JP2633017B2 - 媒質からポンプによって気体を分離する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明はポンプ輸送される媒質から気体をポンプを使
用して分離する方法及び装置に係る。より正確に言え
ば、本発明に従う装置は気体を包含する媒質のポンプ輸
送において使用されるポンプの気体排出のための構成に
係る。本発明に従うポンプはパルプ及び紙工業における
低、中及び高コンシステンシーの繊維懸濁液に特に好適
である。

ロ．従来の技術 気体を包含する液体のポンプ輸送は、気体がポンプ回
転子の中心のまわりに蓄積して泡を形成し該泡が成長し
てポンプの吸込口全体を満たす傾向を有するから、比較
的高い気体含量においては気体排出手段なしに遂行され
得ない。この結果として効率の相当な減少と装置の振動
とが生じ、そして最悪の場合にはポンプ輸送作用中の中
断が生じる。この問題は例えば木材処理産業における低
コンシステンシー繊維懸濁液のポンプ輸送のため何十年
にも亙つて使用されてきた遠心ポンプにおいては特に困
難であると見られる。泡から気体を排出することによつ
て前記問題を解決するべく様々の試みが既に為されてき
た。現在、気体はポンプの吸込開口の中心に配置された
羽根車のハブまで延びるパイプを介する吸込作用によつ
て気体を引出すことによつて、羽根車の中空シヤフトを
通じて気体を引出すことによつて、または羽根車に少な
くとも１個の穴を設けそれを通じて気体を羽根車の後側
へ引出しそして更にそこから外部へ導くことによつて、
既知の古い装置を用いて排出されている。これら装置
は、何れも、ポンプ輸送される媒質が液体または同様の
ものであり且つ固体を含有しない場合には満足される態
様で働く。媒質が固体粒子例えばフアイバー、糸などを
含むときにのみ問題が起きる。そのような場合、これら
粒子はポンプの運転のため再び用いることを必要とされ
るダクトが邪魔の無い開いた状態を維持することを脅か
す。

言うまでもなく、不純物によつて生じる不利要因及び
リスク要因を除去するまたは最少化するのに役立つ解決
手段はいくつか知られている。最も簡単な手段は、おそ
らく、管詰まりが全く考えられないように十分に径に大
きいダクトを気体排出のために配置することである。使
用される他の代替手段は、例えば、羽根車の後側に別の
ブレードホイールを配置することである。きわめてしば
しば、複数の放射状リヤベーンが羽根車の後面に配置さ
れるが、これらリヤベーンの目的は、羽根車の気体排出
口を通つて羽根車の外縁へ達しそしてその隙間から液流
へ復する気体とともに流れた媒質をポンプ輸送すること
である。羽根車の後側の前記リヤベーンの究極的な目的
は、ポンプの軸方向力を均衡させることである。これは
リヤベーンの量が実ポンプベーのそれと同等であるとき
最も良く達成されると考えられている。或る場合におい
ては、先に言及されたそれと同じ目的を有する分離され
た構成が採用されるが、それは羽根車のシヤフトに取付
けられたブレードホイールによつて羽根車のさらに後方
に据付けられる。前記ブレードホイールはその固有の室
の内部で回転して室の外縁まで気体とともに流れる液体
を分離するのに役立ち、かくして気体の室の内縁から吸
引力によつて引出され得る。媒質は室の外縁上に堆積す
る不純物とともに別個のダクトを通じてポンプの吸込側
または吐出側へ導かれる。以上開示されたすべての装置
は、液体に限定量の不純物が包含されるときにおいての
み満足される態様で働く。大量の固形物を含有する液
体、例えばパルプ産業の繊維懸濁液、に対しても比較的
信頼性を以て働くように前記装置を調整することも可能
である。その場合には、しかし、気体排出能力に関して
譲歩することが必要である。何故ならば、主目的は全く
または殆ど何らの繊維も気体排出ダクトへ、または、そ
れと恐らく連通する真空ポンプへ漂移しないことを保証
することであるからである。かくして、気体を含有する
繊維懸濁液は、予防手段として、流れへ帰還される。他
方において、繊維懸濁液中の気体はパルプ処理工程にお
いては消極要因であり、それは可能なかぎり完全に除去
さるべきであることが知られている。いつたん分離され
た気体をパルプ循環流へ帰還させることは現存する利点
を無駄にすることである。また、気体とともに流される
すべてのパルプをポンプの副流として排出することによ
つてパルプ循環流から分離することはパルプの浪費であ
る。

従つて、本発明の目的は遠心ポンプの能力を最も効率
的に使用して液体から気体を分離し、ポンプ自体から該
気体を最も簡単で作用的に保証された手段によつて排出
することである。唯一の前提条件は、気体排出システム
を詰まらせる可能性のある不純物即ち糸、繊維などのご
とき固形物が液体とともに流れるリスクなしに運転し得
ることである。

出願中のフインランド特許願第872967号（対応米国特
許願第216009号；当社米国特許代理人専用番号）には、
たとえポンプ吸排される材料がパルプ及び紙工業のため
の繊維懸濁液であつても懸濁液中の繊維が気体排出シス
テムまたはそれと連通する真空ポンプを詰まらせる恐れ
がないことを保証する若干の方法が開示される。前記特
許願においては、フイルタ面または同様のものが、排出
される気体の流れ通路に、恐らく処理肯定において使用
される真空ポンプの手前に配置され、前記フイルター面
によつて懸濁液中の繊維が気体排出システムに進入する
ことを阻止される。

