WO2016152894A1 - ポンプ - Google Patents

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WO2016152894A1
WO2016152894A1 PCT/JP2016/059121 JP2016059121W WO2016152894A1 WO 2016152894 A1 WO2016152894 A1 WO 2016152894A1 JP 2016059121 W JP2016059121 W JP 2016059121W WO 2016152894 A1 WO2016152894 A1 WO 2016152894A1
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WO
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balance
pump
space
casing
rotating shaft
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French (fr)
Inventor
規彦 細田
晶子 大竹
邦康 森
三男 横田
Original Assignee
株式会社荏原製作所
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0005—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves
    • F04D15/0011—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves by-pass valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0077—Safety measures
    • F04D15/0083—Protection against sudden pressure change, e.g. check valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing
    • F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons

Definitions

  • the present invention relates to a pump.
  • a multi-stage pump which is one form of pump, has a plurality of impellers fixed to a rotating shaft. Liquid is introduced into the pump casing from the suction port of the multistage pump. The liquid introduced into the pump casing is sequentially pressurized by the impeller and discharged from the discharge port. Multistage pumps are used for transferring various liquids such as fresh water and seawater, and are used in various places.
  • ⁇ Axial thrust acts on the rotary shaft of the multistage pump from the discharge side to the suction side due to the pressure difference between the suction side and the discharge side of the rotating impeller.
  • the multistage pump is provided with a balance mechanism that balances the axial thrust and the balance thrust by generating a balance thrust in the opposite direction to the axial thrust.
  • the balance mechanism includes a balance disk attached to the rotating shaft and a balance sheet attached to the pump casing and facing the balance disk.
  • the balance space that accommodates the balance disk and the balance sheet is communicated with the space on the fluid suction side of the pump casing by the balance pipe.
  • JP 2000-130400 A Japanese Utility Model Publication No. 62-148797 Japanese Patent Laid-Open No. 11-294375
  • the conventional technology realizes a pump having a simple structure that can suppress contact between the balance disk and the balance sheet.
  • the conventional multi-stage pump continued to operate without stopping the multi-stage pump even when the multi-stage pump equipment was stopped at night or on holidays.
  • the number of sites where multistage pumps are stopped is increasing from the viewpoint of energy saving.
  • a device that cannot handle a sudden pressure change may be connected to the discharge side of the multistage pump.
  • water is passed through the multistage pump by other pumps even while the multistage pump is stopped, and at the time of startup of the multistage pump, it is gradually accelerated by an inverter or the like.
  • the discharge pressure may be increased.
  • the balance pipe has a simple shape, so the pressure on the suction side is applied to the balance disk via the balance pipe with almost no pipe resistance. This pressure acts on the balance disk as a pressure in the same direction as the axial thrust.
  • the complicated shape of the multistage impeller becomes the pipe resistance.
  • the pressure on the suction side is reduced by the pipe line resistance of the plural stages of impellers and applied to the balance disk.
  • This pressure acts on the balance disc as a pressure in the same direction as the balance thrust. Therefore, a pressure in the axial thrust direction larger than the pressure in the balance thrust direction is applied to the balance disc.
  • the balance disk is pressed toward the balance sheet, and the balance disk and the balance sheet may come into contact with each other.
  • the contact time between the balance disk and the balance sheet becomes longer until the discharge pressure is stabilized, and the contact portion may be damaged.
  • Patent Document 2 describes a device for avoiding contact between a balance disk and a balance sheet of a multistage pump.
  • a pressure switch is installed in the discharge line of the multistage pump, and an electromagnetic valve is installed in the balance pipe.
  • the solenoid valve is controlled to open when the discharge pressure of the multistage pump becomes higher than the set pressure or higher than the suction pressure, and when the pump pressure stops, the solenoid valve is controlled to close when the discharge pressure drops below the set value.
  • the technique of the cited document 2 uses a pressure switch and a solenoid valve, electric wiring work is required and the equipment configuration is complicated.
  • the electromagnetic coil may be burned out, and the solenoid valve body may be enlarged or expensive depending on the liquid specifications.
  • Patent Document 3 discloses a technique in which a plurality of grooves are provided in the balance disk in order to prevent damage to the balance disk and the stationary member on the pump casing side due to instability of the pump pressure, such as when the pump is started. .
  • this technique complicates the processing of the balance disk.
  • an object of the present invention is to realize a pump having a simple structure capable of suppressing contact between a balance disk and a balance sheet.
  • a pump houses a rotating shaft, an impeller attached to the rotating shaft, a balance mechanism for balancing axial thrust acting on the rotating shaft, and the impeller and the balance mechanism.
  • a pump casing a balance pipe that communicates a balance space in which the balance mechanism of the pump casing is accommodated, and a fluid suction side space of the pump casing; and provided in the balance pipe, the fluid suction side from the balance space And a check valve that allows fluid to flow only in the direction of the space.
