JPS631507A - 流体と固体粒子のミキサー及び流体と固体粒子の混合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は粉末ｔＡ料を液体と混合する装置、特に粉末セ
メントと水を混合する装置に関する。本発明は特に油井
、ガス井、地熱井等にセメントを流し込む技術に利用す
るよう計画されている。

（従来の技術） このような技術は例えば米国特許第１４８６８８３号（
１９２２年）に記裁しているように長年存在してきた。

優秀な混合性能と洗練された製造技術を多くの公報につ
いて調査した結果、最も注目すべきものは米国特：ＩＴ
第４，４５３．８２９号である。

この公報は１個のケーシングの中に２個のローターを連
結しているミキサーであって、ケーシングの上部の中心
に在る孔を通って単に重力によって上部ローターがその
中心に粒状材料を受け入れるミキサーについて説明して
いる。ローターは前記材料を周囲ゾーンに向って抛出す
る。液体は下部ローターの下側の中心孔を通って到若し
、且つローターの中心から引き入れられ且つ遠心力作用
によってローターの周辺に分配される粒状材料と液体の
混合作用は２個のローターの間の周囲ゾーンで生じ、混
合物は適当な排出システムによってケーシングを通じて
引張り出される。上述のミキサーは粒状材料が砂で液体
がゲルであるとき末分満足に作動する。

（発明が解決しようとする問題点） しかし前記ミキサーの作動は例えばセメントのように非
常に微細なものと水の場合に余り満足でなかった。

先ず第１に微細粉末は装置の周囲の混合域に自由に存在
するかなり多量の空気を捕捉する。この空気は上部ロー
ターによって遠心力作用を与えることができない、した
がって完成した混合物と共にケースから出ることができ
ず、この地域に集り徐々にミキサーの作動を妨げる。

第２に、このような砂はそれ自身を単に重カマ上部ロー
ターに送らせるが、微細粉末の場合はそうならずに、そ
の密度が低いためにこのゾーンにおける圧力を不平衡に
する。

更に、前記装置は完成混合物の密度を容易に調節するこ
とができない、また油井にセメントを流し込む作業の成
功率は使用するセメントの正確にして容易な密度制御に
よって変ってくる。

本発明の目的はたとえ微細粉末でも非常に満足に作動で
きるミキサーを提供することである。

本発明は特にセメント粉末に適しｎつ簡単に正確に密度
を制御できる上述のミキサーを提供するように計画され
ている。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るミキサーは“渦巻型”又は“遠心型”であ
り、次の部品を含むケーシングを倫えている。粉末材料
（又は第２液体）を投出する遠心ローターを備え、この
ローターの遠心面はケーシングの一つの壁に対し半径方
向である（好適な生産方法はローターを土壁の方に向け
ている。）口−タ−面とケーシング璧がケーシングの側
壁と共に“混合域”を形成し、この混合域の周りで流体
（混合してある場合と無い場合）が高圧力によって自由
に循環し、前記ローターの周囲ゾーンに送る高圧流体供
給システムを備え、且つ前記混合域と直接連通ずるホ゜
ツパーすなわちバックアップフィードを有する粉末材料
供給システムを備えている。

本発明は前記混合域の高圧周囲ゾーン内に一定（非常に
高い）の負圧を発生することによって粉末材料を圧送で
きる。

これは高圧周囲ゾーン内に１部分を配置した粉末材料供
給装置によって行われ、該装置の端緑がケーシングの壁
から長く突出し、そのため流体の流れの中に局部乱流を
発生し■つ前記端縁の下流に負圧ゾーンを発生し、該負
圧ゾーンが粉末材料バックアップフィードと連通してい
る。

下流負圧ゾーンは調節式バルブによってバックアップフ
ィードすなわちホッパーと直接連通ずる効果を有する。

一つのデザインにおいて、このディスターバーはロータ
ーシャフトに対し段違いになった円筒状パイプからでき
ている。

別のデザインにおいて、前記デイスターバーは前記ロー
ターと同心の円形パイプ（シュラウド）であり、なるべ
《下方に末拡がりになっている。

ケーシングから空気を排出する装置が設けられ、且つ好
適な実施例において、本発明に係るミキサーは米国特許
第４，４５３，８２９号に記載の型式のものであり、粉
末材料投出口−ターに連結した流体遠心ローターを袋着
している。

