JP7248515B2 - ピストンポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプに関する。
一般に、揺動管方式のピストンポンプは、例えば図5に示すように、左右一対の吸込吐出口101L、101Rを有するメガネ板108を、輸送対象物が収容されるホッパ101の背壁101bに設けている。各吸込吐出口101L、101Rの背部には、左右の一対のポンプシリンダ104L、104Rが併設されている。
ホッパ101内には、先端部を左右の吸込吐出口101L、101Rに臨む連通位置に交互に切換え移動可能な揺動管102が設けられている。揺動管102は、切換レバー111の揺動駆動により、揺動管軸110の軸線CLまわりに揺動可能になっている。
従来の揺動管方式のピストンポンプでは、吐出と吸込みの切り替えに揺動管102を用いる構造上、図6に模式図を示すように、吐出と吸込みの切り替え時に、同図左側の吐出吸入口101Lから右側の吐出吸入口101Rに揺動管102の連通口102tの位置を切り替える途中で、図6(b)に示すように、吐出側と吸込み側とが連通する瞬間が発生する。
このとき、輸送対象物の一部が、高圧な吐出側のポンプシリンダから低圧な吸込側のポンプシリンダに瞬間的に逆流する。このような逆流が生じると、容積効率が低下して振動や衝撃が発生するおそれある。また、このような逆流が生じるピストンポンプは、並列運転ができないという問題がある。
これに対し、逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプが提案されている。例えば特許文献1に記載のピストンポンプは、上述した、メガネ板の左右の吸込吐出口の間隔を、揺動管の連通口の開口幅以上としている。
そして、同文献記載の技術では、連通口の両側に位置するシール部を有するウェアプレートを設け、両側のシール部を、一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに形成するとともに、ウェアプレートの背面には、揺動管の切替移動時に、対向するメガネ板に対して、ウェアプレートを摺動自在に挟持するガイド板を設けている。
また、例えば特許文献2に記載の逆流防止機構付のピストンポンプは、メガネ板およびガイド板に対するウェアプレートの摺動面に、潤滑剤を供給する潤滑溝を設けている。
特開2002-213348号公報 特開2003-343429号公報
しかし、特許文献1および2のいずれに記載される技術においても、揺動管の連通位置の切替移動時に、メガネ板およびウェアプレート相互が面接触により摺動し、また、ガイド板およびウェアプレート相互も面接触により摺動する。
そのため、揺動管の連通位置の切替移動時における摺動抵抗が大きく、揺動管を左右のメガネ板の吸込吐出口に連結するときに大きな駆動力を要する。そのため、各構成部材および駆動装置の大型化を招くという問題がある。
また、この種の逆流防止機構を有するピストンポンプは、輸送対象物として、建築、土木工事における流動性の乏しい低スランプのコンクリートや土砂、あるいは、下水処理場やし尿処理場等で発生する低含水率の脱水汚泥等の圧送に用いられる。
そのため、高圧圧送になるほど、揺動管の連通位置の切替時に、輸送対象物の高い圧力によってウェアプレートが押される。そのため、メガネ板とウェアプレートとの間に隙間ができて、輸送対象物の漏れ量が大きくなってしまうという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる駆動力を小さくし得て、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替え可能なピストンポンプを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るピストンポンプは、輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、前記揺動管の先端部外周面に当該先端部外周面に対して揺動軸線の方向に相対的にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着されるとともに、前記揺動管の先端の開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、前記揺動管の揺動範囲の全体に亘って前記ウェアプレートの少なくとも外周部を揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するように設けられたウェアプレート支持部と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るピストンポンプによれば、ウェアプレート支持部が、揺動管の揺動範囲の全体に亘ってウェアプレートを揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するので、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる駆動力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に、揺動管を確実に切替えることができる。
