(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられた羽根車と、
前記回転軸に作用する軸方向推力をバランスさせるためのバランス機構と、
前記羽根車及び前記バランス機構を収容するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの前記バランス機構が収容されるバランス空間と前記ポンプケーシングの流体吸い込み側の空間とを連通するバランス配管と、
前記バランス配管に設けられ、前記バランス空間から前記流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な逆止弁と、
前記バランス空間と前記逆止弁との間に設けられ、設定値以上の圧力の流体を外部へ放出する安全弁と、
を備えたポンプ。
ポンプ。
【請求項２】
請求項１のポンプにおいて、
前記バランス機構は、
前記回転軸に取り付けられたバランスディスクと、
前記ポンプケーシングに取り付けられて前記バランスディスクに対向するバランスシートと、
を備えるポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２のポンプにおいて、
前記ポンプは、前記ポンプの起動時にインバータによって前記回転軸の回転数が徐々に上昇するように駆動可能なポンプである、
ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項のポンプにおいて、
前記ポンプは、前記ポンプの吐き出し側に設けられた逆浸透膜へ通流させるための流体
を圧送するポンプである、
ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプの一形態である多段ポンプは、回転軸に固定された複数の羽根車を有している。液体は、多段ポンプの吸い込みポートからポンプケーシング内に導入される。ポンプケーシング内に導入された液体は、羽根車により順次昇圧され、吐き出しポートから吐き出される。多段ポンプは、清水や海水などの様々な液体の移送に使用され、様々な場所で使用されている。
【０００３】
多段ポンプの回転軸には、回転する羽根車の吸い込み側と吐き出し側との圧力差に起因して、吐き出し側から吸い込み側へ軸方向推力が作用する。このため、多段ポンプには、軸方向推力に対して反対方向のバランス推力を発生させることによって軸方向推力とバランス推力とを釣り合わせるバランス機構が備えられている。
【０００４】
バランス機構は、回転軸に取り付けられたバランスディスクと、ポンプケーシングに取り付けられてバランスディスクに対向するバランスシートと、を備える。バランスディスク及びバランスシートを収容するバランス空間は、バランス配管によってポンプケーシングの流体の吸い込み側の空間に連通される。
【０００５】
バランス機能を設けることによって、軸方向推力に対して反対方向のバランス推力がバランスディスクに作用する。その結果、軸方向推力とバランス推力とが釣り合うことで軸方向推力が打ち消される。このようなバランス機構を備えた多段ポンプは特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３０４００号公報
【特許文献２】実開昭６２−１４８７９７号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術は、バランスディスクとバランスシートとの接触を抑制することができる簡素な構造のポンプを実現することは考慮されていない。
【０００８】
すなわち、従来の多段ポンプは、発停時の圧力変動を避けるため、夜間や休日など多段ポンプ設備が休止する時にも多段ポンプを停止せずに運転を継続していた。しかし、近年は省エネの観点により多段ポンプを停止させる現場が増えている。
【０００９】
ここで、急激な圧力変化に対応できない装置が多段ポンプの吐き出し側に接続される場合がある。その場合、起動時の急激な吐き出し圧力上昇を避けるため、多段ポンプの停止中も他のポンプによって多段ポンプ内に通水し、かつ、多段ポンプの起動時はインバータ等でゆっくり加速することによって徐々に吐き出し圧力を上昇させることがある。
【００１０】
多段ポンプの停止中に通水する場合、バランス配管は形状が単純なため、吸い込み側の圧力は、ほぼ管路抵抗なしにバランス配管を介してバランスディスクにかかる。この圧力
は、軸方向推力と同じ方向の圧力としてバランスディスクに働く。
【００１１】
一方、停止中の多段ポンプ内は、複数段の羽根車の複雑な形状が管路抵抗となる。このため、吸い込み側の圧力は、複数段の羽根車の管路抵抗によって減圧されてバランスディスクにかかる。この圧力は、バランス推力と同じ方向の圧力としてバランスディスクに働く。したがって、バランスディスクには、バランス推力方向の圧力より大きい軸方向推力方向の圧力がかかる。その結果、バランスディスクがバランスシートの方へ押圧され、バランスディスクとバランスシートとが接触するおそれがある。
