JP2004515727A - 脈動減衰器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動する容積形ポンプのための脈動減衰器であって、流入接続部と、流出接続部と、前記流入接続部と前記流出接続部とを接続する管路とを有し、該管路が当該脈動減衰器の内部で減衰室に接続されている形式のものに関する。
【0002】
脈動減衰器は振動する容積形ポンプによって発生させられる圧力変動を低減させるという役目を有している。振動するポンプは1回転の180゜の間だけしか液体又は気体を搬送媒体として搬送せず、これにより脈動を惹き起こすという性質を有している。この結果、ポンプが低速で運転されると搬送流が不規則になる一方、ポンプが高速で運転されると圧力変動が発生する。多くの使用例ではこれは望ましいことではない。
【0003】
すでに種々の構造形式の脈動減衰器が公知である。
【0004】
DE1963709号明細書によれば、導管網における圧力衝撃を阻止又は低減することを目的とした減衰器が公知である。このために当該装置は弾性的に可撓性である構成部分が内部に配置されている減衰室を有している。これにより、導管網に接続された流出コックを閉じる際に発声する圧力衝撃は減衰させられる。しかしこのような減衰器では、振動する容積形ポンプと関連しては、搬送流もしくは圧力パルスの十分な均しを達成することはできない。
【0005】
本発明の課題は、特に振動する容積形ポンプと関連して発生する圧力変動の高い減衰を可能にする脈動減衰器を提供することである。この場合には必要に応じて、種々異なる搬送量を有するポンプ及び/又は種々異なるシステム圧に対する簡単な適合が可能であるようにしたい。さらに脈動減衰器の構造はできるだけ簡単でかつコンパクトにしたい。
【0006】
本発明の課題を解決するためには、直列に接続された少なくとも2つの減衰室が減衰器ケーシング内に設けられており、前記流入接続部に接続された管路区分が第1の減衰室に対する接続通路を有しかつ流入絞り機構を介して第2の、流出絞り機構を介して前記流出接続部に接続された減衰室に接続されており、前記両減衰室の内部にて、ばね弾性的な材料から成る減衰エレメントが配置されていることが提案されている。
【0007】
複数の減衰段が直列に接続されることによって、減衰段の数のべき乗で増大する高い減衰作用が達成される。絞り機構は減衰室と関連して減衰部材を形成し、この減衰部材は圧力変動が発生した場合に搬送媒体を一時ストックしかつ再び放出する。絞り機構によって圧力行程の間に堰止め圧が形成され、この堰止め圧で減衰部材が圧力負荷され、加圧期に続く減圧期における搬送媒体の絞られた放出が可能にされる。
【0008】
絞り機構の流過横断面積を介して所望の減衰作用もしくは減衰器のあとの許容残留脈動に対する適合が可能である。同様に堰止め圧、ひいては減衰器にて発生する圧力損失を絞り機構によって調節することができる。これにより減衰器を種々の搬送量を有する多数のポンプ形式にかつ/又はシステム圧に簡単に適合させることができる。
【0009】
このような適合を簡単にかつ場合によってはあとから行なうことができるようにするためには、入口及び出口絞り機構を交換可能なインサート部材として構成すると有利である。この場合、入口及び出口絞り機構はブッシュとしてねじ込まれるかプレス嵌めされることができる。この場合にはノズル、絞り、段付きノズル、毛細管並びに調節可能なノズル、例えばニードル弁を使用することができる。
【0010】
本発明による有利な別の構成によれば、減衰室は仕切りダイヤフラムで減衰エレメント用の受容室と搬送媒体を導く領域とに分けられている。これにより減衰エレメントは搬送媒体と接触することはなくなるので使用される減衰エレメントは専ら要求される減衰特性に適合させられることができ、そのつどの搬送媒体に対する耐性は必要とされない。これにより攻撃性の搬送媒体も問題なく、仕切りダイヤフラムの材料を適宜選択したうえで用いることができる。
【0011】
有利には、減衰室における減衰エレメントのための受容室の内部に配置された減衰材料は、ほぼ直線的なばね特性線を有している。これによってばね弾性的な減衰エレメントは所望された形式でばねに似た特性を有するようになる。このばね弾性的特性によっては特に良好な減衰作用が達成される。例えば閉じられた室内でも圧縮できる減衰材料を使用することができる。閉じられた室内で圧縮することは押し除け材料としてゴムを用いた場合には可能ではない。
【0012】
本発明の1実施例では減衰室の、液体を導く領域を画成する、負荷されていない仕切りダイヤフラムは減衰材料に対し間隔を有している。減衰器をわずかなシステム圧のために使用した場合には、やわらかい仕切りダイヤフラムだけがばねエレメントとして作用する。より高いシステム圧の場合には仕切りダイヤフラムは部分的に又は完全に減衰材料に支えられる。これにより仕切りダイヤフラムが過度に伸びかつ損傷することが防止される。この運転状態では減衰は減衰材料によっても行なわれる。
