JP4550373B2

JP4550373B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP4550373B2
Application number: JP2003139628A
Authority: JP
Inventors: 丈夫那須
Original assignee: 那須 ▲丈▼夫
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004316617A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
開示技術は、化学薬品プラント工場、土木建設関係、機械加工工場などの広範囲の産業分野で使用する溶液を計量加圧送供給するポンプ技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示す産業界で広範囲に使用されているピストンポンプやプランジャーポンプは、プランジャー１がシリンダー２の中で前後に摺動してサクションバルブ３から吸引された液が加圧吐出されてバルブ４を経て送液される構造である。プランジャーとシリンダーの間にはパッキング５を必要とするため、液漏れや粒子の入った懸濁液には磨耗が激しく、耐久性などプランジャーポンプ特有の避けがたい弱点となっている。
【０００３】
前記プランジャーポンプの欠点を解決する対策技術として、パッキングのない図２のダイヤフラムポンプが開発されている。しかしパッキングの無い良さのダイヤフラムポンプは機械的クランク式駆動６ダイヤフラム７を介して送液８を吸引バルブ９と吐出バルブ１０を経由して送液する直動式構造で低圧用途に限られ高圧送液は困難な構造である。
【０００４】
前記ポンプの欠点を補うために図３の油圧ダイヤフラムポンプ機構が開発されている。このポンプはプランジャー１１でオイル１２を加圧しダイヤフラム１３を介して間接的に送液１４を加圧しバルブ１５をへて送液する構造であり、ダイヤフラムは単に２種類の液の隔膜としてだけ機能するため高加圧送液できグランドパッキング１６が必要であるが専用オイルであり磨耗も少ない。
【０００５】
しかし前記油圧ダイヤグラムポンプも加圧する腋は潤滑性のオイルでポンプの耐久性は上昇したが円盤状ダイヤフラムを使用しているため、ピストン型ポンプと比較して円盤状のダイヤフラムでは大きさの割に一回の脈動送液量は少なく、送液量を大きくするにはダイヤフラムの直径を大型化する方法が採られている。しかし大型化すると高速運転が難しくなるため、小型のダイヤフラムを複数台組合せる方法があるが、構造が一段と複雑になり用途が限られている。
【０００６】
更に、前記複数のピストンを装備した油圧ダイヤフラムポンプは通常高速回転で稼動させるため、回転を遅くすると吐出量が回転に比例せず減少する傾向がある。すなわち吐出量はピストンの動きに比例しないため吐出速度の計測には流量計を備える必要がある。
【０００７】
そのため、大流量のポンプから複数回路に枝状に分岐配管して多流路に分散送液する方法があるが、各流路の流量調節にはリターンバルブ方式やニードルバルブ調節吐出など高度で高価な制御機構が必要である。また各回路に圧力の差があると設定流量を保時し難く、高圧下では吐出量計測とバルブ調節には高い技術を必要とし、特に送液が懸濁液の場合は消耗も激しく必然的に設備費は高くなる。
【０００８】
従って、大流量のポンプから前記分岐回路方式では多数の圧力の違った回路へ異なった流量で同時に送液する方法は制御が難しく回路数も多く取れないので、結局各回路を小ポンプと流量計を組み合せて送液制御する方が運転は容易になるとされている。
【０００９】
そこで、各回路に小ポンプと個別に流量計を組み合せて制御運転する方法が採られるが、圧力の違った多数の回路へ同時に個別送液することは従来の多数のポンプを搭載したポンププランでは流量管理プラントを直列配管するため多数の流路を並べると設置面積も広く必要であり、また多流路同時送液は運転管理が難しく人手を要する設備であるとして経済的な課題も残されていた。
