JP2665367B2 - 振動柱ポンプ - Google Patents
振動柱ポンプInfo
- Publication number
- JP2665367B2 JP2665367B2 JP1039262A JP3926289A JP2665367B2 JP 2665367 B2 JP2665367 B2 JP 2665367B2 JP 1039262 A JP1039262 A JP 1039262A JP 3926289 A JP3926289 A JP 3926289A JP 2665367 B2 JP2665367 B2 JP 2665367B2
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- Japan
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- tube
- liquid
- pressure
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動柱ポンプ、即ち、一端を水中に浸漬し
他端を空中にあるように配し且つ該他端をばねで弾接さ
れた弁板を介して吐出側導液管に連通させるようにした
パイプ（振動管）を、長手方向に振動させ、該パイプ内
を経て揚液させるようにしたポンプに関する。
他端を空中にあるように配し且つ該他端をばねで弾接さ
れた弁板を介して吐出側導液管に連通させるようにした
パイプ（振動管）を、長手方向に振動させ、該パイプ内
を経て揚液させるようにしたポンプに関する。
従来、この種の振動柱ポンプは、下端を液中に浸漬し
上端を空中にあるように配したパイプの上端を、ばねで
弾接された弁板を介して吐出側導液管に連通させるよう
にしたパイプ自身を、長手方向に振動させ、該パイプ
（振動管）内を経て揚液させるようになっているもの
（一例として特開昭58−144700号公報参照）、或いは、
下端が液中に連通し、上端が、吐出口を備えた導液管中
に密封して挿通され該導液管中にて開口している振動管
の上端に、ばねで弾接された弁板を当接させ、上記振動
管を長手方向に振動させ、該振動管を経て揚液させるよ
うになっているもの（本出願人らが先に出願した特願昭
63−42123号明細書参照）などがある。
上端を空中にあるように配したパイプの上端を、ばねで
弾接された弁板を介して吐出側導液管に連通させるよう
にしたパイプ自身を、長手方向に振動させ、該パイプ
（振動管）内を経て揚液させるようになっているもの
（一例として特開昭58−144700号公報参照）、或いは、
下端が液中に連通し、上端が、吐出口を備えた導液管中
に密封して挿通され該導液管中にて開口している振動管
の上端に、ばねで弾接された弁板を当接させ、上記振動
管を長手方向に振動させ、該振動管を経て揚液させるよ
うになっているもの（本出願人らが先に出願した特願昭
63−42123号明細書参照）などがある。
ところが、これらの従来のものは、振動管の上端にば
ねで弾接させる弁板の背圧を積極的に制御するように考
慮された構造或いは形状のものではなかった。
ねで弾接させる弁板の背圧を積極的に制御するように考
慮された構造或いは形状のものではなかった。
上記のような振動柱ポンプを循環ポンプとして使用す
るときの作動過程は、２弁式のピストンポンプと比較し
て考えると大別して吸込過程と吐出し過程とに分けられ
る。この場合、振動柱ポンプでは導液管はピストンポン
プのシリンダに相当し、振動管の下降過程では、弁が開
放して振動管内の液体が導液管内に流入する。一方、振
動管の上昇過程では、弁が閉鎖し振動管のピストン作用
で導液管内の液体が吐出口から押し出される。
るときの作動過程は、２弁式のピストンポンプと比較し
て考えると大別して吸込過程と吐出し過程とに分けられ
る。この場合、振動柱ポンプでは導液管はピストンポン
プのシリンダに相当し、振動管の下降過程では、弁が開
放して振動管内の液体が導液管内に流入する。一方、振
動管の上昇過程では、弁が閉鎖し振動管のピストン作用
で導液管内の液体が吐出口から押し出される。
ところで、振動管内の液体が導液管内に流入するため
には、振動管内の圧力が導液管内の圧力より大きくなっ
て弁が開放する必要があるが、吐出口の圧力が、振動管
の長手方向の振動によって振動管内の弁直下に発生する
