(57)【要約】【課題】静圧軸受や軸スラスト平衡装置を有するポンプ装置について、液体の内部循環量を減らしてポンプ効率の向上を図る。【解決手段】ポンプ装置は、モータ室３０に配置の駆動用のモータ２０、モータに接続の回転軸２２、回転軸に装着の羽根車２３、および回転軸を支持する軸受２４、２５、２６を備え、また軸受へのスラスト荷重を低減させるための軸スラスト平衡装置３３を備える。このようなポンプ装置について、羽根車による昇圧前の液体の圧力をＰ４とするとして、前記モータ室の圧力を、軸スラスト平衡装置におけるバランスディスク３４の背面部３８に加わる圧力Ｐ２よりも低く、羽根車による昇圧前の液体の圧力Ｐ４よりも高い圧力Ｐ３に保つようにしている。【選択図】図１
2005320906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ室に配置の駆動用のモータ、前記モータに接続された回転軸、前記回転軸に装着され、前記モータによる回転駆動で液体の昇圧をなす羽根車、および前記回転軸を支持する軸受を備えるとともに、前記軸受へのスラスト荷重を低減させるための軸スラスト平衡装置を備え、前記軸スラスト平衡装置にはバランスディスクが設けられ、前記バランスディスクは、前記回転軸に装着され、この回転軸への装着状態で前記羽根車の配置側に臨む前面部を有するとともに前記前面部の反対側である背面部を有するように形成され、そして前記軸スラスト平衡装置は、前記モータ室の側に前記バランスディスクに沿って漏出させられる前記羽根車による昇圧液体にて、前記バランスディスクの前記前面部に圧力Ｐ１が加えられる一方で、前記バランスディスクの前記背面部に前記圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２が加えられることにより、前記スラスト荷重低減作用を発揮するようにされているポンプ装置において、
前記羽根車による昇圧前の液体の圧力をＰ４とするとして、前記モータ室の圧力を前記圧力Ｐ２よりも低く、前記圧力Ｐ４よりも高いＰ３に保つようにされていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記羽根車が複数段で設けられる場合に、前記複数段の羽根車における中間段に前記モータ室を連通させることで前記圧力Ｐ３を保つようにされている請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記モータ室に漏れ出した液体の戻し流路に圧力調整手段を設けることで前記圧力Ｐ３を保つようにされている請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
モータ室に配置の駆動用のモータ、前記モータに接続された回転軸、前記回転軸に装着され、前記モータによる回転駆動で液体の昇圧をなす複数段の羽根車、および前記回転軸を支持する静圧軸受を備え、前記静圧軸受には前記羽根車で昇圧された液体が潤滑液として供給されるようになっているポンプ装置において、
前記静圧軸受の配置位置における雰囲気圧力Ｐａに前記静圧軸受に必要な供給圧力Ｐｂを加えた圧力Ｐｃ（＝Ｐａ＋Ｐｂ）に最も近い圧力を生じている段の羽根車から前記潤滑液の供給をなすようにされていることを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ装置に関し、特に液化天然ガスなどの液化ガスをその貯蔵タンクから汲み上げるなどの場合に貯蔵タンク内に潜没させた状態で用いるのに好適な潜没型のポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化ガス用潜没ポンプ装置は、軸受にかかるスラスト荷重を低減するめの軸スラスト平衡装置を備えているのも一般的である。また液化ガス用潜没ポンプ装置については、軸受の長寿命化を図るために軸受として静圧軸受を用い、その静圧軸受の潤滑液に羽根車で昇圧の液体を用いる自己潤滑とする構造が知られている。このようなポンプ装置につては、例えば特許文献１、２などに開示の例が知られている。
【０００３】