【００１０】
更に、ポンプの吐出量が毎分５リットル以下の少吐出量の流体を計測するには回路ごとに一段と高度な電磁流量計が必要であり、縣濁液の多流路送液を必要とする薬液注入ポンプなどの分野では、多数のポンプを同時運転には莫大な設備費も掛かり、多流路制御ポンププラントとしては経済的に成り立ち難い。加うるに精密電磁流量計は等速度流体の計測には適するが、脈動流体の計測では誤差が生じやすい欠点もある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
溶液を加圧送液するポンプ機構の多くはピストンポンプやプランジャーポンプ機構が使用されてきたが、宿命的な構造上の欠陥となる接液部に不可欠のパッキングの欠点を克服するポンプの開発が望まれてきた。広範囲の産業ではプランジャー油圧ポンプなどが開発され使われているものの、パッキングの構造的弱点は依然として解決されていないため縣濁液を送る現場ではパッキングの磨耗が激しく致命的弱点とされている。
【００１２】
ピストン型ポンプのこれらの欠点を補うため、多流路送液では大型ポンプで大量に送液して分配する方法でバルブ制御する方法が採られてきたが、流量を正確に制御するためにはシステム全体は高価なバルブ機構と精密流量計が必要となり、ポンプの個別流量を簡便に測定でき、送液量を自由に調節できるポンプの開発が求められていた。
【００１３】
更に、ピストン型ポンプの欠点のないポンプとしてはチュービングポンプやスネークポンプやダイヤフラムポンプなどが開発されたが、これらのポンプ機構もピストン型ポンプのように高圧送液できる機能は無く、限られた分野だけに限定使用されてきた。
【００１４】
ダイヤフラムポンプはグランドパッキングがない構造のため縣濁液にも適するが、機械式駆動のダイヤフラムポンプは高圧送液には不向きであり、高圧に耐えられるダイヤフラムポンプの開発が求められてきた。
【００１５】
更に、プランジャーポンプを動かす駆動機構としてはクランクシャフトやカムなどの機械式駆動機構があり、変速するにはインバーター電動モーター制御やクラッチやギヤー使って行なわれているが、複数のポンプを搭載するポンププラントでは個別制御は複雑で大掛かりで高価な構造になり、小型で簡単な構造で制御運転を楽に行えるポンプ機構が求められている。
【００１６】
また、吐出流量を正確に制御するには、ピストン行程容量が計量升として再現性を持っているピストン型ポンプが使われるが、パッキングの磨耗で送液が漏洩して流量が減少する傾向があり流量計で測定せざるを得ず、ピストンの計量機能を持ちながらパッキングのない耐久性のある計量ポンプが必要であった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
図４に示す特許請求項１の発明の技術は、気体である空気をコンプレッサーで一次圧縮してブースターポンプ１７に送りブースターピストンの往復運動で連結あしたプランジャー１８を往復運動させ油圧オイルや水溶液などの液体１９を二次加圧して膨張させ、ダイヤフラム２０を介して送液目的の溶液２１を間接的に三次加圧し吸引バルブ２２より吸い込んだ溶液を吐出バルブ２３から送液せしめる気液三流体ダイヤフラムポンプ機構により、従来のピストン型ポンプの弱点を大幅に改良した加圧ポンプシステムを提供する。
【００１８】
また、前記気液三流体ダイヤフラムポンプはパッキングがなく接液部無漏型ポンプとなり目的の送液が送液流路は外気に一切接触しない構造であり、溶液、懸濁液、及び酸やアルカリ溶液などの各種薬液に対応できるとともに、サニタリー機能を有する広範囲の用途の使用できるポンプ機構である。
【００１９】
更に、制御し易い安全な空気を動力とするブースターポンプ駆動機構とダイヤフラムポンプと組み合わせることにより従来のピストンポンプに必要とされる安全弁を併設することなくブースターポンプへの圧縮空気の気体として持つ圧力均衡作用でポンプの送液圧力と自動的に圧力バランスがとれるポンプ機構である。
【００２０】
