(57)【要約】【課題】大型の高圧多段ポンプと同様の性能を有する安価な多段ポンプを提供する。【解決手段】多段ポンプは、低圧側ポンプ部７Ａと、低圧側ポンプ部７Ａで昇圧された液体をさらに昇圧する高圧側ポンプ部７Ｂとを備える。低圧側ポンプ部７Ａは、複数段の低圧側羽根車２Ａと、複数段の低圧側羽根車２Ａを収容する低圧側ポンプケーシング３Ａと、複数段の低圧側羽根車２Ａを回転させる低圧側原動機１０Ａとを備える。高圧側ポンプ部７Ｂは、複数段の高圧側羽根車２Ｂと、複数段の高圧側羽根車２Ｂを収容する高圧側ポンプケーシング３Ｂと、複数段の高圧側羽根車２Ｂを回転させる高圧側原動機１０Ｂとを備える。低圧側原動機１０Ａは高圧側原動機１０Ｂよりも出力トルクが小さな原動機であり、低圧側ポンプケーシング３Ａの厚さは高圧側ポンプケーシング３Ｂの厚さよりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧側ポンプ部と、
前記低圧側ポンプ部で昇圧された液体をさらに昇圧する高圧側ポンプ部とを備え、
前記低圧側ポンプ部は、複数段の低圧側羽根車と、前記複数段の低圧側羽根車を収容する低圧側ポンプケーシングと、前記複数段の低圧側羽根車を回転させる低圧側原動機とを備え、
前記高圧側ポンプ部は、複数段の高圧側羽根車と、前記複数段の高圧側羽根車を収容する高圧側ポンプケーシングと、前記複数段の高圧側羽根車を回転させる高圧側原動機とを備え、
前記低圧側原動機は前記高圧側原動機よりも出力トルクが小さな原動機であり、
前記低圧側ポンプケーシングの厚さは前記高圧側ポンプケーシングの厚さよりも小さいことを特徴とする多段ポンプ。
【請求項２】
前記低圧側ポンプケーシングは一重壁構造を有し、前記高圧側ポンプケーシングは二重壁構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の多段ポンプ。
【請求項３】
前記高圧側ポンプケーシングの二重壁構造は、中胴および外胴を有しており、前記低圧側ポンプケーシングの一重壁構造は、前記中胴と同一の構成および大きさを有したケーシングから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の多段ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を加圧して移送する多段ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を高い圧力で移送することができるポンプとして、高圧多段ポンプがある。高圧多段ポンプは回転軸に取り付けられた複数段の羽根車を備えている。回転軸の端部は原動機（例えば電動機）に連結され、この原動機により回転軸および羽根車が回転される。高圧多段ポンプには大型のものがあり、このような大型の高圧多段ポンプには大きなトルクを発生できる大型の原動機が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、原動機の価格は、一般に、出力トルクに依存して上昇する。したがって、大きなトルクを発生させることができる大型の原動機は非常に高価である。さらに、このような大型の高圧多段ポンプでは、液体の高圧に耐えるために、羽根車を収容するポンプケーシングをその全長において厚くする必要がある。このような事情から、大型の原動機を備えた大型の高圧多段ポンプは、高価なものとなっていた。
【０００５】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、大型の高圧多段ポンプと同様の性能を有する安価な多段ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、低圧側ポンプ部と、前記低圧側ポンプ部で昇圧された液体をさらに昇圧する高圧側ポンプ部とを備え、前記低圧側ポンプ部は、複数段の低圧側羽根車と、前記複数段の低圧側羽根車を収容する低圧側ポンプケーシングと、前記複数段の低圧側羽根車を回転させる低圧側原動機とを備え、前記高圧側ポンプ部は、複数段の高圧側羽根車と、前記複数段の高圧側羽根車を収容する高圧側ポンプケーシングと、前記複数段の高圧側羽根車を回転させる高圧側原動機とを備え、前記低圧側原動機は前記高圧側原動機よりも出力トルクが小さな原動機であり、前記低圧側ポンプケーシングの厚さは前記高圧側ポンプケーシングの厚さよりも小さいことを特徴とする多段ポンプである。
