JP7012435B2 - 立形ポンプ及び尿素合成プラント - Google Patents

Description

本開示は、立形ポンプ及び尿素合成プラントに関する。

流体を昇圧するための装置として、複数段のインペラを有する多段遠心ポンプが用いられている。

例えば、特許文献１には、複数段のインペラが、軸方向に沿って配列された複数の中間ケーシングに収容された多段式遠心ポンプが開示されている。この多段式遠心ポンプでは、複数の中間ケーシングの軸方向における両側に吸込ケーシング及び吐出ケーシングが設けられ、ボルトの一端が吸込ケーシングに固定され、ボルトの他端が吐出ケーシングに固定されることによりポンプが組み立てられている。

特開平１１－２２３１９３号公報

ところで、複数段のインペラを含む多段ポンプにおいて、例えば特許文献１に記載のように、軸方向に分割された複数のセクションからなるケーシングをタイボルトで締結する場合、インペラの段数が多いほど、より長尺のタイボルトが必要となる。ここで、より長いタイボルトを用いれば、タイボルトの剛性が低下するとともに、タイボルトの製造性又はポンプの分解、組立時の作業性が低下する場合がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、タイボルトの剛性を向上可能な立形ポンプ及び尿素合成プラントを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る立形ポンプは、
複数段のインペラと、
前記複数段のインペラを覆う中間ケーシングと、
前記中間ケーシングを覆うように設けられる外部ケーシングと、
前記外部ケーシングの開口を塞ぐように前記外部ケーシングに取り付けられるケーシングカバーと、を備え、
前記中間ケーシングは、
前記立形ポンプの軸方向に積み重ねられ、前記複数段のインペラのうち第１グループの複数のインペラを取り囲むように設けられる複数の第１セクションと、
前記軸方向に積み重ねられ、前記複数段のインペラのうち第２グループの複数のインペラを取り囲むように設けられる複数の第２セクションと、
前記軸方向において前記複数の第１セクションと前記複数の第２セクションとの間に設けられる締結用セクションと、
を含み、
一端が前記締結用セクションに固定され、前記締結用セクションから前記複数の第１セクションが占める前記軸方向の位置範囲に亘って延在する少なくとも一本の第１タイボルトと、
一端が前記締結用セクションに固定され、前記締結用セクションから前記第１タイボルトとは反対方向に前記複数の第２セクションが占める前記軸方向の位置範囲に亘って延在する少なくとも一本の第２タイボルトと、
を備える。

上記（１）の構成では、少なくとも複数の第１セクションと複数の第２セクションとで中間ケーシングを構成し、且つ、第１セクションと第２セクションとの間に締結用セクションを配置し、該締結用セクションに第１タイボルト及び該第１タイボルトとは反対方向に延びる第２タイボルトを固定するようにした。このため、中間ケーシング全体に亘って延在する長いタイボルトで全セクションを保持する場合に比べて、第１タイボルト及び第２タイボルトを短くすることができる。これにより、各タイボルトの剛性が向上するだけでなく、各タイボルトの製造性及び組付け性が向上するとともに、タイボルトの熱伸びの影響を低減できる。このことは、立形ポンプのインペラの段数が多い場合に大きなメリットをもたらす。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１グループの複数のインペラは、前記第２グループの複数のインペラよりも下流側に位置し、
前記第１タイボルトは、前記第２タイボルトよりも大径である。

上記（２）の構成によれば、液体の圧力がより高い第１グループのインペラに対応する第１タイボルトを第２タイボルトよりも大径にすることで、液体の圧力に応じた各セクションの固定に必要な軸力を得ることができる。また、相対的に小径である第２タイボルトを用いることで、中間ケーシングの周りにより多くのタイボルトを配置することが可能となる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
複数本の前記第１タイボルトと、複数本の前記第２タイボルトとが、前記中間ケーシングの周方向において交互に配置される。

上記（３）の構成によれば、複数本の第１タイボルト及び複数本の第２タイボルトを交互に周方向に配置することで、締結用セクションにおける第１タイボルトと第２タイボルトの干渉を回避しつつ、各タイボルトを周方向に均等配置して各セクションを適切に保持することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記立形ポンプは、
前記複数段のインペラとともに回転するように構成された回転シャフトと、
前記締結用セクションと前記回転シャフトとの間に設けられ、前記回転シャフトを回転自在に支持するための軸受と、
を備える。

上記（４）の構成によれば、第１タイボルト及び第２タイボルトを固定するためにある程度の厚さが必要である締結用セクションを利用して、回転シャフトを支持するための軸受を設けるようにしたので、回転シャフトの軸長の増大を抑制しながら、回転シャフトの振動を低減することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記中間ケーシングは、
前記軸方向において前記複数段のインペラを挟んで前記ケーシングカバーとは反対側に位置し、前記複数段のインペラのうち初段インペラに液体を導くための吸込みベルを有する吸込みベルセクション
を含み、
前記第１タイボルトの他端は、前記ケーシングカバーに固定され、
前記第２タイボルトの他端は、前記吸込みベルセクションに固定される。

上記（５）の構成によれば、ケーシングカバーと締結用セクションとの間に延在する第１タイボルトと、締結用セクションと吸込みベルセクションとの間に延在する第２タイボルトと、を用いることで、立形ポンプの段数が多い場合であっても、各タイボルトの長さを抑制しながら、複数の第１セクション及び複数の第２セクションを一体的に保持することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記立形ポンプは、
前記複数段のインペラとともに回転するように構成された回転シャフトと、
前記回転シャフトによる前記ケーシングカバーの貫通部において前記複数段のインペラのうち最終段インペラの背面側に設けられ、前記回転シャフトのスラスト力を少なくとも部分的にバランスさせるためのバランススリーブと、
前記回転シャフトと前記ケーシングカバーとの間において、前記回転シャフトの軸方向にて前記バランススリーブを挟んで前記複数段のインペラとは反対側に設けられ、前記複数段のインペラのうち中間段インペラに連通する中間室と、
前記中間室と前記中間段インペラとが互いに連通するように、前記ケーシングカバーから前記第１セクション又は前記第２セクションのうち何れか一つのセクションに向かって前記中間ケーシングと前記外部ケーシングとの間に設けられるバランス管と、
を備え、
前記バランス管は、平面視において、前記第１タイボルト又は前記第２タイボルトの少なくとも一方に対して、前記中間ケーシングの半径方向又は周方向にオフセットされて配置される。

上記（６）の構成によれば、バランススリーブに中間段インペラの圧力を作用させることで、最終段インペラを通過した液体の圧力（吐出圧）と中間段インペラの圧力との差圧に起因した逆スラスト力をバランススリーブに作用させ、立形ポンプのスラスト力のバランスを実現することができる。また、中間室に中間段インペラを連通させて、中間室の圧力を比較的高い値に保持することで、バランススリーブを介したリーク液体の急減圧に伴う気化を抑制することができる。さらに、バランス管を用いた簡素な構成により、中間室を中間段インペラに連通させることが可能となる。
なお、本明細書において、「中間段インペラ」とは、初段インペラの下流側且つ最終段インペラの上流側の任意のインペラを指す。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記中間ケーシングは、
前記軸方向において前記複数段のインペラを挟んで前記ケーシングカバーとは反対側に位置し、前記複数段のインペラのうち初段インペラに液体を導くための吸込みベルを有する吸込みベルセクション
を含み、
前記第１タイボルトの他端は、前記ケーシングカバーに固定され、
前記第２タイボルトの他端は、前記吸込みベルセクションに固定され、
前記バランス管は、何れかの前記第１タイボルトに対して前記半径方向にオフセットされて配置され、前記周方向に隣り合う一対の前記第２タイボルトの間を通って、何れかの前記第２セクションに接続される。

