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JP3566446B2 - Submersible pump device for liquefied gas tank, displacement detection device for rotating shaft - Google Patents
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JP3566446B2 - Submersible pump device for liquefied gas tank, displacement detection device for rotating shaft - Google Patents

Submersible pump device for liquefied gas tank, displacement detection device for rotating shaft Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置とその回転軸の変位検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵する液化ガスタンク内で用いられるタンク内蔵式の潜没ポンプ装置は、一般に、液化ガスタンク内に垂下された揚液管内に配置されている。また、かかる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置では、前記ポンプが揚液管内を満液にするまでの過大流量運転時に発生するポンプ内不平衡軸推力を支持し、軸受の負荷を低減し、軸受の長寿命化を図るため、いわゆる、アキシャルスラスト磁気軸受が採用されている。
【0003】
ここで、かかる従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置について、図5及び図6を用いて説明する。まず、図5は、従来の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を含む液化ガスタンクの配管系統図であり、図6は、前記図5の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置部分の拡大断面図である。
【0004】
まず、図5に示すように、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置は、液化ガスタンク1内に垂下された複数の揚液管2と、前記揚液管2の下端に取り付けられた吸込弁3と、前記吸込弁3の上部かつ前記揚液管2内に配置される潜没ポンプ本体5とから構成され、そして、その吐出管10及び逆止弁11を介して、液化ガス集合管(母管)14へ接続されている。
【0005】
かかる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の詳細を、図6を参照しながら、さらに説明する。この図においても、符号1は液化ガスタンクであり、符号1aはガスタンク1の天井板、そして、符号2は前記タンク1内に垂下された揚液管である。この液化ガスタンク1内に垂下された揚液管2の下端には、吸込弁3が取り付けられ、この吸込弁3の座面21には、上記の潜没ポンプ本体5が設置されている。また、これら揚液管2の頂部には、ポンプ吊り上げ機構を備えたヘッドプレート2aが設けられ、また、図中の符号4は、潜没ポンプ本体5を吊り上げるための吊り上げ用ワイヤであり、符号12は潜没ポンプ本体5の外周に設けられた複数の吐出口であり、符号17は給電ケーブルであり、そして、符号30は巻き上げ機である。
【0006】
そして、前記潜没ポンプ本体5は、前記液化ガスタンク1の天井板1aから鉛直に垂下された揚液管2の内部に、上記ヘッドプレート2aから、上記吊り上げ用ワイヤ4によって、例えぱ深さ50m程度にまで釣り下げられて、前記揚液管2の下部の前記座面21に着座して設置される。
【0007】
また、この潜没ポンプ本体5には、給電ケーブル17によって電源が供給されており、ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁3から吸込まれて昇圧されて吐出口12から吐出され、図中に矢印で示すように、前記揚液管2内を上昇して吐出管10に送り出される。なお、このような液化ガスタンク用潜没ポンブ装置は、図5にも示されるように、複数台、液化ガスタンク1内に設置されるのが通常である。
【0008】
このような液化ガスタンク用潜没ポンプ装置においては、潜没ポンプ本体5が運転停止すると、揚液管2内に残留した液化ガスは、ポンプの内部に設けられた吐出口12を通じて逆流し、揚液管2の底部に設けられた前記吸込弁3から液化ガスタンク1内に戻される。そして、前記揚液管2中の液化ガス液面は、前記タンク1内の液面と同一レペルまで低下する。従って、この潜没ポンプ本体5を再起動すると、前記揚液管2を液化ガスで満たすまでの間は、吐出圧力が確保されない状態での運転が連続されることとなり、通常、かかる状態での運転時間は、数分間に及んでいる。
【0009】
一方、従来の技術になる液化ガスタンク用潜没ポンプとしては、例えば、特開平1−301990号公報等に記載されるように、立軸ポンプのケーシング内にモータを収容し、このポンプの軸及び羽根車を回転させ、この羽根車の上部に軸推力平衡装置であるバランスディスクを固定した軸と、上、中、下軸受に静圧軸受を有し、中、上にさらに補助玉軸受を取り付けたものが既に知られている。
【0010】
すなわち、かかる従来技術の軸受構造によれば、上、中、下軸受部に静圧軸受を配置し、あくまで玉軸受は補助的な役割であり、ラジアル方向の負荷に対しては主に静圧軸受で支持するようにしたものである。また、軸方向の負荷に対しては、バランスディスクによる軸推力(以下、スラスト力)平衡装置により、ポンプの通常運転時(ポンプ所定吐出圧力時)の補助玉軸受に負荷されるスラスト力を零にする構造を有していた。
【0011】
また、特にポンプが大型化し、ポンプの回転軸系の自重及び羽根車に作用する流体力からなるスラスト力が増加する傾向にある時などには、例えば特願平6−114795号などにより既に提案されているように、片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備し、揚液管2内が液化ガス液で満たされてポンプが所定の吐出圧力を発生されるまでの数分間、上記アキシャル磁気軸受を起動させることにより、玉軸受のスラスト荷重の負荷を無くし、もって、軸受寿命の長い潜没ポンプとすることが可能である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術においては、ポンプの大型化に伴い、特に、上記の片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備する際には、以下のような問題点があった。まず、かかるアキシャル磁気軸受を装備する場合、ポンプ回転軸の上下位置である変位を検出するため、いわゆる変位センサーを設けているが、しかしながら、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置においては、前記変位センサーは、潜没ポンプの内部、すなわち、極低温(−140℃〜−190℃)の液中に設置されることとなり、かかる極低温下でも高精度で変位を検出ための補償が必要となる。そのためには、かかる変位センサーは、センサー自体の温度特性が補償されたとしても、センサーを構成するトランジスタなどの電子部品の温度特性が明確でなく、そのため、信頼性に欠ける点があった。すなわち、かかる変位センサーは、通常、複数の電子部品から構成されることとなるが、かかる電子部品を個々に極低温下で特性を調べることは難しく、また、構成した変位センサーを全体としてその極低温下での特性を調べることも、センサーとしての歩留まりの低下を招くこととなり、これでは、装置全体の高価格化にもつながることとなってしまう。
【0013】
他方、ポンプの大型化に伴って上記の片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備する際には、ポンプ回転軸の上下位置を検出する変位センサーの特性が正確に解らないと、特に、そのスタート時に大きな下向きのスラスト力が働くことから、アキシャル磁気軸受の寿命を縮め、その信頼性にも欠けてしまう。
【0014】
そこで、本発明では、上記の従来技術における問題点に鑑み、特に、ポンプの大型化に伴う片側吸引形能動型アキシャル磁気軸受を装備した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置に好適な、磁気軸受を備えた液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の構造と、さらには、かかる装置における回転軸の検出に好適な、磁気軸受を備えた液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における回転軸の変位検出装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータと羽根車とを連結する回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記回転軸の変位を検出する変位センサーをホール素子により構成すると共に、前記ホール素子から発信される出力信号を処理する処理回路部を、大気中に設置したことにより、液化ガス内の極低温環境下においてさらに高精度に計測可能にし信頼度を向上させたことを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を開示する。
【0016】
更に本発明は、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のモータと羽根車とを連結し、スラストを磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、当該細隙量に対応した電圧信号を出力するホール素子により構成されたことを特徴とする回転軸の変位検出装置を開示する。
【0017】
