JPH0711280B2 - 振動柱揚液装置 - Google Patents

振動柱揚液装置

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JPH0711280B2
JPH0711280B2 JP10549885A JP10549885A JPH0711280B2 JP H0711280 B2 JPH0711280 B2 JP H0711280B2 JP 10549885 A JP10549885 A JP 10549885A JP 10549885 A JP10549885 A JP 10549885A JP H0711280 B2 JPH0711280 B2 JP H0711280B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 この発明は振動柱揚液装置に関する。詳しくはポンプ及
び気柱・液柱から成る振動系の個有振動数の制御方法に
関する。
「従来の技術」 第8図は既に出願されている振動柱ポンプ(特願昭57-0
28486号(特開昭58-144700号公報))の縦断面図であつ
て、液2中に直管の振動管3の下端を開放して浸漬し、
振動管3の上端を吐出口18を備えた弁ケーシング17中に
密封して挿通し、弁ケーシング17中にて開口し、不動部
分に一端が当接して弾撥しているばね7の他端にて振動
管3の上端に当接している弁板8を押え、振動管3を長
手方向に加振する加振装置4を備えた振動柱ポンプが示
されている。また、上記発明の出願よりも後に特願昭57
-067668号(特開昭58-183900号公報)の振動柱ポンプが
出願されている。この後の発明は振動管3の下端を直接
液中に沈めないで液中には固設した静止管の下端を沈
め、静止管の上端を振動管の上下動を許すような密封装
置を介して振動管の下端に連結した点が先の発明と異つ
ている。このような揚液を吐出する目的以外の振動柱揚
液装置としては上記に弁装置を設けないで振動管に弁相
当手段を設けた揚液装置がある。
「発明が解決しようとする問題点」 振動柱ポンプは振動管の下端が液中に直接沈んでいる場
合は振動管、振動管と静止管が密封装置を介して連結さ
れているときは静止管と振動管が吸込管となる。
第8図において加振装置4を附勢すると振動管3は上下
動して、振動管3内に液体が上昇し、遂には弁板8と振
動管3の上端の弁シート9間から液体は弁ケーシング17
内に流出して吐出口18から吐出される。このようなポン
プ作用は加振装置4の加振周波数、加振加速度等の加振
条件により変化する。
振動柱ポンプの吸込管内に液体が上昇する様子は次の様
である。振動管の附勢により、管内の気柱に圧力変動が
生じ、その気柱圧力が管上端の弁設定圧力より大きくな
つた時弁が開放して、管内気体が流出し、管内液体が上
昇する。これを圧力変動の周期毎にくり返して、液体が
上昇して行く。この様な振動柱ポンプの液体上昇現象
は、管内の気柱・液柱系の共振現象に伴うものである。
ゆえに、振動管を附勢する加振振動数が管内の気柱・液
柱系の固有振動数附近である時は、比較的小さな加振振
幅で大きな気柱圧力の変動が起こるため揚液し易い。従
つて吸込管内に液面を上昇させる最適な加振振動数は管
内気柱・液柱系の固有振動数である。
管内の気柱・液柱からなる振動系は第1図(a)の振動
柱ポンプと、第1図(b)のばねSを介して吊下げられ
た重りWに示すように、気柱GがばねSに、液柱Lが重
りWに相当する。第1図(a)からわかるように振動管
3内の液面の高さによつて、管内気柱Gのばね定数k・
液柱Lの質量mは異なる。従つて、管内気柱G・液柱L
系の固有振動数は、振動管3内の液面高さによつて大き
く変化する。理想的には振動管3内の液面高さに応じて
加振振動数を変化させ、常に管内気柱・液柱系の固有振
動数で加振するようにすれば、最少の加振動力で液体を
上昇させることができる。しかし、この方法は装置が複
雑かつ高価となる。もしも、一定の加振振動数で管上端
まで液体を上昇させることができれば、装置は簡単かつ
安価となる。しかも、なるべく加振動力が小さくかつ単
一の加振振動数で揚液できることが実際の機械として重
要である。
この発明は、極めて簡単かつ安価な方法で最適加振振動
数を変化させ、管内液面高さに対する最適加振振動数の
変化を小さくして、単一の加振振動数でかつ小さな加振
動力で液面を上昇させうる振動柱揚液装置を提供するこ
とを目的とする。
〔発明の構成〕
「問題点を解決するための手段」 この発明は下端が液中に通じた振動管を長手方向に加振
する加振装置を有する揚液装置において、複数個の空気
