JP4573004B2

JP4573004B2 - Horizontal axis pump device

Info

Publication number: JP4573004B2
Application number: JP30248499A
Authority: JP
Inventors: 直人佐伯; 勅光桑原; 功鈴木
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2019-10-25
Also published as: JP2001123982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば排水ポンプ設備などとして用いるのに好適な横軸ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大量の降雨や河川の氾濫などによる出水を排水するための排水ポンプ設備は排水を必要とする際にその機能を確実に発揮できることが基本であり、商用電源などの外部電源が停電しても運転可能でなくてはならない。それ故、ポンプ系とは別に設けた駆動源により駆動される自家発電設備を設置してあるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自家発電設備を別系統で設置することは排水ポンプ設備の大型化を招き、またコスト高にもなる。この問題に関しては、例えば特開平０９−２２８９８５号公報に開示されるように、ポンプの駆動機であるガスタービンの余剰能力を利用して発電機を駆動するようにした例が知られている。このような例によると、別個の自家発電設備を設けなくとも済む。しかしこの従来技術は縦軸形のポンプに関するものであり、横軸形のポンプを用いる排水ポンプ設備についてはこれをそのまま適用することはできない。なお従来の横軸ポンプ装置の例としては、例えば特開平１１−９３８８２号公報に開示の例がある。
【０００４】
本発明は上記のような事情を背景になされたものであり、排水ポンプ設備として用いられる場合でも別個の自家発電設備を必要としない横軸ポンプ装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的のために本発明では、一軸式ガスタービンからなる駆動機と、前記駆動機により駆動される横軸形のポンプ本体とを備えた横軸ポンプ装置において、前記駆動機に接続された入力軸と前記ポンプ本体に接続された出力軸とを有し、前記入力軸に入力された動力を平行軸歯車列により減速して前記出力軸へ出力する減速機と、前記平行軸歯車列に設けられ中間軸に設置され、前記駆動機の起動時には遮断状態にあり、前記駆動機の起動とともに回転される発電機により発電された電力により前記横軸ポンプ装置の運転に必要な真空ポンプ等の負荷が作動して、前記ポンプ本体の起動準備が完了した状態となると、前記負荷より供給される動力により接続されるクラッチと、前記入力軸に発電機用駆動ベルトを介して接続され、前記入力軸の回転とともに前記ポンプ本体を起動するのに必要な負荷へ電力を供給する発電機とを具備したことを特徴とする横軸ポンプ装置を開示する。
【０００７】
更に本発明は、減速機は、クラッチにより動力の伝達を遮断した状態でポンプ本体につれ回りが生じるのを防止するためのブレーキがさらに設けられている横軸ポンプ装置を開示する。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の一実施形態を説明する。本発明による横軸ポンプ装置を排水ポンプ機場に設置した場合の例を平面図の形態で図１に示し、図２には断面図の形態で示す。これらの図に見られるように、本実施形態による横軸ポンプ装置は、横軸形のポンプ本体１と駆動機である一軸式のガスタービン２を備え、またこれらの間に減速機３を備え、さらに減速機３に接続された発電機１６を備えた構成となっている。そしてポンプ本体１はカップリングを介し減速機３の出力軸９に結合され、ガスタービン２はカップリングを介し減速機３の入力軸４の一端に結合され、発電機１６は発電機駆動ベルト１５を介し減速機３の入力軸４の他端に形成されている補助出力端４ｓに接続されている。また横軸ポンプ装置は、減速機３とガスタービン２を一体的に囲う防音パッケージ１８を備えており、減速機３やガスタービン２からの騒音が外部に漏れるのを防止できるようにされている。ここで、本実施形態ではガスタービン２に一軸式を用いている。このように一軸式ガスタービンを用いることは、一定回転速度を得やすくし、発電機１６における発電に有利に働く。また本実施形態では、防音パッケージ１８が減速機３とガスタービン２を一体的に囲う構成としてあり、このようにすることで、全体のコンパクト化が図られている。
【００１１】
減速機３は、図３にその内部構造を示すように、その一端にカップリングを介して結合されたガスタービン２からの入力を受ける入力軸４を有している。入力軸４には平行軸歯車５が設けられている。この平行軸歯車５は中間軸６に設けられた平行軸歯車７と噛み合い、これらが１段目の平行軸歯車列を構成している。
中間軸６と平行軸歯車７の間にはクラッチ１３が介在させられおり、平行軸歯車５と平行軸歯車７を経て伝えられる回転駆動力の中間軸６への伝達を必要に応じて遮断できるようにされている。また中間軸６には平行軸歯車８が設けられている。この平行軸歯車８は出力軸９に設けられた平行軸歯車１０と噛み合い、これらが２段目の平行軸歯車列を構成している。そして出力軸９にはカップリングを介してポンプ駆動軸１１が結合されている。また入力軸４の他端に形成された補助出力端４ｓには空冷ファン１４が取り付けられるとともに、発電機駆動ベルト１５を介して発電機１６が接続されている。さらに中間軸６の軸端には、ディスクブレーキ１７が設けられており、クラッチ１３で伝達を遮断した状態においてポンプ駆動軸１１につれ回りが生じるのを防止できるようにされている。なお入力軸４、中間軸６、及び出力軸９はそれぞれ転がり軸受またはすべり軸受によって支持されており、これら全体がケース１２に収納されている。ここで、以上の説明から明らかなように減速機３の歯車は何れも平行軸歯車によって構成されている。
【００１２】
次に、本実施形態による横軸ポンプ装置の動作について説明する。ガスタービン２の起動時にはクラッチ１３を切れた状態としておく。この状態でガスタービン２の動力はカップリングを介して減速機３の入力軸４に伝達されるが中間軸６以降には伝達されない。そして入力軸４に伝達された動力は発電機駆動用ベルト１５を介して発電機１６に伝達される。発電機１６が回って発電が開始されると、図４にその例を示すように、横軸ポンプ装置の運転に必要な真空ポンプ、除塵機、吐出弁、室内換気、防音パッケージ換気、始動用電源、初期潤滑等の負荷に電力が供給される。そしてこの電力により真空ポンプが作動して吸引することにより、まずポンプ本体１の内部に水を満たす。それから満水検知機がポンプ本体１内の満水状態を検知すると、ポンプ本体１の起動準備が完了した状態となり、クラッチ１３をつないでポンプ本体１への動力の伝達を開始するとともに吐出弁を開らいて排水動作に入る。
【００１３】