他方において、米国特許公報第4673330号も遠心ポン
プの前で発生する気体泡の寸法を調節することによつて
遠心ポンプが所望のリフト高さ及び容積に対して寸法を
決定されるように遠心ポンプの運転を制御する一方法を
開示する。

前記特許公報に基づく構成は、後壁上の羽根車の後方
において前記ポンプのハウジングに半径方向に配列され
た複数の電気的センサを有し、これらセンサは電気を伝
導する液体及び気体の能力または同様の能力の変動に基
づいて羽根車と前記後壁との間で発生する気体泡の寸法
を測定する。

前記特許公報において注目されることは、羽根車のベ
ーン間の媒質も媒質内の気体泡もともに滑らかに丸くな
く、それらの間の境界面は或る程度鋸歯状であり、その
結果、各ベーンは幾分媒質層をその前で押圧しそして媒
質量は遠心力によつて外縁の方向へ運動する傾向を生じ
ることである。しかし、前記公報においては説明されて
いない理由によつて、媒質を押圧しているベーンの表面
上における媒質の部分は羽根車の中心に最も近い位置に
ある。前記公報に従えば、そのような規則性は実ポンプ
ベーンに関してのみならず、羽根車の後方で半径方向に
配列されたいわゆるリヤベーンに関しても広く認められ
る。

ハ．発明が解決しようとする問題点 本発明に従つてそして前記特許公報において気体とパ
ルプとの間の境界面の波形を結果として生じる諸要因が
徹底的説明のために継承されたことによつて、羽根車の
リヤベーンの寸法及びそれらの位置、羽根車を貫通する
複数の気体排出口の寸法及び位置及びポンプの羽根車後
方の後壁の中心開口の寸法並びに前述諸部品の相互寸法
を、先に言及されたスクリーン板を配置することなし
に、または、電気的センサに基づく遠心ポンプの前述案
内装置をも設けることなしに遠心ポンプからの気体の排
出が可能であるように限定することが可能になつた。前
記案内装置は単に気体泡の寸法を調節するために恐らく
必ず使用され得る。

ニ．問題点を解決するための手段 本発明に従う構成の基本原理は次の通りである： −羽根車の後側においてポンプの中心に発生する気体泡
の部分の半径方向の最小寸法は、可動性の固体粒子が媒
質とともに気体排出システム内に流入するのを許さない
ように、ポンプ後壁の中心開口の半径より大きくされな
くてはならない。

−前記羽根車後側における気体泡の部分の最高半径方向
寸法は、ポンプ輸送される媒質へ気体が流れ戻るのを許
さないように、全ての運転状態において羽根車の半径よ
り小さくされなくてはならない。

−気体排出のための複数の孔のポンプ軸線からの距離
は、気体とともに流れる固体粒子が直接気体排出システ
ム内に排出されるのをできるだけ許さないように、ポン
プ後壁の中心開口の半径より大きくされなくてはならな
い。

さらに、前述された気体泡の鋸歯形状に基づいて媒質
層の半径方向寸法は考慮に入れられなくてはならない。
最悪の場合においては、前記押圧するベーンの表面に接
して位置する媒質が前記後壁の中心開口のレベルまで延
びそして、他方において、気体泡の最外側部分が同時に
羽根車の外縁まで延びるから、前に説明された条件は満
たされ得ない。かくして、後壁の中心開口が可能なかぎ
り小さくされなくてはならない。そしてその限度がシヤ
フトの直径の寸法であるような状況が到達される。これ
に反して、羽根車の直径は可能なかぎり大きくされなく
てはならず、そして、ポンプの残余の諸寸法はポンプの
ための限度を或る容易に決定される限度値に設定され
る。また、ポンプの様々の異なる運転条件、異なる諸条
件において使用される様々の回転速度及び異なる気体含
量を有する諸媒質を考慮して、気体泡の最終的に半径方
向に計測された距離が可能なかぎり小さくされ得る点が
到達される。

以上に加えて、先行技術の諸文献は羽根車の後板にお
ける複数の気体排出口の位置のため極めて多数の配列を
開示するが、適正な助言または配列は見当たらない。ス
イス特許第571655号には複数の孔がポンプのシヤフトか
ら変化する半径方向距離を以てベーンの後面に隣接して
配列され、これら孔の直径がシヤフトから外方へ小さく
されている一配列例が開示される。他の一位置で、いわ
ゆる第１世代中コンシステンシー（MC）−ポンプにおい
て、中コンシステンシーパルプのための気体排出口は横
長の複数の口（第２図）として配列され、それらは羽根
車のベーン相互間に位置されて、羽根車のシヤフトから
同一半径方向距離を以て一ベーンから他の一ベーンへ延
びている。かくのごとく、気体排出口の位置決めは、今
日、多少偶然的であり、何らかの理論的または十分な実
験に基づく定義を欠いている。

本発明は羽根車の後板の寸法と位置及び羽根車のリヤ
ベーン並びにポンプの後壁の寸法が最適化された事実
と、気体泡とそれを包囲する液体リングとの間の境界面
の形状が、実作業でポンプ輸送される媒質が全くまたは
殆ど気体とともに気体排出システムに進入しない程度に
平坦化された事実とに係る。

本発明に従う装置は、ポンプのリヤベーンまたはそれ
らと共に作動する部材が、それらが前記リヤベーンの隙
間において羽根車後方の空間内の媒質に指向される異な
る方向と異なる強さとを有する複数の力の総合された作
用によつて発生される媒質の流れをポンプ後壁の気体排
出口に到達しないように導くか、または、それらが前記
流れを緩徐にさせる結果として、前記流れの前記気体排
出口への到達が阻止させるように配列されていることを
特徴とする。