ここで、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングを更に備え、前記ウェアプレートは、前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、前記シール部が、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられていることは好ましい。
このような構成であれば、ウェアプレートとウェアリングとを分離した構造なので、圧送圧力が高くなるほど、揺動管の先端部内周面に設けられたウェアリングがメカニカルシールとして機能し、メガネ板との対向面にウェアリングを強く密着させてシール力をより高める上で好適である。
また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記ウェアプレート支持部は、前記ウェアプレートを揺動軸線の前側であって前記ホッパ内側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持する軌道盤と、前記ウェアプレートを揺動軸線の後側であって前記ホッパ外側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持するセットプレートと、を有し、前記軌道盤および前記セットプレートは、前記ウェアプレート側を向く面にそれぞれ形成された凹の転動体装着部に、前記複数の転動体が収容されていることは好ましい。
このような構成であれば、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に、揺動管を確実に切替るウェアプレート支持部を構成する上で好適である。
また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記ウェアプレートは、自身中央に位置する開口部が、前記メガネ板の一対の吸込吐出口それぞれに合致する位置おいて、前記軌道盤に装着された前記複数の転動体および前記セットプレートに装着された前記複数の転動体で前記揺動軸線の前後から、前記ウェアプレートの外周部および内周部が常に支承されるとともに、前記開口部と合致していない側の吸込吐出口の開口を前記ホッパの内部に連通させるように、前記シール部の内周端部および外周端部が、周方向に向けて突設されていることは好ましい。
このような構成であれば、各シール部の左右両側に張り出した端面が、複数の転動体との協働により、揺動管の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレートの内外周部を揺動軸線の前後から常に支承する構成として好適である。特に、左右のシール部の周方向に張り出した端面が、ウェアプレートの回動時に、ホッパ内に満たされた礫等の輸送対象物を滑らかに切断または押しのけるギロチン機能を奏するので、ウェアプレートの回動時における、礫等の輸送対象物の噛み込みによるトラブルを防止または抑制する上で好適である。
また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記軌道盤および前記セットプレートは、それぞれの前記転動体装着部の底面と前記複数の転動体との間に、各転動体を転動可能に保持する受動体が介装されていることは好ましい。
このような構成であれば、受動体および転動体を単純な形状で構成できるので、超硬合金やセラミックス等の耐摩耗材料で構成可能であり、受動体と転動体の耐久性を高めることができる。よって、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替る上でより好適である。
また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記軌道盤は、自身の前記転動体装着部に装着された前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させており、前記セットプレートは、自身の前記転動体装着部に設けられた前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させるように構成されていることは好ましい。
この場合において、例えば、軌道盤の受動体背面およびセットプレートの受動体背面に磁石を装着し、受動体には、その磁性材料がWC-Co系、WC-TiC-Co系、WC-TaC-Co系、WC-TiC-TaC-Co系等の磁性材種の超硬合金を用い、転動体には、WC-Ni系、WC-Ni-Cr系等の非磁性材種の超硬合金、またはジルコニアや窒化珪素等の非磁性材種のセラミックスを用い、受動体と転動体との間に、磁性流体を介在させて潤滑させるように構成することは好ましい。
さらに、上記課題を解決するために、本発明の他の一態様に係るピストンポンプは、輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面とは揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングと、前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、を備えることを特徴とする。