上記（７）の構成によれば、上記（５）で述べた技術的利得に加えて、第１タイボルト及び第２タイボルトの本数が多い場合であっても、第１タイボルト及び第２タイボルトとバランス管との干渉を回避可能であるという技術的利得も享受できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、前記立形ポンプの吐出圧が１０ＭＰａ以上である。

一般的に、１０ＭＰａ以上の高い吐出圧を得るためには、例えば６０００ｒｐｍ以上の高速で回転する横置きポンプが用いられる。しかし、高回転数の横置きポンプを採用する場合、横置きポンプの初段インペラにおけるキャビテーションが問題となり得る。キャビテーションを抑制するために、例えば、タンクと横置きポンプとの間にブースタポンプを設けることも可能であるが、この場合にはブースタポンプの設置に伴う機器設置スペースの拡大および設備コストの増加が問題となる。
上記（８）の構成のように、１０ＭＰａ以上の吐出圧が必要な場合であっても、上記（１）で述べた多段の立形ポンプを用いることで、立形ポンプのインペラの段数を増やすことでポンプ回転数を低下させ、初段インペラにおけるキャビテーションを抑制することができる。一方、立形ポンプのインペラの段数を増やすと、中間ケーシングのセクションを一体に保持するためのタイボルトが長くなるというデメリットが存在するが、上記（１）で述べたように、締結用セクションから互いに反対方向に延在する第１タイボルト及び第２タイボルトを用いることで、立形ポンプの段数が多い場合であっても各タイボルトを短縮できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、前記複数段のインペラは、１０段以上のインペラを含む。

上記（９）の構成によれば、１０段以上のインペラを含む立形ポンプを用いることで、立形ポンプの回転数を低下させても必要な吐出圧を確保可能となる。このため、立形ポンプの回転数低下により、初段インペラにおけるキャビテーションを効果的に抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記立形ポンプは、尿素合成プラントにおける原料アンモニアを昇圧するためのアンモニアポンプ、または、尿素合成プラントにおける中間体のカーバメートを昇圧するためのカーバメートポンプの何れかである。

尿素合成プラントにおけるアンモニアポンプ及びカーバメートポンプは、アンモニア又はカーバメートを例えば１０ＭＰａ以上の高圧に昇圧させて、尿素を生成するための反応器に供給するために用いられる。
この点、上記（１０）の構成によれば、尿素合成プラントにおけるアンモニアポンプ又はカーバメートポンプとして上記（１）で述べた多段の立形ポンプを用いることで、立形ポンプのインペラの段数を増やすことでポンプ回転数を低下させ、初段インペラにおけるキャビテーションを抑制することができる。一方、立形ポンプのインペラの段数を増やすと、中間ケーシングのセクションを一体に保持するためのタイボルトが長くなるというデメリットが存在するが、上記（１）で述べたように、締結用セクションから互いに反対方向に延在する第１タイボルト及び第２タイボルトを用いることで、立形ポンプの段数が多い場合であっても各タイボルトを短縮できる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る尿素合成プラントは、
原料アンモニアを昇圧するためのアンモニアポンプと、
中間体のカーバメートを昇圧するためのカーバメートポンプと、
前記アンモニアポンプで昇圧されたアンモニア、前記カーバメートポンプで昇圧されたカーバメート、及び、二酸化炭素が供給される反応器と、
を備え、
前記アンモニアポンプ又は前記カーバメートポンプの少なくとも一方は、上記（１）乃至（１０）の何れかの立形ポンプである。

上記（１１）の構成によれば、尿素合成プラントにおけるアンモニアポンプ又はカーバメートポンプとして上記（１）で述べた多段の立形ポンプを用いることで、立形ポンプのインペラの段数を増やすことでポンプ回転数を低下させ、初段インペラにおけるキャビテーションを抑制することができる。一方、立形ポンプのインペラの段数を増やすと、中間ケーシングのセクションを一体に保持するためのタイボルトが長くなるというデメリットが存在するが、上記（１）で述べたように、締結用セクションから互いに反対方向に延在する第１タイボルト及び第２タイボルトを用いることで、立形ポンプの段数が多い場合であっても各タイボルトを短縮できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、タイボルトの剛性を向上可能な立形ポンプ及び尿素合成プラントが提供される。

一実施形態に係る立形ポンプが適用される液体昇圧装置の一例を示す概略構成図である。 一実施形態に係る立形ポンプの概略断面図である。 図２に示す立形ポンプのケーシングカバーの平面図である。 図２に示す立形ポンプのケーシングカバーの軸方向に沿った断面図である。 一実施形態に係る締結用セクションのフランジ部を平面視した図である。 図２に示す立形ポンプのスラストバランス部の構成を示す概略断面図である。 図２に示す立形ポンプのメカニカルシールの構成を示す概略断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、幾つかの実施形態に係る立形ポンプが適用される液体昇圧装置の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、液体昇圧装置１は、昇圧対象の液体（プロセス流体）を貯留するためのタンク２と、タンク２から供給される液体を昇圧するための立形ポンプ４と、立形ポンプ４を駆動するためのモータ１２と、を備える。
タンク２は機器設置面ＧＬに設置されており、タンク２内の液面レベルＦＬは、機器設置面ＧＬよりも上方に位置するようになっている。

図１に示すように、立形ポンプ４の少なくとも一部は、機器設置面ＧＬから掘り下げられて形成された凹部３に収容される。図１に示す例示的な実施形態では、立形ポンプ４の下部が凹部３に収容されている。

立形ポンプ４は、タンク２に接続される吸込口５と、鉛直方向に沿って配列された複数段のインペラ７と、複数段のインペラ７を通過した液体を吐出するための吐出口６と、を含む。複数段のインペラ７のうち、最も下方に位置するインペラ７は、初段インペラ７Ａである。初段インペラ７Ａは、タンク２が設置される機器設置面ＧＬよりも下方に位置している。

また、立形ポンプ４は、鉛直方向に沿って延在する回転シャフト１０を備えている。回転シャフト１０はモータ１２の出力軸１３と接続されており、複数段のインペラ７は、モータ１２によって駆動されて、回転シャフト１０とともに回転するように構成されている。

図１に示す例示的な実施形態では、立形ポンプ４を駆動するためのモータ１２の出力軸１３は、水平方向に沿って延在しており、立形ポンプ４の上方には、モータ１２の出力軸１３と、立形ポンプ４の回転シャフト１０との間で動力を伝達するためのかさ歯車８が設けられている。また、モータ１２は、平面視において、立形ポンプ４と重ならずに立形ポンプ４の側方に位置している。
図示を省略するが、他の幾つかの実施形態では、立形ポンプ４を駆動するためのモータ１２の出力軸１３は鉛直方向に沿って延在し、該出力軸１３が、立形ポンプ４の回転シャフト１０に直結されていてもよい。