このような手順を経る必要のあることはポンプ本体１が横軸形であることに特有のものである。すなわちポンプ本体１が満水する前にポンプが回転してしまうと、軸受を損傷させてしまったり、満水検知機の誤動作で吐出弁が開いて落水してしまうなどの問題を起こす可能性があり、そのために、まず真空ポンプにより吸引することでポンプ本体１を満水にし、それからポンプ本体１を駆動させるようにしなければならない。そしてポンプ本体１の駆動源であるガスタービン２で作動させられる発電機１６を用いるについて、このような手順を可能とするのがクラッチ１３である。すなわちクラッチ１３を設けてあることにより、ガスタービン２を作動させると同時に発電機１６を駆動することができる一方で、ポンプ本体１についてはその起動準備が完了するまで動力の伝達を停止しておくことができ、上記のような手順を踏むことが可能となる。またこの手順をより確実にするものとしてディスクブレーキ１７が機能している。すなわちその内部が満水になる前のポンプ本体１は負荷が小さいために、クラッチ１３が遮断状態であってもつれ回りを生じる可能性があり、つれ回りを生じると満水前に作動したのと同様な結果となり、上記のような問題を招くおそれがあるが、ディスクブレーキ１７を設けてあることによりこれを確実に防止することができる。
【００１４】
ここで、つれ回りの問題はクラッチ１３にどのような構造のものを用いるかに依存することになるが、通常用いられるクラッチにはある程度のつれ回りを避けられないのが一般的である。つまりディスクブレーキ１７を設けることにより、クラッチ１３に特殊なものを用いなくとも、上記のような手順を確実なものとすることができるということである。本実施形態ではクラッチ１３に油圧式のものを用いているが、他の形式のものを用いることもできる。また回転数を可変にする必要のある場合には、流体継ぎ手を用い、これにクラッチ機能を負わせるようにすることもできる。
【００１５】
以上のように本発明による横軸ポンプ装置は、その駆動機であるガスタービン２により駆動される発電機１６を備えており、運転に必要となる電力をこの発電機１６でまかなうことができる。そのため外部からの電力供給を必要とぜす、したがって排水ポンプ設備として用いる場合に商用電源などの外部電源が停電しても運転可能とするための自家発電設備を別個に設けなくとも済む。その結果、排水ポンプ機場のスペースを節約でき、土木建造物の建造などについて低コスト化を図ることが可能となる。また複数台のポンプを必要とする排水ポンプ機場に本発明による横軸ポンプ装置を用いるようにすれば、各ポンプごとに運転に必要な電力を自らの運転によって確保できることから、他号機が故障してしまった場合においてもその故障の影響を受けないで済み、より信頼性の高い排水ポンプ機場とすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、横軸ポンプ装置に、そのポンプ本体を駆動するための駆動機により駆動される発電機を設けているので、例えば排水ポンプ設備として用いる場合に商用電源などの外部電源が停電しても運転可能とするための自家発電設備を別個に設けなくとも済む。このため、排水ポンプ機場のスペースを節約でき、土木建造物の建造などについて低コスト化を図ることが可能となる。
【００１７】
また本発明によれば、ポンプ本体用の駆動機による自前発電を行うについて、駆動機とポンプ本体の間に設けた減速機から発電機への駆動出力を得るとともに、発電機への出力とポンプ本体への出力との間でクラッチが設けるようにしているので、横軸形のポンプに特有な起動手順を確実に踏ませることができ、より安全性の高い運転が可能となる。
【００１８】
また本発明によれば、これを複数台のポンプを必要とする排水ポンプ機場に適用することにより、各ポンプごとに運転に必要な電力を自らの運転によって確保でき、したがって他号機が故障してしまった場合においてもその故障の影響を受けないで済み、より信頼性の高い排水ポンプ機場とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による横軸ポンプ装置を排水ポンプ機場に設置した例の平面図である。
【図２】図１に対応する縦断面図である。
【図３】図１の横軸ポンプ装置における減速機部分の横断面図である。
【図４】図１の横軸ポンプ装置におけるシステム構成図である。
【符号の説明】
１ポンプ本体
２ガスタービン（駆動機）
３減速機
４入力軸
４ｓ補助出力端
６中間軸
９出力軸
１３クラッチ
１６発電機
１７ディスクブレーキ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a horizontal axis pump device suitable for use as, for example, a drainage pump facility.
[0002]
[Prior art]
Drainage pump equipment for draining water due to heavy rainfall or river flooding is basically capable of performing its functions when drainage is required, and can be operated even when an external power supply such as a commercial power supply is cut off. It must be possible. Therefore, it is common to install a private power generation facility driven by a drive source provided separately from the pump system.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, installing a private power generation facility in a separate system leads to an increase in the size of the drainage pump facility and increases the cost. With respect to this problem, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-228985, an example is known in which a generator is driven by using the surplus capacity of a gas turbine that is a pump drive. According to such an example, it is not necessary to provide a separate private power generation facility. However, this prior art relates to a vertical pump, and this cannot be applied as it is to a drainage pump facility using a horizontal pump. An example of a conventional horizontal shaft pump device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-93882.
[0004]