【０００７】
本発明の好ましい態様は、前記低圧側ポンプケーシングは一重壁構造を有し、前記高圧側ポンプケーシングは二重壁構造を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記高圧側ポンプケーシングの二重壁構造は、中胴および外胴を有しており、前記低圧側ポンプケーシングの一重壁構造は、前記中胴と同一の構成および大きさを有したケーシングから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
低圧側原動機は高圧側原動機よりも小さなトルクで低圧側羽根車を回転させる原動機であり、上述した大型の原動機よりも安価である。さらに、低圧側ポンプケーシングの厚さは高圧側ポンプケーシングの厚さよりも小さくできるため、多段ポンプの製造コストを低減することができる。したがって、多段ポンプの価格を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る多段ポンプを示す模式断面図である。
【図２】低圧側ポンプ部のスラストバランス機構を示す模式図である。
【図３】図２に示すスラストバランス機構の動作を説明する図である。
【図４】図２に示すスラストバランス機構の動作を説明する図である。
【図５】他の実施形態に係る多段ポンプを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る多段ポンプを示す模式断面図である。図１に示すように、多段ポンプは、低圧側ポンプ部７Ａと高圧側ポンプ部７Ｂとを備えている。低圧側ポンプ部７Ａは、回転軸（低圧側回転軸）１Ａに取り付けられた複数段の羽根車（低圧側羽根車）２Ａと、これら羽根車２Ａを収容するポンプケーシング（低圧側ポンプケーシング）３Ａとを備えている。高圧側ポンプ部７Ｂは、回転軸（高圧側回転軸）１Ｂに取り付けられた複数段の羽根車（高圧側羽根車）２Ｂと、これら羽根車２Ｂを収容するポンプケーシング（高圧側ポンプケーシング）３Ｂとを備えている。高圧側ポンプ部７Ｂの羽根車２Ｂは、低圧側ポンプ部７Ａの羽根車２Ａとは反対方向を向いている。本実施形態では、５段の羽根車２Ａおよび５段の羽根車２Ｂが設けられている。
【００１１】
回転軸１Ａの端部は、原動機（低圧側原動機）としての電動機１０Ａに連結されており、この電動機１０Ａにより回転軸１Ａおよび羽根車２Ａが回転されるようになっている。同様に、回転軸１Ｂの端部は、原動機（高圧側原動機）としての電動機１０Ｂに連結されており、この電動機１０Ｂにより回転軸１Ｂおよび羽根車２Ｂが回転されるようになっている。
【００１２】
ポンプケーシング３Ａは、液体の吸込口である吸込ポート１１Ａと、吐出ポート１３Ａとを有する。ポンプケーシング３Ｂは、吐出ポート１３Ａに連結された吸込ポート１１Ｂと、液体の吐出口である吐出ポート１３Ｂとを有する。低圧側ポンプ部７Ａの吐出ポート１３Ａは、連絡管１９により高圧側ポンプ部７Ｂの吸込ポート１１Ｂに連結されている。低圧側ポンプ部７Ａから吐き出された液体は、連絡管１９を通って高圧側ポンプ部７Ｂに流入するようになっている。吐出ポート１３Ａおよび吸込ポート１１Ｂを液体槽（図示しない）に接続して、連絡管１９を省略してもよい。
【００１３】
電動機１０Ａにより羽根車２Ａが回転すると、液体は、吸込ポート１１Ａから低圧側ポンプ部７Ａに吸い込まれ、１段目の羽根車２Ａに導かれる。回転する羽根車２Ａは、液体に速度エネルギーを与え、速度エネルギーは図示しないディフューザにより圧力エネルギーに変換される。昇圧された液体は、２段目の羽根車２Ａに流入する。このようにして、複数段の羽根車２Ａおよび複数段のディフューザにより液体は順次昇圧される。
【００１４】
低圧側ポンプ部７Ａによって昇圧された液体は、吐出ポート１３Ａを通って連絡管１９に流入し、さらに連絡管１９を通って高圧側ポンプ部７Ｂに流入する。高圧側ポンプ部７Ｂの羽根車２Ｂは電動機１０Ｂにより回転される。高圧側ポンプ部７Ｂでは、低圧側ポンプ部７Ａと同様に、６段目から１０段目までの羽根車２Ｂにより液体が順次昇圧される。１０段目の羽根車２Ｂで昇圧された液体は吐出ポート１３Ｂを通って外部に吐き出される。図１に示されている矢印は液体の流れを表している。本実施形態に係る多段ポンプは１０段の多段ポンプであるが、この例に限定されない。