  • the pump according to an embodiment may further include a safety valve that is provided between the balance space and the check valve and discharges fluid having a pressure equal to or higher than a set value to the outside.
  • the balance mechanism may include a balance disk attached to the rotating shaft and a balance sheet attached to the pump casing and facing the balance disk.
  • the pump may be a pump that can be driven by an inverter so that the rotational speed of the rotary shaft gradually increases when the pump is started.
  • the pump may be a pump that pumps a fluid for passing a reverse osmosis membrane provided on the discharge side of the pump.
  • FIG. 1A is a side view of a multi-stage pump according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a view of the multistage pump according to the embodiment as viewed from the direction indicated by the arrow A in FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a view of the multistage pump according to the embodiment as viewed from the direction indicated by the arrow B in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a multistage pump according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a multistage pump according to an embodiment.
  • FIG. 1A is a side view of a multi-stage pump according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a view of the multistage pump according to the embodiment as viewed from the direction indicated by the arrow A in FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a view of the multistage pump according to the embodiment as viewed from the direction indicated by the arrow B in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a multistage pump according to an embodiment.
  • the multistage pump of the present embodiment may be used as a pump for pumping fluid (seawater) for passing a reverse osmosis (RO) membrane provided on the discharge side of the multistage pump in a seawater desalination system, for example. Yes, but not limited to this.
  • a multi-stage pump including a plurality of impellers is described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the multi-stage pump 200 includes a rotating shaft 1 extending in a predetermined direction, a plurality of impellers 2 fixed to the rotating shaft 1, and a pump casing 3 that accommodates the impellers 2.
  • the rotating shaft 1 is rotatably supported by a bearing 9.
  • One end of the rotating shaft 1 is connected to a drive source such as a motor.
  • the rotating shaft 1 and the impeller 2 are rotationally driven by a driving source.
  • the pump casing 3 includes a suction casing 10 in which a suction port 11 is formed, a discharge casing 30 in which a discharge port 31 is formed, and an intermediate casing 50 disposed between the suction casing 10 and the discharge casing 30. .
  • a leg 80 is attached to the suction casing 10.
  • Legs 81 are attached to the discharge casing 30.
  • the intermediate casing 50 has a structure in which a plurality of annular casing pieces 50a are stacked in the axial direction.
  • a guide vane 4 is disposed on the radially outer side of each impeller 2.
  • a set of impellers 2 and guide vanes 4 are arranged in each casing piece 50a.
  • the suction casing 10, the intermediate casing 50, and the discharge casing 30 are fixed to each other by a through bolt 6 and a nut 7.
  • the suction casing 10 and the discharge casing 30 are detachably attached to the intermediate casing 50. That is, the suction casing 10 and the discharge casing 30 can be separated from the intermediate casing 50 by removing the through bolts 6 and the nuts 7.
  • the multistage pump 200 can change the number of stages of the impeller 2. When increasing the number of stages of the impeller 2, a desired number of impellers, guide vanes corresponding to the impellers, and casing pieces are added to the multistage pump 200. On the other hand, when reducing the number of stages of the impeller 2, a desired number of impellers, guide vanes corresponding to the impellers, and casing pieces are removed from the multistage pump 200. Thus, the multistage pump 200 can have a desired number of stages according to the application.
  • the rotary shaft 1 extends through the suction casing 10 and the discharge casing 30.
  • a shaft sealing mechanism 55 is provided in each of the suction casing 10 and the discharge casing 30 through the rotary shaft 1.
  • For the shaft sealing mechanism 55 for example, a mechanical seal or a gland packing is used.
  • Each of the bearings 9 is accommodated in a bearing casing 65.
  • a bearing cover 67 is fixed to the bearing casing 65 by bolts.
  • Each bearing casing 65 is filled with lubricating oil, and this lubricating oil is cooled by a cooling pipe 66. Note that the cooling pipe 66 may not be provided.
  • the suction casing 10 is formed with a suction volute 20 connected to the suction port 11 and a side chamber 25 adjacent to the first stage impeller of the multistage impeller 2. A part of the liquid pressurized by the first stage impeller flows into the side chamber 25.
  • the suction volute 20 and the side chamber 25 are separated by a partition wall 26.
  • the multistage pump 200 includes a balance mechanism 70.
  • the balance mechanism 70 is disposed in a balance space 73 inside the discharge casing 30.
  • the balance mechanism 70 includes a balance disk 71 that is attached to the rotary shaft 1 and rotates integrally with the rotary shaft 1. Further, the balance mechanism 70 includes a balance sheet 72 that is attached to the discharge casing 30 and is disposed to face the liquid inflow side of the balance disk 71.
  • the balance mechanism 70 has a function of balancing the thrust force acting on the rotary shaft 1 by supporting the thrust force generated due to the pressure difference between the suction side and the discharge side of the impeller 2.
  • the liquid pressurized by the impeller 2 passes through a minute gap between the balance disk 71 and the balance sheet 72 and flows into the balance space 73.
