JPS6055639B2 - 圧力脈動吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に液体の配管中の圧力脈動を吸収してこれ
を抑える場合、及び抄紙機用ストックインレット（オー
プン形、エアチャンバによる加圧形、コンバーフローの
ようなハイドロリック形等）へ原料を供給する配管中、
又は同ストックインレット中に設けてストツクインレツ
トヘの原料の供給、即ちストックインレット側から出る
原料の変動を抑え均一な製品を得ようとする場合等に利
用でき、前記のうち圧力脈動に対して鋭敏なハイドロリ
ック形の形式のもに特に有効である圧力脈動吸収装置に
関するものである。

従来の圧力脈動吸収装置としてはサージタンク式、アテ
ニユエータ等があるが、先ずサージタンク式は第１図に
示す如く、原料入口１はサージタンク２の下方にあり、
原料出口３は同タンク２の下方で横方向に設けられてい
る。

またサージタンク２内には上方４に圧縮空気を供給し、
タンク２内に原料の自由液面５を設けている。そして原
料入口１の圧力が上昇すると、タンク２上部の空気を圧
縮して液面５が上昇し、これをＤＩＰセル６、６’で検
出する。

原料出口３の圧力はタンク内液面上昇分に加えて、タン
ク上部の空気圧上昇分だけ出口３の圧力が上昇するため
、この出口圧が一定となるようにタンク上部の空気を調
節計７を介して調節弁８から大気中に放出させる。また
原料入口１の圧力が下つた場合は前記と逆の作動をする
ようになつている。ところで通常圧力脈動の対象として
問題となるのは０．２〜３０ＨＺであるが、ＩＨＺ以上
のものは前記のサージタンク式に於けるＤＩＰセル６、
６’では検出困難、もしくは全く検出不能てあつた。

また調節計７を電子管式にしても検出端から操作端の調
節弁８までの作動遅れが１〜２秒はある。更にサージタ
ンク２内の空気容積もあるため、制御系としてＩＨＺ以
上のものには追随し難かつた。これは原料入口１の圧力
の変化に対し、時間遅れがない状態でタンク内液面５が
変化した場合であるが、実際にタンク内液面５が変化す
るためには、タンク２内にある液自身の質量による慣性
が”働くため、高周波の圧力変動に対応してタンク内の
液は変化し難い。従つて主として低周波圧力変動にしか
役立たない。一方Ｏ、ＩＨＺ以下の圧力変動に対しては
原料供給ポンプの回転数制御で対応できる。以上の性能
面の他、液面５が空気相と接す・る自由表面部の所では
タンク内面が汚れ易く、タンク２もストックインレット
と同等位の大きさであるためコスト高となる欠点があっ
た。次にアテニユエータの場合を第２図について説明す
ると、原料入口９の丸形断面を徐々に第２図口に示すよ
うに半円形断面１０に変形させると共に、原料通路１１
の上部に平面部１０ａを設け、ここにゴム製品の膜板１
２を置く。

膜板１２の上部は空気室１３となつており、ここに一定
量の空気が供給されている。また膜板１２の中央上部に
は、中心に穴のあるバイブ状ノズル１４が膜板１２の表
面に近接して設けられており、同ノズル１４は手動絞り
弁を通して外気に通じている。一方膜板１２部を通つた
後の原料通路は再び徐々に丸形断面となつて原料出口１
５に至るようになつている。なお、図中１６は工場エア
源、１７はエアフィルタ、１８は多孔板である。ここで
原料圧力が上昇すると膜板１２が上昇し、同膜板１２に
よりノズル１４の口を閉塞して空気室１３内からの排気
を止める。しかし空気室１３内への給気は空気室上部の
供給口１６から続けられているため、空気室１３内の圧
力は上昇し続ける。空気室１３内の圧力が原料通路１１
の液体側圧力より上昇するか、又は原料通路１１の液一
体側圧力が下ると膜板１２は下降し、ノズル１４を経て
空気室１３内の空気が大気へ排出される。このようにし
て膜板１２が昇降し、これによつて生ずる原料通路１１
の体積変化により原料圧力の変化を吸収する。そしてこ
の体積変化を行なう．ために移動する原料の量は、サー
ジタンク式の場合に比べ流量変化分のみであつて最小と
なつているため、慣性力による遅れは最小となる。また
空気室１３内の圧力制御は、計器を使用せすに慣性の小
さい膜板１２によつて行なつているため追随性がよく、
？ワ以上の高周波の圧力脈動に対して有効であつた。し
かしながらこの第２図の方式に於いて、液体圧力変化が
０．５ＨＺ程度以下に下つた場合は、逆に圧力脈動増巾
器として働く。