本発明の他の一態様に係るピストンポンプによれば、ウェアプレートとウェアリングとを分離した構造なので、揺動管の先端部内周面に設けられたウェアリングがメカニカルシールとして機能し、圧送圧力が高くなるほど、メガネ板との対向面に強く密着してシール力を高めることができる。さらに、別箇に設けられたウェアプレートによって逆流防止機能を奏しつつ、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替えることができる。これにより、ウェアプレートとウェアリングとを一体構造とした場合に比べて、高圧圧送時であっても、シール力を高めつつ、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替ることができる。
上述したように、本発明によれば、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替ることができる。
本発明の一態様に係る逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプの一実施形態の縦断面図である。 図1のピストンポンプをポンプシリンダ側から見たY-Y断面図である。 ウェアプレートがスラスト荷重を受けるウェアプレート支持部の部分の構造を示しており、同図(a)は図1の要部拡大図、(b)は図3(a)のZ-Z断面図である。 図1のピストンポンプにおける逆流防止機構の作動説明図(a)、(b)、(c)であり、同図は、図1のX-X断面から見た動作のイメージを示している。 従来の揺動管方式のピストンポンプの一例を説明する縦断面図である。 従来の揺動管方式のピストンポンプの作動説明図(a)、(b)、(c)である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態のピストンポンプは、逆流防止機構を有する揺動管方式のものであり、輸送対象物として、例えば、流動性の乏しい低スランプのコンクリートや土砂、あるいは低含水率の脱水汚泥の圧送に用いられる。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
本実施形態のピストンポンプは、図1に示すように、上部に開口するホッパ1を備える。ホッパ1内部には、略S字状に屈曲形成された揺動管2が揺動可能に収容されている。ホッパ1内の揺動管2は、その基端部2bがホッパ1の前壁1fの下部の位置に回動可能に支持されている。
揺動管2の基端部2bには、輸送管接続用のカップリング5が設けられている。カップリング5には、不図示の輸送管が接続され、揺動管2の基端部2bが輸送管に連通するように配置される。
揺動管2の中間部2mの上部には、軸線が水平な揺動管軸10の一端が固定されている。揺動管軸10の一端は、ホッパ1の背壁1bに回動可能に支持されている。揺動管軸10の他端は、ホッパ1の背壁1bの外側に延出され、切換レバー11が固着されている。揺動管軸10の回転中心CL1と、揺動管2の基端部2bの回転中心CL2とは、水平な一の揺動軸線CL上にある。
ホッパ1の背壁1bの下部には、一対の吸込吐出口1L、1Rを左右に有するメガネ板8が設けられている。メガネ板8は、揺動管2の先端部2tが摺接する部分に配置されている。メガネ板8は、ホッパ1の背面側から交換可能に装着される。
揺動管2の先端部2tは、メガネ板8に圧接された状態で摺動する。そのため、揺動管2の先端部2tには、交換可能なウェアプレート(wear plate)12が取付けられている。本実施形態では、メガネ板8およびウェアプレート12には、耐摩耗材が使用されている。
ホッパ1の背部には、メガネ板8の一対の吸込吐出口1L、1Rに対向する位置に、それぞれ一端が開口した一対のポンプシリンダ4L、4Rが、互いの軸線を揺動軸線CLと平行にして取付けられている。
一対のポンプシリンダ4L、4Rは、各ポンプシリンダ4L、4R内に搬送ピストン7をそれぞれ有する。各搬送ピストン7は、不図示の駆動シリンダによって、油圧駆動で交互に往復動されるようになっている。
各ポンプシリンダ4L、4Rは、対応する吸込吐出口1L、1Rが揺動管2との非連通時にはホッパ1内の輸送対象物を吸引し、揺動管2との連通時にはその吸引した輸送対象物を吐出するように駆動される。
図2に示すように、上記切換レバー11とホッパ1との間には、一対の切換シリンダ3L、3Rがアクチュエータとして取付けられている。一対の切換シリンダ3L、3Rは、切換シリンダ3L、3Rの一方が伸長するとき、他方が縮小するようになっている。
一対の切換シリンダ3L、3Rが伸縮に対応して、揺動管軸10が揺動軸線CLまわりに所定タイミングで回動し、揺動管2が所定の回動範囲にて左右に揺動される。これにより、図1に示す、揺動管2の先端部2tが、左右の吸込吐出口1L、1Rのいずれかに臨む位置に交互に移動するようになっている。
ここで、本実施形態のピストンポンプは逆流防止機構を備える。
本実施形態の逆流防止機構は、図4(b)に示すように、メガネ板8の左右の吸込吐出口1L、1Rの間隔が、ウェアプレート12と一体で回動するウェアリング20の開口部20mの幅以上とされている。