【００１２】
バランスディスクとバランスシートとが接触した状態で多段ポンプを起動した場合、吐き出し圧力が安定するまでの間は、バランスディスクとバランスシートとの接触時間が長くなり、接触部が損傷するおそれがある。
【００１３】
一方、多段ポンプのバランスディスクとバランスシートとの接触を回避するための考案が特許文献２に記載されている。引用文献２では、多段ポンプの吐き出しラインに圧力スイッチが設置されるとともにバランス配管に電磁弁が設置される。特許文献２は、多段ポンプの吐き出し圧力が吸い込み圧力よりも設定値以上に高くなったら電磁弁を開に制御し、ポンプ停止時には、吐き出し圧力が設定値よりも低下したら電磁弁を閉に制御する。引用文献２の技術は、圧力スイッチと電磁弁を用いるため、電気配線工事が必要となる上に機器構成が複雑となる。また、電磁コイルは焼損するおそれがあったり、電磁弁本体は液仕様によっては、大型化したり、高価なものとなる場合がある。
【００１４】
特許文献３には、ポンプの起動時等のポンプ圧力の不安定によるバランスディスク及びポンプケーシング側の静止部材の損傷の発生を防止するため、バランスディスクに複数の溝を設ける技術が開示されている。しかしながら、この技術は、バランスディスクの加工が複雑化する。
【００１５】
そこで、本発明は、バランスディスクとバランスシートとの接触を抑制することができる簡素な構造のポンプを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一実施形態のポンプは、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸に作用する軸方向推力をバランスさせるためのバランス機構と、前記羽根車及び前記バランス機構を収容するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの前記バランス機構が収容されるバランス空間と前記ポンプケーシングの流体吸い込み側の空間とを連通するバランス配管と、前記バランス配管に設けられ、前記バランス空間から前記流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な逆止弁と、を備える。
【００１７】
一実施形態のポンプにおいて、前記バランス空間と前記逆止弁との間に設けられ、設定値以上の圧力の流体を外部へ放出する安全弁、をさらに備えることができる。
【００１８】
一実施形態のポンプにおいて、前記バランス機構は、前記回転軸に取り付けられたバランスディスクと、前記ポンプケーシングに取り付けられて前記バランスディスクに対向するバランスシートと、を備えることができる。
【００１９】
一実施形態のポンプにおいて、前記ポンプは、前記ポンプの起動時にインバータによって前記回転軸の回転数が徐々に上昇するように駆動可能なポンプであってもよい。
【００２０】
一実施形態のポンプにおいて、前記ポンプは、前記ポンプの吐き出し側に設けられた逆浸透膜を通流させるための流体を圧送するポンプであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態の多段ポンプの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ａで示す方向から見た図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ｂで示す方向から見た図である。
【図２】図２は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。
【図３】図３は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態のポンプについて図面を参照して説明する。
【００２３】
図１Ａは、一実施形態の多段ポンプの側面図である。図１Ｂは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ａで示す方向から見た図である。図１Ｃは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ｂで示す方向から見た図である。図２は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。
【００２４】
本実施形態の多段ポンプは、例えば、海水淡水化システムにおいて、多段ポンプの吐き出し側に設けられた逆浸透（ＲＯ）膜を通流させるための流体（海水）を圧送するポンプとして使用することができるが、これには限定されない。また、本実施形態は、複数の羽根車を備えた多段ポンプを一例に挙げて説明するが、これには限定されない。
【００２５】