それにも拘らず、本発明は流体と固形粒子で作動してい
るすべてのミキサーに応用し、液体を送り出す孔をｔｊ
ｉった高速ローターを収容するケーシングと、液体と粒
子の混合物が大気圧以上の圧力で引張られる排出ダクト
を有する固形粒子供給システムを包含している。本発明
によれば固形粒子供給システムがケーシング壁からの突
出物としてミキサーの内側に達し且つローターの作用に
よって流体が高速回転しているゾーンに達する。また本
発明は２種の液体の混合や固形粒子と飽和液体の混合も
行うことができる。

本発明に係る粉末材料供給システムにおいて、混合法を
１個のパラメータ例えば粉末材料共給速度によって調節
することができる。このため初めて全自動法をセメント
ミキサーに適用することができる。

本発明の供給システムは現在のミキサーによって得られ
る以上の高性能ミキサーを作り、且つ次の理由によって
性能が良い。

第１に前記システムは粉末材料を引き入れるためミキサ
ー内に存在する流れの力と速度を直接使用する。

史に粉末飼料が直接最良効率の混合を行う高乱流ゾーン
に導入される。かくして前記材料は同伴空気の大部分を
捨てることができる。

１例として前記負圧ゾーンは一〇，６バールであり、そ
れに対し既存のものは２．５バール以下であり、この負
圧は空気式や重力式を含む色々の粉末材料の供給システ
ムの使用を可能ならしめる。

本発明のその他の特徴と効果が次の説明から明らかとな
る。図面を参照する。

（実施例） 第４図は本発明の全般的、実施例を示す。遠心力ミキサ
ーは内部をローターＢが高Ｊ＆でロ転しているケーシン
グＡを備え、ダクトＣから供給される液体が１個又は数
個の混合地区Ｆの中で高速回転状態にさせられるように
なっている。本発明はこれらの混合地区の中の少くとも
一つの混合地区において負圧を発生して固形粒子をミキ
サーに送り、また一方固形粒子供給装置Ｄがケーシング
の壁から離れて取付けられた適当なデザインになる装置
によって直接混合地区Ｆに送る。

本発明によって作られた実施例の詳細を示している第１
図乃至第３図を参照する。

第１図において、ミキサー１は粉末材料を放出する上部
ローター３（スリンガーとも称する）と、遠心作用によ
って液体を加圧する下部ローター４（インペラーとも称
する）とを包含するケーシング２を備えている。

ケーシング２は取付部品５を使用して組立てを容易にす
るため数個の部品から作られている。好適な実施例にお
いて、前記ケーシングは下壁６と上壁７と壁８からなり
、その下璧６と上壁７は実質的に扁平な円形であり、壁
８は円形である。

口−ター３とローター４は取付部品９によって互いにし
っかりと組立てられ且つローターシャフト１０の端部に
据付けられている。この組立体はケーシング２やシャー
シーに固定したブラケット（図示せず）に取付けられた
モーター１１によって駆動される。

下部ローターはその回転によって渦を発生し、この渦が
下壁６の中心に在る下部オリフィスｌ４の地区にサクシ
ョンゾーン１３を作り出すように設計されており、入口
１５（水のための入口又は更に一般的にはできれば飽和
した液体又は付加剤を含む液体のための入口）がこのオ
リフィスに取付けられ、水が引き入れられ且つローター
４の周囲ゾーンに向って放出され■つミキサー全周囲ゾ
ーン１６に分配される。

ローター３の上面１７（投出面）が実質的に横半径方向
、すなわち軸１２に対し垂直に向いている。このＩ一面
はトロイダル状の凹状であり且つケーシングの１一壁７
の方を向いている。また前記ローターは米国特許第４，
５４３．８２９号に示すように垂直羽根（図示せず）を
取付けることもできる。前記ローターの遠心面は供給装
置から粉末材料を受け入れｎつ回転時にこの材料を遠心
力でローターの周囲ゾーンに送り、更にミキサーの周囲
ゾーンに送る。液体と粉末とからなる混合物（高圧状態
にされた）がミキサーの周囲ゾーンに在る放出ダクト１
８を通じて排除される。

ミキサー１はミキシングシステムに統合されている。該
ミキシングシステムはミキサーの下部の人口１５に通じ
ているミキシングウォータタンクｌ９と、後で述べるシ
ステムによってミキサーに供給される粉末材料を保持し
ているバックアップフィードすなわちフィードホッパー
２０と、ディスチャージャ−１８から送られてくる混合
物（例えばスラグセメント）を容れてそれを作業上（例
えばセメントで固めるための油井）に送る高圧ポンブ２
１からできている。

