JPH0518352A - 飽和液体汲み上げ装置 - Google Patents

飽和液体汲み上げ装置

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JPH0518352A
JPH0518352A JP3261407A JP26140791A JPH0518352A JP H0518352 A JPH0518352 A JP H0518352A JP 3261407 A JP3261407 A JP 3261407A JP 26140791 A JP26140791 A JP 26140791A JP H0518352 A JPH0518352 A JP H0518352A
Authority
JP
Japan
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piston
cylinder
liquid
valve
pump
Prior art date
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Withdrawn
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JP3261407A
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English (en)
Inventor
Ivars S Spulgis
アイバース・エス・スピユルジス
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CVI Inc
Original Assignee
CVI Inc
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Publication date
Application filed by CVI Inc filed Critical CVI Inc
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • F04B53/122—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons the piston being free-floating, e.g. the valve being formed between the actuating rod and the piston

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 飽和液体の汲み上げに際してのポンプ内部に
おけるキャビテーションの発生をなくすこと。 【構成】 ピストン１４は筒状のブロック１８であり、
中空の切頭円錐形孔２０を具備している。該切頭円錐孔
２０はその基底部がブロック１８の底部に配向され且つ
そこから上方へと傾斜しつつ伸延して上部に開口し、そ
の周囲に円形のボス部２２が隆起され、これが入口弁手
段２４のためのシール用座部を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液体汲み上げのための機
械的装置に関し、詳しくは飽和液体或いは飽和に近い液
体汲み上げのための機械的装置に関する。
【０００２】
【従来技術】”飽和液体”という用語は本件出願に於て
は相応する蒸気圧力に対してまさに沸点にある液体のこ
とを指す。飽和液体の汲み上げを含む一般的状況は、ガ
スが液状物質の蒸気層である場合に生じる。圧力の減少
或いは温度の上昇の何れかによって、新しい蒸気圧力で
新しい沸点平衡が達成されるまで液体の幾分かが蒸発さ
れる。こうした状況は通常の周囲温度及び圧力状況では
ガス相にて存在するが、良く断熱された低温容器内では
液状のまま貯蔵及び搬送し得、従って圧力を増大させる
必要無くその体積を大幅に減少させ得る極低温流体の貯
蔵及び運搬に際して見出される。水素、酸素或いは窒素
及びメタン或いは天然ガスの如き液状炭化水素の如き液
体要素は極低温流体の一般的な例である。往復ポンプが
そうした極低温流体を容器間或いは容器から任意の他の
使用地点へと移動させるためにしばしば使用される。従
来技術の汎用ポンプはポンプ内部のキャビテーションを
防止するために正味の正の吸い込みヘッド（ＮＰＳＨ）
を維持する必要があることが見出された。ＮＰＳＨと
は、任意の一定の温度での液体の飽和蒸気圧力を上回る
要求追加圧力である。キャビテーションとは、ポンプ内
の移動する液滴の圧力が飽和蒸気圧力以下となる部分で
の、液体内部における蒸気充満空間の形成である。キャ
ビテーションは代表的に、従来技術のポンプの入り口弁
位置に於て液体を排気チャンバー内部に引き込み可能と
する弁の初期開放時に生じる。加速された液体に関連す
