JPH06185487A - 液化ガスタンク用潜没ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ポンプの複数の吐出孔（５Ｐ）を、ポンプを起
動して大量の液が吐き出されると高圧保持弁（３０）に
よって閉止されるものと、常時開状態のものとで構成
し、吐出液が高圧保持弁（３０）を設けていない吐出孔
（５Ｐ）からのみから排出されるので圧損が大きくな
り、ポンプの吐出圧が定格吐出圧近くに保持される。 【効果】本発明によれば、ポンプ起動時の軸受荷重によ
る軸受寿命に与える悪影響をなくし、液化ガスタンク用
潜没ポンプ装置の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液化ガス用潜没ポンプ装
置に係り、特に、液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵する
液化ガスタンク用のタンク内蔵式潜没ポンプにおいて、
ポンプの起動と共に、ポンプ吐出圧力を定格圧力まで高
めて、軸スラストバランス装置を機能させ、軸受荷重を
軽減し、軸受の長寿命化を図るのに好適な液化ガスタン
ク用潜没ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は特開
平１−３０１９９０号公報及び特公昭６１−５５５８号
公報に記載のように、ポンプ運転時、玉軸受に負荷され
るスラスト力をゼロにする軸スラスト平衡装置を設けて
いる。したがって、ポンプ通常運転中、玉軸受には約５
０kgのラジアル荷重のみが負荷されるだけである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】軸スラスト平衡装置
は、ポンプが所定の吐出圧力を発生した状態で機能する
ため、ポンプ５の軸受には、吐出液が揚液管２内を満た
すまでの間（約３分間）は玉軸受にポンプロータの重量
約５００kgや、インペラの下向き推力約５００kgといっ
た荷重が計１０００kg以上の負荷がかかる。玉軸受の寿
命は荷重の３〜５乗に逆比例するため、玉軸受の寿命
が、大巾に、短くなってしまうという欠点があった。軸
受は、起動１０００回〜２０００回で、フレーキングな
どの破壊が起こってしまい、ポンプの安定運転を望むこ
とが難しかった。

【０００４】液化ガスタンク用潜没ポンプ起動の際、ポ
ンプの玉軸受に極めて大きなスラスト荷重が負荷され、
起動回数が多いと、玉軸受寿命が極めて短くなってしま
う欠点があった。また、静圧軸受を使っているポンプで
は、静圧軸受に、高圧吐出液が供給されない状態で回転
するため、軸振動が大きくなり、玉軸受の寿命をさらに
縮めていた。このように、従来の液化ガスタンク用潜没
ポンプ装置は、ポンプの起動をくりかえすと、軸受の寿
命が短くなってしまうという問題をかかえていた。

【０００５】本発明の目的は、ポンプ起動時の軸受荷重
による軸受寿命に与える悪影響をなくし、信頼性を向上
させる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を提供すること
にある。

【０００６】

【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設置しポンプ本体に複数
の吐出孔を有する液化ガスタンク用の潜没ポンプ装置に
おいて、前記複数の吐出孔を、ポンプ吐出流量が過大流
量となった時に閉止状態となり、高圧状態のポンプ本体
内部と本体外部の圧力差が小さくなった時、閉止状態か
ら開状態になる高圧保持弁をもつ吐出孔と、常時開状態
の吐出孔とで構成することによって、達成される。

【０００７】また上記目的は、前記複数の吐出孔を、こ
れら吐出孔の付近に、ポンプ吐出流量が過大流量となっ
た時に閉止状態となり、高圧状態のポンプ本体内部と本
体外部の圧力差が小さくなった時、閉止状態から開状態
になる高圧保持弁をもつ吐出孔と、常時開状態の吐出孔
とで構成することによって、達成される。

