JP2005320886A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管によりポンプ輸送するに当たり、ポンプ出口近傍で、内壁と高粘度物質との間に液状滑材を注入し、ポンプ出口近傍から圧力損失の低減を図る。
【解決手段】高粘度物質が配管３に対して吐出されるポンプ出口近傍を出口部材２で構成する。このポンプに内蔵される出口部材２に、前記高粘度物質と前記ポンプ出口近傍の内周壁面との間に水、ペースト等の液状滑材を注入するスリット２ａ（注入ノズル）を設ける。スリット２ａは、周方向に形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚泥ケーキ等の高粘度物質を、配管を通して輸送（圧送）するのに用いるポンプ装置に関するものである。

下水汚泥を脱水した汚泥ケーキのように粘度が非常に高くて流動性に乏しい高粘度物質を、ポンプにより配管を通して輸送（圧送）する際には、輸送中の圧力損失（以下、圧損ともいう）を低減することが求められる。この種の圧力損失低減方法としては、従来より、液状滑材注入法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

そのような液状滑材注入法は、高粘度物質の輸送用配管の途中に、水、油、界面活性剤などの液状滑材を注入するための注入ノズルを設け、配管内を輸送される高粘度物質と配管の内周壁面との間に液状滑材を注入して、輸送時の摩擦抵抗を低減することによって圧力損失を低減するものである。

具体的には、例えば図５（ａ）に示すように構成される。ホッパー１１を通じて高粘度物質、例えば汚泥ケーキＰ１が輸送ポンプ１２（一軸偏心ねじポンプ）に投入され、このポンプ１２のポンプ吐出口から吐出された汚泥ケーキＰ１が配管１３を通じて輸送される。配管１３におけるポンプ吐出口の近傍には、多数の注入ノズル１４ａ（図５（ｂ）参照）を備えた液体注入用の補助配管１４が設けられている。この補助配管１４は、長さ方向における中間位置に、注入ノズル１４ａが周方向に一定間隔でもって形成されている。また、全ての注入ノズル１４ａを取り囲むように環状枠体１４ｂが補助配管１４の外周面側に取り付けられている。環状枠体１４ｂには、液状滑材としての水を取り込むための接続プラグ１４ｃが取り付けられている。また、液状滑材としての水を吸引し高圧下で補助配管１４の注入ノズル１４ａへ供給するためのポンプ１５を備えている。このポンプ１５は上記のポンプ１２と共通し例えば一軸偏心ねじポンプで構成されるが、ポンプ１２に比べて小容量である。ポンプ１５の吐出口１５ａと注入ノズル１４ａの接続プラグ１４ｃとが配管１６で接続され、この配管１６の途中には電磁開閉弁１７が設けられている。ポンプ１５の吸込口１５ｂに水Ｐ２の供給管１８の一端が接続されている。供給管１８の他端は水の貯留タンク１９の下端排水口１９ａに接続されている。水Ｐ２の供給管１８にはオリフィス（小孔）２０が介設され、このオリフィス２０を挟むように跨って供給管１８に対しバイパス管２１が並列に接続されており、バイパス管２１には電磁開閉弁２２が設けられている。

そして、電磁開閉弁２２を閉じ、電磁開閉弁１７を開放した状態で、ポンプ１５を運転して水を吸引し、加圧して配管１６を通じて注入ノズル１４ａから配管１４（従って配管１３）内に注入する。こうした操作の直前あるいはほぼ同時に輸送ポンプ１２の運転を開始し、ホッパー１１内に投入された汚泥ケーキＰ１を配管１３を通して輸送する。輸送ポンプ１２から配管１３内に吐出された汚泥ケーキＰ１は、配管１３の内周壁に接触し、摩擦抵抗が上昇しようとする。しかし、注入ノズル１４ａから、滑材としての水Ｐ２が注入され、図５（ｃ）に示すように、配管１３の内周壁面と脱水ケーキＰ１との間に水Ｐ２の薄膜が形成され、この水Ｐ２の膜は配管１３の内壁面に沿ってほぼ全周に生じる。したがって、摩擦抵抗が軽減され配管１３内の圧力損失が低減される。