The present invention has been made in the background as described above, and an object of the present invention is to provide a horizontal axis pump device that does not require a separate private power generation facility even when used as a drainage pump facility.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, in the present invention, an input connected to the drive unit in a horizontal shaft pump device comprising a drive unit composed of a single-shaft gas turbine and a horizontal shaft type pump body driven by the drive unit. A reduction gear which has a shaft and an output shaft connected to the pump body, decelerates the power input to the input shaft by a parallel shaft gear train and outputs the reduced power to the output shaft, and is provided in the parallel shaft gear train A load such as a vacuum pump necessary for the operation of the horizontal shaft pump device by electric power generated by a generator that is installed on the intermediate shaft and is activated when the drive device is started and is rotated when the drive device is started. There actuated, when a state in which activation is ready for the pump body, a clutch connected by a power supplied from the load, is connected through a generator driving belt to said input shaft, said input It discloses a horizontal axis pump apparatus characterized by with the rotation that includes a generator for supplying power to the load required for activating the pump body.
[0007]
Further, the present invention discloses a horizontal shaft pump device in which the speed reducer is further provided with a brake for preventing the pump main body from rotating while the transmission of power is interrupted by a clutch.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. An example in which the horizontal axis pump device according to the present invention is installed in a drainage pump station is shown in FIG. 1 in the form of a plan view and in the form of a sectional view in FIG. As seen in these drawings, the horizontal axis pump device according to the present embodiment includes a horizontal axis type pump body 1 and a uniaxial gas turbine 2 which is a drive unit, and a speed reducer 3 therebetween. Further, the generator 16 is connected to the speed reducer 3. The pump body 1 is coupled to the output shaft 9 of the speed reducer 3 via a coupling, the gas turbine 2 is coupled to one end of the input shaft 4 of the speed reducer 3 via a coupling, and the generator 16 is connected to a generator drive belt 15. Is connected to an auxiliary output end 4 s formed at the other end of the input shaft 4 of the speed reducer 3. Further, the horizontal axis pump device includes a soundproof package 18 that integrally surrounds the reduction gear 3 and the gas turbine 2, and can prevent the noise from the reduction gear 3 and the gas turbine 2 from leaking to the outside. . Here, in this embodiment, a single-shaft type is used for the gas turbine 2. The use of the single-shaft gas turbine in this way makes it easy to obtain a constant rotational speed and works favorably for power generation in the generator 16. In the present embodiment, the soundproof package 18 is configured to integrally surround the reduction gear 3 and the gas turbine 2, and in this way, the overall compactness is achieved.