圧力変動の最大値よりも大きい場合には、弁は開放しな
い。即ち、２弁式のピストンポンプでは、吸込過程で吐
出し側の弁が閉鎖して吐出圧力を遮断するため、吸込側
の弁には吐出側の圧力はかからず、その作動に吐出側の
条件が影響を及ぼすことはない。ところが、振動柱ポン
プでは、吸込、吐出の両過程を一つの弁だけで開閉動作
を行なうために、吐出側の条件が該弁の作動に影響を及
ぼす。
には、振動管内の圧力が導液管内の圧力より大きくなっ
て弁が開放する必要があるが、吐出口の圧力が、振動管
の長手方向の振動によって振動管内の弁直下に発生する
圧力変動の最大値よりも大きい場合には、弁は開放しな
い。即ち、２弁式のピストンポンプでは、吸込過程で吐
出し側の弁が閉鎖して吐出圧力を遮断するため、吸込側
の弁には吐出側の圧力はかからず、その作動に吐出側の
条件が影響を及ぼすことはない。ところが、振動柱ポン
プでは、吸込、吐出の両過程を一つの弁だけで開閉動作
を行なうために、吐出側の条件が該弁の作動に影響を及
ぼす。
従って、振動柱ポンプでは、振動管内の圧力変動の最
大値より大きな吐出圧力を得ることができないという問
題点があった。
大値より大きな吐出圧力を得ることができないという問
題点があった。
本発明は、上記した従来技術の有する問題点に鑑みて
なされたものであり、簡単な構造で高い吐出圧力の得ら
れる振動柱ポンプを提供することを目的としている。
なされたものであり、簡単な構造で高い吐出圧力の得ら
れる振動柱ポンプを提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明は、下端が液中
に浸漬し上端が弾接された弁を介して導液管中に開口し
ている振動管を、長手方向に加振する加振手段を備えた
振動柱ポンプにおいて、上記導液管に続く吐出配管の途
中にアキュムレータを取付け、該導液管とアキュムレー
タまでの配管で形成される管路系の圧力脈動の定在波の
振動数が、振動管の振動数とほぼ一致するようにアキュ
ムレータの取付位置を調節するようにしたことを特徴と
している。
に浸漬し上端が弾接された弁を介して導液管中に開口し
ている振動管を、長手方向に加振する加振手段を備えた
振動柱ポンプにおいて、上記導液管に続く吐出配管の途
中にアキュムレータを取付け、該導液管とアキュムレー
タまでの配管で形成される管路系の圧力脈動の定在波の
振動数が、振動管の振動数とほぼ一致するようにアキュ
ムレータの取付位置を調節するようにしたことを特徴と
している。
本発明は上記のように構成されているので、振動管の
長手方向の振動により、弁の閉鎖中に振動管内に発生す
る圧力変動は、普通、振動管の変位と同位相であるか
ら、最大圧力が発生するのは管が最高位置に達したとき
である。このとき、導液管、つまり振動管より弁を開い
て吐出された液を吐出口へ導く管部分（吐出ケーシング
部分に相当する。）の内部圧力が、振動管内の弁直下の
圧力よりも小さければ該弁が開放するための必要条件を
満足する。
長手方向の振動により、弁の閉鎖中に振動管内に発生す
る圧力変動は、普通、振動管の変位と同位相であるか
ら、最大圧力が発生するのは管が最高位置に達したとき
である。このとき、導液管、つまり振動管より弁を開い
て吐出された液を吐出口へ導く管部分（吐出ケーシング
部分に相当する。）の内部圧力が、振動管内の弁直下の
圧力よりも小さければ該弁が開放するための必要条件を
満足する。
上記の必要条件を満足するために、本発明は次のよう
な方法（手段）を用いている。即ち、上記導液管に続く
吐出配管の途中に十分大きな容積のアキュムレータを取
り付けることにより、該取付位置の吐出配管内の圧力は
何時も一定となる。このような状態の許では、導液管と
アキュムレータまでの配管で発生する圧力脈動の定在波
は、振動管上端の弁が閉じているとき、導液管内が腹と
なり、アキュムレータ取付位置は節となる。従って、導
液管内の圧力は大きく変動し、アキュムレータを取付け
ないときの導液管内の圧力が振動管内弁直下の最大圧力
よりも高い場合でも、導液管内の圧力変動の最少値は、
該振動管内弁直下の圧力よりも小さくすることができ
る。
な方法（手段）を用いている。即ち、上記導液管に続く
吐出配管の途中に十分大きな容積のアキュムレータを取
り付けることにより、該取付位置の吐出配管内の圧力は