図４に示す請求項２の技術は、前記気液三流体ダイヤフラムポンプにおいて、図２に示す従来の円盤状のダイヤフラム１３ではなくの筒体式ダイヤフラム２０を使用することにより小型ポンプで加圧送液量を大きいポンプを容易に製作できる機構についてである。
【００２１】
図５に示す請求項３の発明の技術は、前記気液３流体ダイヤフラムポンプのダイヤフラムをプランジャー２５が挿入する図４の筒体型ダイヤフラム２０を袋状のダイヤフラムキャップ２６にすることにより円盤面状に往復すること無く膨張して加圧するため小型で簡素なポンプ構造にでき、ダイヤフラムの装着も一端でよくメンテナンスが容易になるダイヤフラムの形状機能についてである。
【００２２】
また、図５に示す他の発明の技術は請求項４の前記気液三流体ダイヤフラムポンプにおいてダイヤフムキャップ２６が収縮時に内側から収縮限界として形状を固定する支保ストレナー２７に関するものである。溶液を加圧するプランジャー２５の行程容積がダイヤフラム２７の膨張する容積として正確に再現されるため、プランジャーの行程当たりの送液量の精度再現性を高めることができ、ポンプは正確な計量ポンプ機能を保つことができる機構についてである。
【００２３】
請求項５の発明の技術は前記気液三流体ダイヤフラムポンプにおいて図６の主ブースターポンプのプランジャー２８の延長線状に補助ブースター２４を搭載し、定期的にプランジャー２８をダイヤフラムのパッキング位置２９から引き抜き、一次液体の微量減少を補充するブースターポンプ加圧液補充機構についてである。ダイヤフラムからプランジャーを抜き差ししてパッキングへ接するまでの間にダイヤフラム内の液３０はポンプ室の液と連通して液が補充され、加圧回路内の液のバランスを保持する機構についてである。
【００２４】
図７に示す請求項６の発明の技術は、ポンププラント３１に多数の前記気液三流体ダイヤフラムポンプと各ポンプの吐出回路に圧力計３９とを搭載し、ブースターポンプ３２と同一軸に上下に重ねるダイヤフラムポンプ部３３を一体型ポンプ機構とし、プランジャーの往復動数を同一プラント上に搭載するコンピューター制御運転機構４０で送液量を演算して記録管理し、圧力情報と合わせて計測記録電送する自動制御運転機能を搭載することを特徴とする気液三流体ダイヤフラムマルチポンププラント設備システムについてである。
【００２５】
前記ポンププラントのポンプの加圧行程長が一定プランジャーは定量の液量をダイヤフラムに送液し正確な量的再現性を持ってダイヤフラムを膨張させて目的の体積の液体を加圧送液できる。すなわちプランジャーの行程体積はダイヤフラムの膨張した体積と同量であり、プランジャーの行程回数を数えればポンプの送液量として計算できる。したがって従来のマルチポンププラントのように送液配管の途中に大型設備である流量計を別置きで併設する必要が無く、ポンププラントには圧力計と正確な計量機能を持つポンプと記録管理する自動制御運転機器を搭載して、工法に必要な加圧ポンプ設備を小型箱形形状のプラントに全て搭載したので設置面積を大幅に減少でき、プラントの簡素化と相まって経済的な設備を供することができた。
【００２６】
図８に示す請求項７の発明の技術は、二次溶液加圧のブースターピストン４１で稼働する二次ポンプ室４２と分離して設置した三次溶液加圧のダイヤフラムポンプ４４とを、自在に曲げられる配管４３により配管接続したメンテナンスの楽な分離型ポンプ機構についてである。すなわちプランジャー軸の方向とダイヤフラムポンプ軸の取り着け角度を自在に選定できるため、多数のポンプを搭載するポンププラントでは動力部ステージとポンプステージに二段に分けて配置できるためポンプはポンプバルブ４５を送液配管と接近させて配置でき構成とメンテナンスが容易なプラント内の配置構成を自在にできる優れた特徴を有する。
【００２７】
請求項８の発明の技術は、前記ポンププラントにおいて、ポンプからの二種類の異なった配管液を比例混合するときに搭載する多数のポンプの半数ずつが別々の異なった液体を加圧できるようにプラント内に供給配管を２本設け、供給される溶液が単一溶液の場合は双方の管の間に設けた電動弁を開けて全ポンプが単一溶液を給液して加圧送液するように配管制御機構を搭載して送液方法を自在に選定できるようにすることである。
