(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み吐出するように構成されたポンプ軸、このポンプ軸を回転駆動する駆動部、前記ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ液化ガスタンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車、この羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴、及び前記ポンプ軸を支持する軸受部を有する液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、
前記ポンプ軸を支持する軸受部は玉軸受を複数列配置して構成され、この複数列配置された玉軸受用のリテーナを設け、この複数列配置玉軸受用リテーナと玉軸受の間に緩衝材を介在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。
【請求項２】
請求項１記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記軸受部の複数列配置玉軸受用リテーナと玉軸受の間の緩衝材を、前記リテーナまたは玉軸受に、固定或いは一体構造と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３】
請求項１または２に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記緩衝材は皿ばねであ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】
請求項１または２に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記緩衝材はコイルばねまたは板ばねの何れかであ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】
請求項１ないし４の何れかに記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記緩衝材、複数列配置玉軸受用リテーナまたは玉軸受の何れかの周方向に、複数個の突起物もしくは凸部を設け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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス用ポンプ装置に係わり、特に液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵する液化ガス用ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガス等の液化ガスを輸送する液化ガス用ポンプ装置には、例えば、液化ガスタンク内で用いられる、タンク内蔵式の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置があり、このような液化ガス用ポンプ装置では、従来、例えば特開平８−２９６５８６号公報に示されるように、静圧軸受および補助用の複列配置玉軸受が採用されている。
【０００３】
ここで、かかる従来の液化ガス用ポンプ装置について、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を例として、図１０を用いて説明する。
【０００４】
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、２は前記液化ガスタンク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、この揚液管２の座面４には、前記の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５が設置されており、６は、前記潜没ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口である。また、揚液管２の頂部には、ポンプ吊上機構を備えたヘッドプレート７が設けられ、８は吊り上げ用ワイヤであり、９は給電ケーブルであり、１０は巻き上げ機である。
【０００５】
前記液化ガスタンク用潜没ポンプ本体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、前記ヘッドプレート７から、前記吊り上げ用ワイヤ８によって、例えば深さ５０ｍ程度にまで吊り下げられて、前記揚液管２の下部の前記座面４に着座して設置される。
【０００６】
また、この液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５には、給電ケーブル９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から吸い込まれて昇圧されてポンプ吐出口６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１１に送り出される。
【０００７】
次に、従来の液化ガス用ポンプ本体の例として、図１１に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ本体図により説明する。
【０００８】