例えは原料通路１１ζ側（液体側）圧力が上昇した場合
は、圧力上昇の周期が長いため、工場エア源１６から連
続的に供給されている空気により空気室１３の圧力が上
り、膜板１２の上昇により吸収した液体を押出してしま
うため、液体圧力側は上昇してしまう。また逆に液体側
圧力が長く下つた場合は、空気室１３内の空気が排気さ
れて膜板１２を通じて原料通路の液体を吸い上げるよう
に働らき、液体側圧力は逆に下つてしまう。低周波の脈
動に対する１サイクル当りの変化流量は高周波のものよ
り大きいのが一般であり、これを増巾してはアテニユエ
ータの意味は大きく減少してしまう。また使用時間の経
過と共に膜板１２が伸びて来て、ノズル１４と接する部
分にうねり、皺等が生じ、空気が常に洩れるようになつ
て排気弁の働きをしなくなる。甚だしい場合は、１日た
つとアテニユエータの効果が目に見えて低下しているこ
とが分る。本発明は前記従来の欠点を解消するために提
案されたもので、圧力脈動１？以下のものに対しても減
衰効果が高く、また３０ＨＺ程度までのものに対しては
従来のアテニユエータと同程度の効果があり、しかも長
期的に効果が安定している圧力脈動吸収装置を提供せん
とするものてある。

即ち、本発明は （ａ）液体側の流路の１部に平面部を設け、ここにゴム
板等の質量が小さく容易に変形する膜板を設ける。

膜板で支切られた液体側と反対の側に室を設け、この室
は基本的には密閉室とし、液体の平均圧力に等しい圧力
の気体を封入する。これによつて液体側の脈圧に応じて
膜板を変形させ、液体側の流路に体積変化を与えて脈圧
の変動を吸収する。そして前記室側には気体が封入され
ているため、脈圧の変動周期が高くても低くても脈圧の
吸収にしか働かす、増巾することはない。また膜板の変
形により蓄えられ、又は吐き出される液体は、脈圧に対
応する脈流分のみとすることができるため、液体の移動
に伴う慣性抵抗は最小とすることが可能である。（ｂ）
また膜板を液体側流路の下面に設けて膜板を上下方向に
移動させる。

また前記室には気体が封入されているため、膜板の上下
方向変位に伴い断熱膨張又は断熱圧縮が行なわれ、同室
内の圧力が低下又は上昇する。一方液体側は流路の下面
に設けられた膜板の昇降に伴い、膜板から受ける圧力は
低下又は上昇しなければ一定圧力を保ち得ない。従つて
前記室を液体側流路の下面に設け、同室の体積を適当に
選べば、膜板の位置にかかわりなく液体側の圧力を一定
に保つことが可能である。（Ｃ）また膜板が上限又は下
限に押し付けられることなく、圧力脈動に応じて上下で
きるように液体側平均圧力に見合つた圧力の気体を前記
室に封入するため、膜板の位置をリミットスイッチ、差
動トランス、ポテンシオメータ、近接スイッチ等により
検出し、膜板がストローク端に近づいた時にだけ同室へ
気体を供給又は排出し、その他の位置の時には同室への
給排気を行なわない。