そして、ウェアプレート12は、ウェアプレート12の開口部13の左右両端にシール部14L、14Rを有する。左右のシール部14L、14Rは、メガネ板8との対向面と自身とが摺接しつつ回動されるように設けられている。
本実施形態のシール部14L、14Rは、揺動管2の回動方向において、メガネ板8に形成された一対の吸込吐出口1L、1Rの開口幅以上の広さにそれぞれ設けられる。なお、本実施形態において、一対の吸込吐出口1L、1Rの開口形状は円形であり、相互の開口径は同一である。
また、本実施形態のピストンポンプでは、揺動管2の先端部2tに、ウェアプレート12の中央の開口部13と同軸となる位置に、円筒状のウェアリング(wear ring)20が装着されている。本実施形態のウェアリング20は、揺動管2の先端部2tの内周面に、内周面の端面に対してOリング90を介装してインロー篏合されている。これにより、揺動管2のウェアリング20は、先端部2tの内周面とは揺動軸線CLの方向にスライド可能になっている。
また、ウェアリング20の後端面が、メガネ板8の対向面と摺接するように装着される。ウェアリング20の内径の開口形状は円形であり、その開口径は、一対の吸込吐出口1L、1Rの開口径と同一である。本実施形態のウェアリング20は、カップリング5側からの水流による内圧を利用したメカニカルシール機能を奏する。
つまり、このウェアリング20は、非連通位置でカップリング5側からの水流により揺動管2の内圧が上昇すると、Oリング90の介装端面が受圧面となって、ウェアリング20が軸方向背面側に向けて押圧される。これにより、ウェアリング20の後端面がメガネ板8の対向面に向けて押圧されるシール構造になっており、揺動管2の内圧が上がるほどシール力が強くなるように構成されている。
そして、本実施形態のウェアプレート12は、揺動管2の先端部2tの外周面に、当該先端部2tの外周面およびウェアリング20の外周面に対して、揺動軸線CLの方向にスライド可能にインロー篏合され、さらに、メガネ板8の対向面とは摺接するように装着される。
このように、本実施形態では、ウェアリング20およびウェアプレート12の揺動管2の先端部2tとの嵌合部は、それぞれがインロー関係になっており、組み立てる際は、揺動行程の中間位置(図4(b)の位置)で、搬送ピストン7側から各部品を図1に示されている順に軸方向に嵌め込むことで組み立てられる。
ここで、本実施形態のピストンポンプは、ウェアプレート12が揺動管2と共に揺動したときに、メガネ板8の左右の吸込吐出口1L、1Rに合致する位置においても、ウェアプレート12両側のシール部14L、14Rが、複数の転動体を介して支承されるウェアプレート支持部100が設けられている。
以下、ウェアプレート支持部100について詳しく説明する。
本実施形態のウェアプレート支持部100は、図3に拡大図示するように、プレート下部支持部100sと、プレート上部支持部100uと、を有する。プレート下部支持部100sは、ウェアプレート12のシール部14L、14Rの下部に設けられており、揺動管2の揺動の全行程で、複数の転動体を介してウェアプレート12の下部を常時支承する。プレート上部支持部100uは、ウェアプレート12のシール部14L、14Rの上部に設けられており、揺動管2の揺動の全行程で、複数の転動体を介してウェアプレート12の上部を常時支承する。
より詳しくは、プレート下部支持部100sは、図1に示すように、ホッパ1の下部に一体に設けられた、円弧溝状の固定壁18を有する。固定壁18は、側面視が略L字状をなし、その略L字状の内側面には、ウェアプレート12の下部案内用の円弧状の下部軌道盤30が収容されている。ウェアプレート12の背面側には、正面視が半円状のセットプレート40が設けられる。
そして、固定壁18は、略L字状の水平部分の後端面が、ホッパ1の背壁1bの背面側に、背壁1bの背面の上部と面一に張り出しており、背面側から装着される半円状のセットプレート40の下部側の支持部になっている。
図3に示すように、円弧状の下部軌道盤30には、ウェアプレート12の外周部前面との対向面に、複数の窪み穴により転動体装着部30sが形成されている。各転動体装着部30sには、底部から順に、磁石71、凹の半円弧状円筒面を有する受動体51、円筒状の複数の転動体61が挿入されている。受動体51および転動体61は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体81が、転動体装着部30sの凹部内に充填されている。
また、同様にして、セットプレート40の側には、ウェアプレート12の外周部後面に対向して、下部軌道盤30に対向する位置に、複数の窪み穴により転動体下部装着部40sが形成されている。各転動体下部装着部40sには、底部から順に、磁石72、凹の半円弧状円筒面を有する受動体52、円筒状の複数の転動体62が挿入されている。受動体52および転動体62は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体82が、転動体下部装着部40sの凹部内に充填されている。