  • the multistage pump 200 of this embodiment demonstrated the balance mechanism 70 provided with the balance disk 71 and the balance sheet
  • the present invention can be applied to a pump having another known balance mechanism that balances axial thrust and balance thrust by generating balance thrust in the opposite direction to the axial thrust of the rotating shaft.
  • the multistage pump 200 includes a balance pipe 75.
  • the balance pipe 75 communicates the balance space 73 with the space in the suction casing 10.
  • the space in the suction casing 10 is, for example, the suction port 11, the suction volute 20, or the side chamber 25.
  • the multistage pump 200 according to the present embodiment is not an external balance type that returns the fluid in the balance space 73 to components other than the multistage pump 200 such as a deaerator, but is self-balanced to return the fluid in the balance space 73 to the multistage pump 200. The formula is adopted.
  • the multi-stage pump 200 includes a check valve 100 provided in the balance pipe 75.
  • the check valve 100 is a valve that allows fluid to flow only from the balance space 73 toward the fluid suction side.
  • the check valve 100 is a valve that sucks the fluid in the balance pipe 75 from the balance space 73 and flows it only in the direction of the space in the casing 10.
  • the pressure loss of the check valve 100 leads to an increase in the pressure of the balance space 73.
  • the increase in the pressure in the balance space 73 may cause the distance between the balance disk 71 and the balance sheet 72 to be narrowed and contact with each other. Therefore, as the check valve 100, a valve that does not become a resistance to the pressure and flow rate of the balance space 73 during operation of the multistage pump 200 is selected.
  • the multistage pump 200 of the present embodiment a simple structure that can suppress contact between the balance disk 71 and the balance sheet 72 can be realized. That is, when water is passed through the multistage pump 200 by another pump or the like while the multistage pump 200 is stopped, the suction side pressure is caused by the pipe resistance of the multistage impeller 2 when passing through the multistage pump 200. The pressure is reduced and the reduced pressure is applied to the balance space 73.
  • the multistage pump 200 of the present embodiment includes the check valve 100, and thus the balance space 73 from the space in the suction casing 10 through the balance pipe 75. The fluid is prevented from flowing into. As a result, since only the thrust in the F1 direction is applied to the balance disk 71, it is possible to prevent them from coming into contact with each other on the opposing surface of the balance disk 71 and the balance sheet 72.
  • the multistage pump 200 of the present embodiment can be driven using an inverter or the like so that the rotational speed gradually increases and the discharge pressure gradually increases when the multistage pump 200 is activated.
  • the check valve 100 remains closed. That is, the movement of the fluid via the balance pipe 75 is limited between the balance space 73 and the space in the suction casing 10. While the check valve 100 is closed, no thrust in the F2 direction is applied to the balance disc 71, and only thrust in the F1 direction is applied. Therefore, it is possible to suppress the contact between the rotating balance disk 71 and the stationary balance sheet 72 facing each other.
  • the multistage pump 200 When the multistage pump 200 operates at a rated value and the discharge pressure is stabilized, the pressure on the discharge side rises, and the pressure in the balance space 73 rises from the space in the suction casing 10. Then, the check valve 100 is opened, and the balance space 73 and the space in the suction casing 10 communicate with each other through the balance pipe 75. As a result, the pressure in the balance space 73 and the pressure in the space in the suction casing 10 are substantially the same, and the rotating shaft 1 can be balanced.
  • the multistage pump 200 of the present embodiment includes a safety valve 110 that discharges the fluid to the outside when the pressure of the fluid exceeds a set value.
  • the safety valve 110 is provided between the balance space 73 and the check valve 100.
  • the safety valve 110 is provided between the balance space 73 of the balance pipe 75 and the check valve 100.
  • the balance disk 71 and the balance sheet 72 can be prevented from coming into contact with each other due to the pressure increase in the balance space 73. That is, when the valve body of the check valve 100 becomes inoperable on the closed side during the operation of the multistage pump 200, the pressure of the balance space 73 rises and the balance disk 71 and the balance sheet 72 come into contact with each other. There is a fear. In that case, the rotating shaft 1 becomes unable to rotate, and the electric motor that drives the multi-stage pump 200 may become overcurrent and stop.
  • the multistage pump 200 of the present embodiment includes a safety valve 110 provided between the balance space 73 and the check valve 100 in order to avoid a pressure increase in the balance space 73.
  • the balance disk 71 and the balance sheet 72 can be prevented from coming into contact with each other due to the pressure increase in the balance space 73.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a multistage pump according to an embodiment.
  • a multistage pump 300 shown in FIG. 3 includes a balance mechanism using a balance piston.
  • components having the same functions as those of the multi-stage pump 200 of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those of FIG.
  • the multistage pump 300 includes a balance mechanism 360.
  • the balance mechanism 360 is disposed in the balance space 362 inside the discharge casing 30.
