JP6850790B2 - 遠心ポンプ - Google Patents

Description

本開示の主題は、遠心ポンプに関する。具体的には、本開示は、背中合わせの構成のバレルタイプの遠心ディフューザポンプに関する。この種のポンプを、石油およびガス産業において、ならびに大量の流体の圧力を連続的またはほぼ連続的に増加させる必要がある任意の工業プロセスにおいて有用に用いることができる。

さらに、遠心ポンプは、圧縮機のような他の種類のターボ機械とは異なることに留意されたい。ポンプは、液体状態の流体を処理するが、圧縮機は、作動サイクルの少なくとも一部の間、非液体（蒸気またはガスなど）の流体に対して作動する。

技術水準では、バレルポンプは、専門用語では「バレル」と名付けられた外側ケースと、「カートリッジ」と呼ばれる内側ケースとを含む。高圧用途では、バレルポンプ（ＡＰＩ ＢＢ５ボリュートまたはディフューザなど）の流路構成は背中合わせになっている。これは、残留軸方向スラストを低減し、（バランスドラムが全差圧の半分を見るので）効率を高め、ポンプのロータダイナミックス的安定性を高めるために行われる。

背中合わせの構成では、ポンプは、２つの釣り合ったインペラのセットを含み、各々がそれぞれのディフューザを備える。専門用語では、インペラの各セットを「フェーズ」と呼ぶ。反転モジュールとして知られている特別なダイヤフラムは、第１のフェーズの出口流を取り出し、それを第２のフェーズの吸引を供給するためにカートリッジとバレルとの間の隙間に送る。また、反転モジュールは、第２のフェーズの出口流を取り出し、それを出口フランジに送る。

上記タイプの背中合わせポンプは、径方向に分割されたポンプである。これは、内側ケースが、ディフューザとダイヤフラムを径方向に積み重ねることによって構成されていることを意味する。ロータと内側ケースは、同じフェーズの間に組み立てられ、各インペラのステータ構成要素との取り付けが交互に行われる。

上述のポンプはいくつかの欠点を有する。実際に、反転モジュールは複雑な形状を有し、これは鋳造によって作られることを必要とする。したがって、反転モジュールは製造が困難である。

さらに、反転モジュールは、その複雑な形状に起因して、非常に高い流体力学的損失を引き起こし、流体は、半径が非常に小さい数ターンの経路に押し込まれる。

また、ロータのバランスを取ることはできないが、各インペラのバランスを別々に取る必要がある。

最後に、インペラがシュリンクフィットによって取り付けられている場合、それらを分解することは、主に、ステータによって囲まれた最後のインペラの背面のアクセス不能に起因して、非常に複雑である。

国際公開第２０１４／０８６７３０号

したがって、本発明の第１の実施形態は、外側ケースと、外側ケース内に内装された内側ケースとを含む遠心ポンプに関する。また、ポンプは、少なくとも第１のユニットと第２のユニットとを備える。ユニットは、第１のユニットから排出された処理流体を第２のユニットが処理するように、互いに流体接続状態に配置される。各ユニットは、回転軸を有する複数のインペラを備える。各ユニットはまた、複数のディフューザを備える。各ディフューザは、それぞれのインペラの周りに配置される。

内側ケースは、回転軸を含む接続平面に沿って接合された２つの半部を含む。また、各ディフューザは、接続平面に沿って接合された２つの半部を含む。

遠心ポンプは、第１のユニットと第２のユニットとの間に接続要素をさらに備え、接続要素は、第１のユニットの最後のインペラおよび第２のユニットの最後のインペラと係合している。

第２の実施形態は、
回転軸を中心に回転するように構成された第１のインペラを有する第１のユニットであって、第１の入口および第１の出口を有する第１のユニットと、
回転軸を中心に回転するように構成された第２のインペラを有する第２のユニットであって、第１のユニットの第１の出口に流体的に連結された第２の入口を有する第２のユニットと、
第１のユニットおよび第２のユニットの周りに配置された第１のケースであって、回転軸に平行な第１の長手方向軸を有し、第１の長手方向軸に沿って分割される第１のケースと
を備える、遠心ポンプに関する。