本発明に従う方法は、羽根車後方の空間内の媒質に指
向される半径方向の力、前記外縁に対し並行する力及び
慣性の力の総合された作用によつて発生される媒質の流
れを気体排出システムに達する気体排出ダクトの入口に
到達しないように導くことによつて、または、前記諸力
の総合された作用によつて発生される媒質の流れを弱め
ることによつて、気体排出システムへの前記空間内の媒
質の排出が阻止させることを特徴とする。

ホ．発明の効果 次に、本発明の現構成に基づく遠心ポンプの諸利点を
例を列挙する： −気体を含有する液体を主循環流へ復する必要が無いか
ら、より効率的に気体が排出される； −繊維懸濁液のポンプ輸送において、気体排出ダクトが
詰まる恐れ、または、パルプが無駄にされまたは遷移し
て下水になる恐れが無い； −ポンプ輸送に使用される装置の構造がより簡単にな
り、使用はより信頼可能になり、そして真空ポンプは必
ずしも分離した駆動モータを必要としないから運転費用
が削減される； −高コンシステンシーパルプ中の空気の高含量は先行技
術に従う構成ではポンプ輸送を妨害したが、比較的相当
高いコンシステンシーを有するパルプのポンプ輸送が可
能になる。

本発明に従う装置は在来型遠心ポンプに適用され得る
が、言うまでもなく、それにより、ポンプ輸送されるパ
ルプのコンシステンシーとの妥協が必要になる。さらに
また、先行技術に基づくMC−ポンプに対しても適用され
得、それにより、吸込口まで延びる回転子を有するこれ
らポンプによつて今までより相当高いコンシステンシー
のパルプを処理することが可能である。

本発明に従う装置及びそれとともに使用される方法
が、以下添付図面を参照しつつ、例示の意図をもつて説
明される。

ヘ．実施例 例えば米国特許第4410337号により詳細に説明される
第１図に基づく中コンシステンシー繊維懸濁液のための
いわゆる第１世代遠心ポンプ（いわゆるMC−ポンプ）
は、原則として、次の諸要素、即ちポンプのハウジング
１、吸込口２、吐出口３、ポンプのシヤフト４、複数の
ポンプベーン６を設けられそしてシヤフト４に取付けら
れた羽根車５、羽根車の後板７、ポンプの後壁８及び気
体排出導管９、を主要なものとして有する。第１図に説
明される羽根車５の複数の気体排出口10はポンプのシヤ
フト４の至近に配置される。何故ならば、このようにし
て、全くまたは殆ど何らの繊維含有液も気体排出システ
ムへの進入を許されないように保証することが意図され
たからである。いわゆるリヤベーン11が羽根車５の後板
７の背側に放射状に配列され、そしてそれらはこのタイ
プのポンプにおいて二つの目的を有する。一方におい
て、それらはポンプ内における複数の軸方向の力を均等
化し、そして他方において、それらはまた後板７の後方
を流れた流体を圧力開口即ち吐出口３へ向う主流へ復す
るように圧送する働きをする。羽根車５及び環状ダクト
12の対応する気体吐出口10はポンプの後壁８内において
シヤフト４の周囲に保持され、前記環状ダクト12を通じ
て気体は後壁８の背側の空間13へ排出され、前記空間13
から気体排出導管９が気体を殆ど通常はポンプから離さ
れた分離型の真空ポンプを介してさらに遠くへ導く。

第２図は前記米国特許に従つた構成において実際に使
用された羽根車５の背面図を示す。図面において見られ
るように、羽根車５の後側におけるいわゆるリヤベーン
11の個数は、その量が既に確立されたものになつている
６個である。また、一般的な狙いはリヤベーンの量を最
小化することであるが、結局個数は６個に落ちついてい
る。何故ならば、前記構成における羽根車５の反対側に
在る実ポンプベーンの個数も実際上６個であるからであ
る。さらにまた前記リヤベーン11は先行技術的構成にお
いては製作を簡単化するために、そしてそれらを別様式
にすることを目指す理由が特に生じていないから、常に
放射状態にされてきた。第２図はさらに複数の気体排出
口10の構造及び位置を図示している。即ち、これら気体
排出口10は横長でありそして羽根車５の外縁に対し平行
して湾曲しており、従つてポンプのシヤフト４から恒常
的に等距離を位置されている。第２図はさらに環状ダク
ト12がポンプの後壁８と羽根車５のシヤフト４との間に
位置し、該環状ダクト12を通じて気体が気体排出システ
ム内に流入し得ることを図示している。