【0013】
別の構成では、減衰エレメントの充填容積が、無負荷状態で仕切りダイヤフラムによって画成された減衰エレメントのための受容室の容積よりも大きく、仕切りダイヤフラムに減衰エレメントによりプレロードがかけられている。この減衰器を高いシステム圧のために使用すると、仕切りダイヤフラムには、減衰材料によって圧力下での偏位とは反対方向にプレロードがかけられる。これにより大きなシステム圧のためにも比較的にやわらかい減衰材料を使用でき、減衰作用は大きな圧力範囲で好適化される。
【0014】
有利な形式で第2の減衰室の減衰エレメントは第1の減衰室の減衰エレメントよりも大きな軟弾性を有している。これによって、硬度が高く構成された第1の減衰段では大きい圧力ピークが補償され、第2の、やわらかい減衰段においてはまだ存在している残存圧力変動が補償されるようになる。
【0015】
本発明の1実施例によれば、脈動減衰器はケーシングヘッドとケーシング下部分とを有する2部分から成るケーシングを有している。この場合には分離平面内には仕切りダイヤフラムがシールエレメントとして配置されている。これによって仕切りダイヤフラムは減衰室を受容室と搬送媒体を導く領域とに分けるだけではなく個々の室と通路を相互にもかつ外部に対してもシールする。
【0016】
さらにケーシングヘッドには主として入口及び出口接続部、管路、入口及び出口絞り機構並びに搬送媒体を導く領域が設けられ、ケーシング下部分には減衰エレメントのための受容室が設けられている。これによって脈動減衰器のすべての機能領域はケーシングヘッドとケーシング下部分との分離後、良好に接近可能である。
【0017】
本発明の付加的な構成は他の従属請求項に開示されている。以後、本発明をその重要な詳細と共に図面に基づき詳しく説明する。
【0018】
図1に示された脈動減衰器1は振動する容積形ポンプによって発生させられる圧力変動を減衰するために用いられる。前記形式の容積形ポンプの圧力接続部は圧力変動を減衰させるために脈動減衰器1の入口接続部2に、この圧力変動を減衰させるために接続されることができる。入口接続部2にて供給された搬送媒体は圧力変動に関して均されて、脈動減衰器1の出口接続部3から流出する。脈動減衰器1はケーシング4を有し、該ケーシング4内には2つの減衰室5,6が設けられている。入口接続部2には第1の減衰室5への分岐部8を備えた管路区分7が接続されている。さらに管路区分7は入口絞り機構9を介して第2の減衰室6に接続されている。この第2の減衰室6から搬送流は出口絞り機構10を通って出口接続部3へ達する。
【0019】
減衰室5,6の内部にはばね弾性的な材料から成る減衰エレメント11が配置されている。減衰エレメント11は各減衰室5,6にて仕切りダイヤフラム12によって仕切られた受容室13,14内に位置している。仕切りダイヤフラム12の上側に残った減衰室の室部分は、搬送媒体を導く領域15,16である。
【0020】
搬送媒体を導く領域の内法容積は少なくとも第1の減衰室5に相応しているが、図1に示すように両方の領域15,16は1ポンプ行程の搬出量に相応している。しかしこの場合にはそのつどの搬送媒体−ガス状又は液状−も重要である。搬送媒体を導く領域15,16の小さな容積は、液体の場合に設けられるのに対し、図3に示されているような大きな容積はガス状の搬送媒体の場合に設けられる。受容室13,14とその中にある減衰材料の容積は1ポンプ行程の搬送量の整数倍、有利にはほぼ10倍に相当する。図1と3から判るように減衰エレメント11は受容室13もしくは14を完全に充たしている。それでもこの場合にはゴムに類似の材料では可能ではないと想われるばね弾性的な可撓性が存在する。減衰材料を有する受容室13,14の充填容積は実施例においては仕切りダイヤフラム12に負荷がかかっていない状態で受容室がちょうど充たされるように設定されている。
【0021】
しかしながら、より小さい充填容積を設定し、減衰室5,6の各受容室13もしくは14を画成する、負荷を受けていない仕切りダイヤフラム12が減衰材料に対し間隔を有するようにすることもできる。この場合には、負荷を受けていない状態で自由に、減衰材料に対し空隙によって間隔をおいた仕切りダイヤフラム12は、小さな圧力ピークを良好に減衰できるばねエレメントとして作用する。より高い圧力負荷では、仕切りダイヤフラム12が減衰エレメント11に支持され、この減衰エレメント11によりばね弾性的に支えられるまで仕切りダイヤフラム12は変形される。さらに仕切りダイヤフラム12が搬送媒体を導く領域15,16に対していくらか偏位し、ひいてはプレロードがかけられるような減衰材料を受容室13,14に受容することも可能である。これにより、比較的にやわらかい減衰材料を使用することができるにも拘わらずシステム圧が大きい場合に、良好な減衰作用を達成することができるようになる。特にこれにより、大きな圧力領域に亘って最適な減衰作用が達成される。そのうえ、減衰材料にプレロードがかけられることで減衰器のコンパクトな構造形式と、低圧使用と高圧使用とに対し、同じケーシング部分の使用とが可能になる。又、両方の受容室13,14においてばね特性の異なる減衰エレメント11を使用することもできる。この場合には第1の減衰室5の受容室13にて、第2の減衰室6の受容室14における材料よりもいくらか硬度の大きい材料を使用することができる。この結果、減衰室5を有する第1の減衰部材によって大きい圧力ピークを補償することができるのに対し、減衰室6を有する減衰部材ではまだ存在する残留圧力変動がほぼ補償されることができる。