【０００８】

【作用】複数の吐出孔を、ポンプ吐出流量が過大流量と
なった時に閉止状態となり、高圧状態のポンプ本体内部
と本体外部の圧力差が小さくなった時、閉止状態から開
状態になる高圧保持弁をもつ吐出孔と、常時開状態の吐
出孔とで構成するので、ポンプ起動後の揚液管に吐出液
を満たす間でも、ポンプはほぼ定格流量、定格吐出圧の
状態で運転され、このためポンプの軸スラスト平衡装
置、静圧軸受は正常に機能して玉軸受に加わるスラスト
荷重がなくなり、静圧軸受部やインペラブッシュ部は非
接触で回転し、軸受の寿命が短くなる問題を排除でき
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１ないし図４に
よって説明する。

【００１０】図１は液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の
取り付け状態説明図、図２は液化ガスタンク用潜没ポン
プ装置の縦断面図、図３及び図４は高圧保持弁の作用の
説明図であり、ポンプ５は、液化ガスタンク１内に天板
１ａから沿直に垂下された揚液管２の内部に、ヘッドプ
レート２ａから吊り下げ用ワイヤ４によって、例えば、
長さ数十ｍ垂直に吊り下げられ揚液管２下部の座面２３
に着座されている。ポンプ吸込弁３から吸い込まれた液
化ガスは、ポンプ５で昇圧され、ポンプ中部に設けた吐
出孔５Ｐからポンプ５内をでて揚液管２内を上方に流
れ、吐出管１０から吐き出すようになっている。

【００１１】ポンプ５は、図２に示すように、インペラ
５Ｅ、モータロータ５Ｇ、シャフト５Ｊから成る回転体
部と、この回転体部を支持する軸受部５Ｋ、５Ｌ、５
Ｍ、ステージ５Ｆ、モータステータ５Ｈ、ケーシング５
Ｎとから構成されている。上軸受５Ｋと中軸受５Ｌは、
玉軸受であり、中軸受５Ｌがスラスト荷重をうけること
ができるようになっている。また、上軸受５Ｋ、中軸受
５Ｌの外周には、ポンプの高圧吐出液を導びいて、静圧
軸受を形成させている。下軸受５Ｍには、静圧すべり軸
受を使用して、軸下端部の軸振動を小さく抑え、インペ
ラ５Ｅとステージ５Ｆが、インペラブッシュ部で接触し
摩耗してしまうのを防止している。シャフト５Ｊの中間
部には、バランスディスクピストン５Ｃ他から構成され
る軸スラスト平衡装置を設け、玉軸受に、スラスト荷重
が負荷されぬようにしている。

【００１２】ポンプ運転中の吐出液の流れについて説明
する。吸込弁３からポンプ５内に吸い込まれた液は、イ
ンペラ５Ｅの回転により昇圧され、ポンプ中央部の吐出
孔５Ｐから、ポンプ外に吐き出される。吐出孔５Ｐは、
通常１０〜３０個程度設けている。この吐出孔５Ｐの大
部分には、高圧保持弁３０を設けている。残りのいくつ
かの吐出孔５Ｐは、高圧保持弁を設けない孔となってい
る。高圧保持弁Ｚの構造は、図３、図４に示すように、
弁体Ｚ１をばねＺ２とステーボルトＺ３で押えている。

