JPH07119676A - 立軸多段ポンプ - Google Patents

立軸多段ポンプ

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JPH07119676A
JPH07119676A JP29143993A JP29143993A JPH07119676A JP H07119676 A JPH07119676 A JP H07119676A JP 29143993 A JP29143993 A JP 29143993A JP 29143993 A JP29143993 A JP 29143993A JP H07119676 A JPH07119676 A JP H07119676A
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JP
Japan
Prior art keywords
impeller
thrust
downward
stage impeller
pump
Prior art date
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Pending
Application number
JP29143993A
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English (en)
Inventor
Seigo Katsuta
政吾 勝田
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転中の軸推力が完全に平衡されるとともに
バランスディスクよりの減圧後戻り液の温度上昇が少な
い立軸多段ポンプを提供する。 【構成】 羽根車の略半数づつの吸込方向を反対向きと
することによって軸推力を相殺するようにした立軸多段
ポンプにおいて、羽根車のうち一つの段の羽根車にバラ
ンスディスク装置19を設置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は立軸多段ポンプに係り、
特に羽根車の略半数づつの吸込方向を反対向きとするこ
とによって軸推力を相殺するようにした立軸多段ポンプ
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の立軸多段ポンプにおいては、その
軸方向推力を支承する第1の方法として、図5に示すよ
うに多段に設けられた羽根車31A,31B,31C,
……の全ての吸込方向を同一方向に向け(図示の例では
下向き)、最終段の羽根車31Fの背後部にバランスデ
ィスク32又はバランスピストンを設けるようにしてい
る。また、立軸多段ポンプの軸方向推力を平衡させる第
2の方法として、羽根車の半数づつを反対方向に向けて
釣り合わせる方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】第1の方法の問題点と
しては、前者のバランスディスクは一種の静圧軸受であ
るため、自動的に平衡する位置まで軸が軸方向に自由に
移動する必要があり、モータの停止時に回転体支承のた
めに必要な推力軸受(多くは球軸受)はポンプ起動、停
止に際しての軸の移動を妨げないように外輪外周で軸方
向に滑らなければならぬというやや変わった使い方とな
らざるを得ないことがあり、後者のバランスピストンに
おいては、バランスピストン径の見積もり誤差による残
余の軸推力を支承するための十分な負荷能力のある推力
軸受を設けねばならないという問題点がある。
【0004】また両者に共通している問題点としては、
これらの推力平衡装置は、その前後において差圧を保持
することにより羽根車と反対向きの推力を生じさせてい
るのであるから、必然的にその絞り機構を通してこの差
圧による漏れを生ずる。ポンプ全段の軸推力に対向する
ためには、この差圧は大きいことを要し、漏れ液はポン
プ吸込部へ放散するか、1,2段目等のより低圧の段の
出口へ回流せしめることとなる。このため、漏れ液はポ
ンプが最終段までに受け取ったエンタルピより上記の放
散もしくは回流される先のエンタルピへと降下する分、
温度上昇するかガス化するかせざるを得ず、その程度は
ポンプの揚程が高い程甚だしくなる。
【0005】今、ガス化を考えないときの温度上昇ΔT
は ΔT=kgH/ηP C(K) で示される。ここにkはポンプ全揚程に対する減圧分の
揚程の比、ηp はポンプ効率、Cは仕様液比熱(kJ/kg
・K)、Hはポンプ全揚程(m)、gは重力加速度
(9.8m/s2 )である。
【0006】ポンプ吸込部はそう多くのサブクール(su
bcool) はないからここへ放散するときは必ずガスを発
生し、漏れ液のエンタルピが大きいとき(即ち高揚程、
部分負荷等)はベントからはけ切れずにポンプ吸込口よ
り吸込まれて異音発生や吐出揚程低下等の不具合を生ず
る。また漏れ液が低圧段に回流してガス発生に至らない
ときでも、高揚程ポンプにあっては温度上昇が大きく、
比重が下がって液の体積流量が増し、主流に影響を与え
るおそれが出て来る。
【0007】特に液体水素を扱う場合にはもともと極端
な低比重(大気圧沸点で0.0701)であるため、例
えば100kgf /cm2 の吐出圧力が要求されたときは1
5,000mという高揚程となり、効率50%において
k=0.8とするとΔT=26Kとなり、低圧部圧力
(は1−0.8=0.2分となるので)20kgf /cm2
における46Kの液体水素密度は大気圧沸点(20K)
のそれの約1/5となるので、漏れ量が全流量の5〜1
0%としても最大で50%の体積流量となり、回流先の
羽根車の吸込みに相当の影響を与えずにはいないという
問題点がある。
