JP2008291800A

JP2008291800A - 流体搬送抵抗装置

Info

Publication number: JP2008291800A
Application number: JP2007140029A
Authority: JP
Inventors: Hajime Ishida; 田一石
Original assignee: Aktio Corp
Current assignee: Aktio Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】固形物を含有する流体の搬送手段における過大な吐き出し量を規制する抵抗装置を提供する。
【解決手段】流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）に介装された流体ポンプ（２、１２）を有し、流体ポンプ（２、１２）の吐出方向が流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）における搬送流体の流れ方向と逆方向になる様に構成されており、流体ポンプ（２、１２）の吐出流量が変更可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固形物を含有する流体（例えば、スラリー）を搬送する流体搬送管路に介装されて、当該流体の搬送流量を抑制あるいは減少する（規制する）流体搬送抵抗装置に関する。

例えば、ポンプ等を使用して、固形物を含有する流体（例えば、スラリー）流体を搬送するに際して、流体搬送管路における流量が過大である場合には、流体搬送管路にバルブ等を介装して搬送流体に抵抗を与え、あるいは、搬送用ポンプの回転速度を低下し、場合によってはポンプを停止させて、流量を調整する、という手法が一般的である。
このような手法を採用している場合、流体の搬送に際して、前記バルブとしては、仕切り弁、ボール弁、蝶型弁、あるいはピンチ弁等の各種バルブから、適切な種類を選択して使用することができる。

しかし、バルブを介装して抵抗を付加する手法を採用している場合には、搬送流体が固い固形物等の異物を包含していると、弁体と弁座との間に当該異物が噛み込んでしまう、という問題が発生する。
また、流量を調整する手法として、内径の小さい配管を使用し、摩擦損失を大きくするという方法もあるが、流速の影響による配管の早期摩耗という問題や、包含された固形物（異物）のサイズ如何によっては閉塞が生じるという問題がある。

上述した内容は、ポンプ等の流体搬送手段を用いている場合に関するものである。
しかし、ポンプ等の搬送手段を用いない場合においても、流量が過大で抵抗を与えなければならない場合が存在する。図５では、その様な場合を例示している。
図５において、被搬送流体の貯留されたタンク１の下部に「長さ＝Ｌ（ｍ）、内径（φ）＝Ｄ（ｍ）」の配管３が接続され、配管３には抵抗を付与するためのバルブ４が介装されている。

ここで、検討するにあたっての設定条件について説明する。
配管３の中心から水面までの実揚程：Ｈ＝３０ｍ［水位変動なく一定とする。］
配管３の長さ：Ｌ＝１００ｍ
バルブ４は全開
として、検討を行う。
また、タンク１内の液体に含有される固形物（異物）の大きさを５０ｍｍとすれば、配管３としては６インチ配管（内径φ＝０．１５５ｍ）としなければならない。流体輸送計画では、固形物の楔現象による閉塞を考慮し、一般的に固形物最大サイズ（上述の設定条件では５０ｍｍ）の３倍以上の内径（内径φ＝０．１５ｍ以上）の配管が選定されるからである。

そして、流体の輸送条件として、
（１）吐き出しノズル部での受け入れ設備能力：６ｍ^３／ｍｉｎ以下
（２）６インチ配管内に固形物沈降流速を考慮した場合の安全流量：３ｍ^３／ｍｉｎ（流速Ｖ＝２．６５ｍ／ｓｅｃ）

以上の条件により、吐き出し量Ｑｍ^３／ｍｉｎと、６インチ配管×１００ｍの配管摩擦損失抵抗Ｈｆｍとの関係を、基本式に基づいて算出したものが図６で示されている。
ただし、基本式はＨｆ＝α×Ｑ^１．８５
なお、６インチ、１００ｍ配管における α≒０．４７７
ここで、前記条件実揚程：Ｈ＝３０ｍに対しては、図６から
Ｑ＝９．４ｍ^３／ｍｉｎ（流速＝８．３０ｍ／ｓｅｃ）
となる。

しかし、Ｑ＝９．４ｍ^３／ｍｉｎという結果は、前記条件（１）の条件（流量が６ｍ^３／ｍｉｎ以下）を満たしていない。
また、流速８．３０ｍ／ｓｅｃという結果は、前記条件（２）を充足しない。８．３０ｍ／ｓｅｃという流速は、固形物沈降流速（Ｖ＝２．６５ｍ／ｓｅｃ）よりも遥かに早い。そして、流速を固形物沈降流速よりも極度に速くしてしまうことは、配管の摩耗を来すことになる。
すなわち、図５において、実揚程Ｈ＝３０ｍの場合には、配管３において、流量規制が必要となる。