更に本発明は、液化ガスタンク用潜没ポンプのモータと羽根車とを連結し、スラスト磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、うず電流により当該細隙量に対応して変化するインダクタンスを有する検出コイルと、前記検出コイルからの変位信号を処理するための半導体回路素子により構成され、さらに、当該半導体回路素子の温度を、当該半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持するための手段が設けられていることを特徴とする回転軸の変位検出装置を開示する。
【0018】
すなわち、本発明によれば、液化ガスタンク内の極低温下で使用され、かつ、ポンプ回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、上記磁気軸受に給電する電流の制御を高精度で行うことを可能にするため、回転軸の変位を検出する変位センサーを、極低温下でも耐低温特性が補償されているホール素子により構成することにより、あるいは、うず電流式の検出コイルとその変位信号を処理するための半導体回路素子などにより構成される変位センサーに、さらに、ヒータ等からなる温度保持手段を設けて半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持することにより、液化ガス内の極低温環境下においても、耐温度特性に信頼性の高い、高精度の変位センサーとするものであり、かかる構成の変位センサーによれば、液化ガスタンク内の極低温下でも、変位センサーの検出部と回転軸との細隙を高精度で検出し、前記ポンプ回転軸のアキシャル方向の変位を間接的に測定し、さらに、スラスト力を支持する前記磁気軸受に給電する電流を、前記細隙が一定となるように磁気軸受を能動制御し、回転軸系の自重及び羽根車に作用する流体力からなるスラスト力を支持することを可能とし、もって、アキシャル磁気軸受の寿命を縮めることなく、信頼性の高い液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を提供することが可能になる。
【0019】
より具体的には、以下に詳細に説明する本発明の実施例の構成によれぱ、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の潜没ポンプ本体には、ポンプ起動時に発生する片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受を設け、前記潜没ポンプの起動の際においては、起動前に磁気軸受を作動状態にすると、磁気軸受の吸引力が強磁性回転系を浮上させ、起動後の運転中においては、変位センサーが、変位センサーの検出部とポンプ回転軸との細隙δを検出して、前記ポンプ回転軸のアキシャル方向の変位を間接的に測定し、前記細隙δが一定になるように磁気軸受を能動制御し、回転軸系の自重及び羽根車に作用する流体力からなるスラスト力を支持する。
【0020】
そして、本発明によれば、上記片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受制御の変位センサは、磁界発生コイル、磁検出ホール子、信号ケーブル及び検波回路と増幅回路からなる電子回路から構成されており、この磁束検出ホール素子は耐低温特性が補償されており、また、その検波回路と増幅回路からなる電子回路部を大気中に設置し、電子部品単体の温度特性に最適な環境に設置することにより、極低温下でも高い信頼性と高精度で前記細隙δを検出することを可能とし、もって、液化ガスタンク用潜没ポンブ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の高精度な制御を可能にする。
【0021】
また、本発明によれば、他の構造の変位センサーとして、変位検出コイル、検波回路と増幅回路からなる電子回路を一体化して密閉ケース内に収納し、更に、その外周部にヒータを設置して防爆構造で構成される。かかる構造の変位センサーでは、センサー構成機器を収納したケースの周囲にヒータを設置することで一定温度に保ち、電子部品単体の温度特性に最適な環境にして、あるいは、検出信号の温度ドリフトの要因となる温度変化を少なくすることにより、前記細隙δを高精度で検出することを可能とし、もって、液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の高信頼性で高精度な制御が可能になる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。図2には、本発明に係る液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一実施の形態断面が示されており、この断面図においても、符号1は液化ガスタンクであり、符号1aはガスタンク1の天井板、そして、符号2は前記タンク1内に垂下された揚液管である。この液化ガスタンク1内に垂下された揚液管2の下端には、吸込弁3が取り付けられ、この吸込弁3の座面21には、上記の潜没ポンプ本体5が設置されている。また、これら揚液管2の頂部には、ポンプ吊り上げ機構を備えたヘッドプレート2aが設けられ、また、図中の符号4は、潜没ポンプ本体5を吊り上げるための吊り上げ用ワイヤであり、符号12は潜没ポンプ本体5の外周に設けられた複数の吐出口であり、符号17は給電ケーブルであり、符号30は巻き上げ機であり、そして、符号50は磁気軸受制御装置でり、符号42は磁気軸受用ケーブル取り出し端子である。
【0023】
そして、前記潜没ポンプ本体5は、前記液化ガスタンク1の天井板1aから鉛直に垂下された揚液管2の内部に、上記ヘッドプレート2aから、上記吊り上げ用ワイヤ4によって、例えぱ深さ50m程度にまで釣り下げられて、前記揚液管2の下部の前記座面21に着座して設置される。また、この潜没ポンプ本体5には、給電ケーブル17によって電源が供給されており、ポンプの運転が開始されると、液化ガスは吸込弁3から吸込まれて吐出口12から吐出され、揚液管2内で昇圧され、図中に矢印で示すように、前記揚液管2内を上昇して吐出管10に送り出される。なお、このような液化ガスタンク用潜没ポンブ装置は、複数台が液化ガスタンク1内に設置されるのが通常である。
【0024】
このような液化ガスタンク用潜没ポンプ装置においては、潜没ポンプ本体5が運転停止すると、揚液管2内に残留した液化ガスは、ポンプの内部に設けられた吐出口12を通じて逆流し、揚液管2の底部に設けられた前記吸込弁3から液化ガスタンク1内に戻される。そして、前記揚液管2中の液化ガス液面は、前記タンク1内の液面と同一レベルまで低下する。従って、この潜没ポンプ本体5を再起動すると、前記揚液管2を液化ガスで満たすまでの間は、吐出圧力が確保されない状態での運転が連続されることとなり、通常、かかる状態での運転時間は、数分間に及ぶことは上記の従来技術におけると同様である。
【0025】
図3には、上記図2に示した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の、特に、潜没ポンプ本体5部分の拡大断面が示されており、この図において、符号5Aは、潜没ポンプ本体5のケースに回転可能に取り付けられた回転軸であるポンプ回転軸であり、5Bはインデューサである。また、5Cは複数の羽根車を、5Dはサブマージドモータロータを、5E、5F、5Gは、それぞれ、自液潤滑される静圧軸受を、5H、5Iは捕助玉軸受を、5Jはバランスディスクを、5Kはスラスト磁気軸受部の電磁石を、5Lは強磁性体ロータを、5Mは磁気軸受端子台を、5Nは変位センサーを、そして、18は磁気軸受用給電ケーブル及び変位センサー信号ケーブルを示す。
【0026】
この図2にも示されるように、潜没ポンプ本体5の構造は、ポンプ回転軸5Aに、吸込み性能向上のために取り付けられたインデューサ5B、複数の羽根車5C及びサブマージドモータロータ5Dが固定され、これらは一体化構造であり、一体となって回転するようになっている。また、このポンプ回転軸5A、インデューサ5B、複数の羽根車5C、サブマージドモータロータ5Dは、自液潤滑される静圧軸受5E、5F、5Gによって、半径方向に支持されている。一方、軸方向については、ポンプ回転軸5Aに固定されたバランスディスク5Jからなるスラスト平衡装置によって、軸方向スラストがセルフバランスされ、ポンプ回転体の液中に浮き上がり、補助玉軸受5H、5Iにはスラスト力は全く作用しないようになっている。
【0027】
一方、上記ポンプ回転軸5Aの最上端部には、吸引形能動型アキシャル磁気軸受が配置され、すなわち、この吸引形能動型アキシャル磁気軸受は、スラスト磁気軸受部の電磁石5Kと、強磁性体ロータ5Lとから構成されている。そして、スラスト磁気軸受部の電磁石5Kには、給電ケーブル18を介して、磁気軸受制御装置50により制御される励磁電流が流される。
【0028】
かかる構成の吸引形能動型アキシャル磁気軸受では、潜没ポンブ本体5の起動時には、前記揚液管2内が空部であるため、ポンプは大吐出量運転状態となり、軸スラストバランス機構が作動しなくなるので、ポンプ回転体の自重、さらには、羽根車5C及びバランスディスク5Jに作用する流体力の合計推力が、鉛直下方に作用する。従って、前記磁気軸受電磁石5Kは、片側上側のみ設け、その電磁石により、強磁性体材料で作られたロータ5Lを、下方に作用するスラスト力に見合う吸引電磁力で上方に引き上げられるよう制御される。なお、前記吸引電磁力は、磁気軸受電磁石5Kとロータ5Lとの面間寸法、すなわち、δに影響されるので、この面間寸法δを間接的に検知するために、上記ポンプ回転軸5Aの上下方向の位置を検出する変位センサー5Nが設置されている。
【0029】
図1には、回転軸である上記ポンプ軸5Aの上端部分と、このポンプ回転軸の上下位置を検出するための変位センサー5Nとが示されている。なお、この図において、符号101は磁界発生用電磁石コイルを、符号102は磁束密度検出用ホール素子を、符号103は、上記のポンプ軸5Aの上端に取り付けられた、強磁性体からなるセンサー用ターゲットを、そして、符号108はセンサ用のコネクタを示している。
【0030】