【0008】一方、第2の方法では、殆どの軸推力は釣
り合わせられるものの、部分負荷における羽根車室内の
流れの乱れがあったときの各羽根車の軸推力の乱れ、わ
ずかな軸の段やスリーブ等に作用する差圧、回転体自重
等による残余の軸推力を支承し、かつ軸方向位置をきめ
るためには、相当な荷重負荷容量を有する推力軸受を設
けねばならないという問題点がある。
【0009】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、運転中の軸推力が完全に平衡されるとともにバラン
スディスクよりの減圧後戻り液の温度上昇が少ない立軸
多段ポンプを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明の立軸多段ポンプは、羽根車の略半数づつ
の吸込方向を反対向きとすることによって軸推力を相殺
するようにした立軸多段ポンプにおいて、前記羽根車の
うち一つの段の羽根車にバランスディスク装置を設置し
たことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】前述した構成からなる本発明によれば、バラン
スディスクよりの減圧後戻り液の温度上昇が少なくな
り、戻し部に与える熱力学的、水力学的影響が少なくな
る。またポンプ運転中の軸推力は完全に平衡され、起
動、停止時の一時期のみ作動し、あとは静荷重のみを支
えるのみの推力軸受で十分である。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る立軸多段ポンプの一実施
例を図1及び図2を参照して説明する。図1は本発明を
サブマージドモータポンプに適用した例を示す図であ
る。図1において、符号1は吐出しケーシングであり、
吐出しケーシング1の下部には上部中間プレート9を介
してモータケーシング12が接続されている。そして、
モータケーシング12の下部には下部中間プレート17
を介して下部圧力ケーシング18が接続され、この下部
圧力ケーシング18には吸込ケーシング25が接続され
ている。
【0013】前記各ケーシング1,12,18,25内
には主軸30が回転自在に配設されており、この主軸3
0は上部軸受2、下部軸受26、上部モータ軸受11及
び下部モータ軸受28により回転支承されている。吐出
しケーシング1内には中間ケーシング8が配設され、こ
の中間ケーシング8内には上部圧力ケーシング7が配設
されている。そして、上部圧力ケーシング7内には、主
軸30に固定された複数段の上向き羽根車4A,4B,
…4Fが配設されている。なお、符号5はガイドベー
ン、符号6は最頂部中胴であり、最頂部中胴6と上部圧
力ケーシング7との間にはガスケット3が介装されてい
る。
【0014】また、モータケーシング12内にはモータ
ステータ13が配置され、主軸30にはモータステータ
13に対向してモータロータ14が固定されている。一
方、下部圧力ケーシング18内には、主軸30に固定さ
れた複数段の下向き羽根車20A,20B,…20Fが
配設されている。また、吸込ケーシング25内には主軸
30に固定されたインデューサ24が配置されている。
なお、符号21,23はガスケットである。
【0015】下向きの最終段羽根車20Fの背後にはバ
ランスディスク装置19が配設されている。バランスデ
ィスク装置19は図2にその詳細が示されるように固定
絞り部19aと可変絞り部19bとを備え、固定絞り部
19a及び可変絞り部19bを通った液体は連通路19
c及び配管29(図1参照)を介して低圧部側へ逃がす
ように構成されている。次に前述のように構成された立
軸多段ポンプの作用を説明する。
【0016】仕様液は下部の吸込ケーシング25より吸
込まれ、インデューサ24、初段羽根車20A等を順次
に経て、下向き羽根車グループの最終段羽根車20Fを
経て、次にモータケーシング12とモータステータ13
間の流路を経て最頂部に到る。その後、仕様液は上向き
羽根車グループの最初の羽根車4Aに吸込まれ、以下順
次各段の羽根車4B…を通り、最後に最終段の羽根車4
Fを経て反転してfの流路を通り吐出口に到る。
【0017】インデューサ24、下向き羽根車グループ
の1段目羽根車20Aより最終段羽根車20Fに到る羽
根車群の生ずる主として下向きの軸推力と、上向き羽根
車グループの各羽根車4A〜4Fの生ずる主として上向
きの軸推力はほぼ拮抗し、残余の推力としては軸の上下
端の圧力差(下向き羽根車群の発生圧力に等しい)と回
転体自重がある。本発明においては、これを支承するた
め、下向き羽根車グループの最終段羽根車20Fの背後
にバランスディスク装置19を設けたので、この自動平
衡機能により軸推力を運転中完全にバランスさせること
ができる。これにより運転中は下部モータ軸受(推力軸
受)28に作用する軸方向力は0となる。
【0018】そして、バランスディスク装置19よりの
漏れ液は、図1では、例として2段目羽根車20Bの出
口bに戻している。この漏れ液は全体の約半分のエンタ
ルピ上昇した個所(下向き羽根車グループの最終段羽根
車20F)からの戻りであるから、差圧が少なく温度上
昇は少ない。この例では、前式においてk=0.3とす
ればよく、ΔT≒10kであり、戻り液の体積膨張は1
3%程度であるから、戻り液の全流量に対する体積流量
は最大でも12%程度となり、温度上昇の影響は殆どな
くなる。
【0019】図1において、下向き羽根車群のケーシン
グは最終段羽根車20Fの吐出し圧力によって下部圧力
ケーシング18の下端胴突き部に押し付けられ、ガスケ
ット23によってシールされるのであるが、同時に下部
圧力ケーシング18と2段目の中胴33との間に自緊式
のガスケット(Vリング又はオムニシール等)を挿入す