【００２８】
請求項９の発明の技術は、前記ポンププラントにおいて搭載した多数の運転中のポンプに影響を与えることなく個々のポンプの運転開始、休止、停止を自在にでき、更に個々の積算流量を単独に終結し記録整理できる制御機構を搭載することを特徴とするマルチポンププラントシステムについてである。
【００２９】
請求項１０の発明の技術は、同一回路に多数のポンプ流路を計画的に自在に設定合流させて混合送液できる同調運転制御システムをプラントに搭載するシステムについてである。すなわち送液が一種類の場合は単独ポンプ運転や３台以上の複数台同一回路運転など２ポンプ交互運転、３ポンプ同時運転、３ポンプ周期運転などが選択でき、二種類の液を混合する場合には、半数ずつのポンプで異なった二種類の液を送り、２ポンプ混合、２ポンプ同調運転や比例混合運転など、２台以上のポンプを組み合わせて自在に組合せて設定できる多数ポンプ同調運転制御できるようにし、自在に回路の流量を増やして大容量の複雑混合送液できる機能を備え、従来のクランクシャフト駆動のピストンポンプでは不可能である比例制御運転機構を持つポンププラントについてである。
【００３０】
請求項１１の発明の技術は、前記ポンププラントが各ポンプの運転計画を事務所で作業工程計画に沿って事前にパソコンに打ち込み、遠距離から無線または有線で現場のプラントに搭載または併設した自動制御運転管理装置に作業前にインストールできるシステムについてである。すなわち、作業計画をインストールしたポンププラントは施工計画に従い開始スイッチ入れるだけで自動制御運転を開始し複数のポンププラントの運転管理情報は中央管理装置に伝送して記録し分析することができる情報通信機能を供えた制御運転管理機能を有するシステムポンププラント設備である。
【発明の実施の形態】
発明が実施しようとする形態は図面を参照して説明すれば以下の通りである。
【００３１】
図７に示す実施の発明の形態は、出願のシステムの原理態様を示すもので地盤改良工法に使用する薬液注入工法に使用する目的で立体的に配置された多数の施工地点に配管し、気液三流体ダイヤフラムポンプを１６台搭載して同時に多流路に加圧送液できるようにしたマルチポンププラント設備例である。
【００３２】
また、前記プラントには２本の薬液供給管３４と洗浄水管３５の配管に電動式三方行弁３８をポンプごとに配置し、タッチパネルコンピューター制御運転管理機構４０を搭載して自動運転制御開閉操作できるようにした。
【００３３】
更に、前記プラント内には異なった二種類の液を使えるように供給液３４と洗浄水官３５を搭載配置し、薬液は三方向弁４５を経て送液管３６を経て吐出口３７から各ポイントに送られる。ブースターポンプのプランジャーの運行回数を計測して流量を記録管理制御し、各ポンプの送液管には圧力計３９を配置して個別の送液加圧力を測定して施工に必要な管理データーを同一プラント内で計測処理機能を備えている。
【００３４】
また、ポンププラントに圧搾空気を送りブースターポンプ機構によりピストンを上下運動させるために圧力制御運転が自動的に行われる優れた機構を有し、個々のポンプを個別制御運転でき、使用する現場状況に応じて空気の圧力の設定を変えることにより、送液の速度、制限圧力など広範囲の制御設定自動運転が可能となった。
【００３５】
図８は前記ポンププラントにおいて、ブースターポンプ４１と離れた位置にあるダイヤフラムポンプ４４とを遠距離配管で接続した方式のブースターポンプとダイヤフラムポンプの分離方式プラント配置例を示す断面図である。ブースターポンプから一次加圧液を離れた位置のポンプに送れる機構により、供給配管からきわめて近い配管から溶液が供給でき、ポンプの吸引吐出量バルブ４５を経て加圧送液できる気液三流体ポンプ特有の優れたポンプ機構をそなえている。すなわち多数のポンプを搭載するプラント内の構成部品の配置自由度を拡大できるため、コンパクトでメンテナンスも容易なポンププラントとなった。
【００３６】