この図1に示す変位センサー5Nは、変位センサー5Nとポンプ軸5Aの上端との間の、すなわち、磁界発生用電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103との間のギャップ量δの変化に伴う磁束密度の変化量をホール素子102で検出し、検出した磁束密度の変化量を変位信号として送電するものである。一般的に、電磁石コイル101に一定電流が流れ、強磁性体が近接している場合、電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103との間の磁束密度と、細隙δとは、反比例の関係にある。また、ホール素子102からの出力であるホール電圧は、この磁束密度に比例する。
【0031】
今、磁界発生用電磁石コイル101に通電し、ポンプ回転軸5Aが図の上方に移動し、磁界発生用電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103との細隙δが小になると、磁界発生用電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103の間の磁束密度が大きくなる。このように磁束密度が大きくなると、ホール素子102は、それに見合った出力電圧を発信し、その信号を受けた磁気軸受制御装置50が、磁気軸受の電磁石5Kの励磁電流を小さくし、これにより、吸引電磁力が小となり、前記ポンプ回転軸5Aは図の下方に移動する。
【0032】
また、回転軸5Aが図の下方に移動し、磁界発生用電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103との間の細隙δが大になると、磁界発生用電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103との間の磁束密度が小さくなる。そこで、磁束密度が小さくなるとホール素子102はそれに見合った出力電圧を発信し、その信号を受けた磁気軸受制御装置50が、磁気軸受の電磁石5Kの励磁電流を大きくし、もって、吸引電磁力が大となり、前記ポンプ回転軸5Aは図の上方に移動する。このようにして、前記補助玉軸受5H、5Iに残留スラスト力が負荷されないよに、細隙δを所定の状態に制御する。
【0033】
なお、上記の実施例で細隙δを検出するために使用される磁束検出ホール素子は、一般に、その耐低温特性が補償されており、そこで、変位センサーの処理回路を構成する検波回路や増幅回路等からなる電子回路部を、液化ガスタンク1の外部に取り出して大気中に設置し、電子部品単体の温度特性に最適な環境に設置することにより、信頼性の高い高精度の変位センサーを得ることが可能となる。すなわち、かかる高精度の変位センサーを利用してすることにより、磁界発生用電磁石コイル101と強磁性体センサー用ターゲット103との間の細隙δを高精度で検出できる。このことにより、磁気軸受制御装置50によって、ポンプの起動時においても上記細隙δを高精度に制御し、もって、アキシャル磁気軸受の寿命を縮めることなく、その信頼性の高い、液化ガスタンク用潜没ポンブ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の制御が可能になる。
【0034】
図4には、本発明の他の実施の形態である液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の変位センサー5Nの構造が示されている。なお、この変位センサー5Nは、うず電流方式により構成され、この図示の構造では、符号104は変位検出コイル、符号105は変位信号の検波回路や変調回路を含む半導体素子、符号106は防爆構造が施されたヒータ、そして、符号107は温度制御用熱電対を示している。なお、図にも示すように、変位をインダクタンスの変化として検出する検出コイル104と、この検出コイルの変位信号に対する処理回路を構成する検波回路、変調回路、増幅回路等を含む半導体回路素子105は、密閉された内部ケース106内に収納されており、更に、これを取り囲むようにして、ヒータ107及び温度制御用の熱電対109が、外周ケース110内に設置されている。
【0035】
また、この図4の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置も、上記の図2に示すように、潜没ポンプ本体5は、液化ガスタンク1内に垂下された揚液管2の底部に設けられた座面21に着座して配置される。一方、前記揚液管2の最上端部のヘッドカバー2aには、磁気軸受の給電ケーブル及び変位センサー信号ケーブル18は、図3の磁気軸受端子台5Mを経て、これらのケーブル類が潜没ポンプ装置から分離できるよう、ターミナル端子42が設けられており、そして、前記ケーブル類18は、ターミナル端子を経て、前記液化ガスタンク1の外に設置した磁気軸受制御装置50に接続配置されていることも、上記の実施の形態と同様である。
【0036】
次に、上記の構成の変位センサー5Nの出力による、上記磁気軸受制御装置50における磁気軸受の電磁石5Kの吸引電磁力の制御を、上記図4を参照して説明する。
今、ポンプ回転軸5Aが図の上方に移動し、変位センサー5N、すなわち、検出コイル104と、前記ポンプ回転軸5Aとの間の細隙δが小になると、前記検出コイル104が前記ポンプ回転軸5Aの軸半径方向の端面5Sに発生するうず電流が大となり、検出コイル104のインダクタンスが大きくなると、磁気軸受制御装置50が磁気軸受の電磁石5Kの励磁電流を小さくし、吸引電磁力が小となり、これにより、前記ポンプ回転軸5Aは図の下方に移動する。
【0037】
一方、上記のポンプ回転軸5Aが図の下方に移動し、検出コイル104とポンプ回転軸5Aとの細隙δが大になると、前記検出コイル104が前記ポンプ回転軸5Aの軸半径方向の端面5Sに発生するうず電流は小さくなり、検出コイル104のインダクタンスが小さくなる。このように、検出コイル104のインダクタンスが小さくなると、磁気軸受制御装置50が、磁気軸受の電磁石5Kへ供給する励磁電流を大きくし、その吸引電磁力を増大し、これにより、前記ポンプ回転軸5Aは図の上方に移動する。このようにして、前記補助玉軸受5H、5Iに残留スラスト力が負荷されないように上記細隙δを所定の状態に制御する。
【0038】
また、上述のように、検出コイル104の変位信号に対する処理回路である検波回路、変調回路、増幅回路等を含む半導体回路素子105を内部に収納した収納ケースの外周部には、ヒータ107が設置され、さらに、熱電対109の働きにより、電子部品である前記半導体回路素子105の温度特性が許容できる一定の温度に保つように制御されている。なお、この変位センサーには、いわゆる防爆構造が施されていることは言うまでもない。また、かかる変位センサー5Nは、潜没ポンプ本体5の内部に設置されて極低温環境下にさらされるので、その内部の半導体回路素子であるICを、結露あるいは素子の熱変形から保護するため、例えば樹脂でモールドされている。そして、このような変位センサー5Nが組み込まれた磁気軸受を用いることにより、信頼性の高い高精度の変位センサーを得ることが可能となる。すなわち、かかる高精度の変位センサーを利用してすることにより、変位コイル104とポンプ回転軸5Aの上端との間の細隙δを高精度で検出でき、これに伴い、磁気軸受制御装置50によって、ポンプの起動時においても上記細隙δを高精度に制御し、もって、アキシャル磁気軸受の寿命を縮めることなく、その信頼性の高い、液化ガスタンク用潜没ポンブ装置における片側吸引形能動型アキシャルスラスト磁気軸受の制御が可能になる。なお、上記の変位センサーの構造は、上述の構造だけに限らず、その他、センサーを構成する電子部品の許容できる耐低温特性対策を施した様々なセンサーが考えられる。
【0039】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明になる磁気軸受を備えた液化ガスタンク用潜没ポンプ装置と、かかる装置における回転軸の検出装置によれば、液化ガスタンク内の極低温環境下においても、変位センサーによりポンプ回転軸の上下位置の変位を高精度で検出ことが可能となることから、その検出出力によりポンプの起動時に軸受に作用するスラスト力を確実に軽減して軸受の長寿命化を可能にしてその信頼性を向上させ、さらには、当該装置の軸受部のメンテナンスフリー化を図った、実用的にも優れた液化ガスタンク用潜没ポンブ装置を提供することが可能になるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の一実施の形態における変位センサー部分の一部拡大断面図である。
【図2】液化ガスタンク用潜没ポンプ装置全体の側面断面図である。
【図3】上記図2に示す液化ガスタンク用潜没ポンプ装置における潜没ポンプ本体部分の断面図である。
【図4】本発明になる液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の他の実施の形態における変位センサー部分の一部拡大断面図である。
【図5】従来技術における液化ガスタンク用潜没ポンプ装置を含む液化ガスタンク配管系統図である。
【図6】上記図5の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置の断面図である。
【符号の説明】
1 液化ガスタンク
1a タンク天井板
2 揚液管
2a ヘッドプレート
3 吸込弁
4 吊り上げワイヤ
5 潜没ポンプ本体
5A ポンプ軸
5B インデューサ
5C 羽根車
5D モータロータ
5E、5F、5G 静圧柚受
5H、5I 補助玉軸受
5J バランスディスク
5K スラスト磁気軸受部の電磁石
5L 強磁性体ロータ
5M 磁気軸受端子台
5N 変位センサ
5S うず電流が発生する面
10 吐出管
11 逆止弁
12 ポンプ吐出口
14 液化ガス集合管(母管)
17 給電ケーブル
18 磁気軸受ケーブル用給電ケーブル及び変位センサー信号ケーブル
21 潜没ポンプの着座面
30 巻き上げ機
42 磁気軸受ケーブル用取出しターミナル端子
50 磁気軸受制御装置
101 磁界発生用電磁石コイル
102 ホール素子
103 強磁性体センサー用ターゲット
104 変位コイル
105 半導体回路素子
106 内部ケース
107 ヒータ
108 コネクタ
109 熱電対
110 外周ケース
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a submerged pump device for a liquefied gas tank and a displacement detection device for a rotary shaft thereof.