[0011]
As shown in FIG. 3, the speed reducer 3 has an input shaft 4 that receives an input from the gas turbine 2 that is coupled to one end thereof via a coupling. The input shaft 4 is provided with a parallel shaft gear 5. The parallel shaft gear 5 meshes with a parallel shaft gear 7 provided on the intermediate shaft 6, and these constitute a first-stage parallel shaft gear train.
A clutch 13 is interposed between the intermediate shaft 6 and the parallel shaft gear 7, and transmission of the rotational driving force transmitted through the parallel shaft gear 5 and the parallel shaft gear 7 to the intermediate shaft 6 can be interrupted as necessary. Has been. A parallel shaft gear 8 is provided on the intermediate shaft 6. The parallel shaft gear 8 meshes with a parallel shaft gear 10 provided on the output shaft 9, and these constitute a second-stage parallel shaft gear train. A pump drive shaft 11 is coupled to the output shaft 9 via a coupling. An air cooling fan 14 is attached to an auxiliary output end 4 s formed at the other end of the input shaft 4, and a generator 16 is connected via a generator drive belt 15. Further, a disc brake 17 is provided at the shaft end of the intermediate shaft 6 so that the pump drive shaft 11 can be prevented from rotating when the transmission is cut off by the clutch 13. The input shaft 4, the intermediate shaft 6, and the output shaft 9 are supported by rolling bearings or sliding bearings, respectively, and these are housed in the case 12. Here, as is clear from the above description, all the gears of the speed reducer 3 are constituted by parallel shaft gears.
[0012]
Next, the operation of the horizontal axis pump device according to the present embodiment will be described. When the gas turbine 2 is started, the clutch 13 is disengaged. In this state, the power of the gas turbine 2 is transmitted to the input shaft 4 of the speed reducer 3 through the coupling, but is not transmitted to the intermediate shaft 6 and subsequent parts. The power transmitted to the input shaft 4 is transmitted to the generator 16 via the generator driving belt 15. When the generator 16 turns and power generation is started, as shown in FIG. 4, for example, a vacuum pump, a dust remover, a discharge valve, indoor ventilation, soundproof package ventilation, and start-up necessary for the operation of the horizontal axis pump device Electric power is supplied to loads such as a power source and initial lubrication. Then, the vacuum pump is operated and sucked by this electric power, so that the pump body 1 is first filled with water. Then, when the full water detector detects that the pump body 1 is full, the pump body 1 is ready for start-up, and the clutch 13 is connected to start transmission of power to the pump body 1 and open the discharge valve. To start draining.
[0013]
The necessity to go through such a procedure is peculiar to the fact that the pump body 1 has a horizontal axis shape. That is, if the pump rotates before the pump body 1 is full, the bearing may be damaged, or the discharge valve may open and fall due to malfunction of the full water detector. For this purpose, the pump main body 1 must first be filled by suction with a vacuum pump, and then the pump main body 1 must be driven. The clutch 13 enables such a procedure for using the generator 16 that is operated by the gas turbine 2 that is the drive source of the pump body 1. That is, by providing the clutch 13, the generator 16 can be driven simultaneously with the operation of the gas turbine 2, while the transmission of power is stopped until the start-up preparation of the pump body 1 is completed. And it is possible to follow the procedure as described above. In addition, the disc brake 17 functions to make this procedure more reliable. That is, since the pump body 1 before the interior is full of water has a small load, there is a possibility that the clutch 13 may rotate even when the clutch 13 is in the disengaged state. As a result, the above-described problem may be caused, but the provision of the disc brake 17 can surely prevent this.
[0014]
Here, the problem of spinning depends on what kind of structure is used for the clutch 13, but it is general that a certain degree of spinning is unavoidable for a normally used clutch. That is, by providing the disc brake 17, the above procedure can be ensured without using a special clutch 13. In the present embodiment, a hydraulic type is used for the clutch 13, but other types can also be used. Further, when it is necessary to make the rotation speed variable, a fluid coupling can be used to give the clutch function.