立形ポンプ４には、吸込口５を介してタンク２から液体が供給されるようになっている。吸込口５から供給された液体は、初段インペラ７Ａに流入し、初段インペラ７Ａを通過した後、下流側のインペラ７へと順々に流れていく。液体は、複数段のインペラ７を通過する際に、インペラ７の回転エネルギーを受けて昇圧される。複数段のインペラ７のうち最も下流側に設けられる最終段のインペラ７を通過した高圧の液体は、吐出口６を介して、立形ポンプ４から排出されるようになっている。

液体昇圧装置１において上述した多段の立形ポンプ４を採用することにより、複数段のインペラが水平方向に配列される横置き型の多段ポンプを採用する場合に比べて、機器設置スペースを削減可能であるとともに、インペラ７の段数を増やすことで高い吐出圧を確保しつつ、ポンプの回転数を削減可能となる。このようにポンプの回転数を下げることで、初段インペラ７Ａにおけるキャビテーションを抑制することができる。また、機器設置面ＧＬよりも下方に初段インペラ７Ａが位置するように立形ポンプ４を配置することで、タンク２の設置位置の高さを低減しながら、タンク２と立形ポンプ４とのヘッド差を十分に確保して初段インペラ７Ａにおけるキャビテーションを抑制することができる。
このように、立形ポンプ４を採用することにより、初段インペラ７Ａにおけるキャビテーションを抑制可能であるため、タンク２とポンプ（立形ポンプ４）との間にブースタポンプを設ける必要がなくなり、あるいは、タンク２の設置位置を高く設定する必要がなくなる。よって、液体昇圧装置１における設備コストの削減及び省スペース化を実現することができる。

図２は、一実施形態に係る立形ポンプ４の概略断面図である。なお、図２中の矢印は、立形ポンプ４内における液体（プロセス流体）の流れの向きを示す。

図２に示すように、立形ポンプ４は、上述した複数段のインペラ７と、外部ケーシング１８、中間ケーシング２０、及びケーシングカバー２８を含むケーシングとを備えており、複数段のインペラ７は、該ケーシングに収容されている。中間ケーシング２０は、複数段のインペラ７を覆うように外部ケーシング１８の内部に設けられている。ケーシングカバー２８は、外部ケーシング１８の上端開口を塞ぐように外部ケーシング１８に取付けられている。また、複数段のインペラ７とともに回転する回転シャフト１０は、下部軸受７２、及び、インペラのウェアリング部を通常のインペラより延長し設置する中間ブッシュ７４によって回転自在に中間ケーシング２０に支持されている。
また、図２に示す立形ポンプ４は、ケーシングカバー２８の回転シャフト１０による貫通部に設けられたスラストバランス部８０及び軸封装置としてのメカニカルシール４４を備えている。

外部ケーシング１８は、回転シャフト１０の径方向（以下、単に「径方向」と称することがある。）外側に突出するように設けられたフランジ部１８ａを上端部に有し、該フランジ部１８ａに設けられたボルト穴を貫通する複数のボルト１９によって機器設置面ＧＬに固定されている。外部ケーシング１８のうち、フランジ部１８ａよりも下方の部分は、機器設置面ＧＬから掘り下げられて形成された凹部３に収容されている。

ケーシングカバー２８は、回転シャフト１０の周方向に配列されるボルト２９によって、外部ケーシング１８に固定されている。ケーシングカバー２８には、吸込口５に連通する低圧内部流路３０、及び、吐出口６と連通する高圧内部流路３２が形成されている。

外部ケーシング１８と中間ケーシング２０との間には、吸込口５及びケーシングカバー２８に形成された低圧内部流路３０から、複数段のインペラ７のうち最も下方に位置する初段インペラ７Ａへと向かう液体の流路４０が形成されている。

流路４０を流れて初段インペラ７Ａへと向かう液体は、中間ケーシング２０の最下部に位置する吸込みベル２６ｂ（後述する）に導かれて、初段インペラ７Ａへ流れ込むようになっている。
また、初段インペラ７Ａへ流れこんだ後、複数段のインペラ７を通過して、最終段インペラ７Ｂの出口から流出した流体は、高圧内部流路３２を介して、吐出口６から立形ポンプ４の外部に排出されるようになっている。なお、最終段インペラ７Ｂは、複数段のインペラ７のうちケーシングカバー２８に最も近いインペラである。

図３Ａは、図２に示す立形ポンプ４のケーシングカバー２８の平面図であり、図３Ｂは、図２に示す立形ポンプ４のケーシングカバー２８の、回転シャフト１０の軸方向（回転シャフト１０の回転軸Ｏに沿った方向；以下、単に「軸方向」とも称する。）に沿った断面図である。なお、説明の便宜上、図３Ａ及び図３Ｂでは、ケーシングカバー２８に形成される流路及びボルト穴のうちいくつかは図示が省略されている。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ケーシングカバー２８の中央部には、立形ポンプ４の回転シャフト１０（図２参照）が軸方向に沿って貫通する貫通部９８が設けられている。

幾つかの実施形態では、図２～図３Ｂに示すように、ケーシングカバー２８は、低圧内部流路３０及び高圧内部流路３２を有する板部材によって構成される。低圧内部流路３０及び高圧内部流路３２は、機械加工によって該板部材の内部に形成されてもよい。
このように、立形ポンプ４のケーシングカバー２８を、低圧内部流路３０及び高圧内部流路３２が内部に形成された板部材によって構成することにより、低圧流路及び高圧流路を有する鋳物でケーシングカバー２８を形成する場合に比べてケーシングカバー２８の高さを低減することができる。これにより、立形ポンプ４の高さ方向の寸法を小さくし、コンパクトな立形ポンプ４を実現できる。また、板部材の内部に高圧内部流路３２を形成することにより、ケーシングカバー２８を鋳物で形成する場合に比べて、より高い吐出圧に対応可能となる。

図３Ｂに示すように、板部材によって構成されるケーシングカバー２８の高さ（軸方向の寸法）をＨとし、回転シャフト１０（図２参照）の径方向（回転軸Ｏに直交する方向）におけるケーシングカバー２８の寸法をＷとしたとき、ケーシングカバー２８のアスペクト比Ｗ／Ｈは、１０／４以上１０／１以下であってもよい。

図２に示すように、立形ポンプ４において、ケーシングカバー２８を構成する板部材の周縁部には、吸込口５を有する吸込ノズル３６（吸込管）、及び、吐出口６を有する吐出ノズル３８（吐出管）が取付けられていてもよい。吸込ノズル３６は、吸込口５と、ケーシングカバー２８の内部に設けられた低圧内部流路３０とが連通するように設けられる。また、吐出ノズル３８は、吐出口６と、ケーシングカバー２８の内部に設けられた高圧内部流路３２とが連通するように設けられる。
このように、ケーシングカバー２８を構成する板部材と別に形成された吸込ノズル３６及び吐出ノズル３８を板部材の周縁部に取り付けることで立形ポンプ４を構成できるので、ケーシングカバー２８の加工が容易になる。