また、第２図において矢印Ａは羽根車５の回転方向を
表示し、そして羽根車５の後側における空気泡と羽根車
を包囲する繊維懸濁液との間の境界面は破線14によつて
略示されており、前記境界面は先行技術に関連して既に
説明された鋸歯形状を画成する。定半径方向距離を有す
る気体排出口10の形状は、同様の鋸歯形状が反対側、羽
根車の実ポンプ作用側、にも形成されるから、可能最良
のものではないことは理解されるであろう。従つて、ポ
ンプベーン６の後側に近い気体排出口10の一部は羽根車
の前側から後側への気体の流れを極めて効率的に許すけ
れども、気体排出口の反対端は繊維懸濁液区域に在り、
それにより繊維懸濁液の一部は羽根車の後側へ流れ、そ
のことだけでも望ましくないと言える。一方また、気体
泡の半径方向寸法は最大部で羽根車の外縁に極めて近
く、従つてもし気体が前記空間から十分に効率的に引出
されないならば、気体泡が羽根車の外縁から主流へ復す
るように排出され始める恐れがあることが注目される。
もしそのような状況が実作業において遭遇されるなら
ば、恐らくポンプの気体排出能力が落とされなくてはな
らない。何故ならば、気体を引出す真空ポンプの吸引効
果が増加されるならば、繊維懸濁液がポンプの後壁とシ
ヤフトとの間の環状隙間から気体排出システム内に進入
し、それにより真空ポンプとして最も普通に使用される
液体リングポンプは殆ど直ちに詰まりそしての結果とし
て整備作業及び恐らくまた修理作業が必要になるという
副次的リスクもあるからである。

前述の鋸歯形状が形成される主な理由を以下に説明す
る。パルプが羽根車の気体排出口から羽根車の後側に排
出されるとき、パルプは気体排出口の周速度に事実上等
しい回転速度をもっている。パルプは気体排出口の後側
で遠心力を受け外方へ投げ出される傾向を有するが、慣
性によってパルプの運動方向は半径方向でなく羽根車の
運動に対して相対的に後方に湾曲する傾向を有する。換
言すれば、パルプは常に羽根車の外縁へ向って外方へ移
動するという事実にもかかわらず、パルプは気体排出口
から排出されたときにもっている周速度と同じ周速度を
維持する傾向があり、かくして羽根車は、その周速度と
パルプの周速度との差を半径方向に連続的に増加するた
めに、パルプを追越す傾向がある。こうしてパルプは外
方に移動するとき気体排出口の次に位置するリヤベーン
の表面に流れ、このリヤベーンはパルプの周速度を加速
する。新たなパルプが羽根車外縁へ向って外方に向うリ
ヤベーンの表面に沿って絶えず堆積するから、周速度が
より高くなったパルプの部分は羽根車の外縁に平行に先
行するリヤベーンの後面へ向って前進しなければなら
ず、かくして各リヤベーン間隙についてパルプと気体と
の間に多少傾斜した境界面が形成される。前記周速度と
遠心力に加えてベーンの間のパルプに影響を与える力が
あり、その力はポンプの案内装置、例えばうず巻室の圧
力変化によるものであり、その強さは一定でなくポンプ
のシャフトに向う方向を有する。前記力は、上記の通
り、パルプをポンプのシャフトに向って押す傾向を有
し、より正確にいうと、ポンプの後壁の中心開口を通し
てパルプを気体排出システムに押し込む傾向を有する。
ポンプの案内装置がうず巻室であるとき、圧力はほぼ吐
出口のところで最高であり、そこから羽根車の回転力と
逆方向に行くにつれて可成り平均的に減少し吐出開口の
直ぐ下にある案内装置の部分で最低である。

第３図は本発明の一実施例に従うポンプの羽根車構造
の背面図であり、第２図に対応するものである。先づ最
初に、図においてリヤベーン11の数が増加されたことが
注目される。その理由はこの様式で作動することによっ
て気泡と繊維懸濁液との間の境界面の鋸歯形状を一層大
きく平坦にすることが可能であることである。両方向に
おいて鋸歯の山は切除された。このことはリヤベーンの
数が多いから遠心力は慣性力と共に繊維懸濁液と気泡の
間の境界面を半径方向に大きく広げないということで説
明される。案内装置15の圧力変化によって生じる半径方
向の力とそれらの効果がこの実施例においても考慮され
るとき、リヤベーン11の数を増すことによってリヤベー
ンの間の扇形区域は狭くなり、１個の扇形区域内のパル
プに作用する最高圧力の作用時間は短かくなり、そして
扇形区域の数が多いから加圧工程でパルプがポンプの後
壁８に設けた気体排出口12に流れ込む程十分にシャフト
に向うパルプの運動速度を高く加速する時間をもたず、
羽根車５が前進回転するとき、前記扇形区域は低圧領域
に達し、遠心力がパルプを羽根車の外縁に向って後退さ
せるようになるということができる。

かくして、気体排出システムに可成り控えめの負圧が
使用されたとしても、この変化だけが気体が懸濁液の主
流に容易に流れ戻らないことを保証する。他方可成り高
い負圧を使用してもポンプ羽根車の前側から気体排出口
を通して羽根車の後側への液体の流れも、またはこれに
対応して羽根車の後側から気体排出システムへの液体の
流れも共に生ずることができない。勿論実際において繊
維が気体排出システムに入る程高い負圧を使用すること
も可能であるが、これは本発明の装置では相当に過剰な
高い負圧を必要とするであろう。本発明の真の利点は本
発明による羽根車を備えたポンプは、気泡と液体リング
の間の境界面が各点において羽根車の外縁と後壁の気体
排出口、即ち中心開口との両方から遠いから、変化する
運転条件において高い信頼性をもって作動することであ
る。かくして本発明は様々な危険要因に対して可成りの
余裕をもたらした。

