JPH0220291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、混合装置に関し、特に混合装置の羽
根車及び軸に作用する流体力の測定と、このよう
な流体力に応答して混合装置を制御する方法及び
装置に関する。

本発明は、特に流れ出しで或いは羽根車が液体
表面近くで作動する際、混合装置の羽根車を永久
的に曲げ或いは破壊すらしてしまうかも知れない
大きな流体力を受けやすい混合装置の使用に特に
適している。

流体力は、混合器の軸に作用する主な機械的力
である。流体力は、軸の軸線に垂直な羽根車に発
生し、そして軸の頂部及び駆動機構（特に減束歯
車を収容し、かつ、軸を駆動する駆動機構の歯車
箱）に大きな曲げモーメント（撓み）を生じさせ
る。軸の通る密封部を有する密閉タンクでは、こ
れらの力は、密封部を破損させることがある。流
体力は、マクグローヒル（McGraw−Hill）のジ
エー・オールドシユ（J.Oldsue）（1983年）によ
る本フルイド・ミキシング・テクノロジーの17章
に詳細に説明されている。流体力は、アール・ジ
ユー・イートマン（R.J.Weetman）とアール・
エヌ・サルツマン（R.N.Salyman）による論文
ケミカル・エンジニアリング・プログレス（1981
年６月、71〜75ページ）にも又説明されている。

流体力測定装置には、羽根車の軸に接続される
歪ゲージ又は歪ゲージブリツジのような実験室的
な計器を必要とした。このような計器との電気的
接続は、スリツプリングを経て混合装置からもた
らさなくてはならない。軸から反射する光に応答
する光学装置も又、流体力に応じる軸の撓みの測
定に用いられてきた。混合される材料に浸漬した
羽根車の近くで、流体力は最も大きいから、光学
装置は混合される材料の表面のかなり上の軸に位
置決めされなくてはならない。撓みはこのような
位置では小さいから、光学装置は感度がよくなけ
ればならない。スリツプリングと高感度光学装置
の使用のため、流体力の測定は実験室的な環境に
制限されてきた。上述の流体力を測定するための
種々の計器は、上に参照した出版物に詳細に述べ
られている。

駆動機構、特に羽根車の軸を駆動かつ支持する
歯車箱の運動の測定は、羽根車に作用する流体力
と直接の相関関係を有することが予期せずして即
ちこの発明について発見された。この発見は、混
合装置が複雑な周波数応答を有する複雑な機械装
置であり、このため装置の非回転部分即ち、駆動
機構の撓みが、流体力と直接に関連するとは考え
られないという点で予想外である。さらに、従来
の流体力の測定は、羽根車の軸に取り付けられ、
これとともに回転する計器に依存してきた。この
ような計器に関してさえも、無荷重条件下での軸
の心振れが流体力によつて生じる軸の撓みより大
きいことがある点で測定が困難であつた。従つ
て、タンクの上に支持されて回転しない駆動機構
の運動に反応した測定流体力は、大きな改善と単
純化を表わしている。測定は、混合されている材
料から十分離れて行なわれる。測定は、密閉タン
クの覆いの上で行うことができるから、混合され
る材料による計器の汚染は排除される。測定装置
からの出力は、過度の流体力により生じることの
ある損傷又は安全でない状態を防ぐように混合装
置の動作を制御する際に有益である。例えば、過
度の流体力が感知されるとき、羽根車の速度を減
少させることができ、これにより流体力を減少さ
せて、このような力が過度になれば生じる混合装
置への損傷を防止する。

従つて、本発明の主目的は改良混合装置を提供
することにある。

本発明の別の目的は、流体力を測定するための
改良方法及び装置を提供することにある。

本発明のさらに別に目的は、流体力に応答して
混合装置を制御するための改良方法及び装置を提
供することにある。

簡単に説明すると、本発明による混合装置は、
軸に連結されその上に羽根車を有するモータ駆動
の駆動機構を有している。軸はタンク内にその中
の混合材料のために配置されている。回転しない
駆動機構の運動を検出することにより、好ましく
は駆動機構の歯車箱の近くに配置された接近ゲー
ジを使用することによつて、軸を湾曲させる羽根
車の流体力に応答して装置を制御する。駆動機構
の検出された運動に応じて流体力を示す信号を作
る。混合装置のモータは、これらの信号に応じて
制御される。流体力が過度になるとき、モータを
低速で作動するように切換え或いは停止させるこ
とができる。従つて、過度の流体力から生じる混
合装置の損傷は回避され、そして装置の安全な操
作が確保される。