上記レイアウトは公知の方法であり且つ米国特許第４．
４５３．８２９号に記載されており、これを参考として
ここに述べる。

本発明はケーシングの上壁７と遠心而１７によって形成
される容積２３の内部の圧力現象と流体力学に基づいて
いる。考慮すべき宵益な容積は遠心面１７の上縁（垂直
羽根の」二縁に一致する）と、扁平上壁７との間の容積
である。この容積の高さは米国特許第４，４５３，８２
９号に示すように、上部ローター３の高さと大体同一で
ある。しかしながら容積２３の高さはローター３の高さ
の半分乃至２倍であっても良い。

容積２３は大気圧を受けｕつ比較的圧力の高い地域によ
って囲まれる内側ポケットを備えている。

これらゾーンの大きさと相対的配置はミキサーの形状寸
法（特にローター３の形状と容積２３の高さ）と、回転
速度によって礎ってくる。それでもなお、ミキサーが普
通の作業速度である場合、″ポケット”は大体ゾー・ン
２３の中心部に形成され、且つ高圧周囲ゾーンが中心に
接近し・始める。

圧力センサーを使用することによって任意のミキサーに
ついてゾーン２３の圧力スケジュールを当然作ることが
できる。

ゾーン２３の中の流れに関する研究は特に困難な仕事で
ある。しかし、簡単に言えば、また特別な応用理論はな
く、次の現象がｌｊ在するようである。第１に、液体相
と固体相の両方はローターの回転方向によって決まる大
きさは接線方向の成分を持った高速回転を特徴としてい
る。もし速度成分が半径ノｊ向而（例えば、第１図に示
すように）で調査されるとすれば、１一部ローター３の
回転によって直接発生する遠心半径ｈ゛向の流れ（矢印
２４）が上部ローター３のすぐ近くに、また遠心流れ２
４に対する反力によって発生する半径方向求心性流れ（
矢印２５）がケーシングの上壁７の地域に存在すること
が分る。

流れは高速ゾーンの中心に向って垂直に下降する流れ成
分（矢印２６）を有しこの流れ成分は前記流れ２５．２
４に結合している。

本発明は粉末材料供給システムのために少くとも１部分
が高圧周囲域にある装置を提供する。この装置は流れの
中に局部的乱流を発生させるためケーシング上壁７から
長く突出した羽根からできていて、その羽根の端縁の上
流域の速度を増大し且つ前記端縁の下流に負圧ゾーンを
形成する。この負圧ゾーンは前述の粉末材料供給システ
ムと連通している。非常に速い速度が得られ且つこのよ
うな高速度で混合現象が鋭敏な性質を持っているにも拘
らず、前記乱流はミキサーの容積全体に拡がらない（こ
のことは有効な混合作用にとって有害である）ことが立
証された。

第１図に示すデザインによれば、前記乱流装置は壁７に
取付けられた円筒状パイプ２７からできている。第３図
に示すように、このパイプは流れに対して斜めに（すな
わち半径方向（又は内側）に向って）、及び接線方向に
取付けることができる。それはまた壁７に対し垂直に取
付けることができる。前記パイプはクランブ又は溶接に
よって壁７に取付けられ、且つホッパーの底部に連通し
、前記ホッパーから出る流れは弁３０（例えば蝶弁はス
ライドバルブ）によって制御される。

第３図はバイプ２７の作用を示す。該パイプは流れの中
に局部的乱流を生じ、該パイプから一定距離以１−にな
ると流れは影響を受けない。このことは高速回転とその
１１２ｊ循環する飽和流体の存？Ｅを考えた場合驚くべ
きことである。

制限された乱流ゾーン内において、前記乱流は大体次の
ように解析することかできる。第１に流れがゾーン３１
に平行線で前記容積に流入する。

ピン２７とその前縁３７によって前記流れはゾーン３２
．３３に向って徐々に群をなして進み、同一の流れがせ
まい容積を通過しなければならないので流れの速度は増
大し、前縁に近いゾーン３３において最高速に達する。

その流れはつぎに散開して、前縁のすぐ下流に低圧の乱
流ゾーンを作る。

流れはこの乱流ゾーンを完全に過ぎるまで安定している
。低圧ゾーン３４がパイプ２７を通じてホッパー２０と
連通し、又は少くともバルブ３０の下流部分と連通し、
且つ粉末を吸引し、つぎにこの粉末は流体と祠料の流れ
によって直接低圧ゾ−ン３４に引張り込まれる。