[0015]
As described above, the horizontal axis pump device according to the present invention includes the generator 16 driven by the gas turbine 2 that is the drive unit, and the generator 16 can supply the electric power necessary for the operation. Therefore, it is necessary to supply power from the outside. Therefore, when used as a drainage pump facility, it is not necessary to provide a separate private power generation facility for enabling operation even when an external power source such as a commercial power source fails. As a result, the space for the drainage pump station can be saved, and the cost can be reduced for the construction of civil engineering structures. Moreover, if the horizontal axis pump device according to the present invention is used in a drainage pump station that requires a plurality of pumps, the power required for operation can be secured for each pump by its own operation. Even in the case of failure, there is no need to be affected by the failure, and a more reliable drainage pump station can be obtained.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the generator driven by the drive unit for driving the pump body is provided in the horizontal shaft pump device, for example, when used as a drainage pump facility, It is not necessary to provide a separate in-house power generation facility for enabling operation even when an external power source such as a power source is cut off. For this reason, it is possible to save the space of the drainage pump station and to reduce the cost for the construction of civil engineering structures.
[0017]
Further, according to the present invention, for self-power generation by the pump body drive unit, the drive output from the speed reducer provided between the drive unit and the pump body to the generator is obtained, and the output to the generator and the pump Since the clutch is provided between the main body and the output to the main body, the starting procedure peculiar to the horizontal shaft type pump can be surely performed, and a safer operation is possible.
[0018]
Further, according to the present invention, by applying this to a drainage pump station that requires a plurality of pumps, it is possible to secure the power necessary for operation for each pump by its own operation, and therefore, the other unit fails. Even if it is closed, there is no need to be affected by the failure, and a more reliable drainage pump station can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an example in which a horizontal axis pump device according to an embodiment of the present invention is installed in a drainage pump station.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view corresponding to FIG.
3 is a cross-sectional view of a reduction gear portion in the horizontal shaft pump device of FIG. 1. FIG.
4 is a system configuration diagram of the horizontal axis pump device of FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Pump body 2 Gas turbine (drive machine)
3 Reducer 4 Input shaft 4s Auxiliary output end 6 Intermediate shaft 9 Output shaft 13 Clutch 16 Generator 17 Disc brake

Claims

一軸式ガスタービンからなる駆動機と、前記駆動機により駆動される横軸形のポンプ本体とを備えた横軸ポンプ装置において、前記駆動機に接続された入力軸と前記ポンプ本体に接続された出力軸とを有し、前記入力軸に入力された動力を平行軸歯車列により減速して前記出力軸へ出力する減速機と、前記平行軸歯車列に設けられ中間軸に設置され、前記駆動機の起動時には遮断状態にあり、前記駆動機の起動とともに回転される発電機により発電された電力により前記横軸ポンプ装置の運転に必要な真空ポンプ等の負荷が作動して、前記ポンプ本体の起動準備が完了した状態となると、前記負荷より供給される動力により接続されるクラッチと、前記入力軸に発電機用駆動ベルトを介して接続され、前記入力軸の回転とともに前記ポンプ本体を起動するのに必要な負荷へ電力を供給する発電機とを具備したことを特徴とする横軸ポンプ装置。In a horizontal shaft pump device including a drive unit composed of a single-shaft gas turbine and a horizontal shaft type pump body driven by the drive unit, an input shaft connected to the drive unit and the pump body are connected A speed reducer that decelerates the power input to the input shaft by a parallel shaft gear train and outputs it to the output shaft, and is provided on the parallel shaft gear train and installed on an intermediate shaft, and the drive A load such as a vacuum pump necessary for operation of the horizontal axis pump device is activated by the electric power generated by the generator that is rotated together with the activation of the drive machine, and the pump body of the pump body is activated. start When preparing the state has been completed, the clutch is connected by a power supplied from the load, is connected through a generator driving belt to the input shaft, the pump present together with the rotation of the input shaft The horizontal axis pump apparatus characterized by comprising a generator for supplying power to a load required to start.

前記減速機は、クラッチにより動力の伝達を遮断した状態でポンプ本体につれ回りが生じるのを防止するためのブレーキがさらに設けられている請求項１に記載の横軸ポンプ装置。 2. The horizontal shaft pump device according to claim 1, wherein the speed reducer is further provided with a brake for preventing the pump body from rotating in a state where power transmission is interrupted by a clutch. 3.