これによつて前述の特長が得られる。（ｄ）前記（ｂ）
項で述べた気体を封入する室の適当な体積は、液体側の
平均圧力によつても変化する。

このため同室又はこれと連結するタンク内に非圧縮性流
体を導入し、運転条件が変つて平均圧力の設定変更が行
なわれた場合にも前記（ｂ）項の特長が得られるように
する。以下本発明の実施例を図面について説明すると、
第３図（イ）（口）及び第４図に示す如く流体通路１９
の断面を変形して下面に平面部２０を設け、ここに膜板
２１を設置する。膜板２１の下側には、空気等の気体を
封入したチャンバ２２が設けられており、チャンバ２２
の体積が不足する場合は、第４図の如くボリュームタン
ク２３に適宜接続する。ボリュームタンク２３には液面
計２４を設けると共に、同タンク内に適宜液体を出し入
れ可能になつている。なお、チャンバ２２には液体側の
平均圧力に等しい圧力の気体が封入されている。膜板２
１は上限位置Ｔから下限位置Ｂまで移動可能であるが、
この上下限位置Ｔ，．Ｂを検出する機構として、第４図
の例ではリミットスイッチによるものを示す。先す膜板
２１に多孔板製の支持枠２５を取付け、この支持枠２５
の中央には支持棒２６か固着されており、同支持棒２６
には作動片２７が取付けてある。そして上限用のリミッ
トスイッチ２８と、下限用のリミットスイッチ２９をチ
ャンバ２２に設け、膜板２１の上限位置では作動片２７
によりリミットスイッチ２８が作動し、下限位置では作
動片２７によりリミットスイッチ２９が作動するように
する。また前記支持棒２６がガイド３０に沿つて上下方
向にのみ動くように、同ガイド３０を多孔板３１を介し
てチャンバ２２に固定する。なお、多孔板３１は膜板２
１が下限位置Ｂに来た時、周辺部は膜板２１のサポート
に、中央部は支持枠２５のサポートを兼用しており、膜
板２１が上下動しても膜板２１の下面部は支持枠２５及
び多孔板３１の孔を介してチャンバ２２内と連通し、同
チャンバ２２内部の圧力と同等になつている。なお、第
４図の３２はドレン抜、３３は安全弁、３４は給気弁、
３５，３６，３７はエアフィルタ、３８，３９は電磁弁
、４０は工場エア源、４１は排気弁、４２は大気放出管
、４３は給水管、４４は排水管である。次に以上説明し
た実施例について作用を説明すると、第４図及び第５図
について液体通路１９の液体側の圧力が上昇し、膜板２
１の下限リミットスイッチ２９が働くと給気弁３４が徐
々に開き、チャンバ２２に接続しているボリュームタン
ク２３に徐々に空気を入れ始める。

次いで作動片２７がリミットスイッチ２９から離れた後
、設定時間経過後給気弁３４は徐々に閉まり、ボリュー
ムタンク２３への給気は徐々に少なくなつて停止する。
次にこれと逆に液体側の圧力が下降して膜板の上限リミ
ットスイッチ２８が働くと、排気弁４１が徐々に開いて
ボリュームタンク２３から徐々に排気を始め、作動片２
７がリミットスイッチ２８から離れた後、別の設定時間
経過後排気弁４１は徐々に閉まり、排気はだんだん少な
くなつて排気を停止する。

このような作動をさせるための空気線図及び電気回路の
１例を第４図及び第５図に示す。

給気弁３４及び排気弁４１を前記のように働かせ、給気
及び排気の設定時間をタイマ（ＴＭＢ）（ＴＭＴ）にて
適宜調節すれば、液体側圧力の設定値を変更しても膜板
２１はその上下限位置の間に置くことが可能てある。ま
た液体側圧力が脈動により上下しても、それに伴う脈流
が膜板２１の上下動によつて吸収てきる範囲内であれば
、膜板２１は上下限位置の間で作動する。このようにし
て液体側の平均圧力と、チャンバ２２の気体圧力とバラ
ンスしている状態に於いて、液体の圧力脈動により液圧
が上昇すると、膜板２１は第４図の１点鎖線の如く下方
にふくらみ、次いで支持枠２５を押し下げる。

この時チャンバ２２内部の圧力が全く変化しなかつたと
すると、液体通路１９内の液圧は膜板２１の下降分だノ
け下がる。ところがチャンバ２２内の気体は膜板２１の
下降分だけ断熱圧縮されて圧力が上昇し、液圧の下降を
防ぐ。

また圧力脈動により液圧が下降した場合も同様である。
このようにして脈圧により膜板２１が上下に移動しても
、チャンバ２２とボリュームタンク２３の合計容積を適
当に選べば、液体側圧力は常に一定にすることができる
。一般に脈動の周波数が高くなると、振巾が大きくなつ
ても１サイクル当りの流量変化は低周波のものに比べる
と小さいため、高周波の脈動に対しては支持枠２５は移
動せず、膜板２１のみが第４図の１点鎖線で示した如く
変形しただけで間に合う。