  • the balance mechanism 360 includes a balance piston 320 that is attached to the rotary shaft 1 and rotates integrally with the rotary shaft 1.
  • the balance mechanism 360 includes a balance bushing 310 that is attached to the discharge casing 30 and disposed opposite to the outer peripheral surface of the balance piston 320.
  • the balance mechanism 360 has a function of balancing the thrust force acting on the rotary shaft 1 by supporting the thrust force generated due to the pressure difference between the suction side and the discharge side of the impeller 2.
  • the liquid pressurized by the impeller 2 passes through a minute gap between the balance piston 320 and the balance bushing 310 and flows into the balance space 362.
  • the multistage pump 300 includes a plain bearing 370 that supports the rotary shaft 1.
  • the slide bearing 370 includes a thrust disk 340 that is attached to the rotating shaft 1 and rotates integrally with the rotating shaft 1, and a thrust sheet 330 that is disposed to face the liquid inflow side of the thrust disk 340.
  • oil is supplied to the slide bearing 370 through the oil supply port 350.
  • the sliding bearing 370 supports a thrust force acting on the rotary shaft 1 by contact between the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 during operation of the multistage pump 300.
  • the multistage pump 300 of this embodiment a simple structure that can suppress the contact between the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 can be realized. That is, when water is passed into the multistage pump 300 by another pump or the like while the multistage pump 300 is stopped, the pressure on the suction side is caused by the pipe resistance of the multistage impeller 2 when passing through the inside of the multistage pump 300. The pressure is reduced, and the reduced pressure is applied to one surface of the balance piston 320. On the other hand, paying attention to the flow of fluid through the balance pipe 75, when the check valve 100 is not provided, the balance pipe 75 has a simple shape, so that the pressure on the suction side has almost no pipe resistance. To the other surface of the balance piston 320 via the balance pipe.
  • the thrust disk 340 is pressed toward the thrust sheet 330, and there is a possibility that the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 come into contact with each other.
  • the multistage pump 300 when the multistage pump 300 is started, there is a case where sufficient oil is not supplied to the slide bearing 370. In this case, if the multistage pump 300 is started in a state where the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 are in contact with each other, there is a risk that the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 may be seized due to poor oil film formation of the slide bearing 370.