【００１５】
低圧側ポンプ部７Ａにおいては、すべての羽根車２Ａが同一方向を向いて配列されているため、羽根車２Ａに発生する軸推力を打ち消すためのスラストバランス機構（低圧側スラストバランス機構）２０が設けられている。同様に、高圧側ポンプ部７Ｂにおいては、すべての羽根車２Ｂが同一方向を向いて配列されているため、羽根車２Ｂに発生する軸推力を打ち消すためのスラストバランス機構（高圧側スラストバランス機構）２８が設けられている。これらスラストバランス機構２０，２８は同様の構成を有しているため、以下、図２を参照して低圧側ポンプ部７Ａのスラストバランス機構２０について説明する。
【００１６】
図２は、低圧側ポンプ部７Ａのスラストバランス機構２０を示す模式図である。スラストバランス機構２０は、回転軸１Ａに作用する軸推力に対して反対方向の力を作用させるように構成されている。スラストバランス機構２０は、回転軸１Ａに固定されたバランスディスク２１およびバランスピストン２２と、ポンプケーシング３Ａに固定されたバランスシート２４を備えている。バランスディスク２１の背面側には減圧室２６が設けられており、この減圧室２６は、図１に示すように、減圧ライン２７によって低圧側ポンプ部７Ａの１段目の羽根車２Ａの吸込側に連通している。したがって、減圧室２６内の液体の圧力は、低圧側ポンプ部７Ａの吸込側圧力と同じである。同様に、高圧側ポンプ部７Ｂのスラストバランス機構２８の減圧室は、減圧ライン２９によって６段目の羽根車２Ｂの吸込側に連通している。
【００１７】
回転側のバランスディスク２１と静止側のポンプケーシング３Ａおよびバランスシート２４とによってリング状の中間室２５が形成されている。羽根車２Ａから吐き出された液体の一部は、ポンプケーシング３Ａとバランスピストン２２との間のすき間を通って中間室２５に流入し、中間室２５を満たす。さらに、中間室２５内の液体は、バランスディスク２１とバランスシート２４との間に形成された軸方向のすき間Ａを通って流出する。図２において、中間室２５内の液体の圧力はＰｉで表されている。多段ポンプの運転中、各羽根車２Ａには吸込側に向かって軸推力Ｆ１〜Ｆｍが作用し、バランスピストン２２およびバランスディスク２１には、吐出側に向かって軸推力Ｆｂが作用する。
【００１８】
図３および図４は、図２に示すスラストバランス機構２０の動作を説明する図である。図３に示すように、回転軸１Ａとともにバランスピストン２２およびバランスディスク２１が吸込側に移動すると、すき間Ａが小さくなり、中間室２５内の圧力Ｐｉが高くなる。その結果、バランスピストン２２およびバランスディスク２１に作用する軸推力Ｆｂが大きくなり、バランスピストン２２およびバランスディスク２１が回転軸１Ａとともに吐出側に移動する。すると、図４に示すように、すき間Ａが大きくなり、中間室２５内の圧力Ｐｉが低くなる。その結果、バランスピストン２２およびバランスディスク２１に作用する軸推力Ｆｂが小さくなる。このようにして、最終的に軸推力Ｆ１〜Ｆｍの合力と軸推力Ｆｂとが釣り合う。
【００１９】
１０段の羽根車を備えた大型の高圧多段ポンプの場合、回転軸に取り付けられた１０段の羽根車は回転軸の端部に連結された１台の原動機によって回転される。そのため、１０段の羽根車を回転させるための大きなトルクが必要となり、大型の原動機を使用しなければならない。しかしながら、上述したように、原動機の価格は、出力トルクの大きさに依存して上昇する。したがって、大きなトルクが必要な大型の原動機は非常に高価である。
【００２０】
本実施形態によれば、低圧側ポンプ部７Ａは１段目から５段目までの羽根車２Ａを回転させる電動機１０Ａを備えており、高圧側ポンプ部７Ｂは６段目から１０段目までの羽根車２Ｂを回転させる電動機１０Ｂを備えている。それぞれの電動機１０Ａ，１０Ｂは５段の羽根車２Ａ，２Ｂを回転させればよいため、大きなトルクは必要ない。したがって、大きなトルクを発生させる高価な大型の原動機を使用する必要はなく、電動機１０Ａ，１０Ｂとして、出力トルクの比較的小さな安価な小型の原動機を使用することができる。結果として、多段ポンプの価格を低減することができる。
【００２１】
