JPS6111129A

JPS6111129A - 混合装置の流体力測定装置及び流体力に応答した混合装置の制御方法

Info

Publication number: JPS6111129A
Application number: JP60127913A
Authority: JP
Inventors: ロナルド　ジエイ　ウイートマン
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Technologies Inc
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-01-18
Also published as: AU4340885A; GB2160659A; JPH0220291B2; GB8514448D0; PH22183A; KR860000549A; NZ212381A; CA1219657A; AU567050B2; US4527904A; GB2160659B

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】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（特に減速歯車を収容し、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−Ｈｉ　
１１）のジューオールドシュ（Ｊ、　０１ｄｓｕｅ）　
　（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・ジュー・イードマン（Ｒ，Ｊ、　Ｗｃｅｔｍａ
ｎ）とアール・Ｉヌ・ザルラマン（Ｒ，Ｎ、　Ｓａｌｙ
ｍａｎ）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
又は歪ゲージブリッ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、スリップリン
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、流体力に応しる
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、流体力は最も太きいがら、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ゆ小さ
いから、光学装置は感度がよくなければならない。スリ
ッ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、無荷重状態下での軸の心振れが流体力に
よって生じる軸の撓みより大きいことがある点で測定が
困難であった。従って、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。

従って、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フ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って、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。従って、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　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によっ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によって駆動する。駆動機構は
、駆動モータ２０と歯車箱２２の歯車減速群組立体から
作られている。モータは、前板２６によって歯車箱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覆い２８を有する閉鎖タ
ンクであってもよく、このタンクの壁は円形成いは直線
（長方形又は正方形）であってもよい。覆い２８は、タ
ンク１０の壁の上端部に整列するガスケット３０に載っ
ている。タンクは、直径或いは幅が約５〜７０フイー）
（１，５３〜２１．４ｍ）であってもよい。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■型のは
り３２．３４によって掛けられている。歯車箱２２は、
ボルト３６によってはりに締め伺けられている。モータ
２０を取付けている溝２４は、ボルト４０によってはり
３２．３４にも又締め付けられているブラケノ１−３８
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によって閉鎖する。

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（０，１２７ｃ＋ｎ）に位置決めされる。ゲージ４
４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。従ってゲージは磁束ギャップ長
に対する正確な反応をもたらし、従って歯車箱２２の運
動の正確な応答をもたらす。

ロッド５０が、軸１６の軸線に沿って（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
。このロッドも又、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。従って接近ゲージ５２は、ゲ
ージ４４より大きな直径のノーズと広い範囲（例えば１
インチ（２，５４ｃｍ））を有するのがよい。ゲージ５
２のノーズば、ロッド５０の側部から間隔をへだでるこ
とができ、ノーズは前記範囲の約１７２はど側部に隣接
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って、軸１６ととも
に歯車箱の凹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
′の所での拡大ロッド５０とのために点線によって示す
。

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ＰＤＩ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２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って、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、
当業者にとって明らかになろう。

歯車箱２２の運動が、回転しないにしても軸１６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５８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６
２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、これらは羽根車の流体
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ＰＤＩの時間に関する振幅の
偏差と、ゲージ６２からの信号Ｐ　Ｒ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、
波形が木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によって示ず軸１６の撓みは、ゲージ４４に
よって検出されるような歯車箱２２の運動について１８
０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ヘル
のオフセットを有する。このオフセントはゲートからの
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、このオフセットを無視すると、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ＰＩ）１及びＰＤ２をスイッ
チ６６に供給する。これら信号を、スイッチ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、一方の信号をスイッチによ
って選択する。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ＰＤＩを用いる。

信号ＰＤＩが用いられるとすると、信号ＰＤＩ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ＰＤＩのピーク振幅を固定域値と比較するスレシュ
ホールド回路であってもよい。第１の検出器６８の限界
は、第２の検出器７０の限界より高い。検出器に供給さ
れる信号は、フィルタを通されて、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、ランチ回路７２をセットする出力を出
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、別のラッチ７４をセットする。