その他の従来技術としては、スラリーを連続的に供給するスラリー輸送配管に接続された洗浄水供給配管に介装された洗浄水流量調整弁を調整し、洗浄水を定期的に供給しながら、洗浄水流量を変化させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）は、テレフタル酸の水スラリーを高温高圧で取り扱う技術において、結晶析出や固形物の堆積によるスラリー輸送配管の閉塞防止を目的としており、過大な流量を抑制あるいは減少する技術を提供するものではない。
特開２００６−１４３６１２号公報

本発明は、上記の問題点に対処し、固形物を含有する流体（例えば、スラリー）の搬送手段における過大な吐き出し量を減少或いは抑制する抵抗装置の提供を目的とする。

上記課題の解決のため、発明者は、搬送管路に介装するべき抵抗手段としてポンプを使用し、該ポンプを搬送管路の流れとは反対方向に吐出する様に介装すれば、過大な吐き出し量を規制（抑制、減少）することを研究し、それが可能であることを確認した。
その旨（搬送管路の流れとは反対方向に吐出するポンプを介装して、過大な吐き出し量を規制すること）は、図４を参照して、以下に説明する試験結果により確認された。

図４において、吐き出し能力の異なる第１の水中ポンプＰ１と第２の水中ポンプＰ２とを、第１の水槽Ａおよび第２の水槽Ｂ中にそれぞれ設置する。そして、ポンプの吐き出し口同士を配管Ｔで相互に連通し、配管Ｔには流量計器Ｋを介装する。ここで、ポンプの吐き出し能力は、Ｐ１＞Ｐ２となっている。

能力の小さい第２のポンプＰ２を停止した状態で、能力の大きい第１のポンプＰ１を運転したとき、流量計器Ｋは流量Ｑ１を示し、第２のポンプＰ２の吸い込み口から吐出されることが確認された。
係る状態を保ちつつ、第２のポンプＰ２をも運転すると、流量計器Ｋは流量Ｑ２を示し、第２のポンプＰ２の吸い込み口から吐出されるのが確認された。
ここで、流量Ｑ１とＱ２との関係は、Ｑ１＞Ｑ２であることも確認された。

次に、能力の大きい第１のポンプＰ１を停止した状態で、能力の小さい第２のポンプＰ２を運転したとき、流量計器Ｋは流量Ｑ３を示し、第１のポンプＰ１の吸い込み口から吐出されるのが確認された。
係る状態を保ちつつ、第１のポンプＰ１をも運転したとき、流量計器Ｋは流量Ｑ４を示し、第２のポンプＰ２の吸い込み口から吐出されるのが確認された。そして、流量は、Ｑ４＝Ｑ２であることも確認された。

以上のように、流量の大きい管路に、吐出流量の小さいポンプを介装し、当該吐出流量の小さいポンプの吐出方向が当該流量の大きい管路の流れ方向と反対になるように配置する。すなわち、当該流量の大きい管路の上流部をポンプの吐き出し口に接続し、下流側を当該ポンプの吸い込み口にそれぞれ接続する。そして、当該吐出流量の小さいポンプを駆動すれば、当該流量の大きい管路における流れに対する抵抗が生じ、流量を抑制することができることが確認された。

本発明は、以上の所見に基づき提案されたものである。
本発明に係る流体搬送抵抗装置は、固形物を含有する流体（例えば、スラリー）を搬送する流体搬送管路に介装されて、当該流体の搬送流量を規制（抑制あるいは減少）する流体搬送抵抗装置において、流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）に介装された流体ポンプ（２、１２）を有し、流体ポンプ（２、１２）の吐出方向が流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）における搬送流体の流れ方向と逆方向になる様に構成されており、流体ポンプ（２、１２）の吐出流量が変更可能に構成されていることを特徴としている（請求項１）。

本発明（請求項１に係る流体の搬送手段の抵抗装置）において、前記流体ポンプは渦巻遠心ポンプ（２）であり、その吐き出し口（２ａ）が流体搬送管路の上流側（３Ａ）に接続されており、その吸い込み口（２ｂ）が流体搬送管路の下流側（３Ｂ）に接続されているのが好ましい（請求項２）。
係るポンプとしては、例えば、羽根（６ａ）前面とケーシング（７）前面との間隔（図２における寸法Ｃ）が大きく、羽根車（６）が発生させる渦流作用で揚水する形式のポンプ、いわゆるボルテックスポンプが好ましい。この様なボルテックスポンプであれば、搬送流体に含まれる固形物が、羽根車（６）やケーシング（７）に衝突する頻度が減少し、摩耗量を大幅に減少することができるからである。
さらに、羽根車（６）としては、ブレードレスタイプ（流れの通路が大きな１枚の羽根形状のもの：円板状の羽根車）のものを採用するのが好ましい。固形物が羽根車（６）やケーシング（７）に衝突する頻度が減少し、摩耗を軽減することができるからである。