液化ガスタンク用潜没ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、吸込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、これらは一体型構造であり、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、軸受寿命が長く、制振性に優れた自液潤滑される静圧軸受（上静圧軸受５Ｅ、中静圧軸受５Ｆ、下静圧軸受５Ｇ）によって、半径方向に支持されている。また、上静圧軸受５Ｅと中静圧軸受５Ｆには、ポンプ起動・停止時の補助用軸受として、玉軸受（上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ）を設けている。
【０００９】
ポンプが通常運転の状態（揚液管２がポンプ吐出液で満たされている状態）では、玉軸受５Ｈ、５Ｉの代わりに静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇが働くように、例えば特公昭６１−５５５８号公報に示されるようなバランスディスク等からなる軸スラスト平衡装置５Ｍが構成されている。これにより、ポンプ通常運転状態では軸スラスト平衡装置５Ｍの機能により、ポンプ回転軸５Ａが軸方向へ遊動し、中玉軸受５Ｉはハウジング５Ｌから離脱浮上し、中玉軸受５Ｉに負荷されるスラスト荷重はゼロとなる。しかし、ポンプ５を起動した場合、吐出液で揚液管２内が満たされるまでの数分間は、ポンプ５は、所定の吐出圧力よりかなり低い吐出圧力で運転される。この数分間は、液を押し上げるだけのわずかな吐出圧力だけで充分なためである。このため、軸スラスト平衡装置５Ｍは機能せず、ポンプ回転体の重量や、羽根車５Ｃの下向きの推力といった大きなスラスト荷重が中玉軸受５Ｉに負荷される。特に、ポンプの大容量化等によって、揚液管２の大口径化がなされた場合、ポンプ５を起動してから液が揚液管２を満たすまでに要する時間が更に延長し、それに伴い、スラスト荷重が中玉軸受５Ｉに加わる時間も長くなり中玉軸受５Ｉの寿命も短くなる。これに対処するため、中玉軸受５Ｉには、特開平８−２９６５８６号公報に示されている単列玉軸受を複列配置した複列配置玉軸受５Ｉ（以下複列玉軸受と云う）を用い、玉軸受１個当たりに負荷される荷重を低減させている。また、前記複列玉軸受５Ｉは、特願平８−１３９８６４号公報に示されているように、複列玉軸受の間にリングスペーサ５Ｊを介し、リテーナ５Ｋにより玉軸受外輪あるいは内輪を固定し、一体化させ、複列玉軸受のそれぞれの玉軸受への荷重の等分配を確保している。尚、玉軸受内輪をポンプ回転軸５Ａと固定する場合には外輪を、外輪をハウジング５Ｌと固定する場合には内輪を、それぞれリテーナ５Ｋにより固定する方法を取っている。図１１は前者である。また、前記の起動時の数分間は、ポンプ５の吐出圧力が小さいために、静圧軸受５Ｅ、５Ｆ、５Ｇの軸受効果が小さく、回転軸５Ａは静圧軸受と回転軸との隙間一杯に振れ廻る。これらの状態が組合わさると、複列玉軸受内輪を回転軸５Ａに固定する場合を例にとれば、図１２に示すように回転軸５Ａは、複列玉軸受用リテーナ５Ｋの下面着座面を支点として振れ廻るような歳差運動を行う。この歳差運動の状態では、リテーナ５Ｋ下面着座面が全面で着座せず点接触の状態で着座し、多大なスラスト荷重を回転軸が傾いた状態で受けるため、前記複列玉軸受５Ｉに不安定な荷重がかかる状態となり、前記複列玉軸受５Ｉの摩耗を増加させ、軸受寿命が低下する。リテーナ５Ｋ下面着座面で、全面接触したとしても、複列玉軸受では角すきまが小さく、シャフトが歳差運動することにより、玉軸受の玉に不安定な挙動が生じ、摩耗を増加させる。これに対処するため、特開平９−２１２９２７号公報、特開平９−３５６６７１号公報に示されている緩衝材または緩衝構造をリテーナ５Ｋと回転軸５Ａの間、リテーナ５Ｋとハウジング５Ｌの間等に介在させることで、前記歳差運動が起きた場合においても、傾きに緩衝材または緩衝構造が追従し、これによって、複列配置玉軸受の異常摩耗を防止している。従来の技術では、歳差運動に対する緩衝材または緩衝構造を複列玉軸受用リテーナ５Ｋの外側に設けていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における軸受部は、歳差運動による摩耗増加に対処していたが、度重なる歳差運動により、緩衝材が破損した場合、部片が流出してしまい、緩衝材部片流出に対する信頼性の向上が要求されていた。
【００１１】
本発明は、ポンプ装置軸受部の緩衝材の位置を、複数列配置玉軸受用リテーナの内側に設けることで、緩衝材部片流出に対する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を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に挿入され、液化ガスタンクからの液化ガスを吸い込み吐出する、ポンプ軸と、該ポンプ軸を回転駆動する駆動部と、ポンプ軸に沿って駆動部よりも下方の位置に設けられ液化ガスタンクから吸い込んだ液化ガスを昇圧する羽根車と、羽根車で昇圧した液化ガスを吐出する吐出穴と、ポンプ軸を支持する複数の軸受等を有する液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記ポンプ本体の前記軸受部に単列軸受を複数列配置し、この複数列配置玉軸受用のリテーナと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間に緩衝材を介在させる、ことによって達成される。
【００１３】