さらにまた、本ポンプの気体排出システムの作用は羽
根車５の複数の気体排出口20を精密に適正な位置に配置
することによつて促進される。言うまでもなく、最も有
利には、気体排出口20は羽根車５のポンプ作用側の各ポ
ンプベーン隙間に、または、各ポンプベーン６の内縁か
ら羽根車５の軸線まで引かれた線（破線で示される）の
間の各空間に配置されなくてはならない。既に指摘され
たように、先行技術に従つたMC−ポンプの横長の気体排
出口10（第２図参照）は既に言及された理由によつて極
めて有利な形状を有せず、また、有利に位置されてもい
ない。気体排出口20は気体泡と液体リングとの間の境界
面の側の縁の形状が境界面14（第２図参照）の形状に一
致しそしてそれにもかかわらず該境界面から可能な限り
遠くに位置されるとき最適に位置されそして形づくられ
ている。この結果として得られたものが第３図に示され
る気体排出口20であり、それは実質的に三角形であり、
この場合、１個おきにリヤベーン11の吸込側に位置され
る、換言すると、回転方向についてリヤベーン11の後側
に位置される。第３図に示される形状は羽根車の各ポン
プベーン６に対して２個のリヤベーン11を図示しそして
しかも１個おきにリヤベーン11がポンプベーン６に対し
少なくとも部分的に配置されるように図示される。もし
気体排出口20が第３図に示される形状を有しそして第３
図に示される位置に配置されるならば、気体排出口20の
位置を羽根車５において少しさらに外方へ変更してそれ
によりポンプの後壁８の中心開口即ち環状ダクト12及び
気体排出口20の半径方向距離間にいつそう大きい安全マ
ージンを得ることが可能である。しかし、前記三角形状
は単に好適実施例の一つであるに過ぎず、言うまでもな
く、気体排出口は例えば円形の複数の孔であること、ま
たは、幾つかの概ね円形の孔であることも可能であるこ
とを記憶に留どめて置かなくてはならない。

言及するに値する一実施例は、第４図に示すように、
僅かに吐出量がより多い場合に、リヤベーン21を傾斜さ
せること、換言すれば、リヤベーン21をシャフトに最も
近い端部の一点を中心として後方に傾斜させ、ポンプ送
りされる材料が羽根車の外円に平行する運動成分と、そ
れに加えて、半径方向外方に向う遠心力の作用を強め気
泡と羽根車５のリヤベーン21の表面上に位置する液体リ
ングとの間の境界面を更に上方に動かすことを可能にす
る運動成分とを受け、こうして境界面を形を一層平坦に
することである。更に、ベーンの傾斜は、ポンプの後壁
の気体排出口12へのパルプの到達を制御するために、う
ず巻室15の最高圧力によって引き起されシャフトに向う
力成分の作用時間の間にパルプが流れるべき距離を増す
効果を有する。これは更にうず巻室15内の圧力が急激に
最低値に減少し、遠心力がパルプの慣性によって引き起
されるシャフトに向う運動より優勢になりパルプをうず
巻室へ戻し始める前に、パルプは気体排出口12に到達す
る時間をもたないことを保証する。傾斜したリヤベーン
21を採用することによつて、同じ信頼性がより少ない個
数のリヤベーンによつて得られるから、第３図の実施例
と比較してリヤベーンの個数を減らすことが可能であ
る。他方において、また、リヤベーンを若干程度まで前
方へ傾斜させ、それにより幾つかの対応する総合された
効果、換言するとパルプの流れを減速する効果、を得る
ことも可能である。

ベーンを傾斜させることによつてそれらの個数を減少
させることが可能であり、そしてさらに羽根車の回転速
度の増加もまた要求されるベーンの個数を減少させると
いう前述理論の基本概念が正しいことは遂行された幾つ
かの実験によつて証明される。直線的な放射状ベーンに
おいて要求されるベーン振動数は、パルプを気体排出シ
ステムへ流れさせないように、約370Hz（ベーン個数×
羽根車回転速度r/s）に実験に際して決定された。ベー
ンを傾斜させることによつて下記公式によつてベーンの
個数を計算することが可能である： ｚ×n/sinβ＞370、 上式において、ｚは整数としてのベーン個数であり、 ｎはr/sで示される羽根車回転速度であり、そして、 βはリヤベーンの平均方向と羽根車外縁の接線との成
す角度である。従つて、得られるベーン個数は、 Ｚ＞370×sinβ/n 従つて、例えば角度βが45゜でありそして回転速度ｎ
が50r/sであるときは、この結果として、要求ベーン個
数は少なくとも６になるが、一方、直線ベーンにおいて
角度βが90゜のときは、前記公式の結果としてベーン個
数は８になる。

さらに他の一つの実施例が第５図に図示されており、
それは各ポンプベーン６に対して２個のリヤベーン31,3
2を有する。図面に従えば、これらリヤベーンはすべて
前図面で既に説明されたように後方へ傾斜され、それに
加えてこれらリヤベーンは湾曲され、そして気体排出口
20に回転方向において後続するリヤベーン31は、ポンプ
後壁の環状ダクト12の外縁から羽根車５の外縁まで延び
る最大長さを有し、一方、羽根車５の気体排出口20に対
し回転方向において先行するリヤベーン32は、シヤフト
に最も近い前記気体排出口20の縁によつて形成された外
縁から羽根車５の外縁まで実質的に延びる。当然、前記
リヤベーン31,32の寸法が、発明の概念と後述される作
動様式から逸脱することなしに、前記好適実施例の諸寸
法から相当程度にさえ乖離することは可能である。