従つて移動部分が最小となるため、高周波の脈動にも十
分追従できる。以上説明した第３図及び第４図に示す実
施例ては、膜板２１は円錐台形のもので示したが、液体
流量が多くなるに従つて直径の大きい膜板が必要となる
。

しかし本発明は膜板の形状に特長を有するものではない
から、膜板は角錐台形でも、或は伸びの大きいものなら
ば平板形でもよい。第６図は多孔板４５との組合せの場
合を示す。

第３図及び第４図では膜板２１の部分の液体流路１９は
半円形で示したが、これは下面が平面で膜板が取付けら
れればよいから、第６図のような矩形断面でもよい。ま
た円形断面の配管を徐々に膜板部にまて変形させる導入
部、或は流出側接続口は本発明とは特に関係はないので
、液体通路は膜板部の直前及び直後でフランジ接続とし
てもよい。一般に脈動吸収装置は圧力脈動を容易に放出
するようになつているため、一種の開放端のように働き
、従つて定常波の節の部分になり易い。

また通過波に対しては問題ないが、定常波に対しては節
ではなく、腹の所に脈動吸収装置を設けた方が．よいの
で、膜板の直前の流体通路に多孔板４５を設けて、定常
波の節が膜板部に来るのを防ぐようにした組合せ式使用
法も有効である。また第３図及び第４図では支持枠２５
に支持棒２６を設け、これをガイド３０で案内する例を
示，したが、第７図のように支持枠４６にリンク４７を
設けて膜板２１を上下方向に自由に移動可能にすること
も可能である。

また第８図の如く支持棒２６の回りにローラ４８を設け
て、ガイド３０の代りとすることも可能一である。

これは要するに膜板が液圧と空圧の差によつて移動する
際、機械的な抵抗や質量から来る慣性抵抗等の膜板の移
動を妨げる現象を除去してやるようにすればよく、結局
のところ膜板が上下限に来たことの検出が出来ればよい
。次に膜板の位置検出について説明すると、第４図及び
第５図の場合は、膜板２１の上下限位置の検出にリミッ
トスイッチを使用した場合を例示したが、これは他の方
法でもよい。

例えば第９図のように膜板２１のチャンバ２２に面する
側に金属箔等の反射部材４９を貼り付ける等して反射部
を設け、更にチャンバ２２の内側面に投光器５０及び上
下限受光器５１，５２を設けて、膜板２１の・上限及び
下限を検出するようにしてもよい。一方リミットスイッ
チ、近接スイッチ、ポテンシオメータ、サーボモータ、
差動トランス等を使用する場合であつても、第１０図の
ように膜板２１の支持枠４６に連結棒５３をピンで連結
すると共に、同連結棒５３の他端に枢着したスイングア
ーム５４の先端をチャンバ２２の内側面に枢着し、膜板
２１の上下限を連結棒５３に伝え、スイングアーム４を
揺動させてその上下に突出した突出杆５５，５６により
、チャンバ２２の内側面に設けた上下限検出用の近接ス
イッチ５７，５８を作動させるようにして、上下限の検
出をするようにしてもよい。また超音波式位置検出器を
チャンバ２２の底部に設け、膜板２１で反射された超音
波により、膜板２１の上下限位置を検出するようにする
こともできる。

また第４図では給気弁３４及び排気弁４１を設けて、膜
板２１が上限又は下限に来た時排気又は給気を行なうよ
うにしたが、この際これを徐々に始めて徐々に終了させ
るようにすることにより、液体側に外乱を与えなければ
よいから、第４図のダイヤフラム弁に代え、電動弁等を
用いても差支えない。

次に本発明装置をストックインレット装置内に設けるよ
うにすることもできる。

例えば第１１図の如く長網用コンバーフローヘツドボツ
クスに取付けた場合には、ステイリングチヤンバ５９下
面に設けるのが有効である。またボリュームタンク２３
をストックインレット本体内に内蔵、若しくは本体の一
部をボリュームタンクとして利用できるので、圧力脈動
吸収装置及びボリュームタンクのスペースを節約するこ
とが出来る。以上詳細に説明した如く本発明は構成され
ているため、液体側に圧力脈動があつた場合は膜板が上
下するが、同膜板は液体側流路の下面にあるため、液圧
が上つた時は膜板は下降する。