電動機１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ５段の羽根車を回転させるように構成された原動機である。低圧側ポンプ部７Ａの羽根車２Ａを回転させるためのトルクは、高圧側ポンプ部７Ｂの羽根車２Ｂを回転させるためのトルクよりも小さいので、電動機１０Ａは電動機１０Ｂよりも小型の電動機である。このような構成であっても、低圧側ポンプ部７Ａおよび高圧側ポンプ部７Ｂを備える多段ポンプは、１台の大型の高圧多段ポンプと同様の性能を発揮することができる。
【００２２】
低圧側ポンプ部７Ａでは、液体は高圧側ポンプ部７Ｂよりも低い圧力で移送されるため、低圧側ポンプ部７Ａでは、ポンプケーシング３Ａの厚さを大きくする必要はない。したがって、図１に示すように、ポンプケーシング３Ａの全長において、ポンプケーシング３Ａの厚さをポンプケーシング３Ｂの厚さよりも小さくすることができる。したがって、ポンプケーシング３Ａの製造コストを低減することができ、結果として、多段ポンプの価格を低減することができる。さらに、ポンプケーシング３Ａを薄くすることによって、多段ポンプのサイズを小さくし、全体として軽量化することができる。
【００２３】
さらに、本実施形態によれば、２台の電動機１０Ａ，１０Ｂを設けることにより、電動機１０Ａと電動機１０Ｂとを異なる回転速度で駆動することができるため、羽根車２Ａと羽根車２Ｂとを異なる回転速度で回転させることができる。異なる極数を有する電動機１０Ａ，１０Ｂを用いてもよい。
【００２４】
低圧側ポンプ部７Ａのスラストバランス機構２０と高圧側ポンプ部７Ｂのスラストバランス機構２８とを一体化してもよい。一体化されたスラストバランス機構は、回転軸１Ａに作用する軸推力に対して反対方向の力を作用させることができ、かつ回転軸１Ｂに作用する軸推力に対して反対方向の力を作用させることができる。このようなスラストバランス機構を低圧側ポンプ部７Ａと高圧側ポンプ部７Ｂとの間に設けることにより、多段ポンプをさらに小型化することができ、多段ポンプの設置面積を低減することができる。
【００２５】
図５は他の実施形態に係る多段ポンプを示す模式断面図である。図５に示す例では、ポンプケーシング３Ｂは、複数段の羽根車２Ｂを収容する中胴３０と、中胴３０を囲むように配置された外胴３１とを備えた二重壁構造である。外胴３１には吐出ポート１３Ｂが設けられている。このような構成により、高圧側ポンプ部７Ｂは液体の高圧に耐えることができ、かつ液体が外部に漏れることを防止することができる。
【００２６】
低圧側ポンプ部７Ａは、液体の高圧に耐えるために二重壁構造である必要はないため、低圧側ポンプ部７Ａのポンプケーシング３Ａは一重壁構造である。したがって、多段ポンプ全体のサイズを小さくすることができ、設置面積も小さくできる。さらに、本実施形態によれば、低圧側ポンプ部７Ａの一重壁構造のポンプケーシング３Ａとして、高圧側ポンプ部７Ｂの中胴３０と同一の構成および大きさを有したケーシングを使用することができるため、低圧側ポンプ部７Ａと高圧側ポンプ部７Ｂの両方に使用可能な共通の中胴３０を製造することで、多段ポンプの製造コストを低減することができる。
【００２７】
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。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】
【００２８】
１Ａ，１Ｂ      回転軸
２Ａ，２Ｂ      羽根車
３Ａ，３Ｂ      ポンプケーシング
７Ａ      低圧側ポンプ部
７Ｂ      高圧側ポンプ部
１０Ａ，１０Ｂ      電動機
１１Ａ，１１Ｂ      吸込ポート
１３Ａ，１３Ｂ      吐出ポート
１９      連絡管
２０，２８      スラストバランス機構
２１      バランスディスク
２２      バランスピストン
２４      バランスシート
２５      中間室
２６      減圧室
２７，２９      減圧ライン
３０      中胴
３１      外胴
【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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