(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツインスクリューポンプであって、
流体の主流れを受け入れる吸込管と、
前記吸込管に接続され、この吸込管により受け入れた流体の主流れを、この流体の主流れが前記吸込管内に入った後に、第１の流れと第２の流れとに分割する水平な流れ分割器と、
ポンプ室を取り囲んでいるハウジングであって、前記ポンプ室がその中に垂直にかつ回転可能に取り付けた第１の一対のねじと第２の一対のねじとを包含し、これらの各一対のねじの各ねじがこれらの各一対の２つのねじを相互にかみあわせる複数のねじ山を包含し、また前記ねじの各々が各ねじを通して軸方向に延びているシャフトを包含し、前記第１の一対のねじのシャフトの各々が前記第２の一対のねじの対応するシャフトにそれぞれ同軸に接続されて連続し、これにより前記第１の一対のねじと前記第２の一対のねじとを接続する２つの垂直シャフトを形成し、更に前記ねじの各々が同期して回転することができ、これにより各一対のねじがこれらの各一対のねじに送られてきた流体を前記ポンプ室の中央部に向かって推進せしめるようにするハウジングと、
前記ねじの各々を同期して回転せしめる電動機と、
前記水平な流れ分割器を前記ポンプ室に接続し、前記第１の流れが前記第１の一対のねじへ供給されるようにした第１の送入口と、
前記水平な流れ分割器を前記ポンプ室に接続し、前記第２の流れが前記第２の一対のねじへ供給されるようにした第２の送入口と、
前記ポンプ室の中央部に設けられ、前記ねじにより推進されてきた流体を受け入れる送出室であって、送出口を包含し、この送出口から流体が前記ポンプ室を出る送出室と、
前記送出室の送出口に接続されている液体シール生成器であって、流体を前記送出室の送出口から上向きに偏向せしめる管から成り、前記管がその底部に液体を貯えている液体シール生成器と、
を包含し、
前記水平な流れ分割器が第１の端と第２の端及び垂直な内部分割壁を包含する水平なバレルから成り、前記第１の端が前記吸込管に接続されていると共に、前記内部分割壁が前記水平なバレルの内部のほぼ半部分のところを上から下向きに延びて２つの等しい室を作り、これらの２つの等しい室がそれぞれ前記水平なバレルの第２の端で前記第１の送入口及び前記第２の送入口に接続されており、
また、前記ねじの前記２つの垂直シャフトの各々が前記送出室を各垂直シャフトの中央軸方向通路に接続する単一の半径方向通路を包含し、前記中央軸方向通路が前記ねじのねじ山の先端にまで延びている他の複数の半径方向通路に接続しており、これによりポンプの送出圧力が前記液体シール生成器内に貯えられている液体を、前記単一の半径方向通路、前記中央軸方向通路及び前記他の複数の半径方向通路を通して前記ねじのねじ山の先端にまで送り出して、前記ねじのねじ山と前記ポンプ室の壁との間に遠心液体薄膜シールを維持するようにしたツインスクリューポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ツインスクリューポンプ、特に海底環境における二相流体をポンピングするのに適当なツインスクリューポンプに関する。
【０００２】
更に詳細には、本発明は、たとえポンプが垂直姿勢であっても、ポンプの２つの端での吸込みによる送入が常にガス含量を完全に同一にして行われることを保証し、また、気相だけを一時的にポンピングする場合であっても、ねじとポンプ本体のポンプ室の壁との間をシールすることを保証し、これにより、たとえポンプが垂直姿勢であっても二相流体の効率のよいかつ安全なポンピングを保証して、特に海底への適用に適当なツインスクリューポンプに関する。
【０００３】
すでに知られているように、スクリューポンプは基本的には回転ポンプであり、流体一般には液体の吸込部から送出部までの確実な機械的動きが互いにしっかりとかみあっている一対の円錐状ねじのインギヤによって形成されている円錐状の空洞に沿って行われる。また、２つのねじのねじ山（歯）とポンプ本体のポンプ室の壁との間のシールは、遠心されている液体それ自体の薄膜によって保証されている。そして、液体の動きによって生じる軸方向スラストをバランスするために、従来の好ましい例によれば、“ツインスクリューポンプ”と呼ばれているポンプが使用されている。すなわち、このポンプは互いに同軸に接続されて連続する２対の同期する円錐状ねじを有し、２つの向い合っている推進機を備えている。このポンプにおいては、実際上、単一の吸込みがポンプ本体の内部でポンプの２つの対向する端での２つの送入に分けられ、その結果、２対のねじの対向するねじ山によって、２つの対向する方向の流体流れはポンプの中央区域すなわち送出区域に向い、この送出区域は軸方向スラストの力の均衡を生じさせる。