セットプレート40は、図2に示すように、複数の装着ボルト19によって、ホッパ1の背壁1bの背面(下部に設けられた固定壁18の後端面を含む)に着脱可能にその周囲が固定されており、固定壁18の凹部内の軌道盤17は、セットプレート40を固定する複数の装着ボルト19によって挟持状態で保持されるようになっている。
これにより、本実施形態のプレート下部支持部100sは、ウェアプレート12の下部を揺動軸線CLの前後から複数の転動体61、62を介して常に支承するように設けられる。本実施形態では、ウェアプレート12の前後の複数の転動体61、62による支承範囲は、少なくとも、各吸込吐出口1L、1Rの中心の延長線上の位置まで設けられている。
一方、プレート上部支持部100uは、ウェアプレート12のインロー部の上部の位置に、ウェアプレート12の上部案内用の円弧状の上部軌道盤31を有する。図3に示すように、上部軌道盤31は、装着ボルト19Bによって、ホッパ1の背壁1bに固定される。上部軌道盤31には、ウェアプレート12の内周部前面との対向面に、複数の窪み穴により転動体装着部31uが形成されている。
各転動体装着部31uには、底部から順に、磁石73、凹の半円弧状円筒面を有する受動体53、円筒状の複数の転動体63が挿入されている。受動体53および転動体63は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体83が、転動体装着部31uの凹部内に充填されている。上部軌道盤31の転動体装着部31u内の磁石73、受動体53および転動体63は、セットプレート40を固定する複数の装着ボルト19によって、ウェアプレート12の内周部前面との間に挟持状態で保持されるようになっている。
また、同様にして、セットプレート40の側には、ウェアプレート12の上部との対向面に、複数の窪み穴により転動体上部装着部40uが形成されている。各転動体上部装着部40uには、底部から順に、磁石74、凹の半円弧状円筒面を有する受動体54、円筒状の複数の転動体64が挿入されている。受動体54および転動体64は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体84が、転動体上部装着部40uの凹部内に充填されている。
セットプレート40の転動体上部装着部40u内の磁石74、受動体54および転動体64は、セットプレート40を固定する複数の装着ボルト19によって、ウェアプレート12の内周部後面との間に挟持状態で保持されるようになっている。
これにより、プレート上部支持部100uは、ウェアプレート12の上部を揺動軸線CLの前後から複数の転動体63、64を介して常に支承するように設けられている。本実施形態では、複数の転動体63、64による支承範囲は、少なくとも、各吸込吐出口1L、1Rの中心の延長線上の位置まで設けられている。
ここで、本実施形態のピストンポンプでは、図3に示したように、ウェアプレート支持部100には、上下の軌道盤30、31の各受動体53、54の背面に磁石73、74が装着され、また、セットプレート40の上下の各受動体51、52の背面に磁石71、72が装着されている。
磁石71、72、73、74が背面に装着された各受動体51、52、53、54は、磁性材料がWC-Co系、WC-TiC-Co系、WC-TaC-Co系、WC-TiC-TaC-Co系等の磁性材種の超硬合金を用いている。なお、各受動体51、52、53、54は、転動体61、62、63、64との対向面が、転動体61、62、63、64の円筒状外周面に対応した凹の円筒面とされている以外は、単純な直方体形状である。
また、各部の転動体61、62、63、64は、単純な円筒状のころであって、各部の転動体61、62、63、64には、WC-Ni系、WC-Ni-Cr系等の非磁性材種の超硬合金、または、ジルコニアないし窒化珪素等の非磁性材種のセラミックスを用いている。
受動体51、52、53、54と転動体61、62、63、64間には、磁性流体81、82、83、84を介在されて潤滑させるように構成されている。なお、各部の磁性流体81、82、83、84は同一のものを充填している。
このような構造により、本実施形態のピストンポンプでは、ウェアプレート支持部100は、ウェアプレート12の外周前側を支持する複数の転動体61と、ウェアプレート12の外周後側を支持する複数の転動体62と、ウェアプレート12の内周前側を支持する複数の転動体63と、ウェアプレート12の内周後側を支持する複数の転動体64とをそれぞれ設けて、ウェアプレート12上下の表裏に配置された各転動体装着部30s、40s内で、各部の転動体61、62、63、64がそれぞれ自転する自転タイプとすることで、礫の浸入に強く、また、噛み込み不良の問題も防止または軽減されるようになっている。
なお、各部を支持する複数の転動体61、62、63、64が各転動体装着部30s、40s内で自転する自転タイプに限らず、上下の軌道盤30、31の軌道面に沿って円弧延在方向に複数の転動体61、62、63、64が有限軌道の範囲で転動可能な公転タイプとしてもよい。
なおまた、本実施形態のピストンポンプのウェアプレート支持部100は、ウェアプレート12の外周側と内周側にそれぞれ転動体装着部30s、40s設けた例を示したが、これに限らず、ウェアプレート12の少なくとも外周側に複数の転動体61、62を配置したウェアプレート支持部(つまり、この例ではプレート下部支持部100sのみ)とすることができる。