本発明の前述及び他の目的、特徴、及び利点、
同様に、本発明の好ましい実施例、及び本発明の
実施のための現在知られる最良の態様は、添付図
面とともに以下の説明の解釈からより明らかにな
ろう。

好ましい実施例の説明 図面の第１図及び第２図を特に参照すると、羽
根車の軸１６に取付けた羽根車１４によつて混合
される懸濁液を有するタンク１０が示されてい
る。羽根車を、駆動機構１８によつて駆動する。
駆動機構は、駆動モータ２０と歯車箱２２の歯車
減速器組立体から作られている。モータは、前板
２６によつて歯車箱２２に取付けた溝２４に取付
けられている。

タンクは、その壁に連結されたい覆２８を有す
る閉鎖タンクであつてもよく、このタンクの壁は
円形或いは直線（長方形又は正方形）であつても
よい。覆い２８は、タンク１０の壁の上端部に整
列するガスケツト３０に載つている。タンクは、
直径或いは幅が約５〜70フイート（1.53〜21.4
ｍ）であつてもよい。タンクは、駆動機構のため
の湾曲支持をもたらす幅の広いＩ型のはり３２，
３４によつて掛けられている。歯車箱２２は、ボ
ルト３６によつてはりに締め付けられている。モ
ータ２０を取付けている溝２４は、ボルト４０に
よつてはり３２，３４にも又締め付けられている
ブラケツト３８に連結されることができる。

混合器の軸１６は、歯車箱２２の軸受から支持
された片持ばりであり、覆い２８の開口を通して
延びている。開口を、密封組立体４２によつて閉
鎖する。

歯車箱２２の外面に近い固定位置で、接近ゲー
ジ４４が、支持部材４８に取付けられている。こ
の接近ゲージは、好ましくは商業的に利用可能な
型式の磁束密度反応型ゲージである。好ましくは
範囲が100ミル（0.001インチの100倍、0.254cm）
のゲージが使用される。このようなゲージのノー
ズは、５ミリメートルの直径を有する。このノー
ズは、歯車箱２２の運動（変位）に反応するよう
に歯車箱２２の外面から約50ミル（0.127cm）に
位置決めされる。ゲージ４４のノーズと表面４６
との間の距離がノーズと表面との隙間の磁束密度
を変化させるように、歯車箱は金属、好ましくは
鋼で作られる。従つてゲージは磁束ギヤツプ長に
対する正確な反応をもたらし、従つて歯車箱２２
の運動の正確な応答をもたらす。

ロツド５０が、軸１６の軸線に沿つて（軸１６
の方向に反対の軸線方向に）歯車箱２２から上方
に突出している。このロツドも又、好ましくは金
属（鋼）で作られる。部材５０の頂部の近くで、
他の接近ゲージ５２が支持部材５４に取付けられ
ている。部材５０は、歯車箱の運動を拡大するよ
うに働らく。従つて接近ゲージ５２は、ゲージ４
４より大きな直径のノーズと広い範囲（例えば１
インチ（2.54mm））を有するのがよい。ゲージ５
２のノーズは、ロツド５０の側部から間隔をへだ
てることができ、ノーズは前記範囲の約1/2ほど
側部に隣接して配置されている。上述した空間
は、もちろん回転しない軸に関するものである。

はり３２，３４は、軸１６の軸線と交差し、か
つ、これに垂直な湾曲軸線５６（第２図参照）ま
わりの歯車箱の最大の回動運動（固定）を可能に
させる湾曲支持をもたらす。ゲージはこの軸線に
垂直で従つて、軸１６とともに歯車箱の回動運動
或いは撓みに応答する。羽根車軸に作用する流体
力による１方向の撓みを、軸１６′と５０′の所で
の拡大ロツド５０とのために点線によつて示す。
部材５０の撓みと歯車箱２２の運動とは、軸の撓
みについて180度位相がずれていることは注目さ
れよう。

ゲージ４４は、出口信号PD１を供給する。ゲ
ージ５２は、出口信号PD２を供給する。本発明
のこの好ましい実施例に関する第３図の装置の使
用についてモータ２０の速度を制御することによ
つて、これらの信号は混合装置の制御に用いられ
る。信号の他の用途は、もちろん、当業者にとつ
て明らかになろう。

歯車箱２２の運動が、回転しないにしても軸１
６の撓みに直接相関することを確認するために、
タンク１０の材料１２の表面６０上で軸１６の周
囲にリング５８が設けられている。このリング５
８は、軸の無荷重時の心振れをなくすように機械
加工されている。他の接近ゲージ６２が、リング
５８の近くに配置されている。リング５８及びゲ
ージ６２を一点鎖線で示して、これらを装置の使
用時に使用しないことを示すが、これは羽根車の
流体力に応答する軸１６の撓みと歯車箱２２の運
動に応答するゲージからの出力との間でいかに直
接の相関関係が確証されるかを説明するために示
されるにすぎない。