吸込ノズル３６又は吐出ノズル３８は、図２に示すようなフランジ接続部を有する部材であってもよい。また、吸込ノズル３６又は吐出ノズル３８は、溶接によってケーシングカバー２８を構成する板部材に取付けられていてもよい。

幾つかの実施形態では、図２～図３Ｂに示すように、ケーシングカバー２８の内部に形成される低圧内部流路３０は、板部材の径方向（図３Ｂ参照）外側に延びる第１径方向流路９０と、第１径方向流路９０に接続され、板部材の軸方向（図３Ｂ参照）に沿って延びる第１軸方向流路９２、を含む。
このように、低圧内部流路３０を第１径方向流路９０と第１軸方向流路９２とで形成することにより、低圧内部流路３０の構造を簡素化することができ、低圧内部流路３０の加工を容易に行うことが可能となる。

また、幾つかの実施形態では、図２～図３Ｂに示すように、ケーシングカバー２８の内部に形成される高圧内部流路３２は、複数段のインペラ７のうち、ケーシングカバー２８に最も近い最終段インペラ７Ｂ（図２参照）の出口に連通する環状流路９４と、環状流路９４から吐出口６（図２参照）に向かって板部材の径方向外側に延びる第２径方向流路９６と、を含む。
このように、高圧内部流路３２を環状流路９４と第２径方向流路９６とで形成することにより、高圧内部流路３２の構造を簡素化することができ、高圧内部流路３２の加工を容易に行うことが可能となる。

なお、ケーシングカバー２８には、ケーシングカバー２８を外部ケーシング１８に固定するための複数のボルト２９がねじ込まれる複数のボルト穴８８が設けられる。図３Ａに示すように、これらの複数のボルト穴８８は、第１径方向流路９０及び第２径方向流路９６に対して、ケーシングカバー２８を構成する板部材の周方向にオフセットされて配置されている。

幾つかの実施形態では、図２～図３Ｂに示すように、ケーシングカバー２８に形成される環状流路９４は、板部材の周方向に（図３Ａ参照）沿って流路断面積が変化するスクロール流路である。スクロール流路の流路断面積は、立形ポンプ４の回転シャフト１０の回転方向における上流側から下流側に向かって増大するようになっていてもよい。

例えば、環状流路９４（スクロール流路）の流路断面積は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、立形ポンプ４の回転シャフト１０の回転方向における上流側から下流側に向かって、環状流路９４の上流部９４ａ、中流部９４ｂ及び下流部９４ｃ（図３Ａ及び図３Ｂ参照）の順に、大きくなる。

このように、環状流路９４をスクロール流路で形成することにより、最終段インペラ７Ｂからの高圧液体の流れの環状流路９４での圧力損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、中間ケーシング２０は、回転シャフト１０の軸方向に積み重ねられる複数のセクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６）と、これら複数のセクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６）を締結するための複数のタイボルト（複数の第１タイボルト４２及び複数の第２タイボルト４３）と、を含む。

図２に示す例示的な実施形態では、中間ケーシング２０を構成する複数のセクションは、軸方向に積み重ねられ、複数段のインペラ７を取り囲むように設けられた複数の第１セクション２２Ａ及び第２セクション２２Ｂと、複数の第１セクション２２Ａと複数の第２セクション２２Ｂとの間に設けられ、複数のタイボルト（４２，４３）の一端が固定される締結用セクション２４と、複数のセクションのうち最も下方に位置する吸込みベルセクション２６と、を含む。

吸込みベルセクション２６は、軸方向において複数段のインペラ７を挟んで前記ケーシングカバー２８とは反対側に位置し、複数段のインペラ７のうち初段インペラ７Ａに液体を導くための吸込みベル２６ｂを有する。

複数の第１セクション２２Ａは、複数段のインペラ７のうち下流側に位置する第１グループ１００の複数のインペラ７を取り囲むように設けられる。
複数の第２セクション２２Ｂは、複数段のインペラ７のうち、第１グループ１００の複数のインペラ７よりも上流側に位置する第２グループ１０２の複数のインペラ７を取り囲むように設けられる。
締結用セクション２４は、軸方向において複数の第１セクション２２Ａを挟んでケーシングカバー２８の反対側に位置している。

複数の第１タイボルト４２は、締結用セクション２４から複数の第１セクション２２Ａが占める軸方向の位置範囲に亘って延在している。複数の第１タイボルト４２の各々の一端は、締結用セクション２４に固定されるとともに、複数の第１タイボルト４２の各々の他端は、ケーシングカバー２８に固定されている。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、締結用セクション２４は、径方向外側に突出するように設けられたフランジ部２４ａを有し、複数の第１タイボルト４２の各々の一端は、締結用セクション２４のフランジ部２４ａに形成されたボルト穴にねじ込まれる。また、幾つかの実施形態では、図２に示すように、複数の第１タイボルト４２の各々の他端は、ケーシングカバー２８を構成する板部材に形成された複数のボルト穴８６にねじ込まれる。

なお、図３Ａに示すように、ケーシングカバー２８に形成される複数のボルト穴８６は、第１軸方向流路９２に対して、ケーシングカバー２８を構成する板部材の半径方向又は周方向にオフセットされて配置されている。

また、複数の第２タイボルト４３は、締結用セクション２４から第１タイボルト４２とは反対方向に複数の第２セクション２２Ｂが占める軸方向の位置範囲に亘って延在している。複数の第２タイボルト４３の各々の一端は、締結用セクション２４に固定されるとともに、複数の第２タイボルト４３の各々の他端は、吸込みベルセクション２６に固定されている。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、複数の第２タイボルト４３の各々の一端は、上述の締結用セクション２４のフランジ部２４ａに形成されたボルト穴にねじ込まれる。また、幾つかの実施形態では、図２に示すように、吸込みベルセクション２６は、径方向外側に突出するように設けられたフランジ部２６ａを有し、複数の第２タイボルト４３の各々の他端は、吸込みベルセクション２６のフランジ部２６ａに形成されたボルト穴にねじ込まれる。

なお、幾つかの実施形態では、中間ケーシング２０を構成する複数のセクションを、軸方向においてそれぞれ位置が異なる３以上のグループ（第１セクション、第２セクション、及び第３セクション等）に分割し、これらの３以上のグループのセクションを、軸方向においてそれぞれ異なる位置範囲に延在する３本以上のタイボルトによって締結するようにしてもよい。

このように、幾つかの実施形態では、少なくとも複数の第１セクション２２Ａと複数の第２セクション２２Ｂとで中間ケーシング２０を構成し、且つ、第１セクション２２Ａと第２セクション２２Ｂとの間に締結用セクション２４を配置し、該締結用セクション２４に第１タイボルト４２及び該第１タイボルト４２とは反対方向に延びる第２タイボルト４３を固定する。このため、中間ケーシング２０全体に亘って延在する長いタイボルトで全セクションを保持する場合に比べて、第１タイボルト４２及び第２タイボルト４３を短くすることができる。これにより、各タイボルト（４２，４３）の剛性が向上するだけでなく、各タイボルト（４２，４３）の製造性及び組付け性が向上するとともに、タイボルト（４２，４３）の熱伸びの影響を低減できる。このことは、立形ポンプ４のインペラ７の段数が多い場合に大きなメリットをもたらす。

