JP2692938B2

JP2692938B2 - 流量調整装置

Info

Publication number: JP2692938B2
Application number: JP1054765A
Authority: JP
Inventors: 懐夫杉下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH02233888A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、流体が流れる配管系統における流量調整装
置に係り、特に複数の配管内を流れる流体相互の流量比
を一定に制御することができる流量調整装置に関する。

（従来の技術）配管系の異なる点を通過する流体の流量比を一定に制
御することの必要性は、工業上の種々の分野で見出すこ
とができる。

第８図は、静圧軸受の潤滑油の配管系統を示す。ここ
で、回転軸１は、油圧により軸受ハウジング２の内部で
回転する。軸受ハウジング２の内周面には、油ポケット
3a,3b,3c,3dが設けられており、各油ポケット3a,3b,3c,
3dは、配管4a,5a,4b,5b、4c,5c、4d,5dを介して潤滑油
ポンプ６に接続され、油溜り７からの潤滑油が供給され
るようになっている。

ところで、回転軸１と軸受ハウジング２との接触、焼
付けを防ぐには、両者の間隔を均一化する必要があり、
そのためには、各油ポケット3a,3b,3c,3dに圧送される
油量を等しくする必要がある。

そこで従来は、第８図に示すように、各配管4a,5a、4
b,5b、4c,5c、4d,5dの間に、定流量バルブ8a,8b,8c,8d
を介装するようにしている。

この定流量バルブ8a,8b,8c,8dは、第９図に示すよう
に、ばね９とダイヤフラム10とにより可動バルブ12の位
置を自動調整し、常に流量を所定値に自動的に設定する
ものである。

すなわち、圧力P₁が増加するか圧力P₃が減少すると、
流量Ｑは大となって縮流路ａを通過する流速は増大し、
差圧（P₂−P₃）が大きくなる。これにより、ダイヤフラ
ム10上下の差圧（P₂−P₃）が増大して可動バルブ12が上
動し、流量Ｑが減少する。圧力P₁,P₃に上記とは逆の変
化があった場合には、可動バルブ12は、ばね９の圧力で
下降し、流量Ｑが増加する。

ここで、ダイヤフラム10の有効面積をＳ、可動バルブ
12の流体中の重量をＷ、ばね９による下向きの力をＦと
すると、前記動作が行なわれている間は、（P₂−P₃）×Ｓ＝Ｗ＋Ｆ ……（１）の関係式が成立する。これを変形すると、となり、縮流部ａ前後の圧力差が常に一定に保たれ、絞
り機構13の開度に応じた一定流量が得られる。

以上の構成を有する定流量バルブ8a,8b,8c,8dを用い
ることにより、各油ポケット3a,3b,3c,3dに圧送される
油量は均一になるが、流量比は一定に維持した状態で流
量を変化させることはできない。

第10図は、化学プラントにおける例を示すもので、反
応炉14に、貯蔵タンク15a内の原料Ａと貯蔵タンク15b内
の原料Ｂとを、配管16a,17a,16b,17bを介し各々ポンプ1
8a,18bを使用して輸送するようになっており、各ポンプ
18a,18bの吐出側には、流量調整装置13a,13bが設置され
ている。

このようなプラントにおいては、化学反応を制御する
ために原料A,Bの圧送量を増減するが、その際、相互の
流量比は一定に維持しなければならない場合がある。と
ころが、流量調整装置19a,19bに定流量バルブを用いた
のでは、このような制御を行なうことが困難になる。

（発明が解決しようとする課題）このように、定流量バルブは、流量を所定値に制御す
ることはできるが、流量比を一定に保ったままで流量を
増減させるといった制御には使用できず、また、流量を
一定にするためにバルブの流動抵抗を調整しているの
で、配管系としては、定流量バルブを設置することで流
動抵抗が増大することになり好ましくない。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、流量比
を一定に保ったままで流量を増減させることができ、し
かも流動抵抗を小さくすることができる流量調整装置を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、前記目的を達成する手段として、各々独立
した吸込口および吐出口を有する複数の容積式流体機械
を、連動機構を介して連結し、容積式流体機械および連
動機構は外部から動力を与えられていない構成であるこ
とを特徴とする。

そして、本発明においては、連動機構に、増減速機構
や伝達トルクが設定値を超えた際に切られるクラッチ機
構を設けるようにすることがより好ましい。

（作用）本発明に係る流量調整装置においては、複数の容積式
流体機械が連動機構を介して連結される。容積式流体機
械は、流体からエネルギを与えれば水車（原動機）とし
ても作用する。したがって、これを連動機構を介して連
結すれば、仮え流量が変化しても流量比は一定となり、
しかも所定の流体の流量が増えて、その容積式流体機械
の回転速度が上昇すると、他の容積式流体機械はポンプ
として作用し、エネルギの一部が流体に返される。した
がって、流量調整装置全体としてのエネルギ消費は少な
い。