これは優秀な混合作用を導くばかりでなく、粉末と同伴
空気とを一層効果的に分離し、空気は容積２３の中央ゾ
ーンを経てミキサーから逃げることができ、すなわち軸
１０とケーシング２の上壁との間に通路を形成している
低圧ポケットを通じて逃げることができる。ケーシング
から逃げる空気の道筋を矢印３５で示している。

Ｌ紀現象、特に流体力学を検討すれば専門家は．Ｌ記形
状１Ｊ法特にパイプすなわちディスターバー２７に関し
その他の等価物を容易に確認することができる。前記パ
イブ２７は更に投出面１７によって作られる容積の中に
少し侵入するように取付けることができ、この場合単に
ローター３上の垂直羽根（図示せず）の高さを制限する
ことか必要である。

粉末が到むしたときの最初の混合作業中に譲粉末が逃げ
ることかできない空気はミキサーの外側ゾーンすなわち
周囲ゾーン１６における次の混合作業中に分離して、こ
の部分と容積２３の中のボケットとを結ぶ通路を通って
１二部ローター３から逃げる。これらの通路はローター
３，４のそれぞれの後側の間のくほ′み３６と上部ロー
ター３の中心に近いダクト３８とからできている。この
場合に逃げる空気が通る道筋は矢印３７．３５で示され
ている。

バルブ３０はどんな型式のものでも良く、上壁７に平ら
に載って該上壁の１部分となる環状板３９の形をしてい
ても良い。この環状阪３つは孔４０（環状セグメント）
を錫えている。環状の軌道４２の中を摺動するスライド
バルブ４１（大型のｆ７状セグメント）によって前記孔
４０は覆われる。

またミキサーの排出ダクトすなわち取出口１８とポンブ
２１との間に循環管４４を取付けて、混合物を必要な密
度に到達しなかったとの理由によってサイクルの始動位
置に房すが、又は密度計４３によって戻り管の中で審度
の測定を行えるように戻すことができる。

混合物の流れのスケジュールは簡１１１に次のように書
ける。

流入水＋流入セメント＝ミキサー取出量例えば油井やそ
の類似物にセメントを流し込むとき、ポンブ２１が吐出
するセメントの量は一定であり、且つポンプの速度によ
って決まる。混合した材料を取出口１８から取出す速度
は一定でありＲつ容易に一定に維持することができる。

以上の説明の結果、並びにミキサーの流れスケジュール
の観点から、流入水１５は流入扮末２７に正比例し、バ
ルブ３０によって容易に調節できる。

水の流れよりはセメントの流れを有効にコントロールで
きることに注意すべきである。その理由はセメントの吐
出しは吸込作川と重力により強制的に行なわれるが、水
の供給はそのように行なわれないためである。このよう
にセメントの流れは水の流れより優先的である。

」二記説明はスラグセメントの密度を正確にコントロー
ルするために必要な現場作業を非常に簡略化する。本発
明によればＩＩにバルブ３０を作動させる必要があるだ
けで、水の供給は自動的にコントロールされる。現場の
技術者はこのようにしてセメント作業中セメントの密度
を最適値に容易に近づけることができ、かくして作業の
成功率を大いに増大する。

ホッパー２０は重力Ｏ（給式でも空気式でも良い。

第２図は第１図に示すミキサーの設計変更実施例である
。両者に共通の部品は同じ番号を付してある。

この実施例によると供給システムが軸を囲繞するシュラ
ウド５０を含み、該シュラウドはホッパー２０からバル
ブ５２を経て送られてくる粉末を収容するため１一向き
に開口した截頭区画５１と、ケーシング２を貫いている
円筒状中央区画５３と、下向きに開口している截頭下部
区画５４とがらできている。

シュラウド５０の装着を容易にするため中央区画５３と
ケーシング２の土壁との間に円形スペース５５が残され
ており、このスペースは上壁に固定した円形カバープレ
ート５６によって覆われている。

截頭下部区画５４の底縁は実際１一第１図のディス９　
−　ハー　２　７の底縁と同じように容積２３の底部に
達しＲつ軸１０からの半径方向の距離はそれを容積２３
の高圧周囲域の内側に置くことができるが、ポケットの
中に入れないような大きさである。

求心状（半径方向）流れと垂直に下降する流れ２６はシ
ュラウド５０の内側に衝突し、截頭下部区画５４の縁の
上流に負圧ゾーンを作る。このことは粉末（バルブ５２
によって制御して送られてくる）が直接最も大きな混合
域に供給されることを意味している。この形状・」法と
同じようなその他のものも実施可能である。