[0002]
[Prior art]
A tank-incorporated submersible pump device used in a liquefied gas tank for storing a liquefied gas such as liquefied natural gas is generally arranged in a liquid pumping pipe suspended in the liquefied gas tank. Further, in such a submerged pump device for a liquefied gas tank, the pump supports an unbalanced axial thrust in the pump generated during an excessive flow rate operation until the pump fills the pumping pipe, reducing the load on the bearing and reducing the bearing load. In order to extend the life, a so-called axial thrust magnetic bearing is employed.
[0003]
Here, such a conventional immersion pump device for a liquefied gas tank will be described with reference to FIGS. First, FIG. 5 is a piping diagram of a liquefied gas tank including a conventional liquefied gas tank submersion pump device, and FIG. 6 is an enlarged sectional view of the liquefied gas tank submersion pump device portion of FIG.
[0004]
First, as shown in FIG. 5, a liquefied gas tank submerged pump device includes a plurality of pumping pipes 2 suspended in a liquefied gas tank 1, a suction valve 3 attached to a lower end of the pumping pipe 2, A submerged pump main body 5 disposed above the suction valve 3 and in the liquid pumping pipe 2, and via a discharge pipe 10 and a check valve 11, a liquefied gas collecting pipe (mother pipe). 14.
[0005]
The details of the immersion pump device for a liquefied gas tank will be further described with reference to FIG. Also in this figure, reference numeral 1 denotes a liquefied gas tank, reference numeral 1a denotes a ceiling plate of the gas tank 1, and reference numeral 2 denotes a liquid pumping pipe suspended in the tank 1. A suction valve 3 is attached to a lower end of a liquid pumping pipe 2 suspended in the liquefied gas tank 1, and the submerged pump main body 5 is installed on a seat surface 21 of the suction valve 3. A head plate 2a provided with a pump lifting mechanism is provided at the top of these pumping tubes 2. Reference numeral 4 in the figure denotes a lifting wire for lifting the submerged pump main body 5. Reference numeral 12 denotes a plurality of discharge ports provided on the outer periphery of the submerged pump main body 5, reference numeral 17 denotes a power supply cable, and reference numeral 30 denotes a hoist.
[0006]
The submerged pump main body 5 is, for example, 50 m deep from the head plate 2a to the inside of the pumping pipe 2 vertically suspended from the ceiling plate 1a of the liquefied gas tank 1 by the lifting wire 4. It is hung to the extent, and it is seated on the seat surface 21 below the pumping pipe 2 and installed.
[0007]
Power is supplied to the submerged pump main body 5 by a power supply cable 17. When the operation of the pump is started, the liquefied gas is sucked from the suction valve 3, pressurized, and discharged from the discharge port 12. As shown by an arrow in the drawing, the liquid is raised in the liquid pumping pipe 2 and sent out to the discharge pipe 10. Generally, a plurality of such liquefied gas tank submerged pumping devices are installed in the liquefied gas tank 1 as shown in FIG.
[0008]
In such a submerged pump device for a liquefied gas tank, when the submerged pump main body 5 stops operating, the liquefied gas remaining in the liquid pumping pipe 2 flows back through a discharge port 12 provided inside the pump, and is lifted. The liquid is returned into the liquefied gas tank 1 from the suction valve 3 provided at the bottom of the liquid pipe 2. The liquid level of the liquefied gas in the pumping pipe 2 drops to the same level as the liquid level in the tank 1. Therefore, when the submerged pump main body 5 is restarted, the operation in a state in which the discharge pressure is not ensured is continued until the liquid pumping tube 2 is filled with the liquefied gas. The operating time spans several minutes.
[0009]
On the other hand, as a submerged pump for a liquefied gas tank according to the prior art, for example, as described in JP-A-1-301990, a motor is housed in a casing of a vertical shaft pump, and a shaft and a blade of the pump are provided. The car was rotated, and a shaft having a balance disk as an axial thrust balance device fixed to the upper part of the impeller, and a hydrostatic bearing in the upper, middle and lower bearings, and auxiliary ball bearings were further mounted in the middle and upper parts. Things are already known.