【0022】
直列に接続された2つの減衰室5と6によって、小さな空間で特に良好な減衰作用を達成することができる。容積形ポンプにて1回転のほぼ180°に亘って延在する加圧期の間に形成さえたシステム圧によって入口及び出口絞り機構9と10によって堰止め圧が形成され、このシステム圧によって仕切りダイヤフラム12が減衰室5の領域で減衰エレメント11に向かって偏位させられる。ばね弾性的な材料から成る減衰エレメントは同じ大きさの対抗負荷を形成する。振動するポンプ特性もしくはこれによって発生する圧力変動による搬送量の連続的な変化により、搬送量は中間ストックされかつ再び放出される。面負荷を成すポンプ側の圧力と同様に減衰エレメントは同様に面負荷としての対抗力を形成する。構造と面負荷としての作用形式とによって仕切りダイヤフラム12が局所的な負荷に際してやわらかくかつ面負荷に際しては硬く作用するという性質が存在する。したがって減衰器のこのような形式は高いシステム圧でも使用することができる。
【0023】
実施例においては脈動減衰器1はすでに述べたように2段に構成されている。この場合、両方の減衰ユニットは直列に接続されている。段あたり、所定のファクタで圧力振幅を減少させることができる。第1の段の残存脈動は第2の段にてもう一度減衰させられる。直列的な配置によって段の数にしたがってポテンシャル的に増大する減衰作用が可能である。両方の減衰段を1つのケーシング4内に配置するとコンパクトな構造形式が可能でかつ2つの別個の導管により直列に接続された単個減衰器を使用した場合よりもコスト的に有利な製作が可能である。
【0024】
入口絞り機構9の働きはポンプに向かって堰止め圧を生ぜしめることである。ポンプからの加圧行程の間、前記堰止め圧で減衰室5を有する第1の減衰器が負荷され、入口絞り機構9を介し、減衰室6を有する第2の減衰器も負荷される。低い前圧を有する時間帯にて減衰器に貯えられた搬送媒体内容物は絞られて出口接続部3を介して再び当該システムに供給される。入口絞り機構9と出口絞り機構10との流過横断面を適宜選択することで所望の減衰作用もしくは脈動減衰器1のあとの許容残留脈動が達成される。同様に許容の堰止め圧もしくは脈動減衰器1の圧力損失を、絞り機構の流過横断面で調節することもできる。絞り機構が交換可能なインサート部材として構成されていると、脈動減衰器1は構成寸法を変えることなく、多数のポンプ形式と異なる搬送量に適合させられることができる。図示の実施例では絞り機構9,10は交換できない孔として構成されている。
【0025】
ケーシング4は実施例においてはケーシングヘッド17とケーシング下部分18とから成る2部構成を有している。この場合には分離面には仕切りダイヤフラム12が一貫してシールエレメントとして配置されている。仕切りダイヤフラム12は両方の減衰室5と6とを覆い、ケーシング4の外縁部まで延在しているので個々の室は互いにかつ外部に対しシールされている。図2に示されているようにケーシング4は円形に構成されていることができる。この場合、両方の減衰室5,6はそれぞれ、円形の横断面の半分に亘って延在している。ケーシングヘッド17とケーシング下部分18は実施例では4つねじで結合されている。
【0026】
ケーシングヘッド17には入口接続部2と出口接続部3とが直径方向で向き合って配置されている。この場合、入力接続部2には管路区分7が接続されかつ出口接続部2には管路区分7aが接続されている。後者は出口絞り機構10を介し第2の減衰室6に接続されている。管路区分7からは分岐部8が第1の減衰室5に通じ、入口絞り機構9は管路区分7から第2の減衰室6へ通じている。
【0027】
図3に示された脈動減衰器1aの変化実施例においては、第1の減衰室5aは第2の中央に配置された減衰室6aを中心として同心的に配置され、ひいてはリング室を形成している。しかし原則的にはこの脈動減衰器1aの構成は図1に示された構成に相応している。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による脈動減衰器の横断面図。
【図2】
図1に示された脈動減衰器の平面図。
【図3】
図1の実施例の変化実施例である脈動減衰器の横断面図。
【符号の説明】
1 脈動減衰器、 2 入口接続部、 3 出口接続部、 4 ケーシング、 5 減衰室、 6 減衰室、 7 管路区分、 8 分岐部、 9 入口絞り機構、 10 出口絞り機構、 11 減衰エレメント、 12 仕切りダイヤフラム、 13 受容室、 14 受容室、 15 搬送媒体を導く領域、 16 搬送媒体を導く領域、 17 ケーシングヘッド、 18 ケーシング下方部分