ポンプ起動時、液化ガスが揚液管を満たし所定の吐出圧力となり、スラスト平衡装置が作用するまでの数分間、軸受に負荷されるスラスト荷重に対して、玉軸受１個当たりに負荷する荷重を低減させ、軸受長寿命化を図るために複数列配置した玉軸受に関し、該複数列配置玉軸受用リテーナと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間に緩衝材を介在させることによって、ポンプ回転軸の振れ廻りによる歳差運動が起きた場合においても、軸の傾きに、緩衝材が追従し、これによって、複数列配置玉軸受の異常摩耗を防止し、更に軸受長寿命に対する信頼性の向上を図ると共に、緩衝材破損時の部片流出に対する信頼性の向上を図る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例として、図１０、図１１で説明した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に本発明を適用した場合のポンプ本体断面図である。また、図２は図１に示すポンプ本体の中軸受部分の拡大図であり、図３から図９は、本発明の各種の実施例として、図１０、図１１で説明した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に本発明を適用した場合のポンプの中軸受部の断面図である。図中、図１０及び図１１と同一符号のものは、従来技術と同等部分であり、図１には示していないが、図１０と同じように液化ガスタンク、吐出管等が存在することは云うまでもない。
【００１６】
図１に示す本実施例の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、液化ガスタンク内に垂下された揚液管２と、揚液管２の底部座面４に設置されたポンプ本体５からなる。揚液管の底部には、吸込弁３が取り付けられ、ここより液化ガスを吸い込み、前記ポンプ本体５の外周に設けられた複数の吐出口６から溶液管２内部に吐出される。ポンプ本体５の構造は、ポンプ回転軸５Ａに、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、これらは一体型構造であり、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は、自液潤滑される静圧軸受（上静圧軸受５Ｅ、中静圧軸受５Ｆ、下静圧軸受５Ｇ）によって、半径方向に支持されている。また、上静圧軸受５Ｅと中静圧軸受５Ｆには、ポンプ起動・停止時の補助用軸受として、玉軸受（上玉軸受５Ｈ、中玉軸受５Ｉ）を設けている。中軸受付近の拡大図を図２に示す。
【００１７】
中玉軸受５Ｉの内輪を、ポンプ回転軸５Ａと固定する方法を取った場合、ポンプが通常運転の状態では、軸スラスト平衡装置５Ｍによるポンプ回転軸５Ａの軸方向への遊動により、中玉軸受５Ｉはハウジング５Ｌから離脱（浮上）し、中玉軸受５Ｉに負荷されるスラスト荷重はゼロとなる。しかし、ポンプ５を起動した場合、吐出液で揚液管２内が満たされるまでの数分間は、ポンプ５は、所定の吐出圧力よりかなり低い吐出圧力で運転されるため、軸スラスト平衡装置５Ｍは機能せず、ポンプ回転体の重量や、羽根車５Ｃの下向きの推力といった大きなスラスト荷重が中玉軸受５Ｉに負荷される。このため、中玉軸受５Ｉには、単列玉軸受を複数列配置した複数列配置玉軸受５Ｉ（以下複数列玉軸受と云う）を用い、玉軸受１個当たりに負荷される荷重を低減させている。また、前記複数列玉軸受５Ｉは、複数列玉軸受の間にリングスペーサ５Ｊを介してリテーナ５Ｋにより玉軸受外輪を固定し一体化させ、複数列玉軸受のそれぞれの玉軸受への荷重の等分配を確保している。しかし、図１２に示すように、ポンプ起動後の数分間は、回転軸５Ａは、複数列玉軸受用リテーナ５Ｋの下面着座面を支点として振れ廻るような歳差運動を行う。
【００１８】
従来、歳差運動の状態では、複数列玉軸受５Ｉの内輪を、回転軸５Ａと固定する方法を取った場合、複数列玉軸受用リテーナ５Ｋ下面着座面と該リテーナが着座する相手側ハウジング５Ｌ着座面との間に、複数列玉軸受５Ｉの外輪を、ハウジング５Ｌと固定する方法を取った場合、該リテーナ上面着座面と該リテーナに着座する相手側回転軸５Ａの着座面との間に、緩衝材又は緩衝構造を介在させることにより、複数列玉軸受ヘ負荷される不安定な荷重を低減させ、複数列玉軸受の異常摩耗を防止していた。しかし前記の従来の構造では、度重なる歳差運動により、緩衝材が破損した場合、部片の流出を引き起こすこととなる。本発明では、複数列玉軸受用リテーナ５Ｋと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間に緩衝材を介在させることを特徴としており、図１、図２及び図３に示す実施例では、複数列玉軸受用リテーナ５Ｋと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間に緩衝材として、皿ばね１２Ａを設けている。これによって、ポンプ回転軸の歳差運動が起きた状態においても、皿ばね１２Ａがたわむことでポンプ回転軸５Ａの傾きに追従し、歳差運動を緩衝させ、歳差運動時に複数列玉軸受へ負荷される不安定な荷重を低減させ、複数列玉軸受の異常摩耗を防止することができる。皿ばね１２Ａは、リテーナ５Ｋや玉軸受にネジ等により締結しても良いし、あるいはリテーナ５Ｋや玉軸受と一体構造としても良い。尚、図２に複数列玉軸受５Ｉの内輪を回転軸５Ａに固定した場合を、図３に複数列玉軸受５Ｉの外輪をハウジング５Ｌに固定した場合をそれぞれ示した。本発明は、このどちらの方法にも適用できる。
【００１９】
緩衝材としては、図１、図２、図３に示した皿ばね１２Ａの他にも各種考えられる。図４は、緩衝材としてコイルばね１２Ｂを用いた場合であり、二枚のリングプレートの間に複数のコイルばねを介在させたものを示すが、コイルばねには、リングプレート全周を取り巻く１コイルのばねを用いても良い。また、皿ばね１２Ａの場合と同様、リテーナ５Ｋと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間をコイルばね１２Ｂで締結しても良いし、あるいは一体構造としても良い。
【００２０】