室を設け、振動管の管壁の長手方向適当な場所に配列さ
れ振動管内に向つて開口する複数の連通口と対応する空
気室を連通させた振動柱揚液装置である。
「作用」 最適揚液加振振動数に相当する管内の気柱・液柱系の固
有振動数を任意に変化させるためには、ばねSに相当す
る気柱体積あるいは重りWの質量mに相当する液柱の体
積を制御する必要がある。
本発明では、気柱の体積を、管壁に空気室に連通する開
口を設けることによつて、管内の液面高さにより急激に
変化させて管内の気柱・液柱系の固有振動数が管内の液
面高さに対してほぼ一定となるようにした。
「実施例」 以下、本発明の実施例を図面に従つて説明する。第2図
は縦断面図である。水槽1中の液2中に振動管3の下端
が没し、振動管3は固設した加振装置4の出力部の加振
棒5に固定されて支持されている。振動管3の上端は一
端が固設したばね座6に接するばね7により押圧される
弁板8が当接し、弁シート9となつている。振動管3の
壁面の数ケ所には、空気室10,11,12が固設され、壁面を
貫通して連通口13で振動管3内部と各空気室10,11,12は
連通している。
加振装置4は一定加振周波数、一定加振加速度のもので
良い。また空気室は3ケとは限らないし、各空気室10,1
1,12はその大きさは後述の作用に適するように異にして
もよい。
第3図は他の実施例であるが、第2図では空気室が室動
管壁面に固設されていたのに対し、本実施例では、振動
管壁面の連通口13にパイプ14の一端が固定され、パイプ
14の他端はフレキシブルチユーブ15を介して固設した空
気室10あるいは11に連結している。本実施例では空気室
は2ケであるが、2ケとは限定されないし、大きさも同
じとは限らない。本実施例では空気室10,11が別に固設
されているので、加振装置4によつて振動管3を附勢す
る動力は第2図の実施例より小さくて済む利点がある。
空気室の作用を第4図を用いて説明する。第4図の例は
空気室が2ケの場合である。第4図(a)は振動管3内
の液面が下部の空気室10への連通口13より低い時で、こ
の場合の管内気柱の体積は振動管3内のみの気柱の体積
をV0、空気室10の体積をV1、空気室11の体積をV2とすれ
ばV=V0+V1+V2となる。従つて、管内の振動系のばね
定数はこの気柱体積Vに相当した値となり、このばね定
数は空気室V1,V2が付加されない時に比較して小さいの
で管内の振動系の固有振動数(最適揚液加振振動数)は
空気室が無い時に比較して低い値となる。第4図(b)
は管内液面が下部空気室10の連通口13の上壁より高くな
つた場合で、この場合は管内気柱の体積はV=V0+V2
なり、下部の空気室10の連通口13の上壁を管内液面が越
えた瞬間から気柱体積が急激にV1分だけ減少する。従つ
て管内のばね定数は急激に大きくなり、最適揚液加振振
動数も大きくなる。第4図(c)では管内液面が上部の
空気室11の連通口13の上壁より上にあるため管内気柱体
積はV=V0となつて、さらにばね定数は大きくなる。こ
のように、振動管壁面に取付けた空気室は、管内の液面
位置に応じて、管内振動系のばね定数を大きく変化させ
る効果を持つ。
第5図(a)は、第8図に示した従来形の振動柱ポンプ
の振動管3内液面の水槽1の開液面からの高さYを横軸
にとり、縦軸に管内振動系の気柱Gのばね定数k、液柱
Lの質量mをとり、その変化を表わした線図である。第
5図(a)に示すように質量mは、管内の液面高さ(水
槽1の液2の開液面基準、以下同じ)Yに比例して変化
するがばね定数kは2次曲線となる。従つて、管内振動
系の固有振動数 は液面高さYによつて異なる。固有振動数fを液面高さ
Yに対して一定にするためには、第5図(a)と同座標
で第5図(b)の線図に示すようにばね定数kをk′の
ように液面高さYに比例する特性に変える必要がある。
こうすればa,bを比例定数として、m=aY,k′=bYとな
つて固有振動数は となり液面高さYに無関係に一定値となる。第5図
(c)は横軸に液面高さYをとり上記ばね定数kとk′
の差△kを縦軸にとつて示した線図である。つまり△k
のばね定数を取り除けば加振周波数は常に固有振動数に
等しくできる。実際には、ばね定数は管内気柱の体積に
相当するから、△kだけばね定数を減少するには、気柱
の体積を相当する体積だけ増加させれば良い。又、第5
図(c)より、液面高さYの小さい部分及び大きい部
分、つまり振動管3の下方と上方で体積増加すれば良い
ことがわかる。
第6図及び第7図にそれぞれ空気室を2ケ所(第3図)
及び3ケ所(第2図)に取り付けた場合の最適加振振動