ラッチ７２がセントされると、モータの速度制御回路７
６に出力が入力されて、速度を正規の混合中の作動速度
の２７３に減少させる。ラッチ７２がセットされると、
速度制御はモータを止めることによるラッチ７４の出力
に応答する。従って、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、リセント入力をラッチ７２．７４に
入力することによっ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
行う適当にプログラムされたマイクロプロセッサによっ
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、ここに定方性、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。従って
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に取った断面図、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ック図、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、４４．５
２．６２・・・ゲージ、５０・・・部材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）支持部材に取付けられた駆動機構によって駆動さ
れる混合装置の羽根車の軸に作用する流体力を測定する
装置であって、羽根車の軸が回転しないときに駆動機構
の運動をその位置に関して測定する装置と、前記運動の
大きさに応答して流体力を検出する装置とを備えている
ことを特徴とする流体力測定装置。
（２）前記測定装置は、前記駆動機構に隣接して位置す
る接近ゲージ及び、前記機構と流体力を示す前記ゲージ
との間の距離に応答する前記ゲージからの出力を得るた
めの装置とを備え、又前記検出装置は前記出力信号に応
答することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
装置。
（３）前記機構から前記軸の軸線方向に延びる部材を有
している前記機構の運動を増幅するための装置をさらに
備え、前記ゲージは前記部材に隣接して配置されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
（４）前記混合装置は、前記機構をたわんで支持する少
くとも１つの部材を有していることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の装置。
（５）前記部材は、前記混合装置のタンクに掛けられる
少くとも１つのはりであることを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の装置。
（６）前記機構は、金属材料のハウジングを有する歯車
箱を備え、前記ゲージは前記外壁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ことを
特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装置。
（７）モータ駆動の駆動機構を有する混合装置を制御す
る装置であって、前記駆動機構は混合羽根車を有する軸
に連結され、前記羽根車は前記軸をそらす前記羽根車に
作用する流体力に応答してタンク内の材料を混合するた
めタンク内に配置され、前記制御装置は前記駆動機構の
運動を検出して前記流体力を示す信号を作る装置と、前
記信号に応答して前記モータを制御する装置とを備えて
いることを特徴とする制御装置。
（８）前記制御装置は、前記出力信号が前記軸の過度の
撓みを作る流体力を示すときに、前記モータの速度を減
少する装置をから成っていることを特徴とする特許請求
の範囲第７項に記載の装置。
（９）前記駆動機構は、前記軸が前記タンクの中にたれ
下る歯車箱を備え、そして、前記検出装置は、前記歯車
箱に隣接して配置された前記歯車箱に対して変位に応答
するゲージを備えていることを特徴とする特許請求の範
囲第７項に記載の装置。
（１０）前記駆動は前記軸が前記タンクの中にたれ下る
歯車箱を備え、増幅装置は前記機構に連結された部材を
備え、そして、前記軸の軸線方向で、かつ前記軸と反対
側に前記機構より延びており、前記検出装置は前記部材
に隣接して配置された接近ゲージを備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第７項に記載の装置。
（１１）前記軸に垂直な湾曲軸を中心に駆動機構の回動
運動を可能にするため前記駆動機構を湾曲自在に支持す
る装置をさらに備え、前記検出装置は前記機構に隣接し
て配置されそして前記回動運動の振幅に応答する接近ゲ
ージを備えていることを特徴とする特許請求の範囲第７
項に記載の装置。
（１２）前記駆動機構はハウジングを有する歯車箱と湾
曲軸線に沿い、かつ、前記歯車箱が取付けられる前記タ
ンクにかかっている少くとも１つのはりとを有し、前記
ハウジングは前記はりに平行な外面を有する壁を有し、
前記検出装置は前記外面に隣接して取付けられた接近ゲ
ージを有していることを特徴とする特許請求の範囲第７
項に記載の装置。
（１３）前記検出装置は、前記信号を出すために前記湾
曲軸線まわりの歯車箱の回動運動の振幅を検出するため
に作動し、前記制御装置はピーク振幅に基づき前記モー
タの速度を減少させ又これを止めるための出力を出すた
めに前記信号を処理するための装置を備えていることを
特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の装置。
（１４）支持部材に取付けられる駆動機構によって駆動
される混合装置の羽根車の軸に作用する流体力を測定す
る方法であって、前記方法は羽根車の軸が回転しないと
きに前記機構の運動をその位置に関して測定する工程と
、前記測定から前記流体力を検出する工程から成ってい