る圧力降下が蒸気キャビティを創生し、それがシリンダ
ーのピストン下部に捕捉される。ピストンが圧縮工程に
於て下降するに従い、液体圧力はその飽和蒸気圧力を越
えて上昇されそれにより蒸気キャビティは急激に凝結し
て液体に戻る。破壊されたキャビティは一般に、強い衝
撃、振動、ノイズそして金属表面の急速な腐蝕を引き起
こし、その全てはポンプを損傷し得るものである。簡潔
化のために、ここでは飽和液体或いは液化天然ガスのよ
うな特別に飽和された液体に対する参照だけが為され
る。本発明は飽和に近い液体、即ちポンピングされた場
合にキャビテーションが問題を生じる恐れのある、十分
に飽和状態に近い液体に対しても同様に適用されるもの
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】飽和液体の汲み上げに
際してのポンプ内部におけるキャビテーションの発生を
なくすことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、正味の
正の吸込ヘッドを維持するための設備能力及び流れ制限
を付与することなく、キャビテーション上の問題を実質
的に排除する往復ポンプが提供される。該往復ポンプ
は、液体入口手段及び液体出口手段を具備するシリンダ
ー手段と、前記液体入口手段及び液体出口手段の中間に
あって前記シリンダー手段内部を往復作動し得るピスト
ン手段にして、一般に前記シリンダーと同中心にて該ピ
ストン手段を貫き、前記シリンダー手段の液体入口手段
と液体連通する入口端部及び前記シリンダー手段の液体
出口手段と液体連通する出口端部を具備する液体流れ導
管を具備するピストン手段と、前記ピストン手段を前記
シリンダー手段内部で前記シリンダー手段の液体入口手
段方向に且つその逆方向に往復移動させるための、一般
に前記シリンダー手段の軸方向に沿って往復作動し得る
ピストンロッド手段と、前記ピストン手段の液体流れ導
管の入口端部を液体流入に対して交互に開放及び閉鎖す
るために前記ピストンロッド手段及びピストン手段の液
体流れ導管の入口端部と作動上関連付けられた弁手段に
して、ピストンロッド手段及びピストン手段がシリンダ
ー手段の液体出口手段に向けて移動された場合に閉じ、
そしてピストンロッド手段及びピストン手段がその逆方
向に移動した場合に開放される前記弁手段とによって構
成される。
【０００５】本発明の特定具体例に於ては、新規なポン
プは切頭円錐形状の中空の孔を具備するピストンを含ん
でいる。前記孔は、ピストンがその工程の下死点に達し
た場合にシリンダーの底部から伸延する切頭円錐形状の
排出弁ハウジングを覆って密着状態で嵌合する。前記孔
のトップリムもまた、入口弁ディスクのための入口弁座
として作用する。該入口弁ディスクは、ピストンが前記
下死点から上昇する以前にピストンロッドによって完全
に開放される。ピストンは、上昇し始めるに従い、その
孔及び排出弁ハウジング間のポンピングチャンバーを開
放しそれにより、該ポンピングチャンバー内にそれより
上方にある流体柱の重力下に飽和液体が滑らかに流入す
る。これにより中空のピストンが実質的に静的な液体を
通して上方に移動し、またもし僅かな液体蒸発が生じた
としてもそれによって生じる気泡はポンピングチャンバ
ー内で破壊するのではなくむしろ孔の切頭円錐形状の壁
に沿って上方へと移動し、その時点で尚開いている入口
弁から逃出可能とされることから、キャビテーションは
大幅に排除される。
【０００６】ピストンが上方に移動する以前における入
口弁の完全開放は、保持手段によってピストンをプッシ
ュロッドに連結することによって達成される。フランジ
付きの支柱が、孔の上端を取り巻く保持器内部をピスト
ンから上方に伸延する。前記フランジはプッシュロッド
に付設された弁ディスク上の周囲フランジと係合するよ
うになっている。従って、プッシュロッドの初期の上方
移動が弁ディスクをその完全開放位置へと上昇させる一
方、ピストンそれ自身はシリンダー内の排出弁ハウジン
グを覆って座着された状態に維持される。弁ディスクが
保持器と係合してピストンを上昇させ始める以前に於て
は、液体が充填される排気されたチャンバーは創出され
ず、前記弁ディスクが保持器と係合した時点で入口弁は
完全に開放される。従って、入口弁を排気されたチャン
バーにはじけるように開放しての制限ノズル効果が排除
される。弁ディスクはボールジョイントによってプッシ
ュロッドに付設されそれにより、弁ディスクは切頭円錐
形状の前記孔のトップリムを平坦に覆った整列状態へと
廻動可能とされ、密着シールを形成し且つ及び不整合に
よって生じる損耗を排除する。
【０００７】
【実施例】図１には液化天然ガス（ＬＮＧ）の如き飽和
液体中に浸されたポンプ１０の好ましい具体例の断面図
が示される。ＬＮＧの貯蔵及び搬送の関係者には図面或