また、汚泥ケーキの一部を前記配管から取り込み、汚泥ケーキに軟化処理を施してマヨネーズ状のペーストとし、そのペーストを水に代えて、滑材として用いることが考えられる。

つまり図６（ａ）に示すように、輸送ポンプ１２のケーシングの上部入口（吸込口）には、汚泥ケーキ投入用のホッパー１１が直結され、輸送ポンプ１２の吐出口には、汚泥ケーキＰ１を輸送する配管１３の一端が接続されている点は、図５（ａ）に示すものと同様である。輸送ポンプ１２の吐出口近傍の配管１３から（吐出された）汚泥ケーキＰ１の一部を取り込み、配管１３の上方に位置するホッパー３１内に第１の通路３２を通じて送給されるようになっている。第１の通路３２の途中に設けられた電磁開閉弁３３を開位置にすることで、配管１３内を輸送される汚泥ケーキＰ１の一部が、それ自体の圧力（輸送ポンプ１２によって加えられる吐出圧）で第１の通路３２を通じてホッパー３１内に取り込まれる。

ホッパー３１内には、第１の通路３２を通じて供給される汚泥ケーキＰ１の一部のほか、第２の通路３４を通じて水Ｗが供給される。第２の通路３４には電磁開閉弁３５が設けられ、この電磁開閉弁３５が必要時にのみ開放され、ホッパー３１内の汚泥ケーキＰ１に少量の水Ｗが供給される。

ホッパー３１内には、混練装置３６のスクリュー部３６ａが位置し、スクリュー部３６ａを回転させることで、汚泥ケーキＰ１と水Ｗとを一様に混練して、マヨネーズ状のペーストＰ２’を生成できるように構成されている。このようにして、汚泥ケーキＰ１の一部を配管１３から取り込み、その汚泥ケーキに軟化処理を施して（汚泥ケーキＰ１に少量の水を注入し混練して）軟化させる。

ホッパー３１の下端排出口にはペーストポンプ３７（例えば一軸偏心ねじポンプ）が設けられ、配管１３の内周壁面と輸送されている汚泥ケーキＰ１との間に、ペーストＰ２’が高圧にて供給される。ペーストポンプ３７の吐出口は、第３の通路３８を通じて、配管１３の途中に設けられた補助配管３９に接続されている。そして、その第３通路３８の途中に設けられている電磁開閉弁４０を開位置とすることで、ペーストポンプ３７にて第３の通路３８を通じてペーストＰ２’が、補助配管３９に高圧供給される。この補助配管３９には、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、環状のスリット３９ａが形成され、そのスリット３９ａを通じて、汚泥ケーキＰ１と配管１３の内周壁面との間にペーストＰ２’が注入され、それらの間に環状のペーストＰ２’の膜を形成するようになっている。

この補助配管３９は、図６（ｂ）に詳細を示すように、下流側に向けて内径が徐々に直線的に小さくなる内筒部３９ｂと、この内筒部３９ｂの外側に一定間隔を存して設けられる円筒状の外筒部３９ｃと、これら両部３９ｂ，３９ｃの端部に設けられ環状のバッファ室Ｓを形成するドーナッツ形状のフランジ部材３９ｄ，３９ｅとを有する。外筒部材３９ｃには、バッファ室ＳにペーストＰ２’を供給するための筒状のペースト供給口３９ｆが設けられている。このペースト供給口３９ｆには第３の通路３８が接続される。下流側のフランジ部３９ｅには、配管１３内へのペーストＰ２’の出口となる環状の一定幅のスリット３９ａが形成されている。このスリット３９ａの径は、配管１３の内径より若干小さく形成され、汚泥ケーキＰ１と配管１３の内周壁面との間に全周に亘ってほぼ一様に厚く安定的にペーストＰ２’を供給できる構成とされている。

輸送ポンプ１２の運転を開始すると、ホッパー１１内に投入された汚泥ケーキＰ１が配管１３を通じて輸送される。このとき、補助配管３９の環状のスリット３９ａを通じてペーストＰ２’が配管１３の内周壁面付近に高圧供給される。これにより配管１３の内周壁面と汚泥ケーキＰ１との間にペーストＰ２’の層が形成され、このペーストＰ２’の層は配管１３に沿ってほぼ全周に厚く生じ、下流側に延びて行くことになる。

