JPS6010238B2 - 配管系内気流体の脈動防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はコンブレッサ等の脈動源となる機器を備えた
配管系内を流れる気体（以下単に気流体とする。

）の脈動を防止する装置に関する。配管系においては、
ポンプ、コンブレツサ、燃孫バーナ、流量計、弁等脈動
源となるものが配置されるが、特に往復動圧縮機が脈動
源となる配管系において、配管内気流体の固有周波数と
脈動源の周波数が極めて近い場合共振が起り、それによ
る圧縮機効率の低下、あるいは配管系の振動による器材
の破壊等種々の問題が発生する。従来より脈動を防止す
る方法は種々講じられている。

これについて説明すると、まず‘ａ｝配管の長さ変えて
脈動源の周波数と配管内気流体の固有周波数とを異なっ
た値にする方法、｛ｂ’配管の途中にオリフィスを挿入
して流体抵抗としてェネルギを吸収する方法、【ｃ｝配
管の途中にタンクを設ける方法、あるいは【ｄー配管に
分岐管を設けること、‘ｅはたその先端にタンクを設け
る方法等が実施されている。しかし、上記（ａ｝におい
ては脈動源の周波数が変化した場合および／または気流
体の物性が変化した場合に再び共振が発生する欠点があ
り、‘ｂ’‘こおいてはオリフィスは脈動波に対する抵
抗として作用するものの、平均流に対しても抵抗となり
、コンブレッサの消費動力が増大する欠点がある。

【ｃ’の場合は大きなタンクの設置が必要で配管系の製
作、維持コストの増大につながり、｛ｄ｝の単に分岐管
を設ける方法は脈動源の周波数、物体の物性が変化した
場合防止機能を失なう欠点があり、‘ｃ｝の場合はタン
クの設置に費用がかかる等の欠点がある。本発明の目的
は、配管系の抵抗を増大することなく、また脈動源の周
波数の変化および／または気流体の物性の変化によって
も効果を減ずることなく、しかも構造が簡単で安価な脈
動防止装置を提供するにある。

この目的を達するための本発明の要旨は、脈動が発生す
る配管系から分岐管を分岐し、この分岐管内に脈動波に
対し反射率が小〈かつ抵抗係数が配管系よりも大きい抵
抗体を設けた脈動防止装置である。本発明の原理につい
て次に説明する。

配管系内の気流体に脈動が伝ぱする場合、配管系の管端
が閉じていると、管端において脈動波は反射して逆方向
に伝ばされ脈動流速が零となる閉管条件と、これとは反
対に配管系の管端が大気に開放されていたりあるいは大
容量のタンクに接続されている場合に管端において脈動
圧力が零であり、脈動流速が大きくなる開端条件とがあ
る。

また管端が完全に閉じていず、また完全に開放されても
いない状態、例えばオリフィスが管端に存在する場合に
はこのオリフィス閉口率によって上記の閥端条件あるい
は関端条件が現出する。これに関する状況を第１図（日
本機械学会論文集第２部、３４巻、２６８号、Ｐ２１４
０）に示す。すなわち開口率４０％以上では関端条件、
２０％以下では閉端条件となり２０％〜４０％では脈動
の一部が反射する。配管系から分岐管を分岐し、この分
岐管に一枚のオリフィスを挿入した場合も同機の現象が
発生し、このオリフィスの関口率が約４０％以上では脈
動波は反射せず開端条件とならないが、開口率がこれに
満たない場合は閉端条件となり脈動波は反射し分岐管設
置の効果は現れない。すなわちこのオリフィス等の抵抗
体による脈動波の反射率は小さくする必要があり、通常
１０％以下にするのが望ましい。しかし、閉端条件を避
けるために関口率４０％以上の一枚のオリフィスを分岐
管内に挿入した場合は脈動波に対し十分な抵抗とはなら
ず、例えば分岐管の管端部よりの反射の影響が生じて、
脈動防止の効果は小さい。