[0010]
That is, according to the bearing structure of the related art, the hydrostatic bearings are arranged in the upper, middle, and lower bearings, and the ball bearings serve only an auxiliary role. It is designed to be supported by bearings. Also, with respect to the axial load, the thrust force applied to the auxiliary ball bearings during normal operation of the pump (at the time of predetermined discharge pressure of the pump) is reduced to zero by the axial thrust (hereinafter, thrust force) balance device by the balance disk. It had the structure to make.
[0011]
In particular, when the size of the pump is increased and the thrust force composed of the weight of the rotating shaft system of the pump and the fluid force acting on the impeller tends to increase, for example, Japanese Patent Application No. 6-114795 has already proposed this. As shown in the figure, the single-sided suction type active axial magnetic bearing is provided, and the axial magnetic bearing is maintained for several minutes until the pumping pipe 2 is filled with the liquefied gas liquid and the predetermined discharge pressure is generated. , The thrust load of the ball bearing is eliminated, and a submerged pump having a long bearing life can be obtained.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned prior art, the following problems have been encountered with the increase in size of the pump, particularly when the above-mentioned one-sided suction type active axial magnetic bearing is provided. First, when equipped with such an axial magnetic bearing, a so-called displacement sensor is provided in order to detect the displacement that is the vertical position of the pump rotating shaft.However, in the liquefied gas tank submersible pump device, the displacement sensor is The submersion pump is installed inside the submerged pump, that is, in the liquid at a cryogenic temperature (-140 ° C. to -190 ° C.). Therefore, even if the temperature characteristics of the displacement sensor are compensated, the temperature characteristics of electronic components such as transistors constituting the sensor are not clear, and thus the displacement sensor is lacking in reliability. That is, such a displacement sensor is usually composed of a plurality of electronic components, but it is difficult to individually examine the characteristics of such electronic components at cryogenic temperatures. Examining the characteristics at a low temperature also causes a decrease in the yield as a sensor, which leads to an increase in the price of the entire device.
[0013]
On the other hand, when the above-mentioned one-sided suction type active axial magnetic bearing is equipped with the increase in size of the pump, it is particularly necessary to accurately understand the characteristics of the displacement sensor that detects the vertical position of the pump rotating shaft. Since a large downward thrust force sometimes acts, the life of the axial magnetic bearing is shortened and its reliability is also lacking.
[0014]
In view of the above, in the present invention, in consideration of the above-described problems in the related art, in particular, a magnetic bearing suitable for a submerged pump device for a liquefied gas tank equipped with a one-sided suction type active axial magnetic bearing accompanying an increase in size of a pump is provided. The present invention provides a structure of a submerged pump device for a liquefied gas tank, and a displacement detection device of a rotary shaft in a submerged pump device for a liquefied gas tank equipped with a magnetic bearing, which is suitable for detecting a rotary shaft in such a device. Aim.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a submerged pump device for a liquefied gas tank in which a thrust bearing that supports a rotating shaft that connects a motor and an impeller is formed of a magnetic bearing, wherein a displacement sensor that detects displacement of the rotating shaft is provided. The processing circuit for processing the output signal transmitted from the Hall element is configured in the atmosphere while being configured by the Hall element. A submersible pump device for a liquefied gas tank, characterized in that the accuracy is improved and the reliability is improved in an extremely low temperature environment in a liquefied gas, thereby improving the reliability.
[0016]
Further, the present invention is a rotary shaft displacement detection device for connecting a motor and an impeller of a submerged pump device for a liquefied gas tank and detecting a displacement of a rotary shaft whose thrust is supported by a magnetic bearing, A displacement detection device for a rotating shaft, comprising: a hall element that is arranged to face an upper end surface of the rotating shaft via a slit and outputs a voltage signal corresponding to the amount of the slit, is disclosed.
[0017]
Further, the present invention relates to a rotary shaft displacement detecting device for connecting a motor of a submerged pump for a liquefied gas tank and an impeller, and detecting a displacement of a rotary shaft supported by a thrust magnetic bearing, A detection coil having an inductance that is arranged opposite to the upper end face of the device with a gap therebetween and changes in accordance with the amount of the gap due to eddy current, and a semiconductor circuit element for processing a displacement signal from the detection coil And a means for maintaining the temperature of the semiconductor circuit element at a temperature acceptable for the temperature characteristics of the electronic components constituting the semiconductor circuit element. A detection device is disclosed.
[0018]
That is, according to the present invention, in the liquefied gas tank submerged pump device which is used at a cryogenic temperature in the liquefied gas tank and has a thrust bearing for supporting the pump rotating shaft constituted by a magnetic bearing, power is supplied to the magnetic bearing. A displacement sensor that detects the displacement of the rotating shaft to enable high-precision current control The pole By using a Hall element whose low-temperature resistance is compensated even at low temperatures, or a displacement sensor composed of an eddy current type detection coil and a semiconductor circuit element for processing its displacement signal, etc. By providing a temperature holding means comprising a heater or the like and maintaining the temperature characteristics of the electronic components constituting the semiconductor circuit element at an acceptable temperature, the temperature resistance characteristics are highly reliable even in an extremely low temperature environment in a liquefied gas. According to the displacement sensor having such a configuration, even at a very low temperature in the liquefied gas tank, the gap between the detection unit of the displacement sensor and the rotating shaft is detected with high accuracy, Indirectly measuring the axial displacement of the pump rotation shaft, furthermore, the current to be supplied to the magnetic bearing supporting the thrust force, the gap is constant. A highly reliable liquefied gas tank that actively controls the magnetic bearing and can support the thrust force consisting of the weight of the rotating shaft system and the fluid force acting on the impeller, thereby shortening the life of the axial magnetic bearing. It is possible to provide a submersible pump device for use.
[0019]
More specifically, according to the configuration of the embodiment of the present invention described in detail below, the submerged pump main body of the submerged pump device for a liquefied gas tank has a one-sided suction type active axial thrust generated at the time of starting the pump. A magnetic bearing is provided, and at the time of starting the submerged pump, if the magnetic bearing is activated before starting, the attractive force of the magnetic bearing causes the ferromagnetic rotating system to float, and during operation after starting, displacement occurs. The sensor detects the gap δ between the detection unit of the displacement sensor and the pump rotation axis, indirectly measures the axial displacement of the pump rotation axis, and sets the magnetic bearing so that the gap δ becomes constant. Is actively controlled to support a thrust force consisting of the own weight of the rotating shaft system and a fluid force acting on the impeller.
[0020]
According to the present invention, the displacement sensor for controlling the one-sided suction type active axial thrust magnetic bearing includes a magnetic field generating coil, bundle Detection hole Elementary The magnetic flux detection Hall element is compensated for low-temperature resistance, and the electronic circuit part consisting of the detection circuit and the amplification circuit is By installing the electronic component in an environment that is optimal for the temperature characteristics of the electronic component itself, it is possible to detect the gap δ with high reliability and high accuracy even at extremely low temperatures, and as a result, A highly accurate control of a one-sided suction type active axial thrust magnetic bearing in a submerged pump device is enabled.