これらの従来におけるポンプ装置の代表的な使用例と構造例を図５と図６に示す。図５は、液化ガスの貯蔵タンクにおける液化ガス液体の汲上げ装置を示している。この汲上げ装置は、液化ガス貯蔵タンク１にそれを突き抜けるように立設される揚液管２を有している。揚液管２には、その下端部に吸込弁３が取り付けられるとともに、この吸込弁３の上側に座面４が設けられ、この座面４で支持させるようにしてポンプ装置５が揚液管２の内部に設置されている。すなわちポンプ装置５は、揚液管２の上端部に設置のヘッドプレート７から吊りワイヤ８で例えば５０ｍといった深さまで吊り下げられ、座面４に着座して液化ガス液体Ｌに潜没するように設置されている。このポンプ装置５の駆動源は電動モータであり、給電ケーブル９により電源が供給される。なお汲上げ装置には揚液管２の設置などの際に用いられる巻上げ機１０が付属させられている。
【０００４】
このような汲上げ装置においてポンプ装置５の運転が開始されると、液化ガス液体Ｌが吸込弁３から吸い込まれてポンプ装置５により昇圧される。ポンプ装置５で昇圧された液化ガス液体Ｌは、ポンプ装置５の外周部に円環状に配列して設けられている複数の吐出口５ｎから吐出された後、図中に矢印で示すように揚液管２の内部を上昇し、揚液管２の途中に設けられている吐出管１１から送り出される。
【０００５】
次にポンプ装置５の構造について図６により説明する。ポンプ装置５は、駆動源として電動のモータ２０を有しており、そのモータ２０の回転子２１に、ポンプ装置５の中心部を上下方向に延びる回転軸２２が貫通状態で接続されている。そしてその回転軸２２に、複数段（図の例では６段）にして設けられる羽根車２３（２３ａ〜２３ｆ）が固定的に装着されている。また回転軸２２にはポンプ装置５への液体の吸込み性能を高めるためのインデューサ２４が最下段の羽根車２３ａの下側で固定的に装着されている。
【０００６】
このような回転軸２２は、例えば３箇所で設けられる静圧軸受、すなわち回転軸２２の上部に設けられた上静圧軸受２４、回転軸２２の中間部に設けられた中静圧軸受２５および回転軸２２の下部に設けられた下静圧軸受２６により半径方向の支持を受けている。このように回転軸２２の軸受に静圧軸受を用いるのは、静圧軸受が制振性に優れしかも長寿命であることからである。各静圧軸受２４〜２６は、羽根車２３で昇圧した液化ガス液体を潤滑液に用いる自己潤滑とされている。具体的にいうと、静圧軸受２４には給液管２７が、静圧軸受２５には給液管２８が、静圧軸受２６には給液管２９がそれぞれ接続され、これらの給液管２７〜２９を通じて高圧吐出液、つまり羽根車２３ａ〜２３ｆで昇圧されて吐出口５ｎから揚液管２に吐出された高圧の液化ガス液体が潤滑液として静圧軸受２４〜２６のそれぞれに供給される。そして静圧軸受２４〜２６に供給される潤滑液は静圧軸受に対する潤滑作用を果たしつつ静圧軸受の外部に排出される。具体的には、上静圧軸受２４と中静圧軸受２５の潤滑液はモータ２０を設置のモータ室３０に排出され、羽根車の間（図の例では最下段の羽根車２３ａとその上の段の羽根車２３ｂとの間）に設けられている下静圧軸受２６の潤滑液はその位置で羽根車の中に排出される。
【０００７】
ここで、静圧軸受の軸受剛性は、潤滑液の粘性や回転軸の回転速度に関係無く、潤滑液の供給圧力に比例して決まる。すなわち静圧軸受では、それに要求される軸受剛性に応じた圧力の潤滑液を供給する必要がある。上記のように従来では最終段の羽根車２３ｆまで昇圧された高圧吐出液を潤滑液に用いるようにしているが、この高圧吐出液の圧力は静圧軸受２４〜２６のそれぞれで必要とする供給圧力よりもかなり大きいのが通常である。そのために高圧吐出液の圧力を必要供給圧力まで下げるべく、給液管２７〜２９のそれぞれに例えばオリフィスやバルブなどの減圧手段が設けられることになる。
【０００８】
また自己潤滑による静圧軸受は、ポンプ装置の起動時や停止時において羽根車による液化ガス液体の昇圧が不十分な状態では安定した軸受作用を発揮できない。そのためポンプ起動時、停止時の補助用として玉軸受３１が上静圧軸受２４に近接して設けられ、また玉軸受３２が中静圧軸受２５に近接して設けられている。ただしこのような玉軸受３１や玉軸受３２は省略される場合もある。
【０００９】
上記のような回転軸２２には、羽根車２３による液化ガス液体への昇圧作用に起因して回転軸２２を下方に引き下げるような軸方向の推力が生じる。また液化ガス用潜没型のように縦軸型の場合には、そこに固着されている回転子２１や羽根車２３の質量と回転軸２２の自重による下方への引き下げ力も回転軸２２に生じる。そこで、これの軸方向推力や引き下げ力に対抗するバランス推力を回転軸２２に加えることで静圧軸受や玉軸受へのスラスト荷重を低減する軸スラスト平衡装置３３が設けられている。