従って脈動防止のためには分岐管は関管条件を与えるオ
リフィス等の一枚の抵抗体を備える以外に分岐管全体が
脈動波に対し十分な抵抗係数を備える必要がある。

次に脈動波に対する管内の抵抗について説明する。

例えば、分岐管が往復動圧縮機に近い場所に設置された
場合、分岐管は配管系に直管が連結されたのと同じ状態
と考えられ、配管系のインピーダンスをＺ＾、ｒ分岐管
のインピーダンスをＺＢとすると、配管系および分岐管
全体のインピーダンス側、次式孝＝麦十字で表わされる
。に脈動を防止するにはＺｒの値を極めて小さくすれば
よいが、そのためには分岐管のインピーダンスＺＢを極
めて小さくすればよい。

インピーダンスＺの最大値は脈動波の抵抗係数ｆに反比
例する。従って、ＺＢを小さくするには分岐管の抵抗係
数；Ｂを大きくすればよい。この抵抗係数まとは流体の
脈動流速をＶとすると、式△Ｐ＝場Ｖ２‘こおけるまで
あって、一方去＝宏十まである榊Ｚ成仏よりも大計場合
‘ま分岐管を設置してもＺｒをあまり小さくすることは
できないのでＺ８はＺ＾よりも小さいことが必要であり
、分岐管の抵抗係数ｆ８を配管系の抵抗係数ｆ＾よりも
大きくする必要がある。

例えば、分岐管にオリフィスを挿入して脈動を防止する
ためには、開□率４０％以上のオリフイス１枚のみでは
不充分で、抵抗係数まＢを大きくするために、閉口率の
大きい５枚以上のオリフィス望ましくは１の父以上のオ
リフィスを多数間隔を離して抵抗体として挿入する必要
がある。

すなわち、分岐管内の抵抗体の抵抗係数を増加するため
に、抵抗体を１ケ所に集中すると実質的な関口率が減少
して閉端条件が現出するので、これを避けるために抵抗
体を分岐管内の広い範囲にわたって分散して配置し、分
岐管全体の抵抗係数を配管系の抵抗係数より大きくした
構成にしたのが本発明の特徴である。

次に本発明装置について図面を参照してさらに詳細に説
明する。

第２図は本発明装置の基本概念を示す配管系の配置図で
あって、同図において、この配管系は往復勤圧縮機１、
配管２およびタンク３より構成され、ここでは往復勤圧
縮機１を脈動源とすると脈動が配管２内の気流体に発生
している。

配管２には接続フランジ７を介して定容積の分岐管４が
配装される。分岐管４の先端はメクラフランジ６により
閉鎖されている。また分岐管４の内部には抵抗体５（例
えば多数個のオリフイス等）が配置される。分岐管４の
配管２における位置は往復勤圧縮機１の近くが望ましい
が、これは必ずしも必要条件ではなく、配管上の他の位
置に分岐管を配置しても十分な効果をあげることができ
る。一方分岐管４と配管２との接合部分のそれぞれの断
面積の関係は、分岐管４が閉端条件とならないために、
分岐管４の断面積は配管２の断面積の４０％以上が必要
であり、実用上は５０％以上が望ましい。

分岐管４の管長は脈動防止の点のみから考えれば長い方
が望ましいが、実用上では、脈動波長の１／山〆上あれ
ば十分であり、１／１鏡塁度でもかなりの効果をあげう
る。

次に抵抗体５の種々の形式のものについて図面を参照し
て詳細に説明する。

第３図には、開□率４０％以上のオリフィス８と閉口率
４０％以上の円板９とを交互に組合わせて分岐管４内に
抵抗体として配置したものが示されるが、実用上は、オ
リフィス８あるいは円板９のみを多数分岐管４内に間隔
を置いて配置したものも使用可能である。