ケーシングカバー２８を構成する板部材と締結用セクション２４とをタイボルト（４２，４３）で締結することで、板部材と締結用セクション２４とに挟まれた複数のセクション（第１セクション２２Ａ）、あるいは、締結用セクション２４と吸込みベルセクション２６とにはさまれた複数のセクション（第２セクション２２Ｂ）を一体的に保持することができ、立形ポンプ４のケーシング構造を簡素化することができる。
また、ケーシングカバー２８と締結用セクション２４との間に延在する第１タイボルト４２と、締結用セクション２４と吸込みベルセクション２６との間に延在する第２タイボルト４３と、を用いることで、立形ポンプ４の段数が多い場合であっても、各タイボルト（４２，４３）の長さを抑制しながら、複数の第１セクション２２Ａ及び複数の第２セクション２２Ｂを一体的に保持することができる。

幾つかの実施形態において、下流側に位置する複数の第１セクション２２Ａを保持するための第１タイボルト４２は、複数の第１セクション２２Ａよりも上流側に位置する複数の第２セクション２２Ｂを保持するための第２タイボルト４３よりも大径である。

このように、液体の圧力がより高い第１グループ１００のインペラ７に対応する第１タイボルト４２を第２タイボルト４３よりも大径にすることで、液体の圧力に応じた各セクションの固定に必要な軸力を得ることができる。また、相対的に小径である第２タイボルト４３を用いることで、中間ケーシング２０の周りにより多くのタイボルト（４２，４３）を配置することが可能となる。

図４は、中間ケーシング２０における複数のタイボルト（４２，４３）の構成を示す図であり、締結用セクション２４のフランジ部２４ａを平面視した図である。
図４に示すように、幾つかの実施形態では、複数本の第１タイボルト４２と、複数本の第２タイボルト４３とが、中間ケーシング２０の周方向において交互に配置される。

このように、複数本の第１タイボルト４２及び複数本の第２タイボルト４３を交互に周方向に配置することで、締結用セクション２４における第１タイボルト４２と第２タイボルト４３の干渉を回避しつつ、各タイボルト（４２，４３）を周方向に均等配置して各セクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６）を適切に保持することができる。

幾つかの実施形態では、上述したように、回転シャフト１０は、下部軸受７２、及び、インペラのウェアリング部を通常のインペラより延長し設置する中間ブッシュ７４によって回転自在に支持されている。図２に示すように、下部軸受７２は、回転シャフト１０の下端部を回転自在に中間ケーシング２０に支持するようになっている。また、中間ブッシュ７４は、回転シャフト１０の中間部を回転自在に中間ケーシングに支持する中間軸受として機能する。中間ブッシュ７４は、初段インペラ７Ａと、最終段インペラ７Ｂとの間の軸方向位置に設けられる。また、下部軸受７２は、軸方向において中間ブッシュ７４を挟んでケーシングカバー２８とは反対側に設けられる。

このように、回転シャフト１０を下部軸受７２及び中間ブッシュ７４によって支持することで、回転シャフト１０の振動を低減することができる。即ち、下部軸受７２によって、回転シャフト１０の下部が振れるモード（１次モード）を抑制するとともに、中間ブッシュ７４によって、回転シャフト１０の中央部が振れるモード（２次モード）を抑制することができる。

下部軸受７２又は中間ブッシュ７４は、締結用セクション２４と回転シャフト１０との間に設けられていてもよい。図２に示す例示的な実施形態では、中間ブッシュ７４が、締結用セクション２４と回転シャフト１０との間に設けられている。
締結用セクション２４は、第１タイボルト４２及び第２タイボルト４３を固定するために、ある程度の厚さが必要である。例えば、図２に示すように、締結用セクション２４にタイボルトの一端を固定するためのフランジ部２４ａを設ける場合、フランジ部２４ａの厚さを確保するため、締結用セクション２４の厚さはある程度大きく設定される。この点、ある程度の長さを有する締結用セクション２４を利用して、回転シャフト１０を支持するための軸受（図２に示す例では中間ブッシュ７４）を設けることにより、回転シャフト１０の軸長の増大を抑制しながら、回転シャフト１０の振動を低減することができる。

幾つかの実施形態では、各セクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４）の下端部と、該セクションに隣り合うセクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６）の上端部とは、インロー構造２１を有していてもよい。
図２に示す例示的な実施形態では、各セクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４）の下端部の外周側縁部において下方に突出するように設けられた凸部と、該セクションに隣り合うセクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６）の上端部において、上述の凸部に対応するように設けられた凹部とによってインロー構造が形成されている。
このように、隣り合う複数のセクション間にインロー構造が形成されることにより、各セクション（２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６）の径方向における位置決めが容易となる。

図５は、図２に示す立形ポンプ４のスラストバランス部８０の構成を示す概略断面図である。
幾つかの実施形態では、スラストバランス部８０は、図２及び図５に示すように、回転シャフト１０の外周側に取付けられ、回転シャフト１０とともに回転するように構成されたバランススリーブ８２と、バランススリーブ８２の外周側において、ケーシングカバー２８に設けられるバランスブッシュ８４と、を含む。バランススリーブ８２は、例えば以下に説明するように、回転シャフト１０のスラスト力を少なくとも部分的にバランスさせるように構成される。

なお、回転シャフト１０に作用するスラスト力は、軸方向において、複数段のインペラ７（図２参照）の高圧側から低圧側に向かう方向の力、即ち、最終段インペラ７Ｂから初段インペラ７Ａに向かう方向の力である。

図５に示すように、バランススリーブ８２は、回転シャフト１０によるケーシングカバー２８の貫通部９８（図３Ａ及び図３Ｂ参照）において、複数段のインペラ７のうち最終段インペラ７Ｂの背面側に設けられる。バランススリーブ８２は、例えば、焼嵌め等により回転シャフト１０に取付けられていてもよい。
回転シャフト１０とともに回転するバランススリーブ８２の外周面８２ａは、回転シャフト１０の回転時に、バランスブッシュ８４の内周面８４ａに対して摺動するようになっている。

回転シャフト１０とケーシングカバー２８を構成する板部材との間には、軸方向においてバランススリーブ８２（スラストバランス部８０）を挟んで複数段のインペラ７とはン対側に中間室５４が形成されている。バランススリーブ８２の上端面８２ｂは中間室５４に隣接し、該上端面８２ｂに中間室５４の圧力が作用するようになっている。

なお、図５に示すように、回転シャフト１０は、軸方向において中間室５４が存在する位置範囲に設けられる拡径部１０ａを有し、該拡径部１０ａは、バランススリーブ８２の上端面８２ｂに対向する下端面１０ｂを有していてもよい。そして、拡径部１０ａの下端面１０ｂとバランススリーブ８２の上端面８２ｂとを介して、バランススリーブ８２と回転シャフト１０との間で軸方向の力が伝達されるようになっていてもよい。