【００１０】
軸スラスト平衡装置３３は、回転軸２２に固定的に装着されたバランスディスク３４と、このバランスディスク３４の側面と後部を覆うようにしてポンプ装置５のケーシング３５に固定されたハウジング３６とを組み合わせた構成とされている。なおバランスディスク３４は、バランスディスクピストンと呼ばれ、あるいはバランスドラムないしバランスドラムピストンなどと呼ばれる場合もある。
【００１１】
バランスディスク３４は、羽根車２３の配置側に臨む側に前面部３７を有し、その反対側に背面部３８を有した構造とされ、その背面部３８は、ハウジング３６との間でバランス室３９を形成するようにされている。このバランスディスク３４は、その前面部３７に最終段の羽根車まで昇圧された液化ガス液体による高い圧力Ｐ１を受ける一方で、その背面部３８に圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２を受け、これらＰ１とＰ２の圧力差により上記のバランス推力を発生させる。圧力Ｐ２は、高圧の液化ガス液体がバランスディスク３４とハウジング３６の間の微小な隙間（図示を省略）を通って漏れ出してバランス室３９に入り込み、さらにバランス室３９からモータ室３０に漏れ出すことにより生成される。具体的には、バランスディスク３４の背面部３８とハウジング３６の間には微小な隙間（図示を省略）が形成されており、この隙間による漏出抵抗に応じて圧力Ｐ２が生成される。すなわち圧力Ｐ２が小さくなって回転軸２２が上方に動くと上記隙間の幅が狭くなり、これにより漏出抵抗が増大することで圧力Ｐ２が上昇して回転軸２２を下方の押し下げ、一方、圧力Ｐ２が大きくなって回転軸２２が下方に動くと上記隙間の幅が広くなり、これにより漏出抵抗が減少することで圧力Ｐ２が低下して回転軸２２を上方に押し上げる、というバランス作用がバランスディスク３４に働く。
【００１２】
バランスディスク３４を介してモータ室３０に漏出した液体は、同じくモータ室３０に排出される静圧軸受２５や静圧軸受２４からの液体と合流しながらモータ２０の冷却を行う。そしてモータ室３０における液体は、漏・排出液の戻り流路用としてモータ室３０に接続されている戻り管４０により揚液管２の吸込弁３の近傍から図６における貯蔵タンク１に戻される。
【００１３】
【特許文献１】特表２００１−５０３１１８号公報
【特許文献２】特開昭５８−１９２９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のようなポンプ装置にあっては、静圧軸受の自己潤滑に用いられる液体と軸スラスト平衡装置のバランス作用に用いられる液体がポンプ装置と液体の貯蔵タンクの間で内部循環することになる。そしてこのような液体の内部循環はポンプ装置の効率を低下させ、その結果として、図７に示すように全揚程の不足を補うために羽根車の外径を大きくせざるを得ず、延いてはポンプ装置の大型化と高コスト化をもたらす。なお図７中の「漏れ」は内部循環に相当する。
【００１５】
液体の内部循環によるポンプ効率の低下について解析すると、ポンプ効率低下の程度には二つの要因が関係していることが分る。すなわち一つは液体の内部循環量であり、他の一つは内部循環液体の循環経路である。液体の内部循環量は、静圧軸受からの潤滑液の排出量とバランスディスクでの液体の漏れ量で決まる。静圧軸受からの潤滑液の排出量は、静圧軸受で必要な供給圧力で決まり、したがって固定的なものとなる。一方、バランスディスクでの液体の漏れ量は、バランスディスクにおけるバランス用圧力（バランス室の圧力）とモータ室の圧力との圧力差に相関し、その圧力差が大きいほど多くなる。このバランスディスクにおける液体の漏れ量に影響する圧力差を従来のポンプ装置についてみると、従来のポンプ装置では、バランスディスクからモータ室に漏れ出す液体を貯蔵タンクに直接戻すようにしており、したがってモータ室の圧力は貯蔵タンク内の圧力、つまり羽根車による昇圧前の液体の圧力Ｐ４（これは貯蔵タンク内の液体の飽和蒸気圧と同じであるのが通常で、液化ガスの場合には大気圧より低くなる）とほぼ等しいことになり、バランス用圧力に対して大きな圧力差を生じている。このため従来のポンプ装置では、バランスディスクからの漏れ量が徒に多くなる結果を招いている。