したがって、配管１３を通じて汚泥ケーキＰ１を輸送する際における摩擦抵抗が大幅に軽減され、配管１３内の圧力損失が低減される。
特公平６−１２１６０号公報（第３頁左欄中段〜第４頁左欄上段、第２図、第９図〜第１１図）

前述したものは、いずれも、配管の途中において液状滑材（水またはペースト）を注入する構成であるため、ポンプ出口近傍から、液状滑材を注入する部位までの圧損は低減されない。また、液状滑材を注入するために部材を配管の途中に設けるため、その部材を取り付けるための固定フランジが前記部材および配管において必要になり、構造が大型化する。

そこで、発明者は、そのような液状滑材の注入を、配管に吐出する前に行えば、すなわちポンプ内にそのような滑材注入機構を内蔵するようにすれば、ポンプの出口から直ちに圧損の低減が図れることに着想し、本発明であるポンプ装置を開発するに至った。

この発明は、汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管によりポンプ輸送するに当たり、ポンプ出口近傍で、内壁と高粘度物質との間に液状滑材を注入し、ポンプ出口近傍から圧力損失の低減を図ることができるポンプ装置を提供することを目的とする。

上記した問題を解決するために、本発明は、汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管を通じて輸送するのに用いるポンプ装置において、前記高粘度物質を前記配管に対して吐出するポンプ出口近傍に、前記高粘度物質と前記ポンプ出口近傍の内周壁面との間に水、ペースト、空気等の滑材を注入する注入ノズルが設けられていることを特徴とする。つまり、本発明は、配管ではなく、ポンプ装置そのものに、滑材を注入する機構を内蔵させるものであり、ポンプ装置自体が滑材を注入する機構を備えるものである。

このようにすれば、ポンプ出口近傍においてポンプ出口の内周壁面と輸送される高粘度物質との間に滑材の膜が形成されることから、配管内を高粘度物質が輸送される際に、高粘度物質が配管の内周壁面付近の滑材の膜に接触しながら輸送される。これにより、高粘度物質と配管の内周壁面との間の滑りが良くなって、高粘度物質が輸送される際の摩擦抵抗が低減される。つまり、配管の内周壁面と高粘度物質との間に筒状の滑材の膜（層）が輸送方向に沿って形成され、両者間に滑材の膜による一種の空間（隙間）が生じることから、輸送時の摩擦抵抗が低減される。高粘度物質が配管内周壁面に直接に接触している場合に比べて摩擦抵抗が軽減し、圧損が低減される。

とくに、ポンプ出口近傍において滑材を注入するため、ポンプ出口近傍から摩擦抵抗が軽減し、圧損が低減される。また、注入ノズルを配管の途中に設ける必要がなくなるので、構造が大型化することもないし、取付けのための固定フランジも不要になる。

請求項２に記載のように、前記ポンプ出口近傍は、一端がポンプ本体に、他端が前記配管にそれぞれ連結される筒形状の出口部材で構成され、この出口部材に前記注入ノズルが形成され、前記出口部材の外周部に前記注入ノズルに対応して枠部材が設けられ、前記出口部材と枠部材との間に、前記滑材を一時的に蓄えるバッファ室が形成されている構成とすることができる。

このようにすれば、滑材をバッファ室に一時的に蓄え、それから出口部材の注入ノズルを通じて滑材を供給するので、高粘度物質と配管の内周壁面との間に滑材による筒状の一様な膜を安定して形成することができる。

請求項３に記載のように、前記注入ノズルは、前記出口部材の周方向に長い複数のスリットであることが望ましい。

このようにすれば、スリットである注入ノズルを通じて滑材が注入されるので、効率よく滑材の膜が形成される。

以上のように構成したから、本発明は、ポンプ出口近傍において滑材を注入することにより、配管の内周壁面と高粘度物質との間に、摩擦抵抗低減のための滑材の膜を形成するようにしているので、ポンプ出口近傍から配管輸送における摩擦抵抗が直ちに低減され、その後の配管輸送においても摩擦抵抗が低減され、圧損を大幅に低減することができる。また、注入ノズルを配管の途中に設ける必要がなくなるので、構造が大型化することもないし、そのような注入ノズル取付けのための固定フランジも不要になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って詳細に説明する。なお、液状滑材としての水やペーストを供給するシステムは、図５、図６に示すものと同様であるので、その詳細な説明を省略する。