第５図は羽根車５の気体排出口20からベーン隙間33−
38に堆積されたパルプが最初に案内装置15の異なる諸点
においてそしてさらに原則として２種のタイプであるベ
ーン隙間33−38及び39−44においてどのように作用する
か明視化する。長さの長いリヤベーン31の前側のベーン
隙間33−36内のパルプは、既に概略的に説明されたよう
に作用する。換言すると、ほとんどすべてのベーン隙間
33−38においては、パルプと気体との間の境界面は長さ
の長いリヤベーン31の前面に対するパルプが、先行する
より短い長さのリヤベーン32の後面に対するパルプの部
分よりもシヤフト４により近いように鋸歯形状を形成す
る。しかしベーンの隙間37,38,即ち案内装置15の最高圧
力を受けパルプをシャフトに向って流す隙間では、パル
プと気体の間の境界面の形が先づ方向を変え（ベーン隙
間37）それから反対向きに方向を変える（ベーン隙間3
8）。これはベーン隙間がより高い圧力区域に回転する
ときパルプをシャフトに向って動かすという事実にも拘
らず、ベーン隙間37におけるパルプは慣性によって維持
されるある周速度に達し、かくして羽根車の外縁に平行
なパルプの速度に対する羽根車５の周速度が減少し、パ
ルプがベーン隙間38の前縁として作用する短かい方のベ
ーン32の後面に堆積するという事実によって説明され
る。かくして前記境界面は第５図のベーン隙間38内で羽
根車５の気体排出口20を越えて漸次短かいベーン32の内
縁まで拡がりそこからまだ存在する慣性力によって先行
するベーン隙間44へ排出され、そこにおいてパルプは遠
心力によって外縁に向って投げ出される。先行するベー
ン隙間44は既に高圧区域を過ぎたから、案内装置15のよ
り低い圧力が先行ベーン隙間44内で優勢である。この段
階において、パルプと気体との間の境界面の形状はベー
ン隙間39−44、即ち羽根車５の気体排出口20を有しない
ベーン隙間、においても注目されなくてはならない。該
形状は羽根車５の外縁に実質的に常に一致し続ける。何
故ならば、前記ベーン隙間39−44におけるパルプの周速
度の変化は比較的小さく且つ該ベーン隙間内のパルプの
半径方向転移も比較的小さいからである。

その他の可能な実施例は第６図に示される装置であ
り、それ等は一緒に使用されたり別個に使用されたりす
る。問題を生じる案内装置の圧力の影響を除く第１の代
替手段は、例えば、案内装置15の圧力が最高のときでも
羽根車の後側に不利な影響を与えないように、羽根車６
とポンプのハウジングとの間の間隙を閉鎖要素50によっ
て非常に小さくすることと、ポンプの後側とシャフトの
間の環状ダクト12の一部を対応する閉鎖要素51で閉鎖し
（この状態は第６図において環状ダクトを示す二重の円
形破線のうち外側の破線を一部消去することによって示
されている）、ポンプの後壁とシャフトの間の間隙をそ
の部分で非常に小さくして、リヤベーンが例えば第３図
におけるようなものであるとき、圧力がピークにあるベ
ーン間隙内のパルプの半径方向流れを減速することであ
る。

さらにまた、前記圧力によつて半径方向内方へ運動す
るパルプの運動が、例えば、より短いリヤベーン52の内
端を羽根車５の気体排出口20の縁の形状に一致させるよ
うに曲げることによつて阻止され、それにより、中心へ
向つて前記リヤベーン52の後面に沿つて流れるパルプが
前記気体排出口20を通じて羽根車５の前側へ排出される
ように強制され、一方これと同時に対応的に気体がより
短いリヤベーンとより長いリヤベーンとの間の間隙を通
じてポンプ後側の環状ダクト12へ向かつて排出されるよ
うに羽根車５のリヤベーンを設計することもおそらく可
能である。言うまでもなく、最後に言及された実施例に
おいてリヤベーンが互いに異なる長さにされたこと、ま
たは、各ポンプベーン６に対し２個のリヤベーンが配置
されそれにより各リヤベーンの内端が説明された様式で
曲げられることは必ずしも必要ではない。さらに、この
場合にリヤベーンを全て等しい長さとするが第２図につ
いて記載したものより短かくして第３図のようにし、繊
維懸濁液がポンプ後壁の環状ダクト12へ向って動くと
き、パルプが該ダクトを通って気体排出システムへ逃げ
る恐れなく先行ベーン間隔へ流れるように配列すること
も可能である。

第６図はまた羽根車の複数の気体排出口のための数個
の他の代替形式をも示す。言うまでもなく、これら気体
排出口は複数の独立した円形の孔54または一群の孔55ま
たは多数の孔であつてそれにより見方によれば気体排出
口にフイルタ面が形成されるものであることすら可能で
ある。

さらに、例えば開口を有するベーン隙間の前で回転方
向に運動する羽根車の各リヤベーンに対し排出口56を配
置し、該排出口から案内装置の圧力によつてシヤフトに
向つて流れるパルプが先行ベーン隙間へ排出されるよう
にすることも可能である。前記排出口56は孔、またはベ
ーンのスロツト、ベーンの一端の区域に設けた傾斜面で
あり得る。また、それはベーンと羽根車の後板との間の
開口であり得る。または、それはベーンにおける実際の
切れ目であつてもよい。以上に述べた全ての装置におい
て、案内装置の圧力はそれに隣接するベーン隙間にまた
は低い圧力の区域にあるある他のベーン隙間、即ちもし
案内装置の全圧力領域を考慮すれば最低圧力の区域にあ
るある他のベーン隙間に対してさえ放出される。勿論他
のベーン53、換言すれば回転方向に更に後方にありベー
ン隙間を限定するとベーンと連通する対応する流通路57
を設け、こうして圧力を隣接するベーン隙間に同じよう
に放出することも可能であるが、この作動概念は上述し
た解決法ほどよくはない。