多段ポンプ２００は、所定方向に延びる回転軸１と、回転軸１に固定された複数の羽根車２と、これら羽根車２を収容するポンプケーシング３と、を備えている。回転軸１は、軸受９により回転自在に支持されている。回転軸１の一端は、モータなどの駆動源に連結される。回転軸１及び羽根車２は、駆動源によって回転駆動される。
【００２６】
ポンプケーシング３は、吸い込みポート１１が形成された吸い込みケーシング１０と、吐き出しポート３１が形成された吐き出しケーシング３０と、吸い込みケーシング１０と吐き出しケーシング３０との間に配置された中間ケーシング５０と、を備える。吸い込みケーシング１０には脚部８０が取り付けられる。吐き出しケーシング３０には脚部８１が取り付けられる。
【００２７】
中間ケーシング５０は、複数の環状のケーシングピース５０ａが軸方向に積み重なった構造を有している。各羽根車２の径方向外側には、ガイドベーン４が配置されている。各ケーシングピース５０ａ内には、１組の羽根車２及びガイドベーン４が配置されている。吸い込みケーシング１０、中間ケーシング５０、及び、吐き出しケーシング３０は、通しボルト６及びナット７によって互いに固定されている。
【００２８】
吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０は、中間ケーシング５０に着脱可能に取り付けられている。すなわち、吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０は、通しボルト６及びナット７を取り外すことにより中間ケーシング５０から切り離すことができる。
【００２９】
多段ポンプ２００は、羽根車２の段数を変更することが可能になっている。羽根車２の段数を増やす場合は、所望の数の羽根車と、これら羽根車に対応したガイドベーンと、ケーシングピースと、を多段ポンプ２００に追加する。一方、羽根車２の段数を減らす場合は、所望の数の羽根車と、これら羽根車に対応したガイドベーンと、ケーシングピースと、を多段ポンプ２００から取り外す。このように、多段ポンプ２００は、用途に応じて所
望の段数にすることができる。
【００３０】
回転軸１は、吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０を貫通して延びている。吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０の回転軸１の貫通部分にはそれぞれ、軸封機構５５が設けられている。軸封機構５５は、例えば、メカニカルシール又はグランドパッキンなどが使用される。軸受９はそれぞれ、軸受ケーシング６５に収容されている。軸受ケーシング６５にはそれぞれ、軸受カバー６７がボルトにより固定されている。各軸受ケーシング６５内には潤滑オイルが充填されており、この潤滑オイルは、冷却パイプ６６によって冷却されるようになっている。なお、冷却パイプ６６は設けられていなくてもよい。
【００３１】
吸い込みケーシング１０には、吸い込みポート１１に接続された吸い込みボリュート２０と、多段の羽根車２のうちの初段の羽根車に隣接した側室２５と、が形成されている。側室２５には、初段の羽根車によって昇圧された液体の一部が流入するようになっている。吸い込みボリュート２０と側室２５は、仕切り壁２６によって隔離されている。
【００３２】
多段ポンプ２００は、バランス機構７０を備える。バランス機構７０は、吐き出しケーシング３０の内部のバランス空間７３に配置されている。バランス機構７０は、回転軸１に取り付けられて回転軸１と一体に回転するバランスディスク７１を備える。また、バランス機構７０は、吐き出しケーシング３０に取り付けられてバランスディスク７１の液体流入側に対向配置されたバランスシート７２を備える。
【００３３】
バランス機構７０は、羽根車２の吸い込み側と吐き出し側の圧力差に起因して発生するスラスト力を支持することによって、回転軸１に作用するスラスト力をバランスさせる機能を有する。羽根車２によって昇圧された液体は、バランスディスク７１とバランスシート７２との間の微小な隙間を通り、バランス空間７３に流入するようになっている。なお、本実施形態の多段ポンプ２００は、バランスディスク７１とバランスシート７２とを備えるバランス機構７０を一例に説明したが、これには限定されない。本発明は、回転軸の軸方向推力に対して反対方向のバランス推力を発生させることによって軸方向推力とバランス推力とを釣り合わせる他の公知のバランス機構を備えたポンプに適用することができる。
【００３４】
多段ポンプ２００は、バランス配管７５を備える。バランス配管７５は、バランス空間７３と、吸い込みケーシング１０内の空間と、を連通する。吸い込みケーシング１０内の空間は、例えば、吸い込みポート１１、吸い込みボリュート２０、又は、側室２５である。本実施形態の多段ポンプ２００は、バランス空間７３の流体を例えば脱気器などのような多段ポンプ２００以外の部品に戻す外部バランス式ではなく、バランス空間７３の流体を多段ポンプ２００に戻すセルフバランス式を採用している。