【００１３】作用は次の通りである。

【００１４】ポンプ５を起動すると、揚液管２内が液で
満たされていないので、吐出液が、通常の２〜３倍流れ
ようとした時、図３に示すように、吐出液が弁体にぶつ
かる流体抵抗力が増加して、弁体Ｚ１がばねＺ２の力に
うちかって上方に移動する。そして、図４のように、弁
体Ｚ１は、吐出孔５Ｐを閉塞する。ポンプの吐出液は、
高圧保持弁Ｚのついていないいくつかの吐出孔５Ｐから
流れ出るが、流路面積は、小さくなるから、圧損が大き
くなる。例えば、吐出孔５Ｐが全部で２４個あり、その
内２０個に高圧保持弁３０を設けたとする。上述のよう
にして高圧保持弁Ｚが閉まり、吐出液は４個の吐出孔５
Ｐから流出する。このため、４個の吐出孔５Ｐから流れ
出た液の圧力は、液面高さだけの圧力０〜５０ｍである
が、ポンプ５内の圧力は、４個の吐出孔５Ｐが吐出絞り
オリフィスとして働き、定格吐出圧５００ｍに近い圧力
となる。このポンプ内外圧力差４５０〜５００ｍのた
め、弁体Ｚ１は、図４の閉塞状態が保持される。この
時、吐出圧力はほぼ定格吐出圧であるから、ポンプの吐
出流量は、定格流量、つまり１００％流量となってい
る。 ポンプが液を送りつづけ、吐出弁１１まで吐出液
が満たされると、吐出弁１１の絞りが働くようになり、
吐出液は、吐出孔５Ｐと吐出弁１１で２段階で絞られる
ことになる。ポンプ起動時は、吐出弁１１は、ポンプの
ミニマムフロー量である定格流量の３０％を流す開度と
なっているから、吐出弁１１まで液が満たされると、ポ
ンプ流量は、３０％に減る。したがって吐出孔５Ｐを流
れる圧損は、流量の２乗に比例して急激に減少する。４
個の吐出孔５Ｐの絞り圧損は、１００％流量で５００ｍ
あったのが、３０％流量で５０ｍ程度にまで減少するか
ら、高圧保持弁Ｚの内側と外側では、圧力差が小さくな
り、弁体Ｚ１は図２の開状態に移る。この後、吐出弁１
１が、徐々に開き、ポンプ５は、定格流量で運転される
が、弁体Ｚ１は、定格流量の２倍で閉塞状態となるよう
に設計されているから、吐出液は、全２４個の吐出孔５
Ｐから、ポンプ５外に吐き出される。

【００１５】ポンプ５を起動すると、吐出液で揚液管２
内を満たすまでの数分の間は、液をおし上げるだけのわ
ずかの吐出圧力で充分であり、ポンプ５は、定格吐出圧
力よりかなり低い吐出圧力で運転される。これを、図５
によって説明する。図５の右側は、ポンプ起動後の液面
の上昇を説明しており、左側は、液面の上昇に伴うポン
プ運転点の変化を説明している。ポンプ５の、通常起動
時の液面高さは、吐出弁１１から、５０ｍの深さと
し、ポンプ５の定格流量を１００ｔ/ｈ、定格吐出圧力
を５００ｍとしている。このような性能のポンプ５にお
いて、ポンプの吐出圧力がゼロとなる時の流量は、定格
流量の約２〜３倍となることが知られている。ポンプ５
では、２５０ｔ/ｈとなっている。ポンプ５を起動する
と、ポンプ５は、回転数が除々に上り、約２秒で定格回
転数の３０００rpmに達する。この時の液面はになっ
ており、ポンプ５は約２５０ｔ/ｈの大流量運転を続
け、液面を，と上げていく。約３分後、液面がと
なった時、ポンプの吐出圧力は、液面高さと同じ５０ｍ
であるが、吐出弁１１に吐出液が達すると、吐出弁１１
によって、吐出液の流れが定格の１００ｔ/ｈに絞られ
て、ポンプ５の吐出圧力は、急速に定格の５００ｍと
なる。

【００１６】図６は高圧保持弁の他の実施例である。

【００１７】高圧保持弁Ｚは、ばねを用いず、弁体Ｚ１
の自重を利用して弁体Ｚ１を下方に移動させて開く構造
としたもので、弁体Ｚ１は鋼球で製作している。Ｚ４は
鋼球ホルダーである。

【００１８】図７は、高圧保持弁のさらに他の実施例で
ある。

【００１９】弁体Ｚ１をリング状とし、全孔共通の弁体
としたものである。Ｚ５はリングホルダーである。

【００２０】図８から図１０はさらに他の実施例で、リ
ング状弁体Ｚ１には４個の孔Ｚ１Ｐがあけられているも
のである。図９は弁体Ｚ１の平面図である。図１０のよ
うに弁が閉まった状態の時、孔Ｚ１Ｐと、全２４個のう
ちの４個の吐出孔５Ｐがつながり、ポンプ５外に液を吐
き出すことができる。なお、図８は図９のＹ−Ｙ矢視断
面図、図１０は図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【００２１】図１１はさらに他の実施例である。