前記のものに加えて、その他のいくつかの代替的構成
であつて添付図面には示されていないものについて以下
言及する。第１に、既に言及されたように、羽根車とポ
ンプのハウジングとの間の間隙は、第６図に示される湾
曲板（閉鎖要素）50が外縁の全長を覆うように延ばされ
て、それにより羽根車の複数のリヤベーンがそれら自体
のリング内部で回転するように、リヤベーンの区域に小
さく構成される。前記リングには複数の孔がベーン隙間
に堆積された材料のポンプへの案内装置への排出のため
に配列される。前記複数の孔は案内装置の主として低圧
区域に位置され、案内装置の圧力はベーン隙間内のパル
プには影響を及ぼし得ない。

案内装置の圧力の作用は、中心へ向かつて案内装置の
圧力によつて発生される力成分がベーン隙間内のパルプ
を加速するのに用いる時間を減らすことによつて、また
は、媒質が気体排出ダクトに達するために流れなくては
ならない距離を増すことによつて小さくされ得る。この
ための第１の試みは、言うまでもなく、ベーン個数の既
に言及された増加であるが、その他のいくつかの方法も
ある。第１に、例えば、羽根車の気体排出口を設けられ
た各ベーン隙間を限定する複数のベーンの外端または少
なくとも１個のベーンの外端を、前記ベーン隙間を限定
する他方のベーンに向かつて強固に折曲げることによつ
て羽根車の外縁において開いている前記ベーン隙間の一
部分の前記外縁に対し並行する寸法を小さくさせ、それ
によつて前述力成分の作用時間が当然短くなるようにす
ることが可能である。前記ベーンの折曲げは、例えばそ
の頂部が前記外縁に並行して他方のベーンへ向かつて延
ばされるように、またはベーンが全体として他方のベー
ンに向かつてより一層曲げられるように手段を講じられ
る。これにより、案内装置の圧力によつてシヤフトへ向
かつて発生される力成分は、羽根車に対し直接作用する
半径方向の力を生じる。言うまでもなく、ベーンは例え
ば１個おきに半径方向に延ばされそして残余が後方へ曲
げられ、それにより、ベーン隙間が外縁の方向に同等の
広さを以て残るか、または外方へ向かつてより狭くなる
ように配列されることも可能である。さらに、リヤベー
ン間に１個または複数の局部的収縮点を設ける、また
は、リヤベーンの形状を波形にすることによつて流れが
羽根車の外縁から気体排出ダクトまで運動する距離をよ
り長くし、それによつて、パルプの運動に対する摩擦力
の減速効果を増すようにすることも可能である。

第7a図と第7b図は羽根車の複数の気体排出口を通じて
羽根車の後側へ流れた各パルプ小片に作用するいくつか
の力を一層明視化する。第7a図はパルプ小片が前記気体
排出口を通つて羽根車の後側へまさに流れた状況、換言
すると、主として遠心力がパルプ小片の運動方向を決定
し従つてパルプ小片は羽根車の外縁へ指向されている状
況、を図示する。第7b図はパルプ小片が外縁の方向から
きわめて強い半径方向力にさらされ、その結果、パルプ
小片も羽根車の中心へ向かつて運動する状況を図示す
る。これら図面において、異なる種々の力は下記のよう
にして参照される： Fc＝遠心力、Fi＝慣性力、Fep＝半径方向（案内装置の
圧力に起因する）、Fb＝リヤベーンからパルプ小片へ及
ぼされる力。また、下付き文字ｒおよびｃはそれぞれ半
径方向成分及び外縁に対して並行の成分を示す。さら
に、前記諸力の合力Ｒの方向は図面において概略的に描
かれており、そして前記合力は描かれたそれから寸法と
方向とに関し実際上相当乖離する。

第7a図に従えば、本発明に基づく構成が適用される遠
心ポンプにおいては、パルプ小片はシヤフトから遠ざか
る方向へ導かれる遠心力と、シヤフトに近付く方向へ導
かれるポンプのボリユートの圧力に起因する力であつて
その強さにおいて前記遠心力より劣るものとにさらされ
る。それに加えて、パルプ小片は慣性力によつて影響さ
れる。慣性力は前記半径方向力の合成効果によつて図面
においては図示方向、換言すると、羽根車に対しパルプ
小片の運動を減速する方向を有する。さらにまた、パル
プ小片は羽根車のリヤベーン、この場合は傾斜したリヤ
ベーン、によつて両半径方向とリムに平行な一方向の力
成分にさらされそれにより、パルプ小片に対し指向され
た力の合力Ｒは羽根車のベーンの接線方向を有する。

第7b図において、パルプ小片は、ボリュートの圧力に
より遠心力に勝るようなシャフトに向う強力な力を受け
る。それにより慣性力がパルプ小片を外縁に従う方向に
羽根車より早く運ぶ傾向を有し、その作用はリヤベーン
の後面によって抵抗され、全ての力の合力の方向はリヤ
ベーンの接線に対して平行になる。本図面はパルプ小片
がリヤベーンと等速になり、リヤベーンがパルプ小片に
及ぼす力がなくなるとき起る現象を特に明らかに示して
いる。この場合シャフトに向う方向の力の作用は消え、
外縁に平行な力の作用は増加し、パルプ小片の方向は外
縁の接線の方向に近づくように変化する。換言すると、
リヤベーンの効果がポンプの後壁の中心気体排出口に先
立って止むならば、パルプ小片の方向はベーンの端を中
心として変化し、パルプ小片は前のベーン隙間に押し込
まれ、その場合には一方においてボリュートの圧力効果
は最低であり、他方において第7a図に従う効果は最高で
ある。