【００１６】
また従来のポンプ装置は、内部循環液体の循環経路についても問題を残している。すなわち従来のポンプ装置では、最終段の羽根車まで昇圧された高圧吐出液体を静圧軸受に供給し、またバランスディスクからモータ室に漏れ出す液体と静圧軸受からモータ室に排出される液体をともに貯蔵タンクに直接戻すようにしている。このため内部循環液体がインデューサと羽根車の全段を循環する結果となり、したがってポンプ効率の低下も大きくなる。この点について、特許文献１に開示のサブマージドモータポンプでは、中間段の羽根車から静圧軸受に潤滑液を供給するようにしている。この構造は、内部循環に関与する羽根車の段数を少なくして内部循環による損失を低減できる。しかし、それは潤滑液を取り出す羽根車より後段の羽根車についてだけであり、未だ不十分なものがある。
【００１７】
本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、静圧軸受や軸スラスト平衡装置を有するポンプ装置について、液体の内部循環量をできるだけ減らしてポンプ効率の向上を図れるようにすることを目的とし、また内部循環液体の循環経路をできるだけ短くしてポンプ効率の向上を図れるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的のために本発明では、モータ室に配置の駆動用のモータ、前記モータに接続された回転軸、前記回転軸に装着され、前記モータによる回転駆動で液体の昇圧をなす羽根車、および前記回転軸を支持する軸受を備えるとともに、前記軸受へのスラスト荷重を低減させるための軸スラスト平衡装置を備え、前記軸スラスト平衡装置にはバランスディスクが設けられ、前記バランスディスクは、前記回転軸に装着され、この回転軸への装着状態で前記羽根車の配置側に臨む前面部を有するとともに前記前面部の反対側である背面部を有するように形成され、そして前記軸スラスト平衡装置は、前記モータ室の側に前記バランスディスクに沿って漏出させられる前記羽根車による昇圧液体にて、前記バランスディスクの前記前面部に圧力Ｐ１が加えられる一方で、前記バランスディスクの前記背面部に前記圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２が加えられることにより、前記スラスト荷重低減作用を発揮するようにされているポンプ装置において、前記羽根車による昇圧前の液体の圧力をＰ４とするとして、前記モータ室の圧力を前記圧力Ｐ２よりも低く、前記圧力Ｐ４よりも高いＰ３に保つようにされていることを特徴としている。
【００１９】
また本発明では、上記のようなポンプ装置について、前記羽根車が複数段で設けられる場合に、前記複数段の羽根車における中間段に前記モータ室を連通させることで前記圧力Ｐ３を保つようにしている。
【００２０】
また本発明では、上記のようなポンプ装置について、前記モータ室に漏れ出した液体の戻し流路に圧力調整手段を設けることで前記圧力Ｐ３を保つようにしている。
【００２１】
また本発明では上記他の目的のために、モータ室に配置の駆動用のモータ、前記モータに接続された回転軸、前記回転軸に装着され、前記モータによる回転駆動で液体の昇圧をなす複数段の羽根車、および前記回転軸を支持する静圧軸受を備え、前記静圧軸受には前記羽根車で昇圧された液体が潤滑液として供給されるようになっているポンプ装置において、前記静圧軸受の配置位置における雰囲気圧力Ｐａに前記静圧軸受に必要な供給圧力Ｐｂを加えた圧力Ｐｃ（＝Ｐａ＋Ｐｂ）に最も近い圧力を生じている段の羽根車から前記潤滑液の供給をなすようにされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、昇圧前の液体の圧力よりも高い圧力をモータ室に保つようにしている。このため、モータ室の圧力とバランスディスクのバランス室における圧力との圧力差を従来の場合よりも小さくすることができ、その結果としてバランスディスクからの液体の漏れ量を低減させてポンプ効率を高めることができる。
【００２３】