  • the multi-stage pump 300 of the present embodiment includes the check valve 100, fluid is prevented from flowing from the space in the suction casing 10 to the balance space 362 via the balance pipe 75. .
  • the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 can be prevented from coming into contact with each other, so that the thrust disk 340 and the thrust sheet 330 can be prevented from being seized.

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Abstract

　バランスディスクとバランスシートとの接触を抑制することができる簡素な構造のポンプを実現する。　多段ポンプ２００は、回転軸１と、前記回転軸１に取り付けられた羽根車２と、前記回転軸１に作用する軸方向推力をバランスさせるためのバランス機構７０と、前記羽根車２及び前記バランス機構７０を収容するポンプケーシング３と、前記ポンプケーシング３の前記バランス機構７０が収容されるバランス空間７３と前記ポンプケーシング３の流体吸い込み側の空間とを連通するバランス配管７５と、前記バランス配管７５に設けられ、前記バランス空間７３から前記流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な逆止弁１００と、を備える。

Description

ポンプ
　本発明は、ポンプに関する。
　ポンプの一形態である多段ポンプは、回転軸に固定された複数の羽根車を有している。液体は、多段ポンプの吸い込みポートからポンプケーシング内に導入される。ポンプケーシング内に導入された液体は、羽根車により順次昇圧され、吐き出しポートから吐き出される。多段ポンプは、清水や海水などの様々な液体の移送に使用され、様々な場所で使用されている。
　多段ポンプの回転軸には、回転する羽根車の吸い込み側と吐き出し側との圧力差に起因して、吐き出し側から吸い込み側へ軸方向推力が作用する。このため、多段ポンプには、軸方向推力に対して反対方向のバランス推力を発生させることによって軸方向推力とバランス推力とを釣り合わせるバランス機構が備えられている。
　バランス機構は、回転軸に取り付けられたバランスディスクと、ポンプケーシングに取り付けられてバランスディスクに対向するバランスシートと、を備える。バランスディスク及びバランスシートを収容するバランス空間は、バランス配管によってポンプケーシングの流体の吸い込み側の空間に連通される。
　バランス機能を設けることによって、軸方向推力に対して反対方向のバランス推力がバランスディスクに作用する。その結果、軸方向推力とバランス推力とが釣り合うことで軸方向推力が打ち消される。このようなバランス機構を備えた多段ポンプは特許文献１に記載されている。
特開２０００－１３０４００号公報 実開昭６２－１４８７９７号公報 特開平１１－２９４３７５号公報
　しかしながら、従来技術は、バランスディスクとバランスシートとの接触を抑制することができる簡素な構造のポンプを実現することは考慮されていない。
　すなわち、従来の多段ポンプは、発停時の圧力変動を避けるため、夜間や休日など多段ポンプ設備が休止する時にも多段ポンプを停止せずに運転を継続していた。しかし、近年は省エネの観点により多段ポンプを停止させる現場が増えている。
　ここで、急激な圧力変化に対応できない装置が多段ポンプの吐き出し側に接続される場合がある。その場合、起動時の急激な吐き出し圧力上昇を避けるため、多段ポンプの停止中も他のポンプによって多段ポンプ内に通水し、かつ、多段ポンプの起動時はインバータ等でゆっくり加速することによって徐々に吐き出し圧力を上昇させることがある。
　多段ポンプの停止中に通水する場合、バランス配管は形状が単純なため、吸い込み側の圧力は、ほぼ管路抵抗なしにバランス配管を介してバランスディスクに加わる。この圧力は、軸方向推力と同じ方向の圧力としてバランスディスクに働く。
　一方、停止中の多段ポンプ内は、複数段の羽根車の複雑な形状が管路抵抗となる。このため、吸い込み側の圧力は、複数段の羽根車の管路抵抗によって減圧されてバランスディスクに加わる。この圧力は、バランス推力と同じ方向の圧力としてバランスディスクに働く。したがって、バランスディスクには、バランス推力方向の圧力より大きい軸方向推力方向の圧力が加わる。その結果、バランスディスクがバランスシートの方へ押圧され、バランスディスクとバランスシートとが接触するおそれがある。
　バランスディスクとバランスシートとが接触した状態で多段ポンプを起動した場合、吐き出し圧力が安定するまでの間は、バランスディスクとバランスシートとの接触時間が長くなり、接触部が損傷するおそれがある。
　一方、多段ポンプのバランスディスクとバランスシートとの接触を回避するための考案が特許文献２に記載されている。引用文献２では、多段ポンプの吐き出しラインに圧力スイッチが設置されるとともにバランス配管に電磁弁が設置される。特許文献２は、多段ポンプの吐き出し圧力が吸い込み圧力よりも設定値以上に高くなったら電磁弁を開に制御し、ポンプ停止時には、吐き出し圧力が設定値よりも低下したら電磁弁を閉に制御する。引用文献２の技術は、圧力スイッチと電磁弁を用いるため、電気配線工事が必要となる上に機器構成が複雑となる。また、電磁コイルは焼損するおそれがあったり、電磁弁本体は液仕様によっては、大型化したり、高価なものとなる場合がある。