図１（ａ）は本発明の一実施の形態であるポンプ装置のポンプ出口近傍と配管との接続部分を示す概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線方向の矢視図である。

図１に示すように、本発明に係るポンプ装置１は、ポンプ本体１Ａがポンプケーシング１Ｂ内に収納されており、そのケーシング１Ｂ内において、ポンプ本体１Ａのポンプ吐出口部（ステータ端部）に、内径が徐々に大きくなるテーパ筒形状の出口部材２の小径端部が連結され、出口部材２の大径端部に配管３が連結されている。よって、出口部材２は、ポンプ装置１（ポンプケーシング１Ｂ）に内蔵されている。

出口部材２は、上流端部側に、液状滑材としての水を注入するための注入ノズルとして幅の狭いスリット２ａが周方向に間隔をあけかつ長さ方向にも間隔をあけて２列形成されている。全てのスリット２ａを取り囲むように環状枠体４が出口部材２の外周面側に固設され、液状滑材を一時的に蓄える環状のバッファ室Ｒが形成される。環状枠体４には、滑材導入口部４ａが設けられ、この滑材導入口部４ａに、液状滑材（水）を供給する通路５が接続されている。なお、出口部材２の下流端には、配管３のフランジ部３ａとの接続のためのドーナッツ形状のフランジ部２ｂが設けられている。

従って、上記ポンプ装置１によれば、ポンプ出口近傍の出口部材２のスリット２ａを通じて、ポンプ出口から吐出される汚泥ケーキと出口部材２の内周壁面との間に全周に亘って液状滑材としての水が一様に供給され、汚泥ケーキと配管３の内周壁面との間に全周に亘ってほぼ一様厚さの水の膜が形成される。

また、液状滑材として、汚泥ケーキを混練して軟化したペーストを用いる場合には、図２（ａ）（ｂ）に示すように、出口部材２Ａ（フランジ部材２Ａｂ）に形成するスリット２Ａａの幅を、水を液状滑材とする前記実施の形態（図１参照）の場合よりも広くして、前記実施の形態における水の膜より厚い一様厚さのペーストの膜が形成されるようにする必要がある。なお、この場合、具体的に図示していないが、汚泥ケーキの取入口がスリット２Ａａ（注入ノズル）よりも上流側に設けられている。

このような構造とすることで、配管３での摩擦抵抗が単に低減されるだけでなく、ポンプ出口近傍から摩擦抵抗が直ちに低減され、その後の配管輸送においても圧損がなくなる。また、図５や図６に示す構造のように、注入ノズルを配設するための補助配管１４や補助配管３９を配管１３の途中に設ける必要がなくなるので、構造が大型化することもないし、そられを取り付けるための固定フランジも不要になる。

前述した実施の形態では、注入ノズルを複数のスリットとしているが、図３に示すように、出口部材２Ｂ（フランジ部材２Ｂｂ）に設ける注入ノズルを複数の小孔２Ｂａとすることも可能である。この場合には、周方向に複数の小孔２Ｂａが形成され、その小孔２Ｂａに対応して内壁面側に凹溝部２Ｂｃが形成される。液状滑材としての水が凹溝部２Ｂｃ内に一旦注入されると、その凹溝部２Ｂｃに沿って水が全周にわたって広がり、スリットを設けた場合と同様に、汚泥ケーキと出口部材２Ｂの内周壁面との間に全周に亘って液状滑材としての水が一様に供給される。