第４図を参照すると、信号PD１の時間に関す
る振幅の偏差と、ゲージ６２からの信号PRの時
間に関する振幅の偏差とを示す曲線が示されてい
る。これら信号は、波形が本質的に似ていること
は注目されよう。混合装置が複雑な機械的な装置
であるため、例えば信号を取ることのできる軸の
１次限界速度までの周波数の範囲に亘る動的応答
は又、いかにこれらが相互に関連するかを示す。
第５図は、信号の周波数応答を示す。これらが密
接に相互に関連するることが観察されよう。最大
振幅の周波数（カーソル６４で示す周波数に表わ
される流体力が最大の所）が最も重要である。こ
れら信号は非常に密接に相関する。

ゲージ６２によつて示す軸１６の撓みは、ゲー
ジ４４によつて検出されるような歯車箱２２の運
動について180度の位相差があるにも拘らず、第
４図及び第５図の曲線は、これらを同相の関係に
示すように180度位相をシフトさせて取られてい
る。これら信号は又直流レベルのオフセツトを有
する。このオフセツトはゲートからのこれら信号
を拡大する増幅器で容易に調整することができ、
このオフセツトを無視すると、信号間の直接の相
関関係は第４図及び第５図から明らかになろう。

第３図を参照すると、信号PD１及びPD２をス
イツチ６６に供給する。これら信号を、スイツチ
６６に供給する前に適当に拡大して調整する。流
体力の振幅範囲に応じて、一方の信号をスイツチ
によつて選択する。例えば、流体力が比較的に低
い場合、信号PD２を選択し、そうでなければPD
１を用いる。

信号PD１が用いられるとすると、信号PD１を
２つのレベル検出器６８，７０に供給する。これ
ら検出器は、信号PD１のピーク振幅を固定域値
と比較するスレシユホールド回路であつてもよ
い。第１の検出器６８の限界は、第２の検出器７
０の限界より高い。検出器に供給される信号は、
フイルタを通されて、流体力の典型的な信号のよ
うに誤らせる高周波成分を持つ人為的に生じた
物、即ち、ノイズを取除く。信号が第２の検出器
７０の限界をこえる場合、ラツチ回路７２をセツ
トする出力を出す。同様に、第１の検出器６８の
限界を越える信号が発生する場合、該信号は、別
のラツチ７４をセツトする。ラツチ７２がセツト
されると、モータの速度制御回路７６に出力が入
力されて、速度を正規の混合中の作動速度の2/3
に減少させる。ラツチ７２がセツトされると、速
度制御はモータを止めることによるラツチ７４の
出力に応答する。従つて、過度の流体力は、モー
タ速度の変化を生じさせて、流体力を瞬時に減少
させて、装置の損傷又は安全でない作動を防止す
る。正規速度の作動は、リセツト入力をラツチ７
２，７４に入力することによつて再開させること
ができる。