特に、本実施形態のシール部14L、14Rは、ウェアリング20の開口部20mの左右両側であって、メガネ板8の対向面と各シール部14L、14Rとが摺接する部分が、ウェアプレート12の内周部と外周部がウィング状の形状を呈するように、メガネ板8の一対の吸込吐出口1L、1Rの開口幅以上の広さに左右の周方向に張り出している。
つまり、本実施形態の各シール部14L、14Rは、図4に示すように、シール内周端張出部15nと、シール外周端張出部15gとをそれぞれ有する。これにより、本実施形態のウェアプレート支持部100は、各シール部14L、14Rの左右両側に張り出した各張出部15n、15gの端面は、対応する各部の複数の転動体61、62、63、64との協働により、揺動管2の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレート12の内外周部を揺動軸線CLの前後から常に支承可能になっている。
さらに、本実施形態のウェアプレート支持部100は、左右のシール部14L、14Rの周方向に張り出した各張出部15n、15gの端面が、ウェアプレート12の回動時に、ホッパ1内に満たされた礫を滑らかに切断または押しのけるギロチン機能を有している。これにより、ウェアプレート12の回動時における、礫の噛み込みによるトラブルを防止または抑制できるようになっている。
次に、本実施形態のピストンポンプの動作および作用効果について説明する。
本実施形態のピストンポンプは、ホッパ1内の輸送対象物を圧送する際は、揺動用の切換シリンダ3L、3Rの駆動により、揺動管2を左右方向に揺動させるとともに、2本のポンプシリンダ4L、4R内の搬送ピストン7を駆動して交互に前進後退させる。
これにより、ホッパ1内の輸送対象物が、一方の吸込吐出口1Lまたは1Rから対応するポンプシリンダ4Lまたは4R内に吸入される。このとき、他方の吸込吐出口1Rまたは1Lは、対応するポンプシリンダ4Rまたは4Lが揺動管2と連通し、内部に吸入されていた輸送対象物が、対応するポンプシリンダ4Rまたは4Lの搬送ピストン7の前進により圧送されて揺動管2から輸送管へと吐出される。
連通位置では、搬送ピストン7側から輸送対象物を押し出すときには、揺動管2内で逆向きに作用するカップリング5側からの水流圧(例えば8MPa)よりも大きな力で押し出すことができる。
よって、本実施形態のピストンポンプによれば、2本のポンプシリンダ4L、4R内の搬送ピストン7の前後進の動作に合わせて、切換シリンダ3L、3Rを所定のタイミグで駆動することにより揺動管2を左右に揺動させ、ホッパ1内の輸送対象物を、揺動管2から輸送管を通して連続的に吐出できる。
そして、本実施形態のピストンポンプによれば、ウェアプレート12を用いた逆流防止機構を備えるので、揺動管2を揺動させてその先端部2tを一方の吸込吐出口1Lから他方の吸込吐出口1Rへ(ウェアプレート12を図4(a)の位置から図4(c)の位置へ)、または、他方の吸込吐出口1Rから一方の吸込吐出口1Lへ(ウェアプレート12を図4(c)の位置から図4(a)の位置へ)、切換える過程で、図4(b)に示す途中の位置に達しても、左右の吸込吐出口1L、1R相互が連通する状態が生じることがなく逆流を確実に防止できる。
ここで、この種のピストンポンプは、揺動管がホッパ内の輸送対象物中に没入している。そのため、揺動管を左右に揺動させて一対の吸込吐出口の切り換え動作を行うときの抵抗が大きい。特に、建築や土木工事等における流動性に乏しい低スランプのコンクリートや土砂の圧送、あるいは、し尿処理場や下水処理場等の処理場で発生する低含水率の脱水汚泥の圧送など、ホッパ内の輸送対象物の性状や揺動管の長さ等により切換え時の抵抗は大きく変化する。
これに対し、本実施形態に係る逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプによれば、ウェアプレート12の回動支持構造として、揺動管2の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレート12を上下の軌道盤30、31とセットプレート40の上下に装着された受動体51、52、53、54と転動体61、62、63、64とで支承するウェアプレート支持部100を採用している。
そのため、本実施形態に係る逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプによれば、高圧圧送時であっても、揺動管2を揺動させる力を小さくして、ウェアプレート12の回動動作を円滑にすることができる。そのため、メガネ板8の左右の吸込吐出口1L、1Rに揺動管2を確実に切替ることができる。
特に、本実施形態のピストンポンプによれば、上下の軌道盤30、31の受動体51、53の背面には磁石71、73を装着し、また、セットプレート40上下の受動体52、45の背面には磁石72、74を装着するとともに、これらの受動体51、52、53、54とこれに対向する転動体61、62、63、64との間には磁性流体81、82、83、84を介在させて、各部の受動体51、52、53、54と転動体61、62、63、64間の摺動面を潤滑させるようにウェアプレート支持部100を構成したので、揺動管2を揺動させる力を小さくして、メガネ板8の左右の吸込吐出口1L、1Rに揺動管2を確実に切替る上で好適である。