遠心ポンプは、第１の出口と第２の入口との間に接続要素をさらに備えることができ、接続要素は、第１のインペラおよび第２のインペラと係合するように構成される。

遠心ポンプは、第１のケースの周りに第２の外側ケースをさらに備えてもよい。

本発明の第３の実施形態は、遠心ポンプの第１および第２のユニットを接合するように構成された接続要素に関する。接続要素は本体を含む。第１および第２のディフューザが本体に挿入される。ディフューザは、第１のユニットの最後のインペラおよび第２のユニットの最後のインペラとそれぞれ係合するように構成される。

さらに、本体には、第１のディフューザの少なくとも一部を取り囲む溝が設けられる。

さらなる詳細および特定の実施形態は、以下の添付図面を参照する。

本発明の一実施形態による遠心ポンプの断面図である。 図１の遠心ポンプの詳細の斜視図である。 図１の遠心ポンプのさらなる詳細の斜視断面図である。

以下の例示的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照番号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

以下の開示は、遠心ポンプを詳細に記載しており、遠心ポンプは、外部供給源から供給されたエネルギーを受けて作業を行う機械である。具体的には、遠心力とは、処理流体を中心から周辺ゾーンまで径方向に加速するものである。より詳細には、本開示に記載の特定の実施形態は、このように処理液の圧力を増加させるポンプである遠心ポンプに関する。実際、このポンプは、軸方向に分割された背中合わせのタイプである。軸方向に分割するとは、外側の構成要素が中心回転軸を含む平面に沿って分割されることを意味する。背中合わせは、ポンプが互いに背を向けるように組み立てられた２つのサブユニットを含む構成である。

添付図面を参照すると、番号１のものは、本発明の一実施形態による遠心ポンプを示している。具体的には、ここで説明する遠心ポンプ１は、軸方向に分割された遠心ポンプである。しかしながら、本開示内に記載されたすべての概念は、当業者にとって明らかであるような方法で他のすべての遠心ポンプに容易に適用できるので、一般性を失うことは意図されていない。

具体的には、遠心ポンプ１は、外側ケース２を備えている。外側ケース２には、内側ケース３が内装されている。前に説明したように、この種の構成は「バレル」と呼ばれている。外側ケース２には、インテークフランジ１８と排出フランジ１９の両方が設けられている。遠心ポンプ１がプラントに接続されると、処理流体はインテークフランジ１８を通って入り、排出フランジ１９を通って出る。

ポンプ１は、少なくとも第１のユニット４および第２のユニット５を備えている。第１のユニット４および第２のユニット５は、それ自体で処理流体を圧縮するように設計されており、それぞれにそれぞれのインテークダクト１６および排出ダクト１７が設けられている。

さらに、ユニット４，５は、第１のユニット４から排出された処理液を第２のユニット５で処理するように、互いに流体接続状態に配置される。言い換えれば、２つのユニット４，５は直列に動作する。さらに言い換えれば、第２のユニット５のインテークダクト１６は、第１のユニット４の排出ダクト１７と直接流体連通するように配置される。添付の図面に示されていない他のユニットも、第２のユニット５の下流で同じように任意に取り付けることができることに留意されたい。

流体を処理するために、各ユニット４，５は、回転軸「Ａ」を有する複数のインペラ６を含む。実際に、第１のユニット４および第２のユニット５のインペラは、処理流体を圧縮するために使用される動力を提供するシャフト１１に取り付けられる。したがって、すべてのインペラ６，６ａ，６ｂは同じ回転軸「Ａ」を共有している。

また、ユニット４，５の各々について、チャンバ９は、外側ケース２と内側ケース３との間に設けられている。実際、各ユニット４，５の排出部１７は、それぞれのチャンバ９と流体連通するように配置される。第１のユニット４のチャンバは、第２のユニット５のインテークダクト１６と流体連通するように配置される。第２のユニット５のチャンバ９は、遠心ポンプ１の排出フランジ１９と流体連通するように配置される。