前記プラント内配管は図９に示す配管図のように供給配管と洗浄水配を行い、各ポンプへの多数の配管と二方向弁では電動バルブの操作が複雑になり手動操作では誤作動操作が生じやすく三方行弁を採用してバルブ数を減らし配管を簡素化した。そこで多数のポンプを同時に正確に運転制御するために電動バルブと自動運転制御機構を同一プラント上に搭載することによりマルチポンププラントの性能が引き出せることができた。
【００３７】
前記プラント内の図９の配管の詳細を説明すると、の二種類の流体を供給できる配管Ａ４６，配管Ｂ４８と水供給管４７を備えたＢ液の配管のバルブ４９を開けてサクションバルブ５１を経由してポンプ５２に供給し、加圧されて圧力計５３に計測された後にデリバリーバルブ５４を経由して送液される。同様にＡ液配管のバルブ５５からポンプ５６で加圧されデリバリーバルブ５７を経て送液され、ポンプ５２からのＢ液と比例配合して一つの流路となる。また送液が一種類の場合にはバルブ５０，６０を開きＡ、Ｂ管を連結して運転する。このように図の左右列のポンプを個別に或は自由に選定組み合わせて運転できる制御運転機構を搭載したポンププラントになっているので、作業の終了したポンプはバルブ５８，５９を開いて配管の洗浄を自動的に行うよう運転設定できる。
【００３８】
また、前記自動運転制御機構は複数ポンプを同一回路に制御運転して平滑な整流吐出や自動運転制御機構を搭載したポンププラントは複数のポンプを組み合わせ同一流路として調整加圧送液できるだけでなくバルブを操作して順繰りにポンプを一定間隔で加圧開始運転することにより、流路のなめらかな圧力の連続性が確保できブースターポンプの特性である吐出圧力と自動的にバランスする機能も加わって吐出速度の定總土圧力自動制御送液が可能となっている。
【００３９】
更に、送液が単一溶液の場合１ポンプ脈動運転、２ポンプ交互運転、３台以上の複数台同一回路逐次循環運転などが選択でき、二種類液混合液や、比例混合液を送りたい場合は、現場の状況に合わせるコックの切り替えの間違いが生じ易いため、配管の操作自動制御により多数のポンプの組み合わせを自在にできる運転が可能になった。
【００４０】
従って、搭載した自動運転制御機構を使えば異質二種類液を混合送液でき、２流路２ポンプ交互運転、２ポンプ同時脈動運転、４ポンプ整流混合運転など組み合わせを設定でき、比例混合送液が自由に送設定できる。
【００４１】
更に、制御前記ポンププラントは各ポンプの吐出圧力と流量を計測するセンサー類と自動運転制御管理装置を同一プラント内に搭載した管理運転機構を備え総合ポンププラントシステムを構成し、タッチパネル上で多数のポンプの運転計画をインストール設定し、計測器の値を数値表と、グラフ表示画面上で比較検討することが出来る。運転装置は１６台のポンプを搭載したポンププラント二組を距離の離れた位置に分離して配置して運転制御装置ＣＣリンクケーブルで結び、他のプラントが休止中も他のセットは個別に連続的に運転稼動させることができる分散制御運転管理システムを採用した。
【００４２】
【発明の効果】
以上、この出願の発明である気液三流体ダイヤフラムポンプを搭載したプラントシステムは地盤改良工法に使用する薬液注入工法に使用する目的で立体的に配置された多数の施工地点に配管する複雑な作業が自動運転により作業工程が簡略化されて著しく合理的化できた施工能率の効果を奏することができる。
【００４３】
気液三流体ダイヤフラムポンプを搭載したプラントシステムは従来にない幅広い材料を送液でき、また多様なポンプ機能を具備したマルチポンププラントは同時に多流路を自在に比例配合して流量を調整して加圧送液できるようになり、仮設から恒久用途まで幅広い分野に適応できるポンププラント装置を提供できた。
【００４４】
当自動運転システムの使用により小員数で作業でき、管理業務の大幅な省力化が進み工期を著しい短縮化でき、工事費の削減に結びつく優れた効果がもたらされるだけでなく、デジタル制御技術の電送制御技術を駆使する自動運転のポンププラントにより将来予想される大規模の液状化防止地盤改良工法分野での施工技術に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プランジャーピストンポンプの構造断面図。