（実施例）以下、本発明を図面を参照して説明する。

まず、第１図を参照して本発明に係る流量調整装置の
原理を説明する。

第１図において、符号20a,20bはルーツ型の容積式流
体機械であり、これら両容積式流体機械20a,20bは、相
互に異なる配管21a,22a、21b,22bに接続されているとと
もに、同一の回転軸23により連結されている。

ルーツ型の容積式流体機械20a,20bは、第２図に示す
ように胴24内の一対のまゆ形の回転子25を組込んだ構造
をなしており、流体からエネルギを与えれば水車（原動
機）として作用するようになっている。また、回転速度
をN,流量をＱとすれば、回転速度Ｎと流量Ｑとは、次式
のように比例する。

Ｑ＝ｋ・Ｎ ……（３）ここで、ｋは比例定数で、１回転当たりの流量を示
す。

以上の構成において、両容積式流体機械20a,20bは、
回転軸23が共通であるため、両容積式流体機械20a,20b
の回転速度は同一となり、その結果、前記（３）式より
流量も同一となる。この関係は、２つの容積式流体機構
20a,20bが同一の回転軸23で結合されている限り成立
し、仮え流量が変化しても通過する流体の流量比は一定
である。

すなわち、２つの配管系21a,22a、21b,22bを流れる流
体の流量が同一の場合には、２つの容積式流体機械20a,
20bは、第３図（ａ）に示すように、流体からエネルギ
を供給されて回転する水車として作用する。この際発生
する動力は、回転軸23の摩擦トルクに対応するだけであ
るので、容積式流体機械20a,20bの入口と出口との圧力
降下量ΔH₁,ΔH₂はほとんど零に近く、流動抵抗は極め
て少ない。

一方、何等かの原因で、一方の配管系21a,22a側の流
体が流れ易くなって流量を増えると、容積式流体機械20
aの回転速度が上昇する。ところが、回転軸23が共通の
ため、他方の配管系21b,22bの容積式流体機械20bの回転
速度も上昇し、２つの配管系21a,22a、21b,22bの流量比
は変化しない。この際、容積式流体機械20aは、容積式
流体機械20bを駆動する水車として作用し、逆に容積式
流体機械20bは、容積式流体機械20aにより駆動されるポ
ンプとして作用する。その結果、配管系の圧力は、第３
図（ｂ）に示すように、一方の配管系21a,22aでは、容
積式流体機械20aの入口から出口にかけて大きな圧力下
降ΔH₁が発生するが、他方の配管系21b,22bでは、容積
式流体機械20bの入口から出口にかけて逆に圧力の上昇
が発生する。このため、容積式流体機械20aでは流体エ
ネルギが消費されるが、そこで消費されたエネルギの一
部は、容積式流体機械20bにより再び流体に返されるた
め、配管系全体で見た場合のエネルギの消費は少ない。
この点が、本発明に係る流量調整装置の大きな特徴で、
流動抵抗となり流体のエネルギを消費して流量を一定に
保つ定流量バルブの異なる点である。

第４図は、本発明の第１実施例に示すもので、流量調
整装置を静圧軸受に適用したものである。

すなわち、第４図において、符号１は回転軸であり、
この回転軸１は、油圧により軸受ハウジング２の内部で
回転するようになっている。この軸受ハウジング２の内
周面には、油ポケット3a,3b,3c,3dが設けられており、
これら各油ポケット3a,3b,3c,3dには、配管4a,5a、4b,5
b、4c,5c、4d,5dを介して潤滑油ポンプ６が接続され、
油滞り７からの潤滑油が供給されるようになっている。

前記各配管4a,5a、4b,5b、4c,5c、4d,5dの間には、第
４図に示すように、４つの容積式流体機械30a,30b,30c,
30dがそれぞれ設けられており、これら各容積式流体機
械30a,30b,30c,30dは、同一の回転軸31により連結され
ている。

次に、本実施例の作用について説明する。

潤滑油ポンプ６からの潤滑油は、各配管4a,5a、4b,5
b、4c,5c、4d,5dをそれぞれ介して油ポケット3a,3b,3c,
3dに供給されることになるが、各配管4a,5a、4b,5b、4
c,5c、4d,5dの間には、回転軸31で連結された容積式流
体機械30a,30b,30c,30dがそれぞれ設けられているの
で、潤滑油ポンプ６の揚程が変化しても、流量の絶対値
は変化するが、各油ポケット3a,3b,3c,3dに供給される
流量比は同一となる。このため、軸受の負荷に応じて潤
滑油ポンプ６の吐出量を変化させたとしても、各油ポケ
ット3a,3b,3c,3dに供給される油量は均一となり、回転
軸１と軸受ハウジング２との間隔を、常に均一に保つこ
とができる。