より詳細には、内側ケース３は、２つの半部３ａを含む。これらの半部３ａは、回転軸「Ａ」を含み得る接続面に沿って接合されている。

一方、外側ケース２は、本体２ａと、カバー２ｂとを備えている。典型的には、本体２ａは中空であり、開口側を有する円筒形であってもよい。カバー２ｂは、本体２ａと相補的な形状を有しており、遠心ポンプ１の他の部分が本体２ａ内に組み付けられると密閉可能に本体２ａに係合するように設計されている。

遠心ポンプ１は、第１のユニット４と第２のユニット５との間に接続要素７を備えている。接続要素７は、第１のユニット４と第２のユニット５とを構造的に接合する機能を有する。実際には、第１のユニット４の最後のインペラ６ａが接続要素７と係合している。また、第２のユニット５の最後のインペラ６ｂが接続要素７と係合している。

図２を参照すると、接続要素７は本体１０を含む。第１のディフューザ８ａおよび第２のディフューザ８ｂは、本体７に挿入される。第１のディフューザ８ａは、第１のユニット４の最後のインペラ６ａの周りに配置される。同様に、第２のディフューザ８ｂは、第２のユニット５の最後のインペラ６ｂの周りに配置される。第１のディフューザ８ａは、第１のユニット４のチャンバ９と流体連通するように配置される。第２のディフューザ８ｂは、第２のユニット５のチャンバ９と流体連通するように配置される。

各ユニット４，５は、他のインペラ６のための複数の別のディフューザ２０を備えることに留意されたい。実際、別のディフューザ２０の各々は、それぞれのインペラ６の周りに配置される。別のディフューザ２０の各々は、接続平面に沿って接合された２つの半部２０ａを含む。

本体１０には、第１のディフューザ８ａの少なくとも一部を取り囲む溝１２が設けられていることに留意されたい。同様に、本体１０には、第２のディフューザ８ｂの少なくとも一部を取り囲む別の溝１３が設けられている。各溝１２，１３は、それぞれのチャンバ９および排出部１７と流体連通するように配置され、このため、各ユニット４，５に対して、処理流体は排出部１７から出て、それぞれのディフューザ８ａ，８ｂを通って溝１２，１３に流入してチャンバ９に入る。

実際には、シール１４が溝１２と別の溝１３との間に配置される。シール１４の領域において、内側ケース３は外側ケース２と接触して配置され、各ユニット４，５のチャンバ９を効果的に分離する。

より詳細には、本体１０は、遠心ポンプ１の上記内側ケース３の少なくとも一部を画定するように構成されている。言い換えれば、本体１０は、遠心ポンプ１の内側ケース３の一部であり、また、内側ケース３のそれぞれの半部３ａに取り付けられた２つの半部１０ａを備えている。好ましくは、本体１０の各半部１０ａは、内側ケース３のそれぞれの半部３ａと一体に形成されている。実際には、第１のディフューザ８ａおよび第２のディフューザ８ｂも、本体１０と一体のものとして形成することができる。

図１を参照すると、遠心ポンプ１はまた、第１のユニット４のチャンバ９および第２のユニット５のインテークダクト１６と流体連通するように配置されるダクト１５を備える。

実際、ダクト１５は、内側ケース３に対して外部に配置される。図示の実施形態では、ダクト１５は、外側ケース２内に一体化されている。好適には、このようにして、ダクト１５内の処理流体の圧力は、内側ケース３の２つの半部３ａを一緒に押すことになる。したがって、２つの半部３ａの接合に大きな負荷がかかることはない。例えば、２つの半部３ａの接合がねじ（またはボルト）で行われる場合、ダクト１５の内部からの圧力の寄与のために、この用途にはより小さいねじ（またはボルト）で十分である。

図示されていない代替の実施形態では、ダクト１５は、外側ケース２とは別体であってもよく、少なくとも部分的には、外側ケース２に対して外側に延びていてもよい。

明細書全体にわたって、「一実施形態」または「ある実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、または特性が開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所に現れる「一実施形態では」または「ある実施形態では」という句は、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。