第４図は分岐管４内に開□率４０％以上の金網１０を多
数間隔を置いて配置し、抵抗体を形成したものであり、
この場合金網１０の代りに多孔板を使用してもよい。

第５図は、分岐管４内に、その断面が連続的かつなめら
かに縮づ・し端部が開放された縮小管１２を複数個間隔
を置いて配置して抵抗体としたものを示す。

この縮少管１２の縮少部１２ａで気流体の脈動流速を大
きくして分岐管４の抵抗係数を増大させたもので、管が
連続かつなめらかに縮小するので縮小部１２ａの関口が
分岐管４の４０％以下でも開端条件とはならない。第６
図はグラスウール等の繊維状物体１３を分岐管４内に充
填した場合を示す図であって、繊維状物体１３をゆるく
充填することにより管内に閉端条件を発生させずに管内
の抵抗係数を増大させることができる。

この繊維状物体１３の代りに、ひも状物体を充填しても
同機な効果が得られる。また図示していないが、テトラ
ポット型、ラヒシリング型、かご型、その他空隙率が７
０％以上の充填物を抵抗体として充填した場合も繊維状
物体を充填した時と同様な効果が得られる。第７図は分
岐管４内に複数のジグザグ板１６を抵抗体として配置し
たものを示し、これにより脈動流が方向変換することに
より抵抗係数を増大させる。

第８図は分岐管４の中間部において、先端方向にその直
径を連続的かつなめらかに縦少させた縮小部１４を設け
、直径の小さくなった分岐管４の先端部に抵抗体１５を
充填した場合を示す図である。

この場合分岐管の径を小さくすることができる利点を有
する。第９図は抵抗体５を内部に配置された分岐管４の
先端はタンク１７を配設したものを示し、この場合タン
ク１７内に存在する気流体の圧縮性により分岐管４の脈
動流速が大きくなるので抵抗体５の効果が増加する。

さらに第８図に示すように、分岐管４を縮小しその先端
にタンクを設置すると、分岐管内の抵抗体５を通る脈動
流速が大きくなってさらに効果的である。第１０図は分
岐管４を途中から先端部へかけて連続的になめらかに縮
小させた場合を示す図で、この場合は脈動流速は分岐管
と配管系との接続部分が大きく分岐管の先端にいくに従
って小さくなるので抵抗体４の抵抗係数を分岐管の先端
ほど増加させたものである。

第１１図は分岐管４にそれより直径の大きい管４′を重
ねて２重管とし、この内に抵抗体５を充填したものを示
す。

これは管を短か〈し装置をコンパクトになし得るという
効果がある。なお、分岐管は必ずしも直管である必要は
なく、曲管、折れ管でもよく必要に応じて使い別けされ
る。

さらに、本発明脈動防止装置においては、分岐管は一本
のみである必要はなく、状況に応じて複数本設置するこ
とにより効果を増大させることができる。

この時もし分岐管内に気流体が停滞することに不都合が
生じる場合には複数の分岐管を互に連結して少量の平均
流を与えるようにするのがよい。次に本発明装置の効果
について、実施例により説明する。

内径２インチ（約５仇肋）長さ２３仇の直管の一端に往
復動コンブレツサを設置し、池端を開放した配管系につ
いて、脈動発生状況を本発明の脈動防止装置の有無につ
いて比較実験を実施した。

その結果を第１２図に示す。第１２図の鎖線で示す曲線
は脈動防止装置なしの場合を示し、この場合、往復動コ
ンブレツサの回転数を変化させると配管の長さが波長の
１′４３′４ ５／４・・・・・・となるときに共振状
態となり脈動圧力が大きくなる。この配管系の往復動コ
ンブレッサ近くの配管系に内径２インチ（約５仇吻）で
長さ８ｍの分岐管を設置し、この分岐管内に空隙率９０
％のプラスチック製テラレットを充填した場合の脈動圧
力を第１２図の実線で示す。