既述の説明において言及されたように、多数の構成が
既に開発されており、それによつて繊維懸濁液が気体排
出システムへそしてその真空ポンプ内へ流れるのを信頼
性を以て防止することが可能である。先行諸構成におい
ては既に説明された理由によつてポンプの外部装置であ
る独立したアクチユエータによつて運転される真空ポン
プを配置することが必要とされた。しかし、今や本発明
は繊維懸濁液のポンプ吸排のために使用されるポンプ、
例えばいわゆる液体リングポンプ、と結合して真空ポン
プを使用する、即ち直接にポンプと一緒に同じアクチユ
エータによつて真空ポンプを使用する、可能性を提供し
た。換言すると、真空ポンプはそれを詰まらせる恐れな
しに、そして厄介な修理を招く恐れなしに、遠心ポンプ
のハウジング内部において同じシヤフトに取付けられ得
る。

最後に、以上記述した説明は本発明に基づくポンプ構
成の若干の実施例を開示するに過ぎず、これらポンプ構
成に関する発明の範囲は、以上説明された最も有利な構
造上の問題解決手段に決して限定されるものではなく、
開示されたこれら問題解決手段によつては単に本発明に
従う方法の実施のためにいかに多くの異なる代替的構成
があるかが示されるに過ぎないことが留意されなくては
ならない。これに加えて、本発明に基づく方法及び装置
は作業間に気体が排出されるすべてのポンプ及び各個の
装置に適用され得ることも注目されなくてはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術に基づく遠心ポンプ及びその気体排出
システムをそれらの断面を以て示す側面図、第２図は先
行技術に基づく遠心ポンプ羽根車の概略背面図、第３図
は本発明の一実施例に基づく遠心ポンプ羽根車の概略背
面図、第４図は本発明の第２の実施例に基づく遠心ポン
プ羽根車の概略背面図、第５図は本発明の第３の実施例
に基づく遠心ポンプ羽根車の概略背面図、第６図は羽根
車の背面から観察したときの単一図面に統合された若干
のその他実施例に基づく構成の概略図、第7a図及び第7b
図は羽根車の後方で各パルプ小片に作用する力を明視化
する概略図である。 図面上、 １……ハウジング ２……吸込口 ３……吐出口 ４……シヤフト ５……羽根車 ６……ポンプベーン ７……後板 ８……後壁 ９……気体排出導管 10……気体排出口 11……リヤベーン 12……環状ダクト 13……空間 14……境界面 20……気体排出口 15……案内装置。

フロントページの続き (72)発明者 ベサ ウィックマン フィンランド国 キミ，ピイリ リーヒ カリオ ザ セカンド (56)参考文献 特開 昭64−15490（ＪＰ，Ａ) 特公 昭42−7225（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ輸送される媒質からポンプによって
   気体を分離する装置であって、吸込口（２）と吐出口
   （３）とを有するハウジング（１）と、前記ハウジング
   の内部に配置されポンプベーン（６）とリヤベーン（1
   1）と気体排出口（10）とを備えた羽根車（５）と、ポ
   ンプの後壁（８）と、ポンプから気体を排出するための
   手段とを有するポンプ輸送される媒質から気体を分離す
   る装置において、前記リヤベーン（11;21;32,32;52,5
   3）は、隣接リヤベーンのベーン間隙における羽根車背
   後の空間内の媒質に向けられた異なる強さを有する力を
   組合せた作用によって発生するポンプの軸に向って半径
   方向内方に向う媒体の流れをポンプの後壁に設けた気体
   排出口（12）に到達しないように案内するか、前記媒質
   の流れを前記気体排出口（12）に到達しないように弱め
   るように配列されることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】羽根車（５）はリヤベーン（11;21;31,32;
   52,53）の数Ｚは Ｚ＞370×sinβ/n に従い、ここでβは羽根車の接線とリヤベーンの平均方
   向との間の角度、ｎは羽根車の回転速度r/sであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. 【請求項３】リヤベーン（11; 31,32;52,53）の数は実
   ポンプベーン（６）の数の少なくとも２倍であり、羽根
   車（５）の気体排出口（20）は、羽根車の後側からみて
   ポンプベーンと重なる位置にあるリヤベーンと回転方向
   にみて次のリヤベーンの間の間隙に置かれていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。
4. 【請求項４】前記リヤベーン（21;31,32;52,53）は該リ
   ヤベーンの延長線がポンプの後壁における中心気体排出
   口（12）と接線をなすようにその内端から羽根車（５）
   の回転方向に対して事実上後方に傾斜していることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。
5. 【請求項５】羽根車（５）の回転方向において羽根車の
   気体排出口に先んづるリヤベーン（32;52）は該気体排
   出口に続くリヤベーン（31;53）より短かいことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の装置。
6. 【請求項６】羽根車（５）のリヤベーンに一つのベーン
   間隙から他のベーン間隙に通ずる流通路が配置されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
7. 【請求項７】羽根車（５）の回転方向において羽根車の
   気体排出口（20）に先んづるリヤベーン（52）の内端は
   気体排出口（20）の前方内縁の形状に従うよう、換言す
   ればフック状にされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の装置。