次に、図５に示すのは緩衝材として板ばね１２Ｃを用いた場合であり、図５に示す板ばね１２Ｃは、リング状の板の下面内側をテーパ形状としてばねを形成し、また、リテーナ５Ｋ及び玉軸受との追従性を良くするために、板ばね１２Ｃの周方向に複数の切り込みと凸部１３を設けている。該突起部１３に関しては、図６に示すように、リテーナ５Ｋや玉軸受に設けても良い。板ばねの形状に関しては、図５、図６に示した形状の他に、例えば、図７に示すような形状でも良い。図７に示す板ばね１２Ｃでは、板ばねの下面に板をたわませるために板の厚さを薄くするような、複数の溝を設けており、さらにその板の薄い部分の上面にはリテーナ５Ｋ及び玉軸受との追従性を良くするために、板ばね１２Ｃの周方向に複数の突起部１３を設けている。板ばね１２Ｃの形状は他にもあり得るが、図５、図６、図７に示したような板ばねの考え方であれば良い。また、板ばね１２Ｃは、皿ばね１２Ａ及びコイルばね１２Ｂと同様にリテーナ５Ｋと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間を締結しても良いし、あるいは一体構造としても良い。例として、図８、図９に板ばね１２Ｃの取付け方法の概念図を示す。図８は、板ばね１２Ｃをリテーナ５Ｋと一体構造とした場合であり、複数列玉軸受用リテーナ５Ｋに最初から板ばね１２Ｃを形成させておけばよい。また、図９は板ばね１２Ｃをリテーナ５Ｋにボルト等で締結する場合の一例であり、図９に示す方法は、リテーナ５Ｋを分割し、その間に板ばね１２Ｃを挟んで締結した場合である。図９のように板ばね１２Ｃを締結する方法によれば、簡単に板ばね１２Ｃを交換することもできる。以上述べたように、複数列玉軸受用リテーナ５Ｋと玉軸受の間や複数配列する玉軸受の間に緩衝材として各種のばねを設ける方法があるが、例えば板ばね１２Ｃの下面にコイルばね１２Ｂを介在させるなど組合せて用いてもよい。
【００２１】
以上、本発明について詳しく述べたが、本発明は、他の種類の液化ガス用ポンプ装置の場合、サクションケーシング内にポンプを収納するポット式液化ガス用ポンプ）にも当然適用できる。また、液化ガスに限らず、低温液体等を取り扱うポンプにも有効である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数列玉軸受用リテーナと玉軸受の間に緩衝材として各種のばねを設けるようにしているので、ポンプ起動・停止時に起こるスラスト荷重が、複数列玉軸受に作用した状態での、ポンプ回転軸の歳差運動に緩衝材を追従させることができ、したがって複数列玉軸受の異常摩耗を防止し、更に軸受長寿命に対する信頼性を向上できる。これによって、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の長期安定運転を図ることができると共に、度重なる歳差運動により緩衝材が破損した場合の部片の流出に対する信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す液化ガス用ポンプ本体断面図。
【図２】本発明の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図３】本発明の他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図４】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図６】本発明のさらに他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図７】本発明の実施例を示す図。
【図８】本発明の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図９】本発明の他の実施例を示すポンプ中軸受部拡大図。
【図１０】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体図。
【図１１】従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ本体断面図。
【図１２】ポンプ回転軸の歳差運動説明図。
【符号の説明】
１      液化ガスタンク
１Ａ    タンク天井板
２      揚液管
３      吸込弁
４      座面
５      液化ガス用ポンプ本体
５Ａ    回転軸
５Ｂ    インデューサ
５Ｃ    羽根車
５Ｄ    サブマージドモータロータ
５Ｅ    上静圧軸受
５Ｆ    中静圧軸受
５Ｇ    下静圧軸受
５Ｈ    上補助玉軸受
５Ｉ    中補助玉軸受（複数列配置玉軸受）
５Ｊ    リングスペーサ
５Ｋ    リテーナ
５Ｌ    ハウジング
５Ｍ    軸スラスト平衡装置
６      ポンプ吐出口
７      ヘッドプレート
８      吊上ワイヤ
９      給電ケーブル
１０    巻き上げ機
１１    吐出管
１２Ａ  皿ばね
１２Ｂ  コイルばね
１２Ｃ  板ばね類
１３    突起物あるいは凸部形状
【図１】
0003876512.tif 000002
【図２】
0003876512.tif 000003
【図３】
0003876512.tif 000004
【図４】
0003876512.tif 000005
【図５】
0003876512.tif 000006
【図６】
0003876512.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003876512.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003876512.tif 000011
【図１１】
0003876512.tif 000012
【図１２】
0003876512.tif 000013