数の理論計算値を示す。図中で横軸に液面高さY、縦軸
に最適加振振動数 をとり、実線は空気室を取り付けない場合で破線が空気
室を取り付けた場合である。
第6図においてY1は第3図の空気室10の連通口13の上壁
の水槽1の液面からの高さ、Y2は空気室11の連通口13の
上壁の水槽1の液面からの高さであつて、液柱高さY1,Y
2夫々において最適加振振動数のオフセツトが生じ、全
体として最適加振振動数は平準化の方向に変化してい
る。
第7図においては同線にY1,Y3は第6図と同様であるが
空気室11の連通口13の上壁の液面からの高さY2は第2図
における空気室12の連通口13の上壁の水槽1の液面から
の高さY3と上記Y1との間にあり、液面高さの低い部分で
ばね定数の差△kを小さくできるので一層最適加振振動
数の変化は小さくなる。
このように空気室を取り付けると、液面高さYの広い範
囲で最適加振振動数の変化が小さくおさえられ、ほぼ一
定の値になることがわかる。
以上の説明は振動管が水槽の液中にあつて上下動する振
動柱ポンプの例についてのべたが従来の技術でのべたよ
うに液中に固設した静止管の下端を沈め、静止管の上端
を振動管の上下動を許すような密封装置を介して振動管
の下端に連結したような形式の振動柱ポンプを含むこと
はいうまでもない処である。
この発明は振動柱ポンプだけでなく、振動管中に気柱と
液柱を生起せしめて液柱の変化を計る総ての揚液装置に
適用できるもので例えば上部に弁装置を有しないが振動
管に加えた工夫により第2図、第3図の構成により揚液
可能とし、振動管3中の液位を制御することにより水槽
1の液位の制御を行う液面制御装置等に適用できるもの
である。即ち、気柱と液柱が存在する管を長手方向に振
動することにより揚液する装置は総て含まれるのであ
る。
〔発明の効果〕
この発明は、下端が液中に通じた振動管を長手方向に加
振する加振装置を有する揚液装置において、振動管の管
壁の適当な場所に空気室に連通する複数個の連通口を設
けたもので、本来、管内の液面高さによつて大きく変化
していた最適加振振動数(吸込管内の振動系の固有振動
数)をほぼ一定の値に改善でき、従つて単一の加振振動
数でしかも小さい振幅で揚液可能とすることができる。
さらにこの効果により装置が低価格となる。又、第2
図、第3図のように吸込管が振動管だけで形成されたも
の以外に吸込管が振動部及び静止部から形成されている
場合でも同様の効果がある。本発明は、振動柱ポンプの
他、気柱・液柱系から成る機械装置の固有振動数を任意
に可変するときに応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は振動柱ポンプの吸込管内の振動
モデルの説明図、第2図及び第3図は本発明の実施例の
縦断面図、第4図は空気室の作用を示す縦断面図、第5
図(a),(b),(c)は吸込管内の振動系のばね定
数と質量の管内液面高さに対する変化の様子を示す線
図、第6図及び第7図はこの発明の効果を示す理論計算
線図、第8図は従来例の縦断面図である。 1……水槽、2……液、3……振動管、4……加振装
置、5……加振棒、6……ばね座、7……ばね、8……
弁板、9……弁シート、10,11,12……空気室、13……連
通口、14……パイプ、15……フレキシブルチユーブ、17
……弁ケーシング、18……吐出口。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下端が液中に通じた振動管を長手方向に加
    振する加振装置を有する揚液装置において、複数個の空
    気室を設け、振動管の管壁の長手方向適当な場所に配列
    され振動管内に向つて開口する複数の連通口と対応する
    空気室を連通させた振動柱揚液装置。
  2. 【請求項2】複数の空気室の大きさが異なる特許請求の
    範囲第1項記載の振動柱揚液装置。
JP10549885A 1985-05-17 1985-05-17 振動柱揚液装置 Expired - Lifetime JPH0711280B2 (ja)

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JP2665366B2 (ja) * 1989-02-21 1997-10-22 新技術開発事業団 振動柱ポンプ
JPH02283877A (ja) * 1989-04-21 1990-11-21 Mitsubishi Kasei Corp 振動子ポンプ及びその運転方法

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