また本発明では、雰囲気圧力と供給圧力で決まる圧力に最も近い圧力を生じている段の羽根車から静圧軸受に潤滑液を供給するようにしている。このため静圧軸受の潤滑における内部循環液体の循環経路を短くすることができ、ポンプ効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。図１に一実施形態による液化ガス用潜没型のポンプ装置の構成を示す。このポンプ装置は、その使用形態と基本的な構成については上で説明した従来のポンプ装置と共通する。したがって以下の説明では、使用形態については上での説明を援用し、従来のポンプ装置と共通する構成要素については図６におけるのと同一の符号を付し、それらについての説明は上での説明を援用するものとして適宜省略している。
【００２５】
図１に示したポンプ装置５０は、モータ室３０の圧力保持構造と静圧軸受２４〜２６それぞれへの潤滑液の供給構造に特徴がある。まずモータ室の圧力保持構造について説明する。モータ室３０では、上静圧軸受２４や中静圧軸受２５から排出される液体と軸スラスト平衡装置３３のバランスディスク３４により漏れ出す液体が合流してモータ２０の冷却に働く。本発明では、このモータ室３０の圧力、つまりモータ室３０における液体の圧力を適切な圧力に保つようにしている。そのために図１の例では、モータ室３０における液体を戻り管５１で中間段の羽根車に戻すようにすることで、モータ室３０を中間段の羽根車に連通させるようにしている。
【００２６】
モータ室３０に保持させる「適切圧力」は、バランスディスク３４のバランス室３９における圧力Ｐ２に相関する。すなわちバランスドラム３４によるバランス作用はバランスディスク３４のバランス室３９からバランス作用のための液体がモータ室３０に漏れ出すことで得られる。したがって、この漏れ出しを必要な範囲でなさせることのできる圧力差ＰΔをバランス室３９の圧力Ｐ２とモータ室３０の圧力Ｐ３との間に生じさせる必要があり、このことが「適切圧力」を規定する要件の一つとなる。より具体的には、圧力差ＰΔをバランス室３９の圧力とモータ室３０の圧力との間に生じさせる範囲で、できるだけバランス室３９の圧力に近い圧力として「適切圧力」が導かれる。したがってモータ室３０の圧力Ｐ３は、羽根車による昇圧前の液体の圧力Ｐ４との関係も含めて、Ｐ２−ＰΔ＝Ｐ３＞Ｐ４を満足させることを一つの要件として設定される。本実施形態の場合のようにモータ室３０に静圧軸受からの潤滑液の排出がある場合には、このこともモータ室３０の「適切圧力」に関与する。これについては後述する。
【００２７】
本実施形態の場合は、モータ室３０の適切圧力が３段目の羽根車２３ｃにおける圧力程度であることから、モータ室３０における液体を戻り管５１で３段目の羽根車２３ｃに戻すようにし、これによりモータ室３０を３段目の羽根車２３ｃに連通させることで、モータ室３０の圧力を３段目の羽根車２３ｃにおける圧力とほぼ同じにするようにしている。
【００２８】
次に、静圧軸受への潤滑液の供給構造について説明する。本発明では、静圧軸受２４〜２６それぞれの配置位置における雰囲気圧力Ｐａに静圧軸受２４〜２６それぞれで必要な供給圧力Ｐｂを加えた圧力Ｐｃ（＝Ｐａ＋Ｐｂ）に最も近い圧力を生じている段の羽根車であり、当該羽根車における圧力をＰｘとした場合に、Ｐｃ≦Ｐｘという条件を満たす羽根車から潤滑液を各静圧軸受に供給することを基本とする。図１の具体的な例では、上静圧軸受２４と中静圧軸受２５それぞれの必要供給圧力Ｐｂが羽根車２段の昇圧圧力程度であり、上静圧軸受２４と中静圧軸受２５の雰囲気圧力Ｐａを与えるモータ室３０の圧力が上述のように３段目の羽根車２３ｃにおける圧力とほぼ同じになっている。このため、上静圧軸受２４と中静圧軸受２５には、給液管５２により５段目の羽根車２３ｅから潤滑液を供給するようにしている。具体的には、給液管５２の導入端５４を５段目の羽根車２３ｅに臨ませ、羽根車２３ｅまでで昇圧された液体を潤滑液用としてその導入端５４から導入する。そして給液管５２に設けてある中静圧軸受２５用の供給端５５と上静圧軸受２４用の供給端５６のそれぞれから各静圧軸受２４、２５に潤滑液を供給する。
【００２９】
一方、下静圧軸受２６はその必要供給圧力Ｐｂが羽根車１段の昇圧圧力程度であり、その雰囲気圧力Ｐａは、１段目の羽根車２３ａにおける圧力である。このため下静圧軸受２６には、給液管５３により２段目の羽根車２３ｂから潤滑液を供給するようにしている。具体的には、給液管５３の導入端５７を２段目の羽根車２３ｂに臨ませ、羽根車２３ｂまで昇圧された液体を潤滑液用としてその導入端５４から導入し、これを供給端５８から下静圧軸受２６に供給する。
【００３０】