何時も一定となる。このような状態の許では、導液管と
アキュムレータまでの配管で発生する圧力脈動の定在波
は、振動管上端の弁が閉じているとき、導液管内が腹と
なり、アキュムレータ取付位置は節となる。従って、導
液管内の圧力は大きく変動し、アキュムレータを取付け
ないときの導液管内の圧力が振動管内弁直下の最大圧力
よりも高い場合でも、導液管内の圧力変動の最少値は、
該振動管内弁直下の圧力よりも小さくすることができ
る。
また、一般に定在波の振動数近傍では、加振変位に対
して圧力変動の位相は、０度から180度まで急激に変化
するから、導液管からアキュムレータまでの管路の長さ
を調節して定在波の振動数を変化させ、振動管内弁直下
の最高圧力と導液管内の最小圧力の位相を一致させるこ
とが可能である。このようにすれば、振動管内の液体は
最小圧力時の導液管へ吐出されるから、吐出側圧力の平
均圧力（振動一周期にわたる平均圧力）が振動管内の弁
直下に発生する最高圧力よりも高い場合でも、吐出流量
を得ることができる。
して圧力変動の位相は、０度から180度まで急激に変化
するから、導液管からアキュムレータまでの管路の長さ
を調節して定在波の振動数を変化させ、振動管内弁直下
の最高圧力と導液管内の最小圧力の位相を一致させるこ
とが可能である。このようにすれば、振動管内の液体は
最小圧力時の導液管へ吐出されるから、吐出側圧力の平
均圧力（振動一周期にわたる平均圧力）が振動管内の弁
直下に発生する最高圧力よりも高い場合でも、吐出流量
を得ることができる。
次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す振動柱ポンプ装置
の縦断面図である。
の縦断面図である。
図において、１は磁性材で作られた振動管で、該振動
管１の上端には、ばね２によって弾発された板状の弁３
が圧接（弾接）され、下端には、コイルばね４が介装さ
れて該振動管１を中立位置に弾性支持している。上記振
動管１の外側には、電磁コイル５が配設され、該コイル
５に正弦波電流を流すことにより、振動管１を長手方向
に振動させるようになっている。また振動管１の下方に
は、静止管６がケーシング12に固設されており、該静止
管６の下端は液中に没している。
管１の上端には、ばね２によって弾発された板状の弁３
が圧接（弾接）され、下端には、コイルばね４が介装さ
れて該振動管１を中立位置に弾性支持している。上記振
動管１の外側には、電磁コイル５が配設され、該コイル
５に正弦波電流を流すことにより、振動管１を長手方向
に振動させるようになっている。また振動管１の下方に
は、静止管６がケーシング12に固設されており、該静止
管６の下端は液中に没している。
上記ケーシング12は、電磁コイル５を振動管１を中心
にして輪状に巻くようにして内装し、且つ中心部には、
振動管１を密封して挿通する通路12aを形成しており、
該通路12aは、下方が静止管６を経て液中に連通し、上
方は、振動管１より弁３を経て吐出される液を吐出口10
へ導くように内径を大きく形成した導液管11に連通して
いる。
にして輪状に巻くようにして内装し、且つ中心部には、
振動管１を密封して挿通する通路12aを形成しており、
該通路12aは、下方が静止管６を経て液中に連通し、上
方は、振動管１より弁３を経て吐出される液を吐出口10
へ導くように内径を大きく形成した導液管11に連通して
いる。
上記導液管11の吐出口10に吐出配管９が接続され、該
吐出配管９の途中に、導液管11から長さＬの位置にアキ
ュムレータ（空気室）７が設置されている。また、該吐
出配管９は、上部タンク８に接続されており、従って、
該アキュムレータ７の取付位置の圧力PDは、何時もヘッ
ドH0（上部タンク８の液面高さ）に保持されている。
吐出配管９の途中に、導液管11から長さＬの位置にアキ
ュムレータ（空気室）７が設置されている。また、該吐
出配管９は、上部タンク８に接続されており、従って、
該アキュムレータ７の取付位置の圧力PDは、何時もヘッ
ドH0（上部タンク８の液面高さ）に保持されている。
第２図は、導液管11からアキュムレータ７までの管路
系をモデル化したもので、振動管１と上端の弁３（第１
図）はピストン13に、またアキュムレータ７はヘッドH0
の開水路15にそれぞれ相当している。図中、14は直管で
ある。