[0021]
Further, according to the present invention, as a displacement sensor of another structure, a displacement detection coil, an electronic circuit including a detection circuit and an amplification circuit are integrated and housed in a sealed case, and further, a heater is installed on the outer periphery thereof. With explosion-proof construction. In a displacement sensor having such a structure, a heater is installed around a case that houses the sensor components to maintain a constant temperature, thereby making the environment optimal for the temperature characteristics of a single electronic component, or a cause of a temperature drift of a detection signal. By reducing the temperature change, it becomes possible to detect the gap δ with high accuracy, and thus the one-sided suction type active axial thrust magnetic bearing in the immersion pump device for a liquefied gas tank has high reliability and high reliability. Accurate control becomes possible.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 shows a sectional view of one embodiment of the immersion pump device for a liquefied gas tank according to the present invention. Also in this sectional view, reference numeral 1 denotes a liquefied gas tank, and reference numeral 1a denotes a ceiling plate of the gas tank 1. Reference numeral 2 denotes a pumping pipe suspended in the tank 1. A suction valve 3 is attached to a lower end of a liquid pumping pipe 2 suspended in the liquefied gas tank 1, and the submerged pump main body 5 is installed on a seat surface 21 of the suction valve 3. A head plate 2a provided with a pump lifting mechanism is provided at the top of these pumping tubes 2. Reference numeral 4 in the figure denotes a lifting wire for lifting the submerged pump main body 5. Reference numeral 12 denotes a plurality of discharge ports provided on the outer periphery of the submerged pump main body 5, reference numeral 17 denotes a power supply cable, reference numeral 30 denotes a hoist, reference numeral 50 denotes a magnetic bearing control device, and reference numeral 42 denotes a magnetic bearing control device. Denotes a cable take-out terminal for a magnetic bearing.
[0023]
The submerged pump main body 5 is, for example, 50 m deep from the head plate 2a to the inside of the pumping pipe 2 vertically suspended from the ceiling plate 1a of the liquefied gas tank 1 by the lifting wire 4. It is hung to the extent, and it is seated on the seat surface 21 below the pumping pipe 2 and installed. Power is supplied to the submerged pump main body 5 by a power supply cable 17. When the operation of the pump is started, the liquefied gas is sucked from the suction valve 3 and discharged from the discharge port 12 to be pumped. The pressure is increased in the pipe 2, and as shown by the arrow in the figure, the liquid rises in the liquid pumping pipe 2 and is sent to the discharge pipe 10. In general, a plurality of such liquefied gas tank submerged pumping devices are installed in the liquefied gas tank 1.
[0024]
In such a submerged pump device for a liquefied gas tank, when the submerged pump main body 5 stops operating, the liquefied gas remaining in the liquid pumping pipe 2 flows back through a discharge port 12 provided inside the pump, and is lifted. The liquid is returned into the liquefied gas tank 1 from the suction valve 3 provided at the bottom of the liquid pipe 2. The liquid level of the liquefied gas in the pumping pipe 2 drops to the same level as the liquid level in the tank 1. Therefore, when the submerged pump main body 5 is restarted, the operation in a state in which the discharge pressure is not ensured is continued until the liquid pumping tube 2 is filled with the liquefied gas. The operation time extends over several minutes, as in the above-mentioned prior art.
[0025]
FIG. 3 shows an enlarged cross section of the submerged pump main body 5 of the liquefied gas tank submerged pump device shown in FIG. 2 in particular. Is a pump rotation shaft which is a rotation shaft rotatably attached to the case, and 5B is an inducer. 5C is a plurality of impellers, 5D is a submerged motor rotor, 5E, 5F, and 5G are self-liquid lubricated hydrostatic bearings, 5H and 5I are catching ball bearings, and 5J is a balance disk. 5K indicates an electromagnet of a thrust magnetic bearing portion, 5L indicates a ferromagnetic rotor, 5M indicates a magnetic bearing terminal block, 5N indicates a displacement sensor, and 18 indicates a power supply cable for a magnetic bearing and a displacement sensor signal cable. .
[0026]
As shown in FIG. 2, the structure of the submerged pump main body 5 is such that an inducer 5B, a plurality of impellers 5C, and a submerged motor rotor 5D fixed to a pump rotating shaft 5A for improving suction performance are fixed. These are integrated structures, and rotate integrally. The pump rotating shaft 5A, the inducer 5B, the plurality of impellers 5C, and the submerged motor rotor 5D are radially supported by self-liquid lubricated hydrostatic bearings 5E, 5F, and 5G. On the other hand, in the axial direction, the axial thrust is self-balanced by a thrust balancing device including a balance disk 5J fixed to the pump rotating shaft 5A, floats in the liquid of the pump rotating body, and the auxiliary ball bearings 5H, 5I No thrust force is applied.
[0027]
On the other hand, a suction-type active axial magnetic bearing is disposed at the uppermost end of the pump rotating shaft 5A. That is, the suction-type active axial magnetic bearing includes an electromagnet 5K of a thrust magnetic bearing, a ferromagnetic rotor. 5L. Then, an exciting current controlled by the magnetic bearing control device 50 flows through the power supply cable 18 to the electromagnet 5K of the thrust magnetic bearing portion.
[0028]
In the suction-type active axial magnetic bearing having such a configuration, when the submerged pump main body 5 is started, since the inside of the liquid pumping tube 2 is empty, the pump is in a large discharge operation state, and the axial thrust balance mechanism is operated. Since it disappears, the own weight of the pump rotating body and the total thrust of the fluid force acting on the impeller 5C and the balance disk 5J act vertically downward. Accordingly, the magnetic bearing electromagnet 5K is provided only on one side and is controlled by the electromagnet so that the rotor 5L made of a ferromagnetic material can be pulled upward by an attractive electromagnetic force corresponding to a thrust force acting downward. . Since the attracting electromagnetic force is affected by the distance between the surfaces of the magnetic bearing electromagnet 5K and the rotor 5L, that is, δ, in order to indirectly detect this distance δ, the pump rotating shaft 5A A displacement sensor 5N for detecting a vertical position is provided.
[0029]
FIG. 1 shows an upper end portion of the pump shaft 5A, which is a rotating shaft, and a displacement sensor 5N for detecting the vertical position of the pump rotating shaft. In this figure, reference numeral 101 denotes an electromagnet coil for generating a magnetic field, reference numeral 102 denotes a Hall element for detecting a magnetic flux density, and reference numeral 103 denotes a sensor made of a ferromagnetic material attached to the upper end of the pump shaft 5A. Reference numeral 108 denotes a connector for the sensor.
[0030]
The displacement sensor 5N shown in FIG. 1 changes the gap δ between the displacement sensor 5N and the upper end of the pump shaft 5A, that is, between the magnetic field generating electromagnet coil 101 and the ferromagnetic sensor target 103. The accompanying change in the magnetic flux density is detected by the Hall element 102, and the detected change in the magnetic flux density is transmitted as a displacement signal. Generally, when a constant current flows through the electromagnet coil 101 and the ferromagnetic material is close to the magnet coil 101, the magnetic flux density between the electromagnet coil 101 and the ferromagnetic sensor target 103 and the gap δ are inversely proportional. In a relationship. The Hall voltage, which is the output from the Hall element 102, is proportional to the magnetic flux density.