この分岐管内の充填物により、分岐管の断面の関口率は
４０％以上抵抗係数は配管系のそれよりも大きくしてあ
る。この実線で示した脈動圧力のように、本発明の脈動
防止装置を設置した場合の脈動圧力の最大値は脈動防止
装橿を設置しない場合の約２５％に低下している。この
ように本発明の脈動防止装置は周波数または音速が変化
しても共振状態とはならず、脈動圧力を小さくすること
が可能である。以上説明したように、従釆は配管系の気
流体の脈動を防止するために配管系に抵抗を設けて抵抗
係数を増大させる方法等が用いられていたが「 これで
は配管系内の流体の平均流に対して抵抗が大となりポン
プ、コンブレッサ等の消費動力が大きくなるのに対し、
本発明の脈動防止装置においては分岐管内に抵抗を設け
「その際の分岐管内の平均流速は零または極めて小さく
されているので、分岐管内では脈動流だけに抵抗を与え
るように工夫してあるので、配管内の平均流には抵抗を
与えず、従って、簡単な装置で消費動力の増大すること
なく脈動を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は配管にオリフィスを挿入した時の配管の開閉管
条件を示す図である。 第２図は本発明の配管系の配置図、第３，４，５，６，
７および８図は本発明の脈動防止装置の分岐管の種々の
抵抗体の実施例を示す断面図、第９図は本発明の脈動防
止装置の他の実施例を備えた配管系の配置図、第１０図
および１１図は本発明による分岐管のその他の実施例の
断面図である。第１２図は本発明の脈動防止装置による
防止効果を示す図である。１・・・・・・往復動圧縮機
（脈動源）、２……配管、３・…・・タンク、４・・・
・・・分岐管、５・・・・・・抵抗体、８・・・・・・
オリフィス、９…・・・円板、１０・・・・・・金網あ
るいは多孔板、１２・・・・・・縮４・管、１３・・…
・繊維状物体、１５……抵抗体、１６・・・・・・ジグ
ザグ板、１７……タンク。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 脈動源を含む気流体配管系から分岐された定容積の
   分岐管と、 脈動波に対し反射率が小さくなるように断
   面の開口率が４０％以上であり、分岐管の単位長さ当り
   の抵抗係数が小さく、かつ分岐管全体としての抵抗係数
   が配管系の抵抗係数よりも大きくなるように該分岐管内
   の広い範囲にわたって分散されて配置された抵抗体とに
   より構成されることを特徴とする配管系内の気流体の脈
   動防止装置。 ２ 複数枚の開口率４０％以上のオリフイスおよび／ま
   たは円板により前記抵抗体が構成される特許請求の範囲
   第１項記載の脈動防止装置。 ３ 複数枚の開口率４０％以上の網および／または多孔
   板により前記抵抗体が構成される特許請求の範囲第１項
   記載の脈動防止装置。 ４ 空隙率が７０％以上の充填物により前記抵抗体が構
   成される特許請求の範囲第１項記載の脈動防止装置。 ５ 断面が連続的かつなめらかに縮小し端部が開放され
   た複数枚の縮小管により前記抵抗体が構成される特許請
   求の範囲第１項記載の脈動防止装置。 ６ 繊維状物体により前記抵抗体が構成される特許請求
   の範囲第１項記載の脈動防止装置。 ７ 複数枚のジグザグ形の板により前記抵抗体が構成さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の脈動防止装置。 ８ 前記分岐管の管端方向に抵抗係数が順次大きくなる
   ように前記抵抗体が構成される特許請求の範囲第１項記
   載の脈動防止装置。 ９ 前記分岐管に縮小断面部を設けた特許請求の範囲第
   １項記載の脈動防止装置。 １０ 前記分岐管の先端にタンクを設置した特許請求の
   範囲第１項記載の脈動防止装置。 １１ 前記分岐管が１本あるいは複数本により構成され
   る特許請求の範囲第１項記載の脈動防止装置。