　特許文献３には、ポンプの起動時等のポンプ圧力の不安定によるバランスディスク及びポンプケーシング側の静止部材の損傷の発生を防止するため、バランスディスクに複数の溝を設ける技術が開示されている。しかしながら、この技術は、バランスディスクの加工が複雑化する。
　そこで、本発明は、バランスディスクとバランスシートとの接触を抑制することができる簡素な構造のポンプを実現することを目的とする。
　一実施形態のポンプは、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸に作用する軸方向推力をバランスさせるためのバランス機構と、前記羽根車及び前記バランス機構を収容するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの前記バランス機構が収容されるバランス空間と前記ポンプケーシングの流体吸い込み側の空間とを連通するバランス配管と、前記バランス配管に設けられ、前記バランス空間から前記流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な逆止弁と、を備える。
　一実施形態のポンプにおいて、前記バランス空間と前記逆止弁との間に設けられ、設定値以上の圧力の流体を外部へ放出する安全弁、をさらに備えることができる。
　一実施形態のポンプにおいて、前記バランス機構は、前記回転軸に取り付けられたバランスディスクと、前記ポンプケーシングに取り付けられて前記バランスディスクに対向するバランスシートと、を備えることができる。
　一実施形態のポンプにおいて、前記ポンプは、前記ポンプの起動時にインバータによって前記回転軸の回転数が徐々に上昇するように駆動可能なポンプであってもよい。
　一実施形態のポンプにおいて、前記ポンプは、前記ポンプの吐き出し側に設けられた逆浸透膜を通流させるための流体を圧送するポンプであってもよい。
図１Ａは、一実施形態の多段ポンプの側面図である。 図１Ｂは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ａで示す方向から見た図である。 図１Ｃは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ｂで示す方向から見た図である。 図２は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。 図３は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。
　以下、本発明の実施形態のポンプについて図面を参照して説明する。
　図１Ａは、一実施形態の多段ポンプの側面図である。図１Ｂは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ａで示す方向から見た図である。図１Ｃは、一実施形態の多段ポンプを図１Ａの矢印Ｂで示す方向から見た図である。図２は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。
　本実施形態の多段ポンプは、例えば、海水淡水化システムにおいて、多段ポンプの吐き出し側に設けられた逆浸透（ＲＯ）膜を通流させるための流体（海水）を圧送するポンプとして使用することができるが、これには限定されない。また、本実施形態は、複数の羽根車を備えた多段ポンプを一例に挙げて説明するが、これには限定されない。
　多段ポンプ２００は、所定方向に延びる回転軸１と、回転軸１に固定された複数の羽根車２と、これら羽根車２を収容するポンプケーシング３と、を備えている。回転軸１は、軸受９により回転自在に支持されている。回転軸１の一端は、モータなどの駆動源に連結される。回転軸１及び羽根車２は、駆動源によって回転駆動される。
　ポンプケーシング３は、吸い込みポート１１が形成された吸い込みケーシング１０と、吐き出しポート３１が形成された吐き出しケーシング３０と、吸い込みケーシング１０と吐き出しケーシング３０との間に配置された中間ケーシング５０と、を備える。吸い込みケーシング１０には脚部８０が取り付けられる。吐き出しケーシング３０には脚部８１が取り付けられる。
　中間ケーシング５０は、複数の環状のケーシングピース５０ａが軸方向に積み重なった構造を有している。各羽根車２の径方向外側には、ガイドベーン４が配置されている。各ケーシングピース５０ａ内には、１組の羽根車２及びガイドベーン４が配置されている。吸い込みケーシング１０、中間ケーシング５０、及び、吐き出しケーシング３０は、通しボルト６及びナット７によって互いに固定されている。
　吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０は、中間ケーシング５０に着脱可能に取り付けられている。すなわち、吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０は、通しボルト６及びナット７を取り外すことにより中間ケーシング５０から切り離すことができる。
　多段ポンプ２００は、羽根車２の段数を変更することが可能になっている。羽根車２の段数を増やす場合は、所望の数の羽根車と、これら羽根車に対応したガイドベーンと、ケーシングピースと、を多段ポンプ２００に追加する。一方、羽根車２の段数を減らす場合は、所望の数の羽根車と、これら羽根車に対応したガイドベーンと、ケーシングピースと、を多段ポンプ２００から取り外す。このように、多段ポンプ２００は、用途に応じて所望の段数にすることができる。
　回転軸１は、吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０を貫通して延びている。吸い込みケーシング１０及び吐き出しケーシング３０の回転軸１の貫通部分にはそれぞれ、軸封機構５５が設けられている。軸封機構５５は、例えば、メカニカルシール又はグランドパッキンなどが使用される。軸受９はそれぞれ、軸受ケーシング６５に収容されている。軸受ケーシング６５にはそれぞれ、軸受カバー６７がボルトにより固定されている。各軸受ケーシング６５内には潤滑オイルが充填されており、この潤滑オイルは、冷却パイプ６６によって冷却されるようになっている。なお、冷却パイプ６６は設けられていなくてもよい。