ることを特徴とする流体力測定方法。
（１５）前記測定工程は、前記機構に隣接する接近ゲー
ジを位置めすること及び、前記機構と前記ゲージとの間
の距離に応答する前記ゲージからの出力を得ることによ
って行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１４
項に記載の方法。
（１６）前記機構から前記軸の軸線方向に延びる部材を
備える前記機構の運動を増幅する工程と、前記機構の運
動の測定準備をするための前記部材の運動を測定する工
程とをさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
４項に記載の方法。
（１７）前記機構を湾曲自在に支持することをさらに含
むことを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の方
法。
（１８）前記支持工程は、前記混合装置のタンクに掛か
る少くとも１つのはりに前記機構を取付けることによっ
て行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１７項
に記載の方法。
（１９）前記機構は、歯車箱を備え、前記位置決め工程
は前記歯車箱の外壁に隣接するゲージを位置決めするこ
とによって行なわれることを特徴とする特許請求の範囲
第１５項に記載の方法。
（２０）前記支持工程は、前記軸の軸線に垂直な軸線を
中心に前記機構を湾曲自在に支持するために行なわれ、
そして前記測定工程は前記湾曲軸線を中心に前記機構の
回動運動を測定することによって行なわれることを特徴
とする特許請求の範囲第１７項に記載の方法。
（２１）前記機構は、前記湾曲軸線に平行な外面を備え
る壁を有する歯車箱を有し、前記測定工程は前記外面に
隣接して位置決めされる接近ゲージを用いて行われるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の方法。
（２２）前記支持工程は、前記湾曲軸線に平行に延び、
かつ、中に前記軸の延びる前記混合装置のタンクに掛か
っている少くとも１つのはりを用いて行なわれることを
特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の方法。
（２３）前記機構は、歯車箱から前記軸の軸線方向で前
記軸に反対の方向に延び、前記歯車箱の運動を増幅する
ための部材を有する歯車箱を有し、そして前記測定工程
は、前記部材に隣接する接近ゲージを前記湾曲軸線から
間隔をへだて、かつ、これに垂直な線に沿って位置決め
することによって行われることを特徴とする特許請求の
範囲第２０項に記載の方法。
（２４）前記機構は回転しない金属ハウジングを有し、
そして測定工程は前記ハウジングとこれに隣接する固定
位置との間の磁束密度を測定することによって行なわれ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の方
法。
（２５）モータ駆動の駆動機構を有する混合装置を制御
する装置であって、前記駆動機構は混合羽根車を有する
軸に連結され、前記羽根車は前記軸をそらす前記羽根車
に作用する流体力に応答してタンク内の材料を混合する
ためにタンク内に配置され、前記方法は前記流体力を示
す信号を作るため前記駆動機構の運動を検出する工程と
、前記信号に応答して前記モータを制御する工程とから
成っていることを特徴とする制御方法。
（２６）前記制御工程は、前記出力信号が前記軸の過度
の撓みを示す流体力を示すときに前記モータの速度を減
少することから成っていることを特徴とする特許請求の
範囲第２５項に記載の方法。
（２７）前記駆動機構は、前記軸がたれ下る歯車箱を備
え、そして前記検出工程は前記歯車箱の変位に応答する
前記歯車箱に隣接して配置されたゲージを位置決めする
ことによって行われることを特徴とする特許請求の範囲
第２５項に記載の方法。
（２８）歯車箱に連結された部材を用いて前記歯車箱の
運動を増幅することをさらに含み、前記位置決め工程は
前記部材に隣接したゲージを用いて行われることを特徴
とする特許請求の範囲第２７項に記載の方法。
（２９）前記駆動機構を湾曲自在に支持して前記軸に垂
直な湾曲軸を中心に駆動機構の回動運動を可能にさせる
ことをさらに含み、前記検出工程は、前記回動運動の振
幅を検出することによって行なわれることを特徴とする
特許請求の範囲第２５項に記載の方法。
（３０）前記湾曲支持工程は、前記湾曲軸に沿って延び
、かつ、前記タンクに掛かる少くとも１つのはりに前記
駆動機構を取付げることによって行なわれることを特徴
とする特許請求の範囲第２８項に記載の方法。
（３１）前記駆動機構は、前記モータに連結され、そし
て前記はりに取付けたハウジングを有し、前記ハウジン
グの壁は前記はりに平行な外面を有し、前記検出工程は
目的物の接近に応答する前記壁面に隣接したゲージを位
置決めすることによって行われることを特徴とする特許
請求の範囲第３０項に記載の方法。
（３２）前記駆動機構は前記タンクに連結され、そして
前記はりに取付けたハウジングを有し、歯車箱から前記
軸の軸線方向で前記軸の反対側に延びる部材を用いて前
記歯車箱の回動運動を増幅することを含み、前記検出工
程は前記部材へのゲージの接近に応答する前記部材から
間隔をへだてたゲージを前記軸に垂直な方向に位置決め
することによって行なわれることを特徴とする特許請求
の範囲第２９項に記載の方法。
（３３）前記検出工程は、前記ゲージからの前記信号を
得る工程を含み、前記制御工程は前記モータの速度と前
記信号の振幅に対する応答を選択することによって行う
ことを特徴とする特許請求の範囲第２７項に記載の方法
。
（３４）前記検出工程は前記ゲージからの前記信号を得
る工程を含み、そして前記制御工程はピーク振幅に基づ
き前記モータの速度を減少させ、又これを止めるための
出力を出すために前記信号を処理する工程を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第２７項に記載の方法。