この場合液体の流路内圧力が変化しないためには、同流
路の下面が下つた分だけは膜板が液体を押し上げる圧力
が上昇しなければならない。一方膜板の下には液体側の
平均圧力に等しい気体を封入した室を設けたので、同室
内の気体は膜板が下降した分だけ圧縮されて気体圧力が
上昇する。また液体側圧力が下つた場合はこの逆の状態
となる。このため膜板下方の室の容積を適当に選ぶこと
により、気体の断熱圧縮による圧力上昇と、液体側下面
の位置変化、膜板の変位及び変形抵抗をバランスさせて
液体流路内圧力を膜板の位置に関係なく一定に保つこと
ができる。従つて本発明は従来のサージタンク式に比べ
て、脈動吸収のために移動するものの質量が大巾に減少
しているため、高周波特性が良い。

また空気封入式であるため、計器類の応答性に関係なく
低周波特性はサージタンクよりも容積が小さいにも拘ら
ず、更によくなつている。また価格的にも安価であり、
設置場所の制限も少なく、更に気相と液相の接する所も
ないため汚れは少ない。一方従来のアテニユエータに比
べて低周波の脈動に対しても有効で、例え膜板が延びて
も性能には関係はない。また高周波の脈動に対しては幾
分アテニユエータより劣るものの、インピーダンスから
みて伯数ＨＺ位までは十分有効とみられ、実用上は殆ど
問題はないものである。一般に脈動は低周波から高周波
までのものが複合されて伝播して来るため、従来のアテ
ニユエータの場合は、低周波の１サイクル当りの流量変
化が大きい成分により膜板がストローク的に一杯になつ
ている時には中、高周波の脈動に対しても有効でないこ
とがあり得るが、本発明は膜板のストロークに余裕があ
るためこのような欠点はない。また本発明では、膜板が
所定の位置から下方（又は上方）に変位したとき、膜板
を押す液体側の液圧は、膜板の位置が下方に動いた距離
に応じて液深分だけ増加（又は減少）する。また室内の
空気圧は、膜板が下方に動いた距離に応じて圧縮（又は
膨張）され、増加（又は減少）する。更に膜板が所定の
位置から下方に変位したとき、液圧が増加し、空気圧も
同じく増加するので、膜板が所定の位置に戻ろうとする
力を、従来よりも小さくすることができる。同様に膜板
が上方に変位したとき、液圧は減少し、空気圧も同じく
減少するので、膜板が所定の位置に戻ろうとする力を小
さくすることができる。本発明ては前記の如く所定の位
置に戻ろうとする力が、従来よりも小さくなるので、液
体側に圧力脈動が生じた時に、膜板の動きを阻害する力
が小さく、膜板の動きがより鋭くなり、圧力脈動吸収性
能がよい。

また膜板が所定の位置から外れた位置にあつても、所定
の位置に戻ろうとする力を従来よりも小さく、又は零に
することができるので、膜板はより小さな圧力脈動でも
動いて脈動を吸収できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサージタンク式の圧力脈動吸収装置を示
す説明図、第２図イは従来のアテニユエータの１部を断
面で示す説明図、第２図口は第２図イのＸ−Ｘ断面図、
第３図イは本発明の実施例を示す圧力脈動吸収装置の１
部断面側面図、第３図口は第３図イのＹ−Ｙ断面図、第
４図は配管部を含む第３図イのＺ−Ｚ断面図、第５図は
第４図の場合の電気回路図、第６図は第４図と異なる実
ノ施例を示す要部の斜視図、第７図、第９図、第１０図
及び第１１図は夫々第３図と異なる実施例を示す装置の
側断面図、第８図は支持棒の第３図と異なるガイド機構
を示す側面図てある。 図の主要部分の説明 １９・・・液体流路、２０・・・平面部、２１・・・膜
板、２２・・・気体を封入した室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体の流路の１部の下面に平面部を設けてここに開
   口部を設けると共に、同開口部をゴム板等の質量が小さ
   く、容易に変形する膜板で閉塞し、同膜板の下方に前記
   液体側の平均圧力に等しい圧力の気体を封入した室を設
   けてなることを特徴とする圧力脈動吸収装置。