【００２２】上述の図３から図１０の実施例では、高圧
保持弁Ｚは、ポンプ５の吐出孔５Ｐの大部分に装着さ
れ、高圧保持弁Ｚの閉塞時、一部の装着されていない吐
出孔５Ｐから送液するものであったが、全部の吐出孔５
Ｐに高圧保持弁３０を装着し、弁体Ｚ１に設けた小さな
バイパス孔Ｚ１Ｑから、弁Ｚ閉塞時に送液を行なうもの
である。図３図から図１１に示した高圧保持弁Ｚの弁体
と似た形状の弁体Ｚ１には、２４個の吐出孔５Ｐ設けら
れている所と同位置に２４個の小さなバイパス孔Ｚ１Ｑ
を設けている。弁体Ｚ１が閉じた時、吐出液は、バイパ
ス孔Ｚ１Ｑを通って流れる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ポンプ起動時の軸受荷
重による軸受寿命に与える悪影響をなくし、液化ガスタ
ンク用潜没ポンプ装置の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一実施例の
取り付け状態の説明図。

【図２】図１の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の縦断
面図。

【図３】高圧保持弁の詳細図（開状態）。

【図４】高圧保持弁の詳細図（閉状態）。

【図５】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の吐出流量と
吐出圧力の関係図。

【図６】高圧保持弁部分の他の実施例の詳細図。

【図７】高圧保持弁部分のさらに他の実施例の詳細図。

【図８】図９のＹ−Ｙ矢視断面図。

【図９】弁体Ｚ１の平面図。

【図１０】図９のＸ−Ｘ矢視断面図。

【図１１】高圧保持弁部分のさらに他の実施例の詳細
図。

【符号の説明】

２…揚液管、５…潜没ポンプ、５Ｋ…上軸受、５Ｌ…中
軸受、５Ｍ…下軸受、１０…吐出管、５Ｃ…バランスデ
ィスクピストン、１１…吐出弁、３０…高圧保持弁、Ｚ
１…弁体。

フロントページの続き (72)発明者 田島 大策 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に
   設置しポンプ本体に複数の吐出孔を有する液化ガスタン
   ク用の潜没ポンプ装置において、前記複数の吐出孔を、
   ポンプ吐出流量が過大流量となった時に閉止状態とな
   り、高圧状態のポンプ本体内部と本体外部の圧力差が小
   さくなった時、閉止状態から開状態になる高圧保持弁を
   もつ吐出孔と、常時開状態の吐出孔とで構成したことを
   特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。
2. 【請求項２】請求項１の液化ガスタンク用潜没ポンプ装
   置において、高圧保持弁は、弁体をポンプ本体内部側に
   移動させて高圧保持弁を開状態にするバネを有し、ポン
   プの吐出流量が過大となった時バネが変形して閉止状態
   となる構造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。
3. 【請求項３】請求項１の液化ガスタンク用潜没ポンプ装
   置において、高圧保持弁は、弁体が弁体自体の重量で落
   下して高圧保持弁が開状態となり、ポンプの吐出流量が
   過大となった時、吐出流の流体抵抗によって弁体が押し
   上げられ、弁の流路を閉止する構造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。
4. 【請求項４】液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に
   設置しポンプ本体に複数の吐出孔を有する液化ガスタン
   ク用の潜没ポンプ装置において、前記複数の吐出孔を、
   これら吐出孔の付近に、ポンプ吐出流量が過大流量とな
   った時に閉止状態となり、高圧状態のポンプ本体内部と
   本体外部の圧力差が小さくなった時、閉止状態から開状
   態になる高圧保持弁をもつ吐出孔と、常時開状態の吐出
   孔とで構成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。