いは詳細な説明を要することなく理解されるように、ポ
ンプ１０は物質を液状に保つ必要上、高圧極低温タンク
内部に位置付けされる。同じく関係者には理解される如
く、ポンプ１０は物質を液状に保ち且つシリンダーを液
体水準以下に浸しておく必要上、極低温容器内部に位置
付けされる。またポンプ１０の、以下にもっと詳しく説
明される排出孔がＬＮＧを別のタンク或いは別の使用地
点へと移動させるための搬送ライン或いは分与マニホー
ルドと関連される。そうした関連要素には種々のものが
あり、また特別の形状とする必要も無いことからそれら
は図示されない。ポンプ１０は往復作動型容積ポンプで
あり、シリンダー１２及び往復作動式のピストン１４を
具備している。ピストン１４は図１ではその上死点位置
に於て示されている。シリンダー１２の上方周囲に沿っ
て複数の入口開口１６が等間隔で設けられそれにより、
シリンダーのピストン１４上方内部への液体の流入を可
能としている。ピストン１４は筒状のブロック１８であ
り、中空の切頭円錐形状の孔２０（以下、切頭円錐孔と
称する）を具備している。該切頭円錐孔２０はその基底
部がブロック１８の底部に配向され且つそこから上方へ
と傾斜しつつ伸延して上部に開口し、その周囲に円形の
ボス部２２が隆起され、これが入口弁手段２４のための
シール用座部を提供する。
【０００８】入口弁手段２４は筒状ステム２６を具備
し、該筒状ステム２６はその基底部に平坦なシール用フ
ェース３０を提供するための周囲ディスク２８を具備す
る。該周囲ディスク２８は、ボス部２２に座着すると切
頭円錐孔２０を閉じそこへの液体の送通を止める。筒状
ステム２６はボール連結部によってプッシュロッド３２
に連結される。ボール連結部はボール３８内で終端する
短いロッド延長部３４を具備する。筒状ステム２６はボ
ール３８の寸法形状とぴったり合う球形の底部を具備す
る中空部材４０とロッド延長部３４がそこを貫いてプッ
シュロッド３２と連結される開口とを有している。筒状
ステム２６及び周囲ディスク２８は従って、そのシール
用フェース３０をボス部２２に平坦に座着させるために
ボール３８の周囲を廻動可能とされる。プッシュロッド
３２が適宜のエンジン及びギヤリングによってポンピン
グ動力を提供するべく往復作動されることを理解されよ
う。長いプッシュロッド及び往復ピストン間に剛性連結
部が無いことにより、機械加工、溶接及び組立上の許容
誤差と極低温に冷却された際の変形（不均一な縮み）と
が組み合わさることによって他のポンプに生じる、側方
負荷及びピストンリング及びシールの早期不良発生を招
く応力が排除される。しかしながらこうした”自由浮
動”する往復ピストンは、シリンダーボア内部でピスト
ンリング及びシールに不均一な側方力を生じさせること
なく、それ自身を中心位置決めする。
【０００９】入口弁手段２４は多数のポスト４４を含む
キャッチ手段或いは保持構造体４２によってピストン１
４と作動上連結される。前記多数のポスト４４は各々ブ
ロック１８から上方に伸延し且つ筒状ステム２６の周囲
ディスク２８を越えて伸延する内側に向いたフランジ４
６を具備する。保持構造体４２は周囲ディスク２８をし
て、プッシュロッドの上昇工程に際して前記周囲ディス
ク２８が保持構造体のフランジ４６と係合するまで、往
復ピストンを動かさずに開放可能ならしめそして後、往
復ピストンはプッシュロッドによって図１に示される上
死点位置へと引き上げられる。この位置では入口開口１
６を通してシリンダー内部に流入する液体は、図１に矢
印で示される方向に於てポスト４４の周囲を巡り、切頭
円錐孔２０を貫いてシリンダーの往復ピストンの下方部
分を充満する。シリンダー１２の基底部には切頭円錐孔
２０にぴったり合う寸法形状とされた切頭円錐形状構造
体或いは弁ハウジング５０（以下切頭円錐ハウジングと
称する）が含まれる。従って往復ピストンが下死点にあ
る時、該切頭円錐ハウジング５０は実質的に図２に示さ
れるように切頭円錐孔２０を充填する。切頭円錐ハウジ
ング５０の内部には傾斜付けされた中間セクション５４
を介してより広いチャンネル５６に対し開口する出口チ
ャンネル５２を有している。前記傾斜付けされた中間セ
クション５４はボール弁６０のための座として作用す
る。ばね６２がボール弁６０を座に押しつけそれにより
出口チャンネルを閉じる。下降する往復ピストンが切頭
円錐孔２０及び切頭円錐ハウジング５０間で液体を圧縮
すると、増大された流体圧力がボール弁６０に伝達され
それがばね６２を、そこに捕捉された液体をして出口チ
ャンネルを通して放出可能とさせるに十分に圧縮する。
出口チャンネルを適宜の移送パイプに接続するための、
取り外し得る適宜のフィッティング６４が設けられる。
【００１０】ピストン１４は従来からのガイドリング６
６及びシールリング６８もまた具備する。所望であれば