[0031]
Now, when the electromagnet coil 101 for generating a magnetic field is energized and the pump rotating shaft 5A moves upward in the figure and the gap δ between the electromagnet coil 101 for generating a magnetic field and the target 103 for a ferromagnetic sensor becomes small, a magnetic field is generated. Magnetic flux density between the electromagnet coil 101 and the ferromagnetic sensor target 103 increases. When the magnetic flux density is increased in this manner, the Hall element 102 transmits an output voltage corresponding to the increased magnetic flux density, and the magnetic bearing control device 50 that has received the signal reduces the exciting current of the electromagnet 5K of the magnetic bearing. The suction electromagnetic force becomes small, and the pump rotating shaft 5A moves downward in the figure.
[0032]
When the rotating shaft 5A moves downward in the figure and the gap δ between the magnetic field generating electromagnet coil 101 and the ferromagnetic sensor target 103 increases, the magnetic field generating electromagnet coil 101 and the ferromagnetic sensor Magnetic flux density with the target 103 for use becomes small. Therefore, when the magnetic flux density decreases, the Hall element 102 transmits an output voltage corresponding thereto, and the magnetic bearing control device 50 receiving the signal increases the exciting current of the electromagnet 5K of the magnetic bearing, thereby reducing the attractive electromagnetic force. The pump rotation shaft 5A moves upward in the figure. In this way, the gap δ is controlled to a predetermined state so that the residual thrust force is not applied to the auxiliary ball bearings 5H and 5I.
[0033]
Note that the magnetic flux detecting Hall element used for detecting the gap δ in the above embodiment is generally compensated for its low-temperature resistance characteristics. An electronic circuit section including a circuit is taken out of the liquefied gas tank 1 and installed in the atmosphere, and is installed in an environment that is optimal for the temperature characteristics of a single electronic component, thereby obtaining a highly reliable and accurate displacement sensor. It becomes possible. That is, by using such a high-precision displacement sensor, the gap δ between the magnetic field generating electromagnet coil 101 and the ferromagnetic sensor target 103 can be detected with high accuracy. As a result, the magnetic bearing control device 50 controls the above-mentioned gap δ with high accuracy even at the time of starting the pump, thereby shortening the life of the axial magnetic bearing and having a highly reliable liquefied gas tank submersible. It becomes possible to control the one-sided suction type active axial thrust magnetic bearing in the submerged pump device.
[0034]
FIG. 4 shows a structure of a displacement sensor 5N of a submerged pump device for a liquefied gas tank according to another embodiment of the present invention. The displacement sensor 5N is configured by an eddy current method. In the illustrated structure, reference numeral 104 denotes a displacement detection coil, reference numeral 105 denotes a semiconductor element including a detection circuit and a modulation circuit for a displacement signal, and reference numeral 106 denotes an explosion-proof structure. The applied heater and reference numeral 107 indicate a thermocouple for temperature control. As shown in the figure, a detection coil 104 that detects displacement as a change in inductance, and a semiconductor circuit element 105 including a detection circuit, a modulation circuit, an amplification circuit, and the like that constitute a processing circuit for a displacement signal of the detection coil include: The heater 107 and a thermocouple 109 for temperature control are provided in the outer case 110 so as to surround the inner case 106.
[0035]
Also, in the liquefied gas tank submersible pump device of FIG. 4, the submerged pump main body 5 is provided with a seat provided at the bottom of the liquid pumping pipe 2 suspended in the liquefied gas tank 1 as shown in FIG. It is placed sitting on the surface 21. On the other hand, a power supply cable of a magnetic bearing and a displacement sensor signal cable 18 are provided on a head cover 2a at the uppermost end of the pumping pipe 2 via a magnetic bearing terminal block 5M in FIG. The cable 18 may be connected to a magnetic bearing control device 50 installed outside the liquefied gas tank 1 via the terminal terminal so as to be separated from the liquefied gas tank 1. This is the same as the above embodiment.
[0036]
Next, the control of the attraction electromagnetic force of the electromagnet 5K of the magnetic bearing in the magnetic bearing control device 50 by the output of the displacement sensor 5N having the above configuration will be described with reference to FIG.
Now, when the pump rotation shaft 5A moves upward in the drawing and the gap δ between the displacement sensor 5N, that is, the detection coil 104 and the pump rotation shaft 5A becomes small, the detection coil 104 rotates the pump rotation shaft 5A. When the eddy current generated on the end surface 5S of the shaft 5A in the radial direction of the shaft becomes large and the inductance of the detection coil 104 becomes large, the magnetic bearing control device 50 makes the exciting current of the electromagnet 5K of the magnetic bearing small, and the attraction electromagnetic force becomes small. As a result, the pump rotation shaft 5A moves downward in the figure.
[0037]
On the other hand, when the pump rotation shaft 5A moves downward in the drawing and the gap δ between the detection coil 104 and the pump rotation shaft 5A becomes large, the detection coil 104 becomes an end surface of the pump rotation shaft 5A in the axial radial direction. The eddy current generated in 5S decreases, and the inductance of the detection coil 104 decreases. As described above, when the inductance of the detection coil 104 is reduced, the magnetic bearing control device 50 increases the exciting current supplied to the electromagnet 5K of the magnetic bearing, and increases the attraction electromagnetic force. Moves upward in the figure. In this manner, the gap δ is controlled to a predetermined state so that the residual thrust force is not applied to the auxiliary ball bearings 5H and 5I.
[0038]
Further, as described above, the heater 107 is installed on the outer periphery of the storage case in which the semiconductor circuit element 105 including the detection circuit, the modulation circuit, the amplification circuit, etc., which is a processing circuit for the displacement signal of the detection coil 104, is stored. In addition, the thermocouple 109 is controlled so that the temperature characteristics of the semiconductor circuit element 105, which is an electronic component, are maintained at an allowable constant temperature. Needless to say, this displacement sensor has a so-called explosion-proof structure. Further, since the displacement sensor 5N is installed inside the submerged pump main body 5 and is exposed to a cryogenic environment, in order to protect the IC, which is a semiconductor circuit element therein, from dew condensation or thermal deformation of the element, For example, it is molded with resin. Then, by using a magnetic bearing incorporating such a displacement sensor 5N, a highly reliable and highly accurate displacement sensor can be obtained. That is, by using such a high-precision displacement sensor, the gap δ between the displacement coil 104 and the upper end of the pump rotating shaft 5A can be detected with high accuracy. Even when the pump is started, the gap δ is controlled with high precision, thereby shortening the service life of the axial magnetic bearing, and having a high reliability, a one-sided suction type active axial type in a submerged pump device for a liquefied gas tank. Control of the thrust magnetic bearing becomes possible. The structure of the displacement sensor described above is not limited to the above-described structure, and various other types of sensors that take measures against low-temperature resistance that are acceptable for electronic components constituting the sensor can be considered.
[0039]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the liquefied gas tank submerged pump device provided with the magnetic bearing according to the present invention, and the device for detecting the rotating shaft in such a device, even in a cryogenic environment in the liquefied gas tank, The displacement sensor makes it possible to detect the displacement of the vertical position of the pump rotating shaft with high accuracy.Thus, the detection output reliably reduces the thrust force acting on the bearing when the pump is started, and extends the life of the bearing. It is possible to provide a practically excellent submerged pump device for a liquefied gas tank, which makes it possible to improve the reliability of the device and make the bearing portion of the device maintenance-free. Demonstrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially enlarged sectional view of a displacement sensor in an embodiment of a submerged pump for a liquefied gas tank according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of the entire immersion pump device for a liquefied gas tank.
FIG. 3 is a sectional view of a submerged pump main body in the submerged pump device for a liquefied gas tank shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a partially enlarged sectional view of a displacement sensor part in another embodiment of the liquefied gas tank submersible pump device according to the present invention.