また、本実施形態のピストンポンプによれば、各部の受動体51、52、53、54および転動体61、62、63、64が単純な形状なので、上述したような、超硬合金やセラミックス等の耐摩耗材料で構成可能であり、各部の受動体51、52、53、54および転動体61、62、63、64の耐久性を高めることができる。
さらに、本実施形態のピストンポンプによれば、ウェアプレート12とウェアリング20とを分離構造としたので、ウェアプレート12の回動動作を円滑にするとともに、圧送圧力が高くなるほど、メカニカルシール機能を有するウェアリング20が、メガネ板8により強く密着して、シール力を一層高めることができる。
つまり、本実施形態のピストンポンプによれば、揺動管2の先端部2tの内周面に設けられたウェアリング20が、メカニカルシールとして機能し、圧送圧力が高くなるほど、メガネ板8との対向面にウェアリング20が強く密着してシール力を高めることができるとともに、別箇に設けられたウェアプレート12によって逆流防止機能を奏しつつ、メガネ板の左右の吸込吐出口1L、1Rとの連通位置に揺動管2を確実に切替えることができる。
そのため、例えばウェアプレート12とウェアリング20とを一体構造とした場合に比べて、高圧圧送時であっても、シール力を高めるとともに逆流防止機能を奏し且つ揺動管2を揺動させる力をより小さくして、揺動管2を左右のメガネ板の吸込吐出口1L、1Rとの連通位置に確実に切替る構成として極めて優れているといえる。
以上説明したように、本実施形態の逆流防止機構付ピストンポンプによれば、高圧圧送時であっても、揺動管2を揺動させる力を小さくして、メガネ板8の左右の吸込吐出口1L、1Rの位置に、揺動管2を確実に切替ることができる。
なお、本発明に係る逆流防止機構付ピストンポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
1 ホッパ
1b 背壁
1f 前壁
1L、1R 吸込吐出口
2 揺動管
2b 基端部
2t 先端部
3L、3R 切換シリンダ(アクチュエータ)
4L、4R ポンプシリンダ
5 カップリング
7 搬送ピストン
8 メガネ板
10 揺動管軸
11 切換レバー
12 ウェアプレート
13 (ウェアプレートの)開口部
14L、14R (ウェアプレートの)シール部
15n (ウェアプレートの)シール内周端張出部
15g (ウェアプレートの)シール外周端張出部
16 加圧ピース
18 固定壁
19 装着ボルト
19B 装着ボルト
20 ウェアリング
20m (ウェアリングの)開口部
30 下部軌道盤
30s (下部軌道盤の)転動体装着部
31 上部軌道盤
31u (上部軌道盤の)転動体装着部
40 セットプレート
40u (セットプレートの)転動体上部装着部
40s (セットプレートの)転動体下部装着部
51、52、53、54 受動体
61、62、63、64 転動体
71、72、73、74 磁石
81、82、83、84 磁性流体
90 Oリング
100 ウェアプレート支持部
100u プレート上部支持部
100s プレート下部支持部
CL 揺動軸線

Claims (7)

  1. 輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、
    前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、
    前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、
    前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、
    前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、
    前記揺動管の先端部外周面に当該先端部外周面に対して揺動軸線の方向に相対的にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着されるとともに、前記揺動管の先端の開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、
    前記揺動管の揺動範囲の全体に亘って前記ウェアプレートの少なくとも外周部を揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するように設けられたウェアプレート支持部と
    前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングと、
    を備え、
    前記ウェアプレートは、前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、
    前記シール部が、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられていることを特徴とするピストンポンプ。
  2. 輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、