Claims (13)
- 振動する容積形ポンプのための脈動減衰器であって、流入接続部(2)と、流出接続部(3)と、前記流入接続部(2)と前記流出接続部(3)とを接続する管路とを有し、該管路が当該脈動減衰器の内部で減衰室(5,5a,6,6a)に接続されている形式のものにおいて、直列に接続された少なくとも2つの減衰室(5,5a,6,6a)が減衰器ケーシング(4)内に設けられており、前記流入接続部(2)に接続された管路区分が第1の減衰室(5,5a)に対する接続通路を有しかつ流入絞り機構を介して第2の、流出絞り機構を介して前記流出接続部(3)に接続された減衰室(6,6a)に接続されており、前記両減衰室(5,5a,6,6a)の内部にて、ばね弾性的な材料から成る減衰エレメント(11)が配置されていることを特徴とする、脈動減衰器。
- 減衰室(5,5a,6,6a)が仕切りダイヤフラム(12)を用いて減衰エレメント(11)のための受容室(13,14)と搬送媒体を導く領域(15,16)とに仕切られている、請求項1記載の脈動減衰器。
- 少なくとも第1の減衰室(5,5a)の搬送媒体を導く領域の内法容積が、少なくとも1ポンプ行程の搬送量に相応している、請求項1又は2記載の脈動減衰器。
- 減衰室(5,5a,6,6a)の減衰エレメント(11)用の受容室(13,14)の内部に収容された減衰材料がほぼ直線的なばね特性を有している、請求項1から3までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 減衰エレメント(11)の容積が1ポンプ行程の搬送量の整数倍、有利にはほぼ10倍に相応している、請求項1から4までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 減衰器(5,5a,6,6a)の、搬送媒体を導く領域(15,16)を画成する、負荷されていない仕切りダイヤフラム(12)が減衰エレメント(11)に対し間隔を有している、請求項2から5までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 減衰エレメント(11)の充填容積が、無負荷状態で仕切りダイヤフラム(12)によって画成された減衰エレメント(11)のための受容室(13,14)の容積よりも大きく、仕切りダイヤフラム(12)に減衰エレメント(11)によりプレロードがかけられている、請求項2から6までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 第2の減衰室(6,6a)の減衰エレメント(11)の軟弾性が第1の減衰室(5,5a)の減衰エレメント(11)の軟弾性よりも大きい、請求項1から7までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 脈動減衰器が2部分から成るケーシング(4)を有し、該ケーシング(4)がケーシングヘッド(17)とケーシング下部分(18)とから成り、分離平面内に仕切りダイヤフラム(12)がシールエレメントとして配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- ケーシングヘッド(17)内に主要な構成部分として入口及び出口接続部(2,3)と管路(7,7a)と入口及び出口絞り機構と減衰室(5,5a,6,6a)の搬送媒体を導く領域(15,16)とが設けられかつケーシング下部分(18)に減衰エレメント(11)のための受容室(13,14)が設けられている、請求項9記載の脈動減衰器。
- 減衰器ケーシング(4)が有利には円形に構成され、入口及び出口接続部(2,3)が直径方向で向き合って配置されており、それぞれ内方へ向けられた、有利には互いに整合する袋孔(7,7a)を有しており、減衰エレメント受容室(13,14)がそれぞれほぼケーシング基面の半分に亘って延びており、入口接続部(2)に接続された袋孔(7)が第2の減衰室(6,6a)の領域まで延びておりかつ出口接続部(3)に接続された袋孔(7a)が第2の減衰室(6,6a)に出口絞り機構(10)を介して接続されている、請求項1から10までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 第1の減衰室(5a)が第2の減衰室(6a)を同心的に取囲んで配置され、有利にはリング室として構成されている、請求項1から11までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
- 入口及び出口絞り機構(9,10)が交換可能なインサート部材として構成されている、請求項1から12までのいずれか1項記載の脈動減衰器。
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