系をモデル化したもので、振動管１と上端の弁３（第１
図）はピストン13に、またアキュムレータ７はヘッドH0
の開水路15にそれぞれ相当している。図中、14は直管で
ある。
上記モデルのピストン位置での圧力変動を、インピー
ダンス法によって解くと、次のようになる。
ダンス法によって解くと、次のようになる。
H2＝０ 但し、γ：伝搬定数 ZC:管路の特性インピーダンス a:音速 Q1:振動管変位（流量） Q2:開水路入口（の位置）での変位（流量） H1、H2:位置及びでのヘッド 上記の式（マトリックス）より、 ∴H1＝−ZCQ1tanhγＬ 摩擦を無視すれば、 共振点の振動数は、 上記のように、このモデルのピストン位置での圧力変
動をインピーダンス法によって解くと、式（１）のよう
になり、ω＝πa/4Lの振動数の時、共振点となる。
動をインピーダンス法によって解くと、式（１）のよう
になり、ω＝πa/4Lの振動数の時、共振点となる。
また、式（１）から分かるように、ωとＬの値によっ
て、Q1に対するP1（導液管内の圧力変動）の位相が変化
するから、Ｌの値を任意に選定することにより、Q1即ち
振動管変位に対するP1の位相を制御することが可能であ
る。
て、Q1に対するP1（導液管内の圧力変動）の位相が変化
するから、Ｌの値を任意に選定することにより、Q1即ち
振動管変位に対するP1の位相を制御することが可能であ
る。
第３図は、上記のようにして得られる導液管11内の圧
力変動P1と、振動管１内の圧力変動P2を模式的に描いた
ものである。振動管１が静止しているとき、吸込液面か
ら弁３までの高さをＨとすれば（第１図）、静止中の振
動管１を含めた吸込管内弁直下圧力は、Pa−ρHg（Pa:
大気圧、ρ：液体の密度、g:重力加速度）であるから、
振動管１が長手方向に振動しているときの振動管内弁直
下圧力は、図のように、（Pa−ρHg）を中心に変動す
る。
力変動P1と、振動管１内の圧力変動P2を模式的に描いた
ものである。振動管１が静止しているとき、吸込液面か
ら弁３までの高さをＨとすれば（第１図）、静止中の振
動管１を含めた吸込管内弁直下圧力は、Pa−ρHg（Pa:
大気圧、ρ：液体の密度、g:重力加速度）であるから、
振動管１が長手方向に振動しているときの振動管内弁直
下圧力は、図のように、（Pa−ρHg）を中心に変動す
る。
これに対して、導液管11内の圧力P1は、吐出側圧力PD
を中心に図のように変動する。従って、導液管11内の圧
力変動P1の振幅と振動管内圧力P2に対する位相関係は、
第１図の長さＬを加減することで調節することができ
る。第３図の斜線部分a0に示すように、P1よりP2が大き
くなれば、その時弁３が開放して、振動管１内の液体が
導液管11内に流入する。このようにして導液管11内に補
給された液体は、該振動管１の上昇過程のピストン作用
で吐出口10から流出する。
を中心に図のように変動する。従って、導液管11内の圧
力変動P1の振幅と振動管内圧力P2に対する位相関係は、
第１図の長さＬを加減することで調節することができ
る。第３図の斜線部分a0に示すように、P1よりP2が大き
くなれば、その時弁３が開放して、振動管１内の液体が
導液管11内に流入する。このようにして導液管11内に補
給された液体は、該振動管１の上昇過程のピストン作用
で吐出口10から流出する。
本発明は上述のように構成されているので、次のよう
な効果を奏する。
な効果を奏する。
下端を液中に連通させた振動管が密封して挿通してい
る導液管の吐出口に、吐出配管を連結し、該吐出配管の
途中にアキュムレータを接続し、上記導液管とそれに続
く該アキュムレータまでの吐出配管で形成される管路の
圧力脈動の定在波の振動数が、上記振動管の振動数に一
致するように該管路の長さを選定するようにしたことに
より、該導液管中の液体に大きな圧力変動を起こさせ、
振動管内の圧力変動の最大値より大きな吐出圧力を得る
ことができる。
る導液管の吐出口に、吐出配管を連結し、該吐出配管の
途中にアキュムレータを接続し、上記導液管とそれに続
く該アキュムレータまでの吐出配管で形成される管路の
圧力脈動の定在波の振動数が、上記振動管の振動数に一
致するように該管路の長さを選定するようにしたことに
より、該導液管中の液体に大きな圧力変動を起こさせ、
振動管内の圧力変動の最大値より大きな吐出圧力を得る