【００３５】
多段ポンプ２００は、バランス配管７５に設けられた逆止弁１００を備える。逆止弁１００は、バランス空間７３から流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な弁である。言い換えると、逆止弁１００は、バランス配管７５内の流体をバランス空間７３から吸い込みケーシング１０内の空間の方向へのみ流す弁である。
【００３６】
逆止弁１００の圧力損失は、バランス空間７３の圧力の上昇に繋がる。バランス空間７３の圧力上昇は、バランスディスク７１とバランスシート７２との間の距離が狭くなり、両者が接触する原因となり得る。そこで、逆止弁１００は、多段ポンプ２００の運転中のバランス空間７３の圧力や流量にとって抵抗とならない弁が選定される。
【００３７】
本実施形態の多段ポンプ２００によれば、バランスディスク７１とバランスシート７２
との接触を抑制することができる簡素な構造を実現することができる。すなわち、多段ポンプ２００の停止中に他のポンプなどによって多段ポンプ２００の内部に通水する場合、吸い込み側の圧力は、多段ポンプ２００の内部を通る際に多段の羽根車２の管路抵抗によって減圧され、減圧された圧力がバランス空間７３にかかる。一方、バランス配管７５を介した流体の通流に着目すると、本実施形態の多段ポンプ２００は逆止弁１００を備えているので、吸い込みケーシング１０内の空間からバランス配管７５を介してバランス空間７３へ流体が通流するのが阻止される。その結果、バランスディスク７１にはＦ１方向の推力が加わるのみであるから、バランスディスク７１とバランスシート７２との対向面において両者が接触することを防止することができる。
【００３８】
また、本実施形態の多段ポンプ２００は、多段ポンプ２００の起動時にインバータ等を用いて回転数が徐々に上昇して吐き出し圧力が徐々に上昇するように駆動され得る。この場合、インバータの出力周波数が低く吐き出しポート３１の圧力が低い間は、バランス空間７３の圧力が吸い込みケーシング１０内の空間の圧力よりも低いので、逆止弁１００は閉じられたままである。すなわち、バランス空間７３と吸い込みケーシング１０内の空間との間でバランス配管７５を介した流体の移動は制限される。逆止弁１００が閉の間は、バランスディスク７１にはＦ２方向の推力が加わることはなく、Ｆ１方向の推力が加わるのみである。したがって、回転しているバランスディスク７１と静止しているバランスシート７２との対向面において両者が接触することを抑制することができる。
【００３９】
多段ポンプ２００が定格運転し、吐き出し圧力が安定すると、吐き出し側の圧力が上昇し、バランス空間７３内の圧力が吸い込みケーシング１０内の空間より上昇する。すると、逆止弁１００が開き、バランス空間７３と吸い込みケーシング１０内の空間は、バランス配管７５によって連通する。その結果、バランス空間７３内の圧力と、吸い込みケーシング１０内の空間内の圧力とは、実質的に同一となり回転軸１をバランスさせることができる。
【００４０】
また、本実施形態の多段ポンプ２００は、流体の圧力が設定値以上になったら流体を外部へ放出する安全弁１１０を備える。安全弁１１０は、バランス空間７３と逆止弁１００との間に設けられる。具体的には、安全弁１１０は、バランス配管７５のバランス空間７３と逆止弁１００との間に設けられる。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば、バランス空間７３の圧力上昇に起因してバランスディスク７１とバランスシート７２とが接触することを抑制することができる。すなわち、多段ポンプ２００の運転中に、逆止弁１００の弁体が閉止側で動作不能となった場合には、バランス空間７３の圧力が上昇してバランスディスク７１とバランスシート７２とが接触するおそれがある。その場合には、回転軸１が回転不能となり、多段ポンプ２００を駆動する電動機が過電流となって停止するおそれがある。これに対して、本実施形態の多段ポンプ２００は、バランス空間７３の圧力上昇を避けるためにバランス空間７３と逆止弁１００との間に設けられた安全弁１１０を備える。したがって、多段ポンプ２００の運転中に逆止弁１００の弁体が閉止側で動作不能となった場合であっても、流体の圧力が設定値以上になったらその流体をバランス配管７５の外部へ放出することができる。その結果、本実施形態によれば、バランス空間７３の圧力上昇に起因してバランスディスク７１とバランスシート７２とが接触することを抑制することができる。
【００４２】