以上のような静圧軸受への潤滑液の供給構造においては、モータ室３０に静圧軸受からの潤滑液の排出がある場合、静圧軸受に対する雰囲気圧力Ｐａを与えるということでもモータ室３０の圧力が問題になる。したがって、モータ室３０が静圧軸受の雰囲気圧力Ｐａを与える場合には、その雰囲気圧力Ｐａに静圧軸受で必要な供給圧力Ｐｂを加えた圧力Ｐｃを少なくとも最終段の羽根車から得られる、という条件を満足させるようモータ室３０の圧力を設定する必要があり、このことがモータ室３０における「適切圧力」の規定要因の他の一つとなる。
【００３１】
以上のような構造とすることにより次のような効果が得られる。一つは液体の内部循環量の低減である。すなわち、モータ３０の圧力を上記のような要件から導かれる適切圧力に保つようにすることにより、モータ室３０の圧力とバランスディスク３４のバランス室３９における圧力との圧力差をバランス作用のための液体の漏れ出しをなさせるのに必要最小限なＰΔの程度にとどめ、従来の場合よりも大幅に小さくすることができる。この結果、バランスディスク３４からの液体の漏れ量が低減し、したがって液体の内部循環量が低減し、ポンプ効率を高めることができる。
【００３２】
他の一つは液体の内部循環経路の短縮である。すなわち、本実施形態のようにモータ室３０の液体を戻り管５１で中間段の羽根車に戻すことでモータ室３０の適切な圧力を保持する構造は、軸スラスト平衡装置３３に必要なバランス作用のための液体の内部循環経路を短くすることにつながる。また静圧軸受への潤滑液の供給を、静圧軸受の雰囲気圧力との関係で静圧軸受に必要となる圧力を生じている段の羽根車から行うようにすることにより、潤滑液用の液体の内部循環経路を短くすることができる。特に、本実施形態のように、特定の羽根車から潤滑液を供給する構造とモータ室の液体を中間段の羽根車に戻す構造を組み合わせる場合には内部循環経路を必要最小限にすることができる。そしてこれらによる液体の内部循環経路の短縮によってもポンプ効率を高めることができる。
【００３３】
さらに他の一つとして、静圧軸受への潤滑液の供給に関する設計の容易化がある。すなわち上述のように従来では最終段の羽根車からの高圧な吐出液体を潤滑液としているために、潤滑液を静圧軸受に導く給液管にオリフィスやバルブなどの減圧手段を設ける必要があり、例えばオリフィスによる場合であれば、オリフィス係数を実験的に求める必要があるなど、その設計に大きな負担を伴っていた。これに対し、本発明では適切に選択した羽根車の段で潤滑液の圧力を設定することができ、潤滑液の供給に関する設計が容易となる。
【００３４】
以下では、上記の内部循環経路の短縮によるポンプ効率の向上について具体的に説明する。図２に示すのは図６の従来のポンプ装置における液体の流れの系統図であり、図３に示すのは図１の本発明によるポンプ装置における液体の流れの系統図である。図２と図３中の各符号は下記の通りである。Ｑ：ポンプ装置による吸込み量（貯蔵タンクからの減少量）とポンプ装置からの吐出し量、Ｑｉｎ：インデューサの流量、Ｑ１〜Ｑ６：各段の羽根車の流量、ｑ１：従来のポンプ装置における下静圧軸受への給液量、ｑ２：従来のポンプ装置における中静圧軸受への給液量、ｑ３：従来のポンプ装置における上静圧軸受への給液量、ｑｂ：従来のポンプ装置におけるバランスディスクにおける漏れ量、ｑ１´：本発明のポンプ装置における下静圧軸受への給液量、ｑ２´：本発明のポンプ装置における中静圧軸受への給液量、ｑ３´：本発明のポンプ装置における上静圧軸受への給液量（上静圧軸受からの排出量）、ｑｂ´：本発明のポンプ装置におけるバランスディスクにおける漏れ量。ここで、「静圧軸受への給液量」は「静圧軸受からの排出量」でもある。
【００３５】
図２のような液体の流れにおける内部循環損失は下記の式（１）で表わせ、また図３のような液体の流れにおける内部循環損失は下記の式（２）で表わせる。そして式（１）と式（２）の差は下記の式（３）となり、これが内部循環経路の短縮による内部循環損失の低減効果となる。このことから各部における損失の差以上に損失低減効果のあることが分る。例えばバランスディスクの場合、漏れの影響が３／６となり、これにバランスドラムにおける上記のような漏れ量の減少が加わることで、大幅な効率向上を図れるようになる。なお式中のＮは羽根車の段数であり、この例の場合はＮ＝６となる。
【００３６】
【数１】
2005320906.tif 000003