また本発明（請求項１に係る流体の搬送手段の抵抗装置）において、前記流体ポンプはジェットポンプ（１２）で構成されているのが好ましい（請求項３）。
ここで、ジェットポンプ（１２）は、圧力水ポンプ（１５）と連通しているノズル（１２Ｎ）と、流体搬送管路（１３）のエルボ部とにより構成されており、該エルボ部にはノズル（１２Ｎ）が配置されているのが好ましい。
さらに、ジェットポンプ（１２）は圧力水ポンプ（１５）から圧力水が供給されており、該圧力水ポンプ（１５）の吸い込み口は、スクリーン（１６）の内側に設けられているのが好ましい。

本発明は、上記の構成によって以下の作用効果を奏するものである。
（１）流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）における搬送流量が過大である場合に、流体ポンプ（２、１２）の吐出方向が流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）における搬送流体の流れ方向と逆方向になる様に構成することにより、流れの方向とは逆方向に噴流を発生して、流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）に抵抗を生じせしめ、流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）における搬送流量を抑制あるいは低減することができる。
（２）流体ポンプ（２、１２）の吐出流量を変更可能に構成することにより、流体搬送管路（３Ａ、３Ｂ、１３）に生じる前記抵抗を調整し、以って、搬送流量を調節することができる。流体ポンプ（２、１２）からの吐き出し量に変化が生じた場合にも、容易に対応することができる。
（３）流体ポンプ（２、１２）の構成を適宜選択することにより、被搬送流体に含有する固形物による噛み込みや早期摩耗を避けることができる。
例えば、流体ポンプが渦巻遠心ポンプとして構成されている場合には、流体ポンプの羽根車やケーシングを耐摩耗材料で製作したり、あるいは、低回転速度でかつ過大流量を抑制できるポンプを採用することにより、容易に耐摩耗性をさらに向上することが出来る。
（４）前記流体ポンプをジェットポンプ（１２）で構成し、ジェットポンプ（１２）は圧力水ポンプ（１５）から圧力水が供給されており、該圧力水ポンプ（１５）の吸い込み口は、スクリーン（１６）の内側に設けられていれば、圧力水ポンプ（１５）やジェットポンプ（１２）の吐出ノズルに異物が侵入して、閉塞してしまうのを防止することが出来る。

以下、添付図面である図１〜図３を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、図１、図２を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。

図１において、符号１は、披搬送流体であるスラリーの貯留されているタンク、符号２は、抵抗装置を構成する渦巻遠心ポンプ、符号３Ａおよび３Ｂは上流側および下流側の流体搬送用の配管をそれぞれ示している。
図１で示す様に、タンク１の下部には上流側の配管３Ａが接続され、配管３Ａの管端には、渦巻遠心ポンプ２の吐き出し口２ａが接続されている。渦巻遠心ポンプ２の吸い込み口２ｂには下流側の配管３Ｂが接続されており、下流側の配管３Ｂの先端は、流体の搬送先５へ連通している。

渦巻遠心ポンプ２の性能は、ポンプ２を介装する前の当初の過大流量Ｑ１、目標とする調整流量Ｑ２、ポンプ２の設置位置におけるポンプ設置前の管内圧力Ｐ１（流体搬送用の配管３Ａ、３Ｂ内の圧力）により、決定される。
ポンプ２の駆動手段としては、回転速度を所定速度に制御できるモータが好ましく、例えば、インバータ制御モータや渦電流継手可変モータを使用する。

図１で示す構成において、ポンプ２を回転駆動すると、ポンプ２の吐き出し口２ａおよび吸い込み口２ｂは流体搬送方向とは逆方向に接続されているので、ポンプ２内部における羽根車が回転することにより、搬送方向の流れに対抗する抵抗が生じる。その結果、流体搬送用の配管３Ａ、３Ｂ内を流れる搬送流体の流量（搬送流量）が減少し、搬送流量が抑制されたことになる。
換言すれば、ポンプ２を適正な回転速度で運転することにより、所定の抵抗値を付加することができるので、当初の（ポンプ２を回転駆動しない場合における）タンク１から流出する過大な吐き出し量Ｑ１を抑制して、所定の調整流量Ｑ２に制御することができる。

図１で示す実施形態では、ポンプ２として流体搬送用の配管３Ａ、３Ｂに介装されているのは、スラリーの搬送用に用いられる渦巻遠心ポンプである。そして、その様なスラリー搬送用の渦巻遠心ポンプは、スラリーの搬送用に用いられても、問題が生じない様に構成されており、搬送流体に含有される固形物が噛み込むと言う問題や、固形物により当該ポンプが閉塞するという問題が発生する恐れはない。