なお、図２の実施形態は、バランスディスク７１とバランスシート７２とを備えるバランス機構７０を有する多段ポンプ２００を一例に説明したが、これには限定されない。図３は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。図３に示す多段ポンプ３００は、バランスピストンによるバランス機構を備えている。図３の多段ポンプ３００において、図２の多段ポンプ２００と同様の機能を有する部品については図２と同様の符号が付されて説明
が省略される。
【００４３】
多段ポンプ３００は、バランス機構３６０を備える。バランス機構３６０は、吐き出しケーシング３０の内部のバランス空間３６２に配置されている。バランス機構３６０は、回転軸１に取り付けられて回転軸１と一体に回転するバランスピストン３２０を備える。また、バランス機構３６０は、吐き出しケーシング３０に取り付けられてバランスピストン３２０の外周面に対向配置されたバランスブッシング３１０を備える。
【００４４】
バランス機構３６０は、羽根車２の吸い込み側と吐き出し側の圧力差に起因して発生するスラスト力を支持することによって、回転軸１に作用するスラスト力をバランスさせる機能を有する。羽根車２によって昇圧された液体は、バランスピストン３２０とバランスブッシング３１０との間の微小な隙間を通り、バランス空間３６２に流入するようになっている。
【００４５】
また、多段ポンプ３００は、回転軸１を軸支するすべり軸受３７０を備える。すべり軸受３７０は、回転軸１に取り付けられて回転軸１と一体に回転するスラストディスク３４０と、スラストディスク３４０の液体流入側に対向配置されたスラストシート３３０と、を備える。多段ポンプ３００の運転中には、給油ポート３５０を介してすべり軸受３７０へ油が供給される。すべり軸受３７０は、多段ポンプ３００の運転中には、スラストディスク３４０とスラストシート３３０との接触によって回転軸１に作用するスラスト力を支持する。
【００４６】
本実施形態の多段ポンプ３００によれば、スラストディスク３４０とスラストシート３３０との接触を抑制することができる簡素な構造を実現することができる。すなわち、多段ポンプ３００の停止中に他のポンプなどによって多段ポンプ３００の内部に通水する場合、吸い込み側の圧力は、多段ポンプ３００の内部を通る際に多段の羽根車２の管路抵抗によって減圧され、減圧された圧力がバランスピストン３２０の一方の面にかかる。一方、バランス配管７５を介した流体の通流に着目すると、逆止弁１００が設けられていない場合には、バランス配管７５は形状が単純なため、吸い込み側の圧力は、ほぼ管路抵抗なしにバランス配管を介してバランスピストン３２０の他方の面にかかる。すると、バランスピストン３２０にかかる圧力差に起因してバランスピストン３２０及び回転軸１は、軸方向推力と同じ方向に押圧される。その結果、すべり軸受３７０においては、スラストディスク３４０がスラストシート３３０の方へ押圧され、スラストディスク３４０とスラストシート３３０が接触するおそれがある。例えば、多段ポンプ３００の起動時には、すべり軸受３７０に十分な油が供給されていない場合がある。この場合、スラストディスク３４０とスラストシート３３０とが接触した状態で多段ポンプ３００を起動すると、すべり軸受３７０の油膜形成不良によりスラストディスク３４０とスラストシート３３０とが焼き付くおそれがある。
【００４７】
これに対して、本実施形態の多段ポンプ３００は逆止弁１００を備えているので、吸い込みケーシング１０内の空間からバランス配管７５を介してバランス空間３６２へ流体が通流するのが阻止される。その結果、バランスピストン３２０及び回転軸１には軸方向推力とは反対の方向の推力が加わるのみである。その結果、スラストディスク３４０とスラストシート３３０が接触することを防止することができるので、スラストディスク３４０とスラストシート３３０とが焼き付くことを防止することができる。
【００４８】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく
、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１  回転軸
２  羽根車
３  ポンプケーシング
１０  吸い込みケーシング
１１  吸い込みポート
２０  吸い込みボリュート
２５  側室
３０  吐き出しケーシング
３１  吐き出しポート
５０  中間ケーシング
７０，３６０  バランス機構
７１  バランスディスク
７２  バランスシート
７３，３６２  バランス空間
７５  バランス配管
１００  逆止弁
１１０  安全弁
２００，３００  多段ポンプ
３１０  バランスブッシング
３２０  バランスピストン
【図１Ａ】
0006420701.tif 000002
【図１Ｂ】
0006420701.tif 000003
【図１Ｃ】
0006420701.tif 000004
【図２】
0006420701.tif 000005
【図３】
0006420701.tif 000006