【図２】クランクシャフト駆動ダイヤフラムポンプの構造断面図。
【図３】油圧ピストン駆動ダイヤフラムポンプの構造断面図。
【図４】気液三流体筒体型ダイヤフラムポンプの構造原理説明図。
【図５】気液三流体袋状筒体型ダイヤフラムポンプの構造原理説明図。
【図６】気液三流体ダイヤフラムポンプの補助ブースター機構説明図。
【図７】気三流体ダイヤフラムポンププラントの構造原理説明図。
【図８】気液三流体ポンププラントの分散配置機構説明図。
【図９】気液三流体ポンププラント内制御配管システム説明図ｇ。

Claims

気体である圧縮空気をコンプレッサーで一次加圧して離れた位置に送り、ブースターポンプのプランジャーピストンをシリンダー内でパッキングにより封止された状態で動かし液体を二次加圧して、ダイヤフラムを介して送液目的の溶液を三次加圧し間接段階的に加圧送液せしめる気液三流体ダイヤフラムポンプであって、
前記ダイヤフラムを、袋状のダイヤフラムキャップと、ブースターポンプに接続され、ダイヤフラムキャップの内壁に密着接する筒体型のダイヤフラム支保機構とから構成しで全体として筒構造とし、
前記ブースターポンプのプランジャーピストンをダイヤフラムキャップ内で往復運動させることにより前記ダイヤフラム支保機構へ液体を送って前記ダイヤフラムキャップを膨張させ、当該ダイヤフラムキャップの外周にある送液目的の溶液を間接的に三次加圧して送液させるようにし、
前記ダイヤフラム支保機構は、前記ダイヤフラムキャップが内圧で膨張する加圧吐出過程を経て吸引行程終了の最縮小形状時に、前記ダイヤフラムキャップの内壁に密着接し、
前記ブースターポンプの軸の延長線上に補助ブースターを備え、加圧ブースターのシリンダーの最上停止位置を変えてプランジャーピストンをシリンダーから引き抜き、パッキングの上と下の部分を連通接続して、一次加圧用液体の減少を補充する加圧液補充機構を備えることを特徴とする気液三流体ダイヤフラムポンプ機構。
前記気液３流体ダイヤフラムポンプのブースターポンプと離れた位置に任意の方向に分離して設置するダイヤフラムポンプとを自在に曲げられる配管で遠距離駆動させ、セパレート型としたことを特徴とする請求項１記載の気液三流体ダイヤフラムポンプ機構。
請求項１に記載の気液三流体ダイヤフラムポンプ機構を多数搭載したマルチポンププラントであって、
各ポンプのプランジャーの加圧工程回数からポンプの吐出量を計算して運転記録管理する制御運転管理機器を併設または搭載することを特徴とするマルチポンププラント設備。
前記気液三流体ポンププラントにおいて、半数ずつのポンプが別々の異なった液体を加圧できるように供給配管を２本設け、制御機構を併設または搭載したかつ双方の管の間に設けた弁を開閉して全ポンプが同一溶液を加圧送液できるようにすることを特徴とする請求項３記載のマルチポンププラント設備。
前記気液三流体ポンププラントの自動運転中にも個々のポンプの運転を休止し、運転管理設定を変更後に再運転可能とするマルチポンプ制御運転機構を備えることを特徴とする請求項３記載のマルチポンププラント設備。
前記気液三流体ポンププラントにおいて、送液が同一溶液の場合１ポンプ単独運転や２ポンプ交互運転、３ポンプ同時運転など複数台を同一流路に多数のポンプ流路を自在に混合送液制御運転できるようにし、異質二種類の液を混合加圧送液の場合には２ポンプ交互運転、２ポンプ同時運転や比例混合運転など２台以上のポンプを組み合わせて比例混合送液するなど、目的に応じ多数のポンプを自在に組合せて設定運転できる制御運転機能を備えることを特徴とする請求項３記載のマルチポンププラント設備。
前記気液三流体ポンププラントにおいて、搭載または併設した自動制御運転管理装置に各ポンプの運転操作計画ソフウトを事前に遠距離から無線または有線でインストールして遠距離自動運転制御できる情報通信機能を持たせることを特徴とする請求項３記載のマルチポンププラント設備。