　吸い込みケーシング１０には、吸い込みポート１１に接続された吸い込みボリュート２０と、多段の羽根車２のうちの初段の羽根車に隣接した側室２５と、が形成されている。側室２５には、初段の羽根車によって昇圧された液体の一部が流入するようになっている。吸い込みボリュート２０と側室２５は、仕切り壁２６によって隔離されている。
　多段ポンプ２００は、バランス機構７０を備える。バランス機構７０は、吐き出しケーシング３０の内部のバランス空間７３に配置されている。バランス機構７０は、回転軸１に取り付けられて回転軸１と一体に回転するバランスディスク７１を備える。また、バランス機構７０は、吐き出しケーシング３０に取り付けられてバランスディスク７１の液体流入側に対向配置されたバランスシート７２を備える。
　バランス機構７０は、羽根車２の吸い込み側と吐き出し側の圧力差に起因して発生するスラスト力を支持することによって、回転軸１に作用するスラスト力をバランスさせる機能を有する。羽根車２によって昇圧された液体は、バランスディスク７１とバランスシート７２との間の微小な隙間を通り、バランス空間７３に流入するようになっている。なお、本実施形態の多段ポンプ２００は、バランスディスク７１とバランスシート７２とを備えるバランス機構７０を一例に説明したが、これには限定されない。本発明は、回転軸の軸方向推力に対して反対方向のバランス推力を発生させることによって軸方向推力とバランス推力とを釣り合わせる他の公知のバランス機構を備えたポンプに適用することができる。
　多段ポンプ２００は、バランス配管７５を備える。バランス配管７５は、バランス空間７３と、吸い込みケーシング１０内の空間と、を連通する。吸い込みケーシング１０内の空間は、例えば、吸い込みポート１１、吸い込みボリュート２０、又は、側室２５である。本実施形態の多段ポンプ２００は、バランス空間７３の流体を例えば脱気器などのような多段ポンプ２００以外の部品に戻す外部バランス式ではなく、バランス空間７３の流体を多段ポンプ２００に戻すセルフバランス式を採用している。
　多段ポンプ２００は、バランス配管７５に設けられた逆止弁１００を備える。逆止弁１００は、バランス空間７３から流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な弁である。言い換えると、逆止弁１００は、バランス配管７５内の流体をバランス空間７３から吸い込みケーシング１０内の空間の方向へのみ流す弁である。
　逆止弁１００の圧力損失は、バランス空間７３の圧力の上昇に繋がる。バランス空間７３の圧力上昇は、バランスディスク７１とバランスシート７２との間の距離が狭くなり、両者が接触する原因となり得る。そこで、逆止弁１００は、多段ポンプ２００の運転中のバランス空間７３の圧力や流量にとって抵抗とならない弁が選定される。
　本実施形態の多段ポンプ２００によれば、バランスディスク７１とバランスシート７２との接触を抑制することができる簡素な構造を実現することができる。すなわち、多段ポンプ２００の停止中に他のポンプなどによって多段ポンプ２００の内部に通水する場合、吸い込み側の圧力は、多段ポンプ２００の内部を通る際に多段の羽根車２の管路抵抗によって減圧され、減圧された圧力がバランス空間７３に加わる。一方、バランス配管７５を介した流体の通流に着目すると、本実施形態の多段ポンプ２００は逆止弁１００を備えているので、吸い込みケーシング１０内の空間からバランス配管７５を介してバランス空間７３へ流体が通流するのが阻止される。その結果、バランスディスク７１にはＦ１方向の推力が加わるのみであるから、バランスディスク７１とバランスシート７２との対向面において両者が接触することを防止することができる。
　また、本実施形態の多段ポンプ２００は、多段ポンプ２００の起動時にインバータ等を用いて回転数が徐々に上昇して吐き出し圧力が徐々に上昇するように駆動され得る。この場合、インバータの出力周波数が低く吐き出しポート３１の圧力が低い間は、バランス空間７３の圧力が吸い込みケーシング１０内の空間の圧力よりも低いので、逆止弁１００は閉じられたままである。すなわち、バランス空間７３と吸い込みケーシング１０内の空間との間でバランス配管７５を介した流体の移動は制限される。逆止弁１００が閉の間は、バランスディスク７１にはＦ２方向の推力が加わることはなく、Ｆ１方向の推力が加わるのみである。したがって、回転しているバランスディスク７１と静止しているバランスシート７２との対向面において両者が接触することを抑制することができる。
　多段ポンプ２００が定格運転し、吐き出し圧力が安定すると、吐き出し側の圧力が上昇し、バランス空間７３内の圧力が吸い込みケーシング１０内の空間より上昇する。すると、逆止弁１００が開き、バランス空間７３と吸い込みケーシング１０内の空間は、バランス配管７５によって連通する。その結果、バランス空間７３内の圧力と、吸い込みケーシング１０内の空間内の圧力とは、実質的に同一となり回転軸１をバランスさせることができる。
　また、本実施形態の多段ポンプ２００は、流体の圧力が設定値以上になったら流体を外部へ放出する安全弁１１０を備える。安全弁１１０は、バランス空間７３と逆止弁１００との間に設けられる。具体的には、安全弁１１０は、バランス配管７５のバランス空間７３と逆止弁１００との間に設けられる。
　したがって、本実施形態によれば、バランス空間７３の圧力上昇に起因してバランスディスク７１とバランスシート７２とが接触することを抑制することができる。すなわち、多段ポンプ２００の運転中に、逆止弁１００の弁体が閉止側で動作不能となった場合には、バランス空間７３の圧力が上昇してバランスディスク７１とバランスシート７２とが接触するおそれがある。その場合には、回転軸１が回転不能となり、多段ポンプ２００を駆動する電動機が過電流となって停止するおそれがある。これに対して、本実施形態の多段ポンプ２００は、バランス空間７３の圧力上昇を避けるためにバランス空間７３と逆止弁１００との間に設けられた安全弁１１０を備える。したがって、多段ポンプ２００の運転中に逆止弁１００の弁体が閉止側で動作不能となった場合であっても、流体の圧力が設定値以上になったらその流体をバランス配管７５の外部へ放出することができる。その結果、本実施形態によれば、バランス空間７３の圧力上昇に起因してバランスディスク７１とバランスシート７２とが接触することを抑制することができる。