この混合作業中に逃げる空気は円形通路５５から出るこ
とができる。

バルブ５２は第１図について述べた型式のものである。

また排気スペース３６の直下において口−ター４に水平
板を組立てることができ、この水平板は高圧周囲を流体
の多い域（前記水平板の下）と流体の少ない域（前記水
平仮の上）に分割することができる。

４．図而の簡Ｉｌｌな説明 第１図は本発明に係るミキサーの１実施例の部分断面図
であってミキシング同路を略図にした断面図・、第２図
は第２実施例の部分断面図、第３図は本発明に係るディ
スターバーシステムの略図、第４図は本発明に係る型式
の遠心ミキサーに利用できる作動−１−の説明図である
。

Ａ・・・ケーシング、Ｂ・・・ローター、Ｃ・・・ダス
１・、Ｅ・・・混合ゾーン、１・・・ミキサー、訃・・
ケーシング、３・・・上部ローター、４・・・下部ロー
ター、５・・・取付け部品、６・・・下壁、７・・・上
壁、８・・・壁、９・・・取付け部品、１０・・・ロー
ターシャフト、１１・・・モーター、１２・・・シャフ
ト、１３・・・サクションゾーン、１４・・・下部オリ
フィス、１５・・・入口、１６・・・周囲　　′ゾーン
、１７・・・上而、１８・・・排出ダクト、１９・・・
水タンク、２０・・・ホッパー（バックアップフィード
）、２３・・・容積、２４・・・遠心流れ、２５・・・
求心流れ、２７・・・パイプ、３０・・・バルブ、３６
・・・くぼみ、３８・・・ダクト、４２・・・孔、４１
・・・スライドバルブ、４２・・・環状軌道、４３・・
・密度計、４４・・環状管、５０・・・シュラウド、５
１・・・截頭区画、５２・・・バルブ、５３・・・中心
区画、５４・・・截頭下部区画、５６・・・円形カバー
プレート。

出願人代理人　　佐　　藤　　一　　雄ＦＩＧＵＲＥ・
２ ＦＩＧＵＲε−３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体取入ダクト（Ｃ）および固形粒子供給システム
   （Ｄ）と、大気圧より高い圧力で流体と、粒子を排出す
   る吐出し口（Ｅ）とを備えるとともに、高速ロータ（Ｂ
   ）を収容するケーシング（Ａ）を有し、前記固体粒子供
   給システム（Ｄ）が、前記ロータ（Ｂ）の作用によって
   流体が急速回転しているミキシングゾーンに直接固形粒
   子を送入できるようにケーシング（Ａ）を通ってミキサ
   ー内に突入していることを特徴とする流体と固体粒子の
   ミキサー。 ２、前記ケーシング（２）が固形粒子を処理する遠心ロ
   ーター（３）（スリンガー）を備え、該ケーシングの投
   出面が実質的に半径方向すなわち前記ケーシングの壁の
   方を向き、前記の投出面とケーシング壁が流体の流れが
   高圧下で循環している周囲ゾーンを含む容積（２３）を
   形成し、前記流体供給システムが高圧流体をミキサーの
   周囲ゾーン（１６）に供給し、且つ固体粒子供給システ
   ム（供給ホッパー２０を含む）が直接固体粒子を容積（
   ２３）に供給し、前記固体粒子供給装置が前記容積（２
   ３）の前記周囲ゾーンに少くとも１部分を取付けている
   パイプ（２７）又はシュラウド（５０）を備え、前記パ
   イプ（２７）又はシュラウド（５０）の前縁が壁７の大
   型突出物であり、かくして流れ（２５、２６）に局部的
   乱流を発生し且つ前記前縁に近い下流域に負圧ゾーン（
   ３４）を発生することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のミキサー。 ３、前記負圧ゾーン（３４）が調整可能のバルブ（３０
   、５２）によって供給ホッパー（２０）と連通すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のミキサー。 ４、円筒上パイプ（２７）から成るディスターバーを使
   用してローターシャフトに対し傾斜して取付けられるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
   ミキサー。 ５、前記ローターと同心に装着された円筒状パイプ（シ
   ュラウド）の形状をしたディスターバーを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載のミキ
   サー。 ６、シュラウド（５０）に末拡がりの下部 （５４）を取付けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載のミキサー。 ７、ケーシング（２）から排気するため排気孔（３５、
   ５５）を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項
   乃至第６項の中のいずれか１項に記載のミキサー。 ８、固形粒子を遠心ローター（３）（スリンガー）に連
   結した遠心ローター（４）を使用することを特徴とする
   特許請求の範囲第２項乃至第６項記載のミキサー。