第３図に示す電気回路は、又混合装置の他の制
御機能を行う適当なプログラムされたマイクロプ
ロセツサによつて実行される。

前の説明から、流体力を測定でき装置の作動を
制御できる改良混合装置が存在してきたことは明
らかであろう。本発明の範囲内において、ここに
説明した装置の変形及び変更、並びに流体力の測
定方法、及び流体力に反応する装置の制御方法自
体は、疑いなく当業者に参考となろう。例えば典
型的な装置を４４又は５２の両方ではなく一方の
ゲートにだけ用いることができる。従つて前の説
明は例示的に行なわれ、制限的な意味に行なわれ
ていない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化する混合装置を示す
第２図の線１−１に取つた断面図、第２図は、第
１図に示す装置の部分平面図、第３図は、混合装
置の羽根車の流体力に対応する信号に応答して、
第１図及び第２図に示す混合装置の駆動機構のモ
ータを制御する電気回路のブロツク図、第４図
は、第１図及び第２図に示す装置に用いられる接
近ゲージから得られた典型的な信号を示す曲線、
第５図は、第４図に示す信号の周波数応答を示す
曲線である。 １０……タンク、１６……軸、１８……駆動機
構、２２……歯車箱、３２，３４……はり、４
４，５２，６２……ゲージ、５０……部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸が支持部材に取付けられた駆動機構によつ
   て駆動される混合装置の羽根車の軸にかかる流体
   力を測定するためのシステムであつて、羽根車の
   軸が回転していないときの位置に対して軸の軸線
   に対する横方向の、前記流体力の作用による駆動
   機構の変位を、測定すべき流体力を示す出力信号
   を生じる変位測定装置によつて検出する前記シス
   テム。 ２ 前記変位測定装置が、前記駆動機構に隣接し
   て位置決めされた接近ゲージと、該ゲージとこれ
   に隣接した駆動機構の部分との間の距離を表し、
   従つて、測定すべき流体力を表す前記ゲージから
   の信号に応答する検出装置とを有する、請求項１
   によるシステム。 ３ 前記駆動機構が、羽根車の軸がタンク内に垂
   下する歯車箱を有し、前記変位測定装置が、前記
   歯車箱に隣接して配置され、前記歯車箱の変位に
   応答するゲージを有する、請求項１によるシステ
   ム。 ４ 前記駆動機構が、金属材料のハウジングを有
   する歯車箱を有し、前記ゲージが、ハウジングの
   外側表面に隣接して位置決めされた磁束密度反応
   型接近ゲージである、請求項２によるシステム。 ５ 駆動機構から前記軸の軸線方向に延びる部材
   を有する、駆動機構の運動を増幅するための装置
   を有し、前記部材が、該部材に隣接して位置決め
   された接近ゲージを有する、請求項１乃至４のう
   ちのいずれか１つの請求項によるシステム。 ６ 前記混合装置が、駆動機構用撓み支持体を有
   する、請求項１乃至５のうちのいずれか１つの請
   求項によるシステム。 ７ 前記撓み支持体が、混合装置のタンクにかか
   るはりである、請求項６によるシステム。 ８ 撓み支持体が、前記軸に垂直な撓み軸を中心
   に駆動機構を回動運動させ、変位測定装置が、前
   記回動運動の振幅に応答する、請求項６又は７に
   よるシステム。 ９ 前記変位測定装置が、撓み軸を中心とする歯
   車箱の回動運動の振幅を検出するために作動し、
   前記制御装置が、回動運動のピーク振振幅に応じ
   て、モーターの速度を落とし、或いはモーターを
   停止させるようになつている、請求項８によるシ
   ステム。 １０ 駆動機構の運動を測定するための上記変位
   測定装置が、測定すべき流体力を示す信号を生じ
   る、請求項１乃至９のうちのいずれか１つの請求
   項によるシステム。 １１ 上記出力信号が羽根車の軸の過度の撓みを
   起こす流体力を示すとき、前記駆動機構のモータ
   ーの速度を落とすための装置を有する、請求項１
   ０のシステム。 １２ 軸が支持部材に取付けられた駆動機構によ
   つて駆動される混合装置の羽根車の軸にかかる流
   体力を測定するための方法において、羽根車の軸
   が回転していないときの位置に対して軸の軸線に
   対する横方向の駆動機構の変位を測定し、前記測
   定値から前記流体力を検出し、前記運動の大きさ
   に応じて駆動機構のモーターを制御する前記方
   法。 １３ 接近ゲージを駆動機構に隣接して位置決め
   し、前記駆動機構とゲージとの間の距離に対応す
   る前記ゲージからの出力を得ることによつて測定
   を行う、請求項１２による方法。 １４ 接近ゲージから信号を得、前記信号を処理
   し、出力を発し、信号のピーク振振幅に応じて駆
   動機構のモーターの速度を落とし、或いはモータ
   ーを停止させる、請求項１３による方法。 １５ 駆動機構から前記軸の軸線方向に延びる部
   材で駆動機構の運動を増振幅し、前記部材の運動
   を測定して駆動機構の運動を測定する、請求項１
   ２による方法。 １６ 撓み軸を中心とする駆動機構の回動運動を
   測定することによつて測定を行う、請求項１２乃
   至１５のうちのいずれか１つの請求項による方
   法。 １７ 駆動機構の一部を形成する歯車箱の外側表
   面に隣接して位置決めされた接近ゲージで測定を
   行う、請求項１６による方法。 １８ 前記機構が回転しない金属ハウジングを有
   し、駆動機構の回転しない金属ハウジングと該ハ
   ウジングに隣接した固定位置との間の磁束密度を
   測定することによつて前記測定を行う、請求項１
   ２乃至１７のうちのいずれか１つの請求項による
   方法。 １９ 前記駆動機構の運動の大きさが羽根車の過
   度の撓みを起こす流体力を示すとき、モーターの
   速度を落とすことによつて前記制御を行う、請求
   項１２乃至１８のうちのいずれか１つの請求項に
   よる方法。 ２０ 前記出力信号が羽根の軸の過度の撓みを起
   こす流体力を示すとき、駆動機構のモーターの速
   度を制御するための装置を有する、請求項１によ
   るシステム。