【００３７】
【数２】
2005320906.tif 000004
【００３８】
【数３】
2005320906.tif 000005
【００３９】
以上のようなバランスディスクにおける漏れ量の減少や内部循環経路の短縮は、インデューサ２４に対してもよい結果をもたらす。図２と図３の比較から従来のポンプ装置ではそのインデューサ２４における液体の流量がＱｉｎ＝Ｑ＋ｑｂ＋ｑ２＋ｑ３であるのに対し、本発明によるポンプ装置では、そのインデューサ２４における液体の流量がＱｉｎ＝Ｑであり、「ｑｂ＋ｑ２＋ｑ３」の分だけ減少している。このことによる効果について以下説明する。
【００４０】
インデューサの性能曲線を図４に示す。図に見られるようにインデューサの揚程特性は、大きなＱＨ勾配を持つ。そのため、例えばバランスディスクによる液体の漏れや静圧軸受への給液による内部循環損失が１０％だとすれば、設計点から約１３０％の流量でインデューサによる圧力上昇は０となる。すなわちこの流量状態では羽根車にその吸込み性能を高めるための圧力を供給することができなくなる。このため、通常はポンプ装置の運転範囲に十分な安全を取って上限を例えば１２０％前後とし、運転可能な範囲を限定する。もし、１２０％流量を超える運転範囲までポンプを運転する必要がある場合、相似比倍して大きなインデューサを製作することで、設計流量を移動し、大流量側でも運転が可能となるようにすることになる。しかしその場合にはインデューサ周辺の部品もインデューサに合わせて大きくせざるを得ず、その結果として質量の増加やコストの増大を招くことになる。
【００４１】
一方、本発明のようにインデューサの流量を低減することができれば、運転範囲が広がり、例えば１３０％程度の流量域であっても羽根車の吸込み性能を高めるための圧力上昇を実現でき、したがってインデューサを大きくする必要がなくなり、同じ性能においてポンプ装置の小型軽量化と低コスト化を図ることができる。
【００４２】
以上の実施形態では、モータ室の圧力を適切に保つためにモータ室を中間段の羽根車に連通させるようにしていたが、この方式は羽根車の段数が２段以下のような場合には適用できない。そのようなポンプ装置の場合には、モータ室からの液体の戻し流路に例えばオリフィスやバルブなどによる圧力調整手段を設けることでモータ室に適切な圧力を設定できるようにする。この戻し流路に圧力調整手段を設けてモータ室に適切な圧力を設定する方式は、モータ室の圧力とバランスディスクにおけるバランス室の圧力との差圧の微調整が容易であるという利点があり、この利点において、羽根車の段数が十分に多いポンプ装置にも有効である。
【００４３】
また以上の実施形態は、静圧軸受と軸スラスト平衡装置をともに有するポンプ装置に関するものであったが、本発明は静圧軸受と軸スラスト平衡装置の何れか一方だけを有するポンプ装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、静圧軸受や軸スラスト平衡装置を有するポンプ装置についてそのポンプ効率を高めることができる。したがって、例えば液化ガスの貯蔵タンクからの汲み上げなどの分野におけるポンプ装置に有効なものとして広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】一実施形態によるポンプ装置の構成を示す図である。
【図２】従来のポンプ装置における液体の流れの系統図である。
【図３】図１のポンプ装置における液体の流れの系統図である。
【図４】インデューサの性能曲線を示す図である。
【図５】液化ガスの貯蔵タンクにおける液化ガス液体の汲上げ装置の従来における代表的な構成を示す図である。
【図６】従来のポンプ装置の代表的な構成を示す図である。
【図７】ポンプ装置の一般的な性能曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
２０    モータ
２２    回転軸
２３    羽根車
２４、２５、２６    静圧軸受
３０    モータ室
３３    軸スラスト平衡装置
３４    バランスディスク
３７    前面部
３８    背面部
【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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