FIG. 5 is a liquefied gas tank piping system diagram including a liquefied gas tank submersible pump device according to the prior art.
FIG. 6 is a sectional view of the submerged pump device for a liquefied gas tank of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
1 liquefied gas tank
1a Tank ceiling plate
2 Pumping pipe
2a Head plate
3 Suction valve
4 Lifting wire
5 Submersible pump body
5A pump shaft
5B inducer
5C impeller
5D motor rotor
5E, 5F, 5G
5H, 5I auxiliary ball bearing
5J balance disc
Electromagnet of 5K thrust magnetic bearing
5L ferromagnetic rotor
5M magnetic bearing terminal block
5N displacement sensor
5S Surface where eddy current is generated
10 Discharge pipe
11 Check valve
12 Pump outlet
14 Liquefied gas collecting pipe (mother pipe)
17 Power supply cable
18 Power supply cable for magnetic bearing cable and signal cable for displacement sensor
21 Seating surface of submerged pump
30 hoist
42 Extraction terminal terminal for magnetic bearing cable
50 Magnetic bearing control device
101 Electromagnetic coil for generating magnetic field
102 Hall element
103 Target for ferromagnetic sensor
104 displacement coil
105 semiconductor circuit element
106 inner case
107 heater
108 Connector
109 thermocouple
110 Outer case

Claims (10)

モータと羽根車とを連結する回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記回転軸の変位を検出する変位センサーを、液化ガス内の極低温環境下においても正常に作動するホール素子により構成すると共に、前記ホール素子から発信される出力信号を処理する処理回路部を、大気中に設置したことを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。In a submerged pump device for a liquefied gas tank in which a thrust bearing that supports a rotating shaft that connects a motor and an impeller is formed by a magnetic bearing, a displacement sensor that detects displacement of the rotating shaft is provided under a cryogenic environment in a liquefied gas. A submerged pump device for a liquefied gas tank, characterized in that the submersible pump device for a liquefied gas tank comprises a normally operating Hall element and a processing circuit for processing an output signal transmitted from the Hall element . 前記請求項1に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記ホール素子に隣接して、さらに、磁界発生用電磁石コイルを設け、かつ、前記回転軸の上端部には強磁性体からなるセンサーターゲットを取り付けたことを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。2. The immersion pump device for a liquefied gas tank according to claim 1 , further comprising: an electromagnetic coil for generating a magnetic field adjacent to the Hall element, and a ferromagnetic material provided at an upper end of the rotating shaft. A submerged pump device for a liquefied gas tank to which a target is attached . モータと羽根車とを連結する回転軸を支持するスラスト軸受を磁気軸受により構成した液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記回転軸の変位を検出する変位センサーを設け、前記変位センサーは、変位コイルと、前記変位コイルからの変位信号を処理するための半導体回路素子により構成され、さらに、前記変位センサーの温度を、当該半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持するための温度保持手段を設けると共に前記温度保持手段は、前記変位センサーの周囲に配置された妨爆構造のヒータにより構成されていることを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。 In a submersible pump device for a liquefied gas tank, wherein a thrust bearing for supporting a rotating shaft connecting a motor and an impeller is formed by a magnetic bearing, a displacement sensor for detecting displacement of the rotating shaft is provided, and the displacement sensor is a displacement coil. And a semiconductor circuit element for processing a displacement signal from the displacement coil, and further for maintaining the temperature of the displacement sensor at a temperature that is acceptable for the temperature characteristics of the electronic components constituting the semiconductor circuit element. provided with a temperature holding means, the temperature holding means, the displacement sensor that liquefied gas tank for submersible pump apparatus according to claim which is constituted by a heater arranged妨爆structure around. 前記請求項に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記温度保持手段は、さらに、前記変位センサー内の温度を検出する手段を備えていることを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。4. A submersible pump device for a liquefied gas tank according to claim 3 , wherein said temperature holding means further comprises means for detecting a temperature in said displacement sensor. . 前記請求項4に記載の液化ガスタンク用潜没ポンプ装置において、前記変位センサー内の温度検出手段は、熱電対により構成されていることを特徴とする液化ガスタンク用潜没ポンプ装置。5. The submersible pump device for a liquefied gas tank according to claim 4, wherein the temperature detecting means in the displacement sensor is constituted by a thermocouple . 液化ガスタンク用潜没ポンプ装置のモータと羽根車とを連結し、スラストを磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、当該細隙量に対応した電圧信号を出力するホール素子により構成されたことを特徴とする回転軸の変位検出装置。A displacement detection device for a rotary shaft for connecting a motor of an immersion pump device for a liquefied gas tank and an impeller, and detecting a displacement of a rotary shaft supported by a magnetic bearing for a thrust, wherein an upper end surface of the rotary shaft is provided. A displacement detection device for a rotating shaft, comprising: a Hall element that is disposed to face the device via a slit and outputs a voltage signal corresponding to the amount of the slit. 前記請求項6に記載の回転軸の検出装置において、前記ホール素子に隣接して、さらに、磁界発生用電磁石コイルを設け、かつ、前記回転軸の上端部には強磁性体からなるセンサーターゲットを取り付けたことを特徴とする回転軸の変位検出装置。7. The rotating shaft detecting device according to claim 6 , further comprising: a magnetic field generating electromagnet coil adjacent to the Hall element, and a sensor target made of a ferromagnetic material at an upper end of the rotating shaft. A displacement detection device for a rotating shaft, wherein the displacement detection device is mounted . 前記請求項7に記載の回転軸の検出装置において、さらに、前記ホール素子から発信される電圧信号を処理する処理回路部を、大気中に設置したことを特徴とする回転軸の変位検出装置。 8. The displacement detection device for a rotating shaft according to claim 7, wherein a processing circuit for processing a voltage signal transmitted from the Hall element is further installed in the atmosphere . 液化ガスタンク用潜没ポンプのモータと羽根車とを連結し、スラスト磁気軸受により支承された回転軸の変位を検出するための回転軸の変位検出装置であって、前記回転軸の上端面に細隙を介して対向して配置され、うず電流により当該細隙量に対応して変化するインダクタンスを有する検出コイルと、前記検出コイルからの変位信号を処理するための半導体回路素子により構成され、さらに、当該半導体回路素子の温度を、当該半導体回路素子を構成する電子部品の温度特性が許容できる温度に保持するための手段が設けられていることを特徴とする回転軸の変位検出装置。 A displacement detection device for a rotary shaft for connecting a motor of a submerged pump for a liquefied gas tank and an impeller and detecting a displacement of a rotary shaft supported by a thrust magnetic bearing, wherein a thin end is provided on an upper end surface of the rotary shaft. A detection coil having an inductance that is arranged to face through the gap and changes in accordance with the amount of the gap by the eddy current, and a semiconductor circuit element for processing a displacement signal from the detection coil; And a means for maintaining the temperature of the semiconductor circuit element at a temperature at which the temperature characteristics of the electronic components constituting the semiconductor circuit element are permissible . 前記請求項に記載の回転軸の検出装置において、前記温度保持手段は、前記半導体回路素子の周囲に配置された防爆構造のヒータにより構成されていることを特徴とする回転軸の変位検出装置。10. The rotary shaft displacement detecting device according to claim 9 , wherein the temperature holding means is constituted by an explosion-proof heater arranged around the semiconductor circuit element. .
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