図２に示すように、中間室５４は、ケーシングカバー２８を構成する板部材に形成されたバランス内部流路５６、及び、バランス内部流路５６に連通されるバランス管５８を介して、複数段のインペラ７のうち中間段インペラ７Ｃに連通している。バランス管５８は、バランス内部流路５６と中間段インペラ７Ｃとが互いに連通するように、中間ケーシング２０と外部ケーシング１８との間において、ケーシングカバー２８から第１セクション２２Ａ又は第２セクション２２Ｂのうちいずれか一つのセクション（図２に示す実施形態では第２セクション２２Ｂのうちの一つ）に向かって延びるように設けられる。

ここで、中間段インペラ７Ｃは、初段インペラ７Ａの下流側且つ最終段インペラ７Ｂの上流側の任意のインペラ７を指す。図２に示す例示的な実施形態では、中間段インペラ７Ｃは、複数段のインペラ７のうち、下部軸受７２よりも上方、且つ、中間ブッシュ７４よりも下方に位置するインペラ７である。あるいは、図２に示す実施形態では、中間段インペラ７Ｃは、複数のインペラ７のうち、上流側に位置する第２グループ１０２に属するインペラ７（複数の第２セクション２２Ｂによって取り囲まれるインペラ７）である。

すなわち、中間段インペラ７Ｃと連通する中間室５４には中間段インペラ７Ｃの圧力Ｐ_Ｍが導入され、バランススリーブ８２の上端面８２ｂ（図５参照）には、中間段インペラ７Ｃの圧力Ｐ_Ｍが作用するようになっている。
また、バランススリーブ８２の下端面８２ｃ（図５参照）は、最終段インペラ７Ｂの背面側の空間と隣接しており、該下端面８２ｃには、最終段インペラ７Ｂを通過した液体の圧力（吐出圧Ｐ_Ｄ）が作用するようになっている。

したがって、上述したように、バランススリーブ８２に中間段インペラ７Ｃの圧力Ｐ_Ｍを作用させることで、最終段インペラ７Ｂを通過した液体の圧力（吐出圧Ｐ_Ｄ（＞Ｐ_Ｍ））と中間段インペラ７Ｃの圧力Ｐ_Ｍとの差圧に起因した逆スラスト力（軸方向において上述したスラスト力と逆向きの力）を、バランススリーブ８２を介して、回転シャフト１０に作用させることができる。これにより、立形ポンプ４のスラスト力のバランスを実現することができる。

また、仮に、中間室５４の圧力と、バランススリーブ８２の下端面８２ｃに作用する吐出圧Ｐ_Ｄとの圧力差が過度に大きな場合、バランススリーブ８２とバランスブッシュ８４との間の隙間を通ってリークする流体が急減圧し、該流体が気化する場合がある。
この点、上述したように、中間室５４に中間段インペラ７Ｃを連通させて、中間室５４の圧力を比較的高い値（例えば、少なくとも、初段インペラ７Ａに流入する液体の圧力より高い圧力）に保持することで、バランススリーブ８２を介してリークする液体（プロセス流体）の急減圧に伴う気化を抑制することができる。

バランス管５８は、平面視において、第１タイボルト４２又は第２タイボルト４３の少なくとも一方に対して、中間ケーシング２０の半径方向又は周方向にオフセットされて配置されていてもよい。
幾つかの実施形態では、バランス管５８は、例えば図２及び図４に示すように、何れかの第１タイボルト４２に対して半径方向にオフセットされて配置され、周方向に隣り合う一対の第２タイボルト４３の間を通って、何れかの第２セクション２２Ｂに接続される。

このように、バランス管５８を、第１タイボルト４２又は第２タイボルト４３の少なくとも一方に対して、半径方向又は周方向にオフセットして配置することにより、第１タイボルト４２及び第２タイボルト４３の本数が多い場合であっても、第１タイボルト４２及び第２タイボルト４３とバランス管５８との干渉を回避可能である。

幾つかの実施形態では、立形ポンプ４は、常温常圧下では気体の物質が圧縮により液化された液体を昇圧するように構成されていてもよい。

上述のスラストバランス部８０が設けられる立形ポンプ４では、中間室５４に中間段インペラ７Ｃを連通させることで、バランススリーブ８２を介してリークする液体（プロセス流体）の急減圧に伴う気化を抑制することができる。このため、上述のように、常温常圧下では気体の物質が圧縮により液化された液体を立形ポンプ４で昇圧する場合であっても、バランススリーブ８２を介してリークする液体の気化を抑制することができる。

図６は、図２に示す立形ポンプ４のメカニカルシール４４の構成を示す概略断面図である。
幾つかの実施形態では、図２及び図６に示すように、立形ポンプ４のケーシングは、ケーシングカバー２８に固定されたシールハウジング部４６を含み、シールハウジング部４６は、メカニカルシール４４を少なくとも部分的に収容する。また、ケーシングカバー２８及びシールハウジング部４６を回転シャフト１０が貫通するように、貫通部が設けられている。

図６に示すメカニカルシール４４は、シールハウジング部４６（ケーシング）に取付けられた一対の固定環６０Ａ，６０Ｂと、回転シャフト１０とともに回転可能に構成された一対の回転環６２Ａ，６２Ｂと、を含み、これらの固定環と回転環とが軸方向において交互に配置された、タンデムメカニカルシールである。すなわち、図６に示す実施形態では、固定環と回転環とは、軸方向において、複数段のインペラ７に近い側から順に、回転環６２Ａ、固定環６０Ａ、回転環６２Ｂ、固定環６０Ｂの順に配列されている。
回転環６２Ａ，６２Ｂは、回転シャフト１０の外周側に取付けられ、回転シャフト１０とともに回転するように構成されたシャフトスリーブ６６の外周面に固定されている。

一対の固定環６０Ａ，６０Ｂ、及び、一対の回転環６２Ａ，６２Ｂのうち、軸方向において複数段のインペラ７に近い側に配置される固定環６０Ａ及び回転環６２Ａは、高圧側シール４５Ａを構成し、軸方向において複数段のインペラ７から遠い側に配置される固定環６０Ｂ及び回転環６２Ｂは、低圧側シール４５Ｂを構成する。

一対の回転環６２Ａ，６２Ｂは、回転シャフト１０の回転にともない、一対の固定環６０Ａ，６０Ｂに対してそれぞれ摺動するように構成されている。そして、一対の固定環６０Ａ，６０Ｂと一対の回転環６２Ａ，６２Ｂとの摺動面が互いに接触することによって、流体の漏れを抑制するようになっている。

回転シャフト１０とケーシングカバー２８（ケーシング）との間には、軸方向においてメカニカルシール４４に隣接して低圧室４８が設けられている。低圧室４８は、ケーシングカバー２８に形成されたフラッシング入口流路５０を介して、中間段インペラ７Ｃよりも低圧側に連通している。すなわち、低圧室４８には、中間段インペラ７Ｃよりも低圧側の、比較的低圧の流体が導かれる。
図２及び図６に示す例示的な実施形態では、低圧室４８は、外部ケーシング１８と中間ケーシング２０との間に形成される流路４０に連通している。すなわち、低圧室４８には、吸込口５から立形ポンプ４に流入し、複数段のインペラ７によって昇圧される前の低圧の液体が、フラッシング入口流路５０を介して導入される。

このように、比較的低圧の流体を低圧室４８に導くことにより、低圧室４８に連設されるメカニカルシール４４に作用する圧力を低減可能である。よって、上述のタンデムメカニカルシールを採用して、ダブルメカニカルシールよりも低圧のエクスターナル流体を用いて立形ポンプ４内の液体（プロセス流体）を密封することができる。