【０００４】
しかして、このような型式のポンプは、一般に、水平に、すなわちポンプの対称軸線が水平に配置されて使用され、これにより高い効率を有している。なお、効率はポンプの構造上及び組立上の精度でもって増大する。
【０００５】
他方、この公知のポンプは、液体をポンピングするのに、垂直にして使用することもでき、このようなポンプの垂直姿勢はすでに知られているようにポンプを海底に設置するために最も良く適した姿勢である。
【０００６】
しかしながら、今のところ、高価な海上プラットホームの助けをかりることなしに、海上油井を直接ポンピングするために、ポンプを海底上で使用するためには、ポンプが液体と気体との二相混合体に対して有効に作用できることが非常に要求されている。
【０００７】
このツインスクリューポンプは、すでに固有的に、液体のみならず液体と気体との二相混合体をポンピングすることができるものである。
【０００８】
しかしながら、この特別の適用において、従来のツインスクリューポンプは必然的に水平に設置されるものである。なぜなら、垂直の姿勢では二相混合体のはっきりした相分離が生じ、液体はその重力のためにポンプの下方送入端に溜まり、他方気体はポンプの上方送入端に溜まり、その結果上方の一対のねじは気体にのみ接触し、それ故液体によって冷却されないので、過熱され締められてしまうからである。
【０００９】
また、上述の公知のポンプは、水平の姿勢であっても、油井においてしばしば起り得る気体のみの存在の下では機能することができない。なぜなら、液相が存在しないと、この液相が前述したように遠心液体薄膜シールを生成することから、ねじと対応するシールそれ自体が損なわれ、ポンプの働きがなくなって機能を停止するからである。
【００１０】
この後者の欠点を除去するために、例えばポンプの送出部に液相の液体シール生成器を設ける試みが行われており、この液体シール生成器は液体シールを維持し又は生成するために用いられる液体を貯えている。しかしながら、この解決方法は、二相混合体が非常に高い真空率である場合には、上記問題を完全に解決することができない。なお、真空率とは二相混合体中に存在する気体の量と吸込んだ二相混合体の量との比率を意味する。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は上記欠点を除去し、したがって液体と気体との混合体が存在する二相場において、たとえ液相が存在しなくなっても、垂直姿勢で完全に機能することができるツインスクリュータイプのスクリューポンプを提供することにある。
【００１２】
この本発明の目的は、ツインスクリューポンプであって、
流体の主流れを受け入れる吸込管と、
前記吸込管に接続され、この吸込管により受け入れた流体の主流れを、この流体の主流れが前記吸込管内に入った後に、第１の流れと第２の流れとに分割する水平の流れ分割器と、
ポンプ室を取り囲んでいるハウジングであって、前記ポンプ室がその中に垂直にかつ回転可能に取り付けた第１の一対のねじと第２の一対のねじとを包含し、これらの各一対のねじの各ねじがこれらの各一対の２つのねじを相互にかみあわせる複数のねじ山を包含し、また前記ねじの各々が各ねじを通して軸方向に延びているシャフトを包含し、前記第１の一対のねじのシャフトの各々が前記第２の一対のねじの対応するシャフトにそれぞれ同軸に接続されて連続し、これにより前記第１の一対のねじと前記第２の一対のねじとを接続する２つの垂直シャフトを形成し、更に前記ねじの各々が同期して回転することができ、これにより各一対のねじがこれらの各一対のねじに送られてきた流体を前記ポンプ室の中央部に向かって推進せしめるようにするハウジングと、
前記ねじの各々を同期して回転せしめる電動機と、
前記水平な流れ分割器を前記ポンプ室に接続し、前記第１の流れが前記第１の一対のねじへ供給されるようにした第１の送入口と、
前記水平な流れ分割器を前記ポンプ室に接続し、前記第２の流れが前記第２の一対のねじへ供給されるようにした第２の送入口と、
前記ポンプ室の中央部に設けられ、前記ねじにより推進されてきた流体を受け入れる送出室であって、送出口を包含し、この送出口から流体が前記ポンプ室を出る送出室と、
前記送出室の送出口に接続されている液体シール生成器であって、流体を前記送出室の送出口から上向きに偏向せしめる管から成り、前記管がその底部に液体を貯えている液体シール生成器と、
を包含し、