ことができる。
第１図は本発明の一実施例を示す振動柱ポンプの縦断面
図、第２図は導液管からアキュムレータまでの管路系の
解析モデル、第３図は振動管内弁直下の圧力と導液管内
の圧力の時間的変動を示す線図である。 １……振動管、２……ばね、３……弁、 ４……コイルばね、５……電磁コイル、 ６……静止管、７……アキュムレータ、 ８……上部タンク、９……吐出配管、 10……吐出口、11……導液管、 12……ケーシング、13……ピストン、 14……直管、15…用水路。
図、第２図は導液管からアキュムレータまでの管路系の
解析モデル、第３図は振動管内弁直下の圧力と導液管内
の圧力の時間的変動を示す線図である。 １……振動管、２……ばね、３……弁、 ４……コイルばね、５……電磁コイル、 ６……静止管、７……アキュムレータ、 ８……上部タンク、９……吐出配管、 10……吐出口、11……導液管、 12……ケーシング、13……ピストン、 14……直管、15…用水路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 檜山 浩国 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 山本 和義 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 橋本 弘之 宮城県仙台市鶴ケ谷８丁目12番16号
Claims (1)
- 【請求項１】下端が液中に連通し、上端が吐出口を備え
た導液管中に密封して挿通され該導液管中にて開口して
いる振動管と、不動部分に一端が当接して弾発している
ばねの他端にて振動管の上端に当接している弁板と、振
動管を長手方向に加振する加振手段を備えた振動柱ポン
プにおいて、上記吐出口に連結された吐出配管の途中に
アキュムレータを接続し、上記導波管とそれに続く該ア
キュムレータまでの吐出配管で形成される管路の圧力脈
動の定在波の振動数が、上記振動管の振動数に一致する
ようにアキュムレータの取付位置を調節して、導液管中
の液体に大きな圧力変動を起こさせるようにしたことを
特徴とする振動柱ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039262A JP2665367B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 振動柱ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039262A JP2665367B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 振動柱ポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02218897A JPH02218897A (ja) | 1990-08-31 |
| JP2665367B2 true JP2665367B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=12548221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1039262A Expired - Lifetime JP2665367B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 振動柱ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2665367B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6155379A (ja) * | 1984-08-27 | 1986-03-19 | Ebara Corp | 振動柱ポンプ |
-
1989
- 1989-02-21 JP JP1039262A patent/JP2665367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02218897A (ja) | 1990-08-31 |
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