　なお、図２の実施形態は、バランスディスク７１とバランスシート７２とを備えるバランス機構７０を有する多段ポンプ２００を一例に説明したが、これには限定されない。図３は、一実施形態の多段ポンプの断面図である。図３に示す多段ポンプ３００は、バランスピストンによるバランス機構を備えている。図３の多段ポンプ３００において、図２の多段ポンプ２００と同様の機能を有する部品については図２と同様の符号が付されて説明が省略される。
　多段ポンプ３００は、バランス機構３６０を備える。バランス機構３６０は、吐き出しケーシング３０の内部のバランス空間３６２に配置されている。バランス機構３６０は、回転軸１に取り付けられて回転軸１と一体に回転するバランスピストン３２０を備える。また、バランス機構３６０は、吐き出しケーシング３０に取り付けられてバランスピストン３２０の外周面に対向配置されたバランスブッシング３１０を備える。
　バランス機構３６０は、羽根車２の吸い込み側と吐き出し側の圧力差に起因して発生するスラスト力を支持することによって、回転軸１に作用するスラスト力をバランスさせる機能を有する。羽根車２によって昇圧された液体は、バランスピストン３２０とバランスブッシング３１０との間の微小な隙間を通り、バランス空間３６２に流入するようになっている。
　また、多段ポンプ３００は、回転軸１を軸支するすべり軸受３７０を備える。すべり軸受３７０は、回転軸１に取り付けられて回転軸１と一体に回転するスラストディスク３４０と、スラストディスク３４０の液体流入側に対向配置されたスラストシート３３０と、を備える。多段ポンプ３００の運転中には、給油ポート３５０を介してすべり軸受３７０へ油が供給される。すべり軸受３７０は、多段ポンプ３００の運転中には、スラストディスク３４０とスラストシート３３０との接触によって回転軸１に作用するスラスト力を支持する。
　本実施形態の多段ポンプ３００によれば、スラストディスク３４０とスラストシート３３０との接触を抑制することができる簡素な構造を実現することができる。すなわち、多段ポンプ３００の停止中に他のポンプなどによって多段ポンプ３００の内部に通水する場合、吸い込み側の圧力は、多段ポンプ３００の内部を通る際に多段の羽根車２の管路抵抗によって減圧され、減圧された圧力がバランスピストン３２０の一方の面に加わる。一方、バランス配管７５を介した流体の通流に着目すると、逆止弁１００が設けられていない場合には、バランス配管７５は形状が単純なため、吸い込み側の圧力は、ほぼ管路抵抗なしにバランス配管を介してバランスピストン３２０の他方の面に加わる。すると、バランスピストン３２０に加わる圧力差に起因してバランスピストン３２０及び回転軸１は、軸方向推力と同じ方向に押圧される。その結果、すべり軸受３７０においては、スラストディスク３４０がスラストシート３３０の方へ押圧され、スラストディスク３４０とスラストシート３３０が接触するおそれがある。例えば、多段ポンプ３００の起動時には、すべり軸受３７０に十分な油が供給されていない場合がある。この場合、スラストディスク３４０とスラストシート３３０とが接触した状態で多段ポンプ３００を起動すると、すべり軸受３７０の油膜形成不良によりスラストディスク３４０とスラストシート３３０とが焼き付くおそれがある。
　これに対して、本実施形態の多段ポンプ３００は逆止弁１００を備えているので、吸い込みケーシング１０内の空間からバランス配管７５を介してバランス空間３６２へ流体が通流するのが阻止される。その結果、バランスピストン３２０及び回転軸１には軸方向推力とは反対の方向の推力が加わるのみである。その結果、スラストディスク３４０とスラストシート３３０が接触することを防止することができるので、スラストディスク３４０とスラストシート３３０とが焼き付くことを防止することができる。
　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
１　回転軸
２　羽根車
３　ポンプケーシング
１０　吸い込みケーシング
１１　吸い込みポート
２０　吸い込みボリュート
２５　側室
３０　吐き出しケーシング
３１　吐き出しポート
５０　中間ケーシング
７０，３６０　バランス機構
７１　バランスディスク
７２　バランスシート
７３，３６２　バランス空間
７５　バランス配管
１００　逆止弁
１１０　安全弁
２００，３００　多段ポンプ
３１０　バランスブッシング
３２０　バランスピストン 

Claims (5)

  1. 　回転軸と、
    　前記回転軸に取り付けられた羽根車と、
    　前記回転軸に作用する軸方向推力をバランスさせるためのバランス機構と、
    　前記羽根車及び前記バランス機構を収容するポンプケーシングと、
    　前記ポンプケーシングの前記バランス機構が収容されるバランス空間と前記ポンプケーシングの流体吸い込み側の空間とを連通するバランス配管と、
    　前記バランス配管に設けられ、前記バランス空間から前記流体吸い込み側の空間の方向へのみ流体が通流可能な逆止弁と、
    　を備えたポンプ。
  2. 　請求項１のポンプにおいて、
    　前記バランス空間と前記逆止弁との間に設けられ、設定値以上の圧力の流体を外部へ放出する安全弁、をさらに備える、
    　ポンプ。
  3. 　請求項１又は２のポンプにおいて、
    　前記バランス機構は、
    　前記回転軸に取り付けられたバランスディスクと、
    　前記ポンプケーシングに取り付けられて前記バランスディスクに対向するバランスシートと、
    　を備えるポンプ。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項のポンプにおいて、
    　前記ポンプは、前記ポンプの起動時にインバータによって前記回転軸の回転数が徐々に上昇するように駆動可能なポンプである、
    　ポンプ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項のポンプにおいて、
    　前記ポンプは、前記ポンプの吐き出し側に設けられた逆浸透膜へ通流させるための流体を圧送するポンプである、
    　ポンプ。 
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