前記水平な流れ分割器が第１の端と第２の端及び垂直な内部分割壁を包含する水平なバレルから成り、前記第１の端が前記吸込管に接続されていると共に、前記内部分割壁が前記水平なバレルの内部のほぼ半部分のところを上から下向きに延びて２つの等しい室を作り、これらの２つの等しい室がそれぞれ前記水平なバレルの第２の端で前記第１の送入口及び前記第２の送入口に接続されており、
また、前記ねじの前記２つの垂直シャフトの各々が前記送出室を各垂直シャフトの中央軸方向通路に接続する単一の半径方向通路を包含し、前記中央軸方向通路が前記ねじのねじ山の先端にまで延びている他の複数の半径方向通路に接続しており、これによりポンプの送出圧力が前記液体シール生成器内に貯えられている液体を、前記単一の半径方向通路、前記中央軸方向通路及び前記他の複数の半径方向通路を通して前記ねじのねじ山のさ先端にまで送り出して、前記ねじのねじ山と前記ポンプ室の壁との間に遠心液体薄膜シールを維持するようにしたツインスクリューポンプによって達成される。
【００１３】
このような手段によれば、実際上、吸込管によって供給された二相混合体が水平なバレル内で相分離を生じ、気体がバレルの上方部分に溜まると共に液体がバレルの下方部分に溜まるが、内部分割壁が混合体を２つの等しい部分に完全に分割し、したがって、たとえポンプの２つの送入口が異なる高さに配置されていても、これらの送入口には等しい成分の流体が供給されることを保証する。それ故、実際上、たとえポンプが垂直姿勢であっても、ポンプの２つの送入口にはガス含量が完全に等しい流体量でもって流体が常に供給されることを保証する。
【００１４】
また、このような手段によれば、ポンプが空気（気相）のみをポンピングするときには、ポンプの送出圧力が送出口に設置されている液体シール生成器内に貯えられている液体を加圧して送出室内に押し出し、それから各垂直シャフトの各通路を通して最少量の液体を各ねじのねじ山とポンプ室の壁との間に送り出して有効な液体シールを作り、この液体シールが気相のみのポンピングをもできることを保証する。
【００１５】
以下本発明の好適な実施例を示している添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。なお、上記実施例は本発明の単の一例であって本発明を決して限定するものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の技術又は構造上の変形がなし得るものである。
【００１６】
図１を参照するに、符号１は基本的には円筒形の形状であって、ポンプ本体を構成する垂直なハウジングを示す。このハウジング１は、その底部が潤滑油タンク２によって閉じられていると共に、その頂部が電動機３によって閉じられており、電動機３は減速装置を備えることができる。電動機３には２対の円錐状ねじ４（８，９）及び５（１４，１５）が接続されており、これらのねじ４，５がそれぞれポンプ室６の内部に垂直に配置されて回転する。ポンプ室６も、また、垂直であり、ハウジング１の内部に同軸に配置されている円筒形壁７によって境界を定められている。
【００１７】
上方の一対のねじ４の円錐状ねじ８と９とはかみあっており、それらのシャフト１０及び１１の各々は下方の一対のねじ５の対応するシャフト１２及び１３にそれぞれ同軸に接続されて連続している。下方の一対のねじ５の円錐状ねじ１４と１５も、また、かみあっている。そして、図１に明確に見ることができるように、２つの流れすなわち一方の流れをポンプ室６の上方端すなわち上方送入口１６からまた他方の流れをポンプ室６の下方端すなわち下方送入口１７からそれぞれポンプ室６の中央部１８に向って運ぶようにするために、上方の一対のねじ４は下方の一対のねじ５と向い合っている。
【００１８】
ポンプ室６の中央部１８は円筒形壁７に形成されている入口１９及び２０によって送出室２１に連通し、またその送出口、すなわちハウジング１に形成されている送出口２２が管２３によって液相の液体シール生成器２４に接続されている。この液体シール生成器２４は基本的には流体の流れを上向きにする偏向管２５から成り、この偏向管２５はその底部２６上に液体２７を貯えている。ハウジング１とポンプ室６の外側壁との間において、送出室２１の上下には、上方送入口１６に連通する上方室２８と下方送入口１７に連通する下方室２９とが形成されている。上方室２８は、ハウジング１に形成されている入口３０及び分離管３１によって水平な流れ分割器３３のひとつの室３２に連通している。
【００１９】