図１の実施形態において、ポンプ２の内部では、周速度の最も速い羽根車の羽根出口から、固形物を含む流体が流入する。そのため、ポンプ２において、羽根車やケーシングを、耐摩耗性材料で製造するのが好ましい。
また、低回転速度で、かつ過大流量を抑制し得るポンプを採用するのが望ましい。
さらに、ポンプ２の羽根車として、ブレードのない形状（円板状の羽根車：ブレードレスの形状）を採用すれば、固形物が羽根車やケーシングに衝突する頻度が減少し、摩耗を軽減することができる。

図２には、図１の実施形態で用いられる渦巻遠心ポンプとして、好ましい形式のポンプが示されている。
図２で示すポンプでは、羽根６ａ前面とケーシング７前面との寸法Ｃが大きく、羽根車６が発生させる渦流作用で揚水する形式のポンプ、いわゆるボルテックスポンプが示されている。係るポンプを採用すれば、搬送流体に含まれる固形物が羽根車６やケーシング７に衝突する頻度が減少し、羽根車６やケーシング７の摩耗量を大幅に減少することができる。

次に、図３を参照して、本発明の抵抗装置の第２実施形態について説明する。
図３で示す第２実施形態では、ジェットポンプを使用している。図３において、点線で囲って表現されており、符号１２によって包括的に示されている部材が、ジェットポンプである。そしてジェットポンプ１２は、圧力水ポンプ１５と連通するノズル１２Ｎと、流体搬送管路１３のエルボ部であって、ノズル１２Ｎが配置されているエルボ部とにより構成されている。
ノズル１２Ｎは、圧力水ポンプ１５から供給される圧力水を、搬送流（図３では矢印Ｘで示す）に対向する方向（Ｙ）へ噴射する様に設置されている。

タンク１内にはスクリーン１６が設けられ、そのスクリーン１６内に圧力水ポンプ１５の吸い込み口が設けられている。そして、圧力水ポンプ１５からジェットポンプ１２に対して、圧力水が供給されている。
ここで、スクリーン１６は、圧力水ポンプ１５やノズル１２Ｎに異物が侵入して、閉塞してしまうのを防止するために設けられている。そのため、スクリーン１６のメッシュサイズは、圧力水ポンプ１５やノズル１２Ｎが閉塞しないように設定されている。

図３の第２実施形態では、スクリーン１６で濾過された（閉塞の恐れがある異物が除去された）流体が圧力水ポンプ１５及びジェットポンプ１２に供給され、ジェットポンプ１２のノズル１２Ｎから、配管１３内に搬送流Ｘと逆方向へ圧力水ジェットが噴射されるので、タンク１からの吐き出し流量が過大である場合に、当該吐き出し流量を減少あるいは抑制することが出来る。

また、圧力水ポンプ１５は可変速駆動となる様に構成されており、ジェットポンプ１２に供給される圧力水における圧力及び流量が調節可能である。そのため、ジェットポンプ１２のノズル１２Ｎから吐出される圧力水の吐出圧力および流量が調整可能であり、搬送流（矢印Ｘ）に対して所定の抵抗を付加し、タンク１からの吐き出し量を制御することが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

本発明の第１実施形態を示す構成図。図１の実施形態に使用される流体ポンプの一例を示す断面図。本発明の第２実施形態を示す構成図。２つのポンプを連結した試験装置の構成図。流出流量を検討するタンクおよび配管の構成図。流量と配管摩擦抵抗との関係を示すグラフ。

符号の説明

１・・・タンク
２・・・ポンプ
２ａ・・・ポンプ吐き出し口
２ｂ・・・ポンプ吸い込み口
３Ａ、３Ｂ・・・配管
５・・・搬送先
６・・・羽根車

Claims

固形物を含有する流体を搬送する流体搬送管路に介装されて、当該流体の搬送流量を規制する流体搬送抵抗装置において、流体搬送管路に介装された流体ポンプを有し、流体ポンプの吐出方向が流体搬送管路における搬送流体の流れ方向と逆方向になる様に構成されており、流体ポンプの吐出流量が変更可能に構成されていることを特徴とする流体搬送抵抗装置。
前記流体ポンプは渦巻遠心ポンプであり、その吐き出し口が流体搬送管路の上流側に接続されており、その吸い込み口が流体搬送管路の下流側に接続されている請求項１の流体搬送抵抗装置。
前記流体ポンプはジェットポンプで構成されている請求項１の流体搬送抵抗装置。