第５図は、本発明の第２実施例を示すもので、１回転
当りの流量が異なる容積式流体機械40a,40b,40cを、各
配管41a,42a、41b,42b、41c,42cの間に設置するととも
に、各容積式流体機械40a,40b,40cを同一の回転行43で
連結し、かつ各配管41a,41b,41cには、吐出量の異なる
ポンプ44a,44b,44cで流体を送給するようにしたもので
ある。

以上の構成において、各ポンプ44a,44b,44cで輸送す
る流体の流量がQ_a,Q_b,Q_cであるとすると、ポンプあるい
は配管の条件が多少変化しても、各配管41a,42a、41b,4
2b、41c,42cを流れる流体の流量比は、各容積式流体機
械40a,40b,40cの１回転当りの流量比から変化すること
はなく、常に同一流量比で流体が輸送される。

第６図は、本発明の第３実施例を示すもので、３台の
容積式流体機械50a,50b,50cを同一の回転軸51で連結す
るとともに、３台の容積式流体機構50a,50b,50cの間
に、２台の連結装置52a,52bのそれぞれ配置するように
したものである。

自以上の構成において、連結装置52a,52bが増減速装
置である場合には、各容積式流体機械50a,50b,50cの回
転速度の比は、直結されている場合の異なり、歯車の増
速、減速比に応じた回転速度の比となる。このため、各
容積式流体機械50a,50b,50cを通過する流量の比も、回
転速度の比に応じた値となる。

また、連結装置52a,52bが、外部からの操作でその増
減速比を任意に調整できる機構である場合には、各容積
式流体機構50a,50b,50cの流量比をに任意に変更するこ
とができる。なお、この変更は、外部からの操作で行な
うのではなく、例えば容積式流体機構50a,50b,50cの回
転速度に検出し、検出値が予め設定した値を超えた際
に、自動的に連結装置52a,52bの増減速を調整し、流量
配分量を変えるようにしてもよい。

また、連結装置52a,52bが、クラッチ機構を有してい
る場合には、このクラッチ機構を、外部からの操作ある
いは予め定められた条件下で動的に操作するようにすれば、各容積式流体機構50a,
50b,50c間の回転トルクが許容値を超えた際にラッチ機
構を切ることにより、過大トルクで機器が破損するのを
防止することができる。

なお、前記各実施例では、ルーツ式の容積式流体機械
について説明したが、第７図に示すように、胴61内に一
対の歯車62を配した歯車式の容積式流体機械60を用いて
も同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、複数の容積式流体機械
を、連動機構を介して連結するようにしているので、流
量比を一定に保ったままで流量を増減させることがで
き、しかも流動抵抗を小さくすることができる。

また、連動機構に増減速機構を設けることにより、各
容積式流体機械の流量比を自由に設定でき、また、連動
機構にクラッチ機構を設けることにより、過大トルクで
機器が破損するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流量調整装置の原理を示す説明
図、第２図はルーツ式の容積式流体機械の構成を示す断
面図、第３図（ａ），（ｂ）は第１図に示す原理図の作
用をそれぞれ示すグラフ、第４図は本発明の第１実施例
を示す説明図、第５図は本発明の第２実施例を示す説明
図、第６図は本発明の第３実施例を示す説明図、第７図
は歯車式の容積式流体機械の構成を示す断面図、第８図
は従来の流量調整装置の一例を示す説明図、第９図は定
流量バルブの構成を示す断面図、第10図は従来の流量調
整装置の他の例を示す説明図である。 20a,20b,30a,30b,30c, 30d,40a,40b,40c,50a, 50b,50c,60……容積式流体機械、23,31,43,51……回転
軸、52a,52b……連結装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各々独立した吸込口および吐出口を有する
複数の容積式流体機械を、連動機構を介して連結し、容
積式流体機械および連動機構は、外部から動力を与えら
れていない構成であることを特徴とする流量調整装置。
【請求項２】連動機構は、少なくとも相隣る一対の容積
式流体機械の間に、増減速機構を備えていることを特徴
とする請求項１記載の流量調整装置。
【請求項３】連動機構は、伝達トルクが設定値に超えた
際に切られるクラッチ機構を備えていることを特徴とす
る請求項１または２記載の流量調整装置。