    前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、
    前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、
    前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、
    前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、
    前記揺動管の先端部外周面に当該先端部外周面に対して揺動軸線の方向に相対的にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着されるとともに、前記揺動管の先端の開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、
    前記揺動管の揺動範囲の全体に亘って前記ウェアプレートの少なくとも外周部を揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するように設けられたウェアプレート支持部と、
    を備え、
    前記ウェアプレート支持部は、
    前記ウェアプレートを揺動軸線の前側であって前記ホッパ内側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持する軌道盤と、
    前記ウェアプレートを揺動軸線の後側であって前記ホッパ外側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持するセットプレートと、を有し、
    前記軌道盤および前記セットプレートは、前記ウェアプレート側を向く面にそれぞれ形成された凹の転動体装着部に、前記複数の転動体が収容されていることを特徴とするピストンポンプ。
  3. 前記ウェアプレート支持部は、
    前記ウェアプレートを揺動軸線の前側であって前記ホッパ内側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持する軌道盤と、
    前記ウェアプレートを揺動軸線の後側であって前記ホッパ外側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持するセットプレートと、を有し、
    前記軌道盤および前記セットプレートは、前記ウェアプレート側を向く面にそれぞれ形成された凹の転動体装着部に、前記複数の転動体が収容されている請求項1に記載のピストンポンプ。
  4. 前記ウェアプレートは、自身中央に位置する開口部が、前記メガネ板の一対の吸込吐出口それぞれに合致する位置おいて、前記軌道盤に装着された前記複数の転動体および前記セットプレートに装着された前記複数の転動体で前記揺動軸線の前後から、前記ウェアプレートの外周部および内周部が常に支承されるとともに、前記開口部と合致していない側の吸込吐出口の開口を前記ホッパの内部に連通させるように、前記シール部の内周端部および外周端部が、周方向に向けて突設されている請求項2または3に記載のピストンポンプ。
  5. 前記軌道盤および前記セットプレートは、それぞれの前記転動体装着部の底面と前記複数の転動体との間に、各転動体を転動可能に保持する受動体が介装されている請求項2~4のいずれか一項に記載のピストンポンプ。
  6. 前記軌道盤は、自身の前記転動体装着部に装着された前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させており、
    前記セットプレートは、自身の前記転動体装着部に設けられた前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させるように構成されている請求項5に記載のピストンポンプ。
  7. 輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、
    前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、
    前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、
    前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、
    前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、
    前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面とは揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングと、
    前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、
    を備えることを特徴とするピストンポンプ。
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