また、液状滑材として水またはペーストのいずれか一方を供給する場合だけに限らず、図４に示すように、水とペーストとの両方を液状滑材として注入するようにしてもよい。

この場合には、環状枠体４Ｃの内部が仕切壁部４Ｃｄによって、上流側のペースト用の環状のバッファ室Ｒ１と下流側の水用の環状のバッファ室Ｒ２とに仕切られ、それぞれの室Ｒ１，Ｒ２に滑材導入口部４Ｃａ，４Ｃａ’を通じてペーストおよび水が導入される。滑材導入口部４Ｃａ，４Ｃａ’に、液状滑材（水、ペースト）を供給する通路５，５’が接続されている。そして、出口部材２Ｃ（フランジ部材２Ｃｂ）に設けられるスリット（注入ノズル）の幅は、ペースト用スリット２Ｃａは広く、水用スリット２Ｃａ’はペースト用スリット２Ｃａよりも狭くされている。

本発明は、前述した実施の形態のほか、次のように構成することも可能である。

(i)出口部材は、内径が徐々に大きくなるテーパ筒形状である必要はなく、円筒形状であってもよい。また、注入ノズル（スリット）は、出口部材の上流端部側に設ける必要はなく、下流端部側に設けてもよく、それを設ける位置は特に制限されない。

(ii)汚泥ケーキ等の高粘度物質をポンプ輸送するためのポンプには、一軸偏心ねじポンプのほか、スクリューポンプ、ピストン式・プランジャー式・ダイヤフラム式の往復動型ポンプなどを使用できる。

(iii)マヨネーズ状のペーストを生成するための軟化処理は、汚泥ケーキ（高粘度物質）に少量の水を注入して混練することにより軟化させる処理（加水法）のほか、ホッパーに収納された部位で、ヒータなどの加熱手段で汚泥ケーキを加熱することにより、汚泥ケーキに含まれる微生物（汚泥処理のために添加される）の細胞中の水分を変質や膨張により外部に出させ、その水分により軟化させる処理（加熱法）も可能である。また、汚泥ケーキに含まれる微生物の細胞壁を、例えば微粉砕ミル等により強いせん断力で破壊することにより軟化させる処理（物理的破砕法）とすることも可能である。

本発明の一実施の形態であるポンプ装置を示し、（ａ）はポンプ装置の出口近傍を示す概略図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 他の実施の形態を示し、（ａ）はポンプ装置の出口近傍を示す概略図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 別の実施の形態を示す図１（ａ）と同様の図である。 さらに別の実施の形態を示す図１（ａ）と同様の図である。 液状滑材として水を用いてポンプ輸送する例を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は水注入用の補助配管の断面図、（ｃ）は輸送している状態を示す説明図である。 液状滑材としてペーストを用いてポンプ輸送する例を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）はペースト注入用の補助配管の断面図、（ｃ）は図６（ｂ）のＣ−Ｃ線における矢視図、（ｄ）は輸送している状態を示す説明図である。

符号の説明

Ｐ１ 汚泥ケーキ
Ｐ２ 水
Ｐ２’ ペースト
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ バッファ室
１ ポンプ装置
１Ａ ポンプ本体
１Ｂ ポンプケーシング
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 出口部材
２ａ，２Ａａ，２Ｃａ，２Ｃａ’ スリット（注入ノズル）
２Ｂａ 小孔（注入ノズル）
３ 配管
４ 環状枠体（枠部材）
５ 液状滑材（水）を供給する通路
５’ 液状滑材（ペースト）を供給する通路

Claims (3)

1. 汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管を通じて輸送するのに用いるポンプ装置において、
   前記高粘度物質を前記配管に対して吐出するポンプ出口近傍に、前記高粘度物質と前記ポンプ出口近傍の内周壁面との間に水、ペースト、空気等の滑材を注入する注入ノズルが設けられていることを特徴とするポンプ装置。
2. 前記ポンプ出口近傍は、一端がポンプ本体に、他端が前記配管にそれぞれ連結される筒形状の出口部材で構成され、この出口部材に前記注入ノズルが形成され、前記出口部材の外周部に前記注入ノズルに対応して枠部材が設けられ、前記出口部材と枠部材との間に、前記滑材を一時的に蓄えるバッファ室が形成されている請求項１記載のポンプ装置。
3. 前記注入ノズルは、前記出口部材の周方向に長い複数のスリットである請求項２記載のポンプ装置。

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