回転シャフト１０とシールハウジング部４６（ケーシング）との間には、軸方向において一対の固定環６０Ａ，６０Ｂの間に、外部流体（エクスターナル流体）が供給されるシールチャンバ６７が設けられている。また、シールハウジング部４６には、バッファ入口流路６８及びバッファ出口流路７０が設けられており、これらのバッファ入口流路６８及びバッファ出口流路７０は、立形ポンプ４の外部に設けられた外部流体タンク（不図示）に接続されている。そして、外部流体タンクに貯留された外部流体が、バッファ入口流路６８を介してシールチャンバ６７に導入されるとともに、バッファ出口流路７０を介してシールチャンバ６７から排出されて、外部流体タンクに返送されるようになっている。

一対の回転環６２Ａ，６２Ｂのうち、一対の固定環６０Ａ，６０Ｂの間に位置する一方の回転環６２Ｂ（すなわち、シールチャンバ６７に設けられる一方の回転環）には、ポンピングリング６４が設けられている。そして、ポンピングリング６４によって、シールチャンバ６７からバッファ出口流路７０を介して外部流体タンクへと外部流体が送られるようになっている。

このように、ポンピングリング６４によりエクスターナル流体を循環させることにより、エクスターナル流体を循環させるための補機が不要となる。よって、ダブルメカニカルシールを採用する場合に比べて、軸封装置に供給するエクスターナル流体の加圧及び循環のための補機を簡略化することができる。

幾つかの実施形態では、図２、図５及び図６に示すように、スラストバランス部８０のバランススリーブ８２は、軸方向において最終段インペラ７Ｂとメカニカルシール４４との間に位置する。そして、軸方向において中間室５４と低圧室４８との間には、これらの中間室５４と低圧室４８とを仕切る隔壁部１０４（図５及び図６参照）が設けられている。
隔壁部１０４によって、隔壁部１０４と回転シャフト１０との間の隙間を介した中間室５４から低圧室４８への流体の移動が制限され、中間室５４と低圧室４８との圧力差を維持できるようになっている。

隔壁部１０４は、ケーシングカバー２８を構成する板部材を機械加工することにより形成されていてもよい。あるいは、隔壁部１０４は、ケーシングカバー２８を構成する板部材とは別の部材により構成され、ケーシングカバー２８に固定されたものであってもよい。

このように、隔壁部１０４により中間室５４と仕切られた低圧室４８を中間段インペラ７Ｃよりも低圧側に連通させることで、低圧室４８に連設されるメカニカルシール４４に作用する圧力を低減し、簡素な構成のメカニカルシール４４の採用が可能となる。

幾つかの実施形態では、立形ポンプ４の吐出圧が１０ＭＰａ以上である。

上述の立形ポンプ４では、インペラ７の段数を増やすことで、例えば１０ＭＰａ以上の高い吐出圧が得られるとともに、ポンプの回転数を低下させ、初段インペラ７Ａにおけるキャビテーションを抑制することができる。

一方、立形ポンプ４のインペラ７の段数を増やすと、中間ケーシング２０のセクションを一体に保持するためのタイボルト（４２，４３）が長くなるというデメリットが存在するが、幾つかの実施形態に係る立形ポンプ４では、締結用セクション２４から互いに反対方向に延在する第１タイボルト４２及び第２タイボルト４３を用いることで、立形ポンプ４の段数が多い場合であっても各タイボルト（４２，４３）を短縮できる。

また、吐出圧が１０ＭＰａ以上の高圧である場合、バランススリーブを介したリーク液体の急減圧に伴う気化や、メカニカルシールの構造の複雑化が問題となり得る。この点、幾つかの実施形態に係る立形ポンプ４では、中間室５４に中間段インペラ７Ｃを連通させ、中間室５４の圧力を比較的高い値に保持することで、バランススリーブ８２を介したリーク液体（プロセス流体）の急減圧に伴う気化を抑制することができる。また、隔壁部１０４により中間室５４と仕切られた低圧室４８を中間段インペラ７Ｃよりも低圧側に連通させることで、低圧室４８に連設されるメカニカルシール４４に作用する圧力を低減し、簡素な構成のメカニカルシール４４の採用が可能となる。

幾つかの実施形態では、複数段のインペラ７は、１０段以上のインペラ７を含む。

立形ポンプ４が１０段以上のインペラ７を含むことにより、立形ポンプ４の回転数を低下させても必要な吐出圧を確保可能となる。このため、立形ポンプ４の回転数低下により、初段インペラ７Ａにおけるキャビテーションを効果的に抑制することができる。

以上説明した立形ポンプ４は、例えば、尿素合成プラント（不図示）におけるプロセスポンプとして用いることができる。

幾つかの実施形態にかかる尿素合成プラントは、アンモニアを昇圧するためのアンモニアポンプと、カーバメートを昇圧するためのカーバメートポンプと、アンモニアポンプで昇圧されたアンモニア、カーバメートポンプで昇圧されたカーバメート、及び、二酸化炭素が供給される反応器と、を備える。そして、アンモニアポンプ又はカーバメートポンプの少なくとも一方は、上述した立形ポンプ４である。
例えば、アンモニアポンプが立形ポンプ４である場合、昇圧対象の液体は尿素の原料の液体アンモニアであり、吸込口５を介して、液体アンモニアが立形ポンプ４に供給される。
また、例えば、カーバメートポンプが立形ポンプ４である場合、昇圧対象の液体は、アンモニアと二酸化炭素との反応により生成される中間体のカーバメート（カルバミン酸アンモニウム）であり、吸込口５を介して、液体カーバメートが立形ポンプ４に供給される。

上述の尿素合成プラントでは、昇圧されたアンモニア、カーバメート及び二酸化炭素が供給される反応器において、高温高圧下で、アンモニアと二酸化炭素とから、カーバメートが生成される。このようにして生成されたカーバメート及びカーバメートポンプから供給されたカーバメートの一部は、脱水反応により、尿素と水とに分解される。この後、残存するカーバメートは、例えば、分解塔に送られて、加熱されて脱水反応により、尿素と水とに分解される。これらの反応により生成した尿素は製品として分離回収される。また、未反応の残留カーバメートも分離回収され、カーバメートポンプで昇圧されて、再度反応器に供給され、尿素の製造に用いられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 液体昇圧装置
２ タンク
３ 凹部
４ 立形ポンプ
５ 吸込口
６ 吐出口
７ インペラ
７Ａ 初段インペラ
７Ｂ 最終段インペラ
７Ｃ 中間段インペラ
８ 歯車
１０ 回転シャフト
１０ａ 拡径部
１０ｂ 下端面
１２ モータ
１３ 出力軸
１８ 外部ケーシング
１８ａ フランジ部
１９ ボルト
２０ 中間ケーシング
２１ インロー構造
２２Ａ 第１セクション
２２Ｂ 第２セクション
２４ 締結用セクション
２４ａ フランジ部
２６ 吸込みベルセクション
２６ａ フランジ部
２６ｂ 吸込みベル
２８ ケーシングカバー
２９ ボルト
３０ 低圧内部流路
３２ 高圧内部流路
３６ 吸込ノズル
３８ 吐出ノズル
４０ 流路
４２ 第１タイボルト
４３ 第２タイボルト
４４ メカニカルシール
４５Ａ 高圧側シール
４５Ｂ 低圧側シール
４６ シールハウジング部
４８ 低圧室
５０ フラッシング入口流路
５４ 中間室
５６ バランス内部流路
５８ バランス管
６０Ａ，６０Ｂ 固定環
６２Ａ，６２Ｂ 回転環
６４ ポンピングリング
６６ シャフトスリーブ
６７ シールチャンバ
６８ バッファ入口流路
７０ バッファ出口流路
７２ 下部軸受
７４ 中間ブッシュ
８０ スラストバランス部
８２ バランススリーブ
８２ａ 外周面
８２ｂ 上端面
８２ｃ 下端面
８４ バランスブッシュ
８４ａ 内周面
８６ ボルト穴
８８ ボルト穴
９０ 第１径方向流路
９２ 第１軸方向流路
９４ 環状流路
９６ 第２径方向流路
９８ 貫通部
１００ 第１グループ
１０２ 第２グループ
１０４ 隔壁部
ＦＬ 液面レベル
ＧＬ 機器設置面
Ｏ 回転軸