弾性の、極低温作用と両立し得る”摩擦リング”７０を
設け得る。該摩擦リング７０は往復ピストンが、弁ディ
スクが往復ピストンの弁座に”捕捉され”ポンピングチ
ャンバー内に圧力が蓄積される前にそれ自身の重さによ
って滑り落ちるのを防止する。ポンプ１０の作動シーケ
ンスは上記説明から明らかであるが、本発明の装置がキ
ャビテーションによる気泡を創出することのない飽和液
体のポンピングを提供する利益を有することを認識され
たい。液体は先ず液体コラムの圧力によって生じた重力
だけによってシリンダーの上部に流入することを銘記さ
れたい。ピストンが工程の下死点にある時入口弁は閉じ
られ、液体のコラムは図２に示されるようにピストンの
頂部に止まる。プッシュロッドの初期の上昇により入口
弁は開放されるが、ピストンは動かない。ピストンが上
昇を開始すると、切頭円錐孔を貫いて下方に形成された
空間内部に落下する液体の速度が増大することによって
のみ、圧力差が創出される。ピストンシール摩擦の熱に
よってもし蒸気気泡が形成された場合は、それらの気泡
は（切頭円錐孔の壁にはそうした気泡が捕捉される場所
が無いことから）切頭円錐孔の壁に沿って上方に逃出し
そして入口弁から逃出可能である。
【００１１】工業への適応性ここに説明されたポンプ
は、その末端使用に於て少量或いは中量ではあるが中圧
から極高圧の極低温液体を必要とする極低温工業、特に
正味の正の吸い込みヘッドを入手し得ない、或いは達成
が困難な、或いはポンプを間欠作動させる必要のある極
低温工業における一次用途を有する。以上本発明を具体
例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変更を成
し得ることを理解されたい。
【００１２】
【発明の効果】キャビテーションによる気泡を創出する
ことのない飽和液体のポンピングが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】往復ピストンがその工程の上死点にある状態を
例示する本発明のポンプの断面図である。
【図２】往復ピストンがその工程の下死点にある状態を
例示する本発明のポンプの断面図である。
【図３】図１を線３−３で切断し矢印方向から見た断面
図である。
【図４】図１を線４−４で切断し矢印方向から見た断面
図である。
【符号の説明】
１０：ポンプ １２：シリンダー １４：ピストン ２０：切頭円錐孔 ２４：入口弁手段 ２６：筒状ステム ２８：周囲ディスク ３２：プッシュロッド ４２：保持構造体 ５０：弁ハウジング ５４：中間セクション

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 飽和液体及び飽和に近い液体のためのポ
    ンプ１０であって、液体入口手段１６及び液体出口手段
    ５２、５４、５６、６０、６２を具備するシリンダー１
    ２と、 該シリンダー内部の一般に前記液体入口手段及び液体出
    口手段の中間を往復移動し得るピストン１４にして、前
    記シリンダーと一般に同中心であり、前記シリンダーの
    液体入口手段と連通する入口端部と前記シリンダーの液
    体出口手段と連通する出口端部とを具備し前記シリンダ
    ーを貫く液体流れ導管２０を具備する前記ピストン１４
    と、 該ピストンをシリンダー内部で前記液体出口手段に向け
    た方向及びその逆の方向に向けて往復作動させるため
    の、前記シリンダーの軸方向に一般に沿って往復作動し
    得るピストンロッド３２と、 ピストンの入口端部を交互に開閉するためにピストンの
    前記液体流れ導管の入口端部及びピストンロッドの中間
    に合ってそれらと作動上関連付けられた弁手段２４にし
    て、ピストンロッド及びピストンがシリンダーの液体出
    口手段に向けて移動された時閉じ、そしてピストンロッ
    ド及びピストンがその逆の方向に移動された場合に開放
    する前記弁手段２４と、 ピストンをピストンロッドと連結させそれにより、前記
    弁手段がピストンの液体流れ導管が実質的にその完全開
    放状態に開放されるまで、ピストンがその工程の下死点
    位置から上昇しないようにするための連結手段２８、４
    ２とによって構成される前記ポンプ１０。
  2. 【請求項２】 シリンダーを入口チャンバー及び排出チ
    ャンバーに分割するための、シリンダー及びピストン間
    に配設されたシール手段６６、６８を含んでいる請求項
    １のポンプ。
  3. 【請求項３】 弁手段は液体流れ導管の入口端部におけ
    る弁座３０と、ピストンロッドがシリンダーの液体出口
    手段に向けて移動された場合に弁座と係合するためのピ
    ストンロッド３４、３８、４０の端部に可動に取付けら