流れ分割器３３は水平なバレル３４から成り、この水平なバレル３４は吸込管３５に接続されている。図２に最もよく示されるように、水平なバレル３４はその内部の中間部分に長手方向の内部分割壁３６を備えている。すなわち、この内部分割壁３６は水平なバレル３４の内部のほぼ半部分のところを上から下向きに延びて２つの等しい室３２及び３７を作り、室３７は分離管３８及びハウジング１に形成されている入口３９によって下方室２９に接続されている。室３２は、上述したように、分離管３１及びハウジング１に形成されている入口３０によって上方室２８に接続されている。
【００２０】
この構成によれば、実際上、吸込管３５によって供給された二相混合体が水平なバレル３４内で相分離を生じ、気体がバレルの上方部分に溜まると共に液体がバレルの下方部分に溜まるが、内部分割壁３６が混合体を２つの等しい部分に完全に分割し、したがって、たとえポンプの２つの送入口１６，１７が異なる高さに配置されていても、これらの送入口には等しい成分の流体が供給されることを保証する。それ故、実際上、たとえポンプが垂直姿勢であっても、ポンプの２つの送入口にはガス含量が完全に等しい流体量でもって流体が常に供給されることを保証する。
【００２１】
最後に、一方の連続している２つのシャフト１０及び１２から成る垂直シャフト及び他方の連続している２つのシャフト１１及び１３から成る垂直シャフトは夫々中央軸方向通路４０及び４１を備えており、これらの中央軸方向通路４０，４１はそれぞれ単一の半径方向通路４２を通してポンプ室６の中央部１８及びそれ故液体シール生成器２４の液体２７に連通している。そして、各中央軸方向通路４０，４１は他の複数の半径方向通路４２'に接続しており、これらの他の半径方向通路４２'の各々は円錐状ねじ８，９，１４，１５の単一のねじ山の先端部で終っている。
【００２２】
この構成によれば、ポンプが空気（気相）のみをポンピングするときには、ポンプの送出圧力が送出口２２に設置されている液体シール生成器２４内に貯えられている液体２７を加圧して送出室２１内に押し出し、それから各垂直シャフトの各通路４０，４１，４２，４２'を通して最少量の液体を各ねじ８，９，１４，１５のねじ山とポンプ室６の壁との間に送り出して有効な液体シールを作り、この液体シールが気相のみのポンピングをもできることを保証する。
【００２３】
なお、ポンプが空気のみをポンピングするときには、ポンプの送出圧力が送出口２２に設置されている液体シール生成器２４内に貯えられている液体２７を加圧して送出室２１内に押し出すことは、次の理由であることを当業者であれは容易に理解されよう。すなわち、ポンプが作動すると、ポンプを通して吐出される流体は、水頭又は送出圧力（ポンプが空気をポンピングするときのポンプの入口圧力よりも大きい）を作り出す送出口２２を通して吐出される。したがって、ポンプが空気のみをポンピングするときには、ポンプの送出圧力は流体を目的地に送出するのみならず、液体シール生成器２４内に貯えられている液体２７を加圧して送出室２１内に押し出し、その結果、液体は各垂直シャフトの単一の半径方向通路４２内へ送り込まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施例によるツインスクリューポンプを一部断面にして示す正面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線に沿って、本発明による流れ分割器の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１    ハウジング（ポンプ本体）
２    潤滑油タンク
３    電動機
４    一対の円錐状ねじ
５    一対の円錐状ねじ
６    ポンプ室
７    円筒形壁
８    円錐状ねじ
９    円錐状ねじ
１０    シャフト
１１    シャフト
１２    シャフト
１３    シャフト
１４    円錐状ねじ
１５    円錐状ねじ
１６    上方送入口
１７    下方送入口
１８    ポンプ室の中央部
１９    入口
２０    入口
２１    送出室
２２    送出口
２３    管
２４    液体シール生成器
２５    流れ偏向管
２６    流れ偏向管の底部
２７    液体
２８    上方室
２９    下方室
３０    入口
３１    分離管
３２    室
３３    水平な流れ分割器
３４    水平なバレル
３５    吸込管
３６    内部分割壁
３７    室
３８    分離管
３９    入口
４０    中央軸方向通路
４１    中央軸方向通路
４２    半径方向通路
４２'   半径方向通路
【図１】
0004038740.tif 000002
【図２】
0004038740.tif 000003