Claims (12)

1. 立形ポンプであって、
   吸込口と、
   前記吸込口を介して取り込まれた液体が通過するように構成された複数段のインペラと、
   前記複数段のインペラを通過した液体を吐出するための吐出口と、
   前記複数段のインペラを覆う中間ケーシングと、
   前記中間ケーシングを覆うように設けられる外部ケーシングと、
   前記外部ケーシングの開口を塞ぐように前記外部ケーシングに取り付けられるケーシングカバーと、を備え、
   前記中間ケーシングは、
   前記立形ポンプの軸方向に積み重ねられ、前記複数段のインペラのうち第１グループの複数のインペラを取り囲むように設けられる複数の第１セクションと、
   前記軸方向に積み重ねられ、前記複数段のインペラのうち第２グループの複数のインペラを取り囲むように設けられる複数の第２セクションと、
   前記軸方向において前記複数の第１セクションと前記複数の第２セクションとの間に設けられる締結用セクションと、
   を含み、
   一端が前記締結用セクションに固定され、前記締結用セクションから前記複数の第１セクションが占める前記軸方向の位置範囲に亘って延在する少なくとも一本の第１タイボルトと、
   一端が前記締結用セクションに固定され、前記締結用セクションから前記第１タイボルトとは反対方向に前記複数の第２セクションが占める前記軸方向の位置範囲に亘って延在する少なくとも一本の第２タイボルトと、
   を備え、
   前記ケーシングカバーは、前記吸込口に連通する低圧内部流路、及び、前記吐出口に連通する高圧内部流路を有し、
   前記ケーシングカバーは、前記外部ケーシングと前記中間ケーシングとの間に形成される流体の流路に面する軸方向端面を有し、
   前記第１タイボルトの他端は、前記ケーシングカバーの前記軸方向端面に接続されて前記ケーシングカバーに固定される
   ことを特徴とする立形ポンプ。
2. 前記第１グループの複数のインペラは、前記第２グループの複数のインペラよりも下流側に位置し、
   前記第１タイボルトは、前記第２タイボルトよりも大径である
   ことを特徴とする請求項１に記載の立形ポンプ。
3. 複数本の前記第１タイボルトと、複数本の前記第２タイボルトとが、前記中間ケーシングの周方向において交互に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の立形ポンプ。
4. 前記複数段のインペラとともに回転するように構成された回転シャフトと、
   前記締結用セクションと前記回転シャフトとの間に設けられ、前記回転シャフトを回転自在に支持するための軸受と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の立形ポンプ。
5. 前記中間ケーシングは、
   前記軸方向において前記複数段のインペラを挟んで前記ケーシングカバーとは反対側に位置し、前記複数段のインペラのうち初段インペラに液体を導くための吸込みベルを有する吸込みベルセクション
   を含み、
   前記第２タイボルトの他端は、前記吸込みベルセクションに固定され、
   前記第２タイボルトの前記一端及び前記他端、及び前記第１タイボルトの前記一端はナットで固定され、
   前記第１タイボルトの前記他端は、前記ケーシングカバーに設けられたボルト穴に固定される
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の立形ポンプ。
6. 前記複数段のインペラとともに回転するように構成された回転シャフトと、
   前記回転シャフトによる前記ケーシングカバーの貫通部において前記複数段のインペラのうち最終段インペラの背面側に設けられ、前記回転シャフトのスラスト力を少なくとも部分的にバランスさせるためのバランススリーブと、
   前記回転シャフトと前記ケーシングカバーとの間において、前記回転シャフトの軸方向にて前記バランススリーブを挟んで前記複数段のインペラとは反対側に設けられ、前記複数段のインペラのうち中間段インペラに連通する中間室と、
   前記中間室と前記中間段インペラとが互いに連通するように、前記ケーシングカバーから前記第１セクション又は前記第２セクションのうち何れか一つのセクションに向かって前記中間ケーシングと前記外部ケーシングとの間に設けられるバランス管と、
   を備え、
   前記バランス管は、平面視において、前記第１タイボルト又は前記第２タイボルトの少なくとも一方に対して、前記中間ケーシングの半径方向又は周方向にオフセットされて配置されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の立形ポンプ。
7. 前記中間ケーシングは、
   前記軸方向において前記複数段のインペラを挟んで前記ケーシングカバーとは反対側に位置し、前記複数段のインペラのうち初段インペラに液体を導くための吸込みベルを有する吸込みベルセクション
   を含み、
   前記第１タイボルトの他端は、前記ケーシングカバーに固定され、
   前記第２タイボルトの他端は、前記吸込みベルセクションに固定され、
   前記バランス管は、何れかの前記第１タイボルトに対して前記半径方向にオフセットされて配置され、前記周方向に隣り合う一対の前記第２タイボルトの間を通って、何れかの前記第２セクションに接続される
   ことを特徴とする請求項６に記載の立形ポンプ。
8. 前記立形ポンプの吐出圧が１０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の立形ポンプ。
9. 前記複数段のインペラは、１０段以上のインペラを含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の立形ポンプ。
10. 前記立形ポンプは、尿素合成プラントにおける原料アンモニアを昇圧するためのアンモニアポンプ、または、尿素合成プラントにおける中間体のカーバメートを昇圧するためのカーバメートポンプの何れかであることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の立形ポンプ。
11. 前記ケーシングカバーは、前記軸方向端面に開口するように設けられるとともに、前記第１タイボルトがねじ込まれるボルト穴を有する
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載の立形ポンプ。
12. 原料アンモニアを昇圧するためのアンモニアポンプと、
    中間体のカーバメートを昇圧するためのカーバメートポンプと、
    前記アンモニアポンプで昇圧されたアンモニア、前記カーバメートポンプで昇圧されたカーバメート、及び、二酸化炭素が供給される反応器と、
    を備え、
    前記アンモニアポンプ又は前記カーバメートポンプの少なくとも一方は、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の立形ポンプである
    ことを特徴とする尿素合成プラント。
    

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