ることによってシールさせ、b部を2段目羽根車の吐出
し部の圧力に保つことができる。
【0020】図3及び図4は本発明の他の実施例を示す
断面図である。図3の実施例においては、残余軸推力が
更に僅少だとして、下向き羽根車群の最終段羽根車20
Fの発生圧力のみを利用すべく、最終段羽根車20Fに
バランスホール35を設け、この差圧だけでバランスデ
ィスク装置19を作動せしめようとするものである。即
ち、図4の詳細図に示すように、固定絞り部19a及び
可変絞り部19bを通った漏れ液はバランスホール35
を通って最終段羽根車20Fの吸込部に戻る。このよう
にすれば、漏れ液を低圧段に戻す配管を必要とせず、漏
れ液の温度上昇も更に少ない。
【0021】なお、図1乃至図4に示す実施例におい
て、停止時における回転体自重を支えるための軸受とし
ては、下部軸受28がこれに当たるが、球軸受を使用す
る際には、発明が解決しようとする課題の項で説明した
通り、起動及び停止時に軸受外輪の外周部で軸方向に滑
らなければならないという異色な使い方をしなければな
らない。一方、特に液体水素のような低粘度、低比重の
仕様液のときは球軸受は使用し難く、図1の軸受11,
28,2,26のそれぞれに磁気軸受又は静圧軸受の使
用が必要となる。このときには、これらの軸受は円筒状
であるので、停止時に回転体を支承する推力軸受を別個
に設ける必要がある。この別個に設ける軸受は、ポンプ
停止時に回転数が低下して来てバランスディスク装置の
支承能力が低下し、遂に自重を支え得なくなったときに
始めて機能し始めるものであるから、耐回転速度の上で
さほど高機能のものを必要としない。
【0022】また、ここにはサブマージドモータポンプ
の例を挙げて説明を行ったが、軸貫通型でも同様であっ
て、図1に示す実施例において主軸30を上部に貫通せ
しめ、外部に軸受を設置するのであるが、本ポンプ構造
をとることにより、外部の軸受の負荷を軽減し、その選
択範囲を著しく広めることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ランスディスク装置よりの減圧後、戻り液の温度上昇が
少なくなり、戻し部に与える熱力学的、水力学的影響が
少なくなり、高揚程液体水素ポンプのような在来方式を
以てしては困難であった仕様液の取扱いが可能となる。
【0024】また本発明によれば、運転中の軸推力は完
全に平衡され、起動、停止時の一時期のみ作動し、あと
は静荷重を支えるのみの推力軸受で十分であるので、そ
の選択幅が増し、かつ高速に適し、液粘度にも左右され
ない磁気軸受、静圧軸受のみでポンプ軸受を構成するこ
とが可能となり、産業用の水素ポンプ製造への道が開け
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る立軸多段ポンプの一実施例を示す
縦断面図である。
【図2】図1に示す立軸多段ポンプの要部拡大断面図で
ある。
【図3】本発明に係る立軸多段ポンプの他の実施例を示
す縦断面図である。
【図4】図3に示す立軸多段ポンプの要部拡大断面図で
ある。
【図5】従来の立軸多段ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
1 吐出しケーシング 2 上部軸受 3 上部ガスケット 4A 上向き第1段羽根車 4F 最終段羽根車(上向き) 5 ガイドベーン 6 最頂部中胴 7 上部圧力ケーシング 8 中間ケーシング 9 上部中間プレート 10 中間ブッシュ 11 上部モータ軸受 12 モータケーシング 13 モータステータ 14 モータロータ 17 下部中間プレート 18 下部圧力ケーシング 19 バランスディスク装置 20A 第1段羽根車(下向き) 20F 下向き最終段羽根車 21 中間ガスケット 23 ガスケット 24 インデューサ 25 吸込ケーシング 26 下部軸受 28 下部モータ軸受

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 羽根車の略半数づつの吸込方向を反対向
    きとすることによって軸推力を相殺するようにした立軸
    多段ポンプにおいて、前記羽根車のうち一つの段の羽根
    車にバランスディスク装置を設置したことを特徴とする
    立軸多段ポンプ。
JP29143993A 1993-10-27 1993-10-27 立軸多段ポンプ Pending JPH07119676A (ja)

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JP29143993A JPH07119676A (ja) 1993-10-27 1993-10-27 立軸多段ポンプ

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JP29143993A JPH07119676A (ja) 1993-10-27 1993-10-27 立軸多段ポンプ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100368689C (zh) * 2004-09-16 2008-02-13 北京化工大学 一种用于旋转流体机械的压差式推力平衡装置
CN103629150A (zh) * 2012-08-29 2014-03-12 上海瑞邦机械集团有限公司 一种具有自动平衡轴向力功能的排污泵
CN105604952A (zh) * 2016-01-03 2016-05-25 詹白勺 立式离心油泵

Cited By (4)

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