１ 遠心ポンプ
２ 外側ケース
２ａ 本体
２ｂ カバー
３ 内側ケース
３ａ 半部
４ 遠心ポンプ
４ 第１のユニット
５ 第２ユニット
６ インペラ
６ａ インペラ
６ｂ インペラ
７ 接続要素
８ａ 第１のディフューザ
８ｂ 第２のディフューザ
９ チャンバ
１０ 本体
１０ａ 半部
１１ シャフト
１２ 溝
１３ 溝
１４ シール
１５ ダクト
１６ インテークダクト
１７ 排出ダクト，排出部
１８ インテークフランジ
１９ 排出フランジ
２０ ディフューザ
２０ａ 半部

Claims (8)

1. 外側ケース（２）と、前記外側ケース（２）内に内装された内側ケース（３）と、互いに流体連通するように配置された少なくとも第１のユニット（４）および第２のユニット（５）と、を備えた背中合わせの構成のバレルタイプの遠心ポンプ（１）であって、
   前記第１のユニット（４）と前記第２のユニット（５）の各々は、前記背中合わせの構成の一部に相当し、前記第１のユニット（４）と前記第２のユニット（５）の各々は、インテークダクト（１６）および排出ダクト（１７）を有し、
   前記第２のユニット（５）の前記インテークダクト（１６）は、前記第１のユニット（４）の前記排出ダクト（１７）に連結され、
   前記第１のユニット（４）と前記第２のユニット（５）の各々は回転軸（Ａ）を有する複数のインペラ（６，６ａ，６ｂ）と、それぞれのインペラ（６）の周りに配置された複数のディフューザ（２０）と、を含み、
   前記内側ケース（３）は、前記回転軸（Ａ）を含む接続平面に沿って接合された２つの半部（３ａ）を含み、
   各々の前記ディフューザ（２０）は、前記接続平面に沿って接合された２つの半部（２０ａ）を含み、
   前記遠心ポンプ（１）は、前記第１のユニット（４）と前記第２のユニット（５）との間に接続要素（７）を備え、
   前記接続要素（７）は、前記第１のユニット（４）の最後のインペラ（６ａ）および前記第２のユニット（５）の最後のインペラ（６ｂ）に係合し、
   前記第１のユニット（４）と前記第２のユニット（５）の各々が、前記外側ケース（２）と前記内側ケース（３）との間にチャンバ（９）を有し、
   前記遠心ポンプ（１）は、前記第１のユニット（４）の前記チャンバ（９）および前記第２のユニット（５）の前記インテークダクト（１６）と流体連通するように配置されたダクト（１５）をさらに備え、
   前記ダクト（１５）が前記外側ケース（２）内に一体化されている、遠心ポンプ（１）。
2. 前記接続要素（７）が、本体（１０）と、前記本体（１０）内に挿入され、前記第１のユニット（４）の前記最後のインペラ（６ａ）および前記第２のユニット（５）の前記最後のインペラ（６ｂ）の周りにそれぞれ配置された第１のディフューザ（８ａ）および第２のディフューザ（８ｂ）とを備える、請求項１に記載の遠心ポンプ（１）。
3. 前記第１のディフューザ（８ａ）および前記第２のディフューザ（８ｂ）は、それぞれ前記第１のユニット（４）および前記第２のユニット（５）の前記チャンバ（９）と流体連通するように配置されている、請求項２に記載の遠心ポンプ（１）。
4. 前記外側ケース（２）に配置された排出フランジ（１９）も備え、
   前記第２のユニット（５）の前記チャンバ（９）は前記排出フランジ（１９）と流体連通するように配置される、請求項３に記載の遠心ポンプ（１）。
5. 前記本体（１０）が２つの半部（１０ａ）を備え、それぞれが前記内側ケース（３）のそれぞれの半部（３ａ）と一体に形成されている、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（１）。
6. 前記本体（１０）には、前記第１のディフューザ（８ａ）の少なくとも一部を取り囲む溝（１２）が設けられている、
   請求項２乃至５のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（１）。
7. 前記本体（１０）には、前記第２のディフューザ（８ｂ）の少なくとも一部を取り囲む別の溝（１３）が設けられている、請求項６に記載の遠心ポンプ（１）。
8. 前記本体（１０）が、前記遠心ポンプ（１）の前記内側ケース（３）の少なくとも一部を画定するように構成されている、請求項６または７に記載の遠心ポンプ（１）。

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