組
１６  二重インペラ、入口インペラ
１７  インペラ室、ポンプ段
１９  入口
２１  出口
２３Ａ  吸い込みマニホールド
２３Ｂ  排出マニホールド
２７  シールリング、入口側シール部材、シール部材
２９  シール部材、出口側シール部材、シールブシュ
３１、３３、３５  シール部材、シール機構、軸シール部材
３１Ａ、３３Ａ、３５Ａ  ブシュ
３７  ハウジング
３９  後方リング
４１  前方リング
４２  中間環状壁
４３  弾性プレート部材
４３Ｒ  根元、根元端部
４３Ｔ  先端部
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ  スリット
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ  リング
Ｎｓ  比速度
ｆＲ  回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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