    れた弁ディスク２８と、ピストンロッドが液体出口手段
    とは反対側に向けて移動された場合に弁ディスクと係合
    するための前記ピストンにおけるキャッチ手段４２とを
    有している請求項１のポンプ。
  4. 【請求項４】 シリンダー１２と、その側方部が前記
    シリンダーの側壁とぴったりと合うように前記シリンダ
    ー内部に配設されピストン１４と、 ピストンをその工程の上死点及び下死点間で往復させる
    ために該ピストンに連結されたプッシュロッド３２と、 ピストンがその工程の下死点から上死点へと移動する間
    に液体をシリンダーに流入可能とするようになっている
    入口手段１６と、 ピストンがその工程の上死点から下死点へと移動する間
    にシリンダーから液体を押し出すようになっている排出
    手段５２、５４、５６、６０、６２とを含む飽和液体及
    び飽和に近い液体のための往復ポンプであって、 シリンダーの内側底部から立上る切頭円錐形状構造体５
    ０にして、その基底部が、該切頭円錐形状構造体５０の
    軸がシリンダーの軸と同中心になるようにシリンダーの
    底部に付設された前記該切頭円錐形状構造体５０と、 ピストンを貫いて挿通される切頭円錐孔２０にして、ピ
    ストンがその工程の下死点位置にある時前記切頭円錐形
    状構造体５０を覆ってぴったりと嵌合するための寸法形
    状及び方向とされた前記切頭円錐孔２０と、 ピストンの下降工程に際して切頭円錐孔を閉じ、そして
    ピストンの上昇工程に際して前記切頭円錐孔を開放する
    よう前記プッシュロッドに付設された弁手段２４と、 弁手段が切頭円錐孔を開放するまで、ピストンがその工
    程の下死点位置から動かないように前記ピストンをプッ
    シュロッドに連結するための連結手段２８、４２とを有
    することを特徴とする前記往復ポンプ。
  5. 【請求項５】 連結手段は、ピストンに付設され且つプ
    ッシュロッドが規定距離上昇した時に弁手段と係合する
    ようになっている保持構造体４２を含む請求項４のポン
    プ。
  6. 【請求項６】 切頭円錐形状構造体５０に収容された排
    出手段５２、５４、５６、６０、６２を具備する請求項
    １のポンプ。
  7. 【請求項７】 切頭円錐形状構造体５０に収容された排
    出手段５２、５４、５６、６０、６２を具備する請求項
    ５のポンプ。
  8. 【請求項８】 ボールジョイント３４、３８、４０によ
    ってプッシュロッドに付設され、弁手段をして切頭円錐
    孔を覆っての密閉シール効果を奏させるべく廻動可能と
    させるようになっている弁手段を具備する請求項４のポ
    ンプ。
  9. 【請求項９】 ボールジョイント３４、３８、４０によ
    ってプッシュロッドに付設され、弁手段をして切頭円錐
    孔を覆っての密閉シール効果を奏させるべく廻動可能と
    させるようになっている弁手段を具備する請求項５のポ
    ンプ。
  10. 【請求項１０】 ボールジョイント３４、３８、４０に
    よってプッシュロッドに付設され、弁手段をして切頭円
    錐孔を覆っての密閉シール効果を奏させるべく廻動可能
    とさせるようになっている弁手段を具備する請求項６の
    ポンプ。
  11. 【請求項１１】 ボールジョイント３４、３８、４０に
    よってプッシュロッドに付設され、弁手段をして切頭円
    錐孔を覆っての密閉シール効果を奏させるべく廻動可能
    とさせるようになっている弁手段を具備する請求項７の
    ポンプ。
JP3261407A 1991-07-11 1991-09-13 飽和液体汲み上げ装置 Withdrawn JPH0518352A (ja)

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US07/728,461 US5188519A (en) 1991-07-11 1991-07-11 Saturated fluid pumping apparatus
US728461 1991-07-11

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JPH0518352A true JPH0518352A (ja) 1993-01-26

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JP3261407A Withdrawn JPH0518352A (ja) 1991-07-11 1991-09-13 飽和液体汲み上げ装置

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