JPH0344239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 この発明はポンプに関する。

「従来の技術」 第９図は出願人が既に出願している振動柱ポン
プ（特願昭57−067668号）の実施例の縦断面図で
ある。図は下端が液中に直立静止し下方が大径部
となつている静止管２の上端を振動管５が振通動
し得る密封装置６を介して密封して振動管５の下
端に接続し振動管５の上端を吐出口９を備えた弁
ケージング１１中に密封して挿通し、弁ケーシン
グ１１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１５の他端にて振動管５の上端
に当接している弁板１４を押え、振動管５を長手
方向に加振する加振装置７を備えた振動柱ポンプ
を表わしている。また出願人が上記発明に関する
出願よりも以前のものとしては特願昭57−028486
号の振動柱ポンプがあり、上記振動柱ポンプに対
して振動管の下端を直接液中に沈め静止管を有し
ない。

「発明が解決しようとする問題点」 従来、振動柱ポンプでは、吸込管（静止管、振
動管）の径を増加すると、吸込管の配管損失を小
さくすることができる他その応用によつて大型ポ
ンプの呼水などにも利用できる利点がある。然し
乍ら吸込管の断面積が大きいと、振動管の加振に
よつて管内液面に表面波が生じやすくなり、加振
動力が表面波の加振に消費され、液柱を上昇させ
ることができなくなる欠点があつた。

振動柱ポンプのように、開液面１に対して垂直
に立てた管５ａ（管内にも液面が存在する第１０
図参照）上下方向の振動を加えると必ず管内の液
面２１には管内流体系に基づく振動モードによる
表面波２１′（第１１図参照）が発生し、振動条
件によつては激しい液面の動揺が起きる。

ところで、振動柱ポンプの自給水現象は、吸込
管内の気体の圧力変動を増大させると、弁板１４
が開放して管内気体が流出し、それに応じて管内
の液体が上昇する現象を利用している（第１２図
参照）。したがつて、自給性能を良くするために
は、弁板１４を大きく開放させ多くの気体を流出
させる必要があり、これには、管振動によつて吸
込管内の気体になるべく大きな圧力変動を発生さ
せることが重要である。この圧力変動は、第１３
図のように吸込管内の振動系が、ばね２２−質量
２３系と見なせるときにその共振振動数において
最大となる。すなわち、振動管５内の液体が一つ
の塊となつて管内を上下に運動する場合にこの液
柱は単なる質量と見なし得るので、吸込管内の振
動系は気体をばね、液柱を質量と見なした簡単な
ばね−質量系に置き換えられる。つまり、液体は
ピストンのように吸込管内を運動し、管内の気体
に容積変化を起こさせる。

ところが、第１１図の様な表面波２１′が発生
すると液体は運動しても、管内の気体の総体積は
変化せず、気体の圧力変動が起こらないので、吸
込管内に液体を上昇させることが不可能となる。

この発明は吸込管内液面に表面波の生じない振
動柱ポンプを提供することにより上記欠点を除去
し振動柱ポンプの吸込効率を向上することを目的
とするものである。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」 この発明の実施例は振動柱ポンプの吸込管内の
表面液を防止するため、吸入管の管内液面に吸込
管中を液体の通過を許すような浮子を浮かせたも
のである。

また、同様の目的で吸込管下部を管断面積の小
さな管を集合させ上部の一本の振動管に集合した
ものである。

この発明の要旨は振動柱ポンプにおいて吸込管
内での液面が区分分けし（一区分を含む）区分し
た夫々の液面面積が表面波の生じ難いように吸込
管径よりも小にしたものである。

「作用」 吸込管液面に吸込管内で液体の通過を許すよう
な浮子を浮かせた振動柱ポンプでは吸込管内の表
面波の発生が生じない。

吸込管下部を小さな管断面積の複数の集合管と
して一本の振動管に集合したものでは集合管の一
つでは液表面積は小さいので表面波は生じない。

即ち、この発明の作用は振動管の吸込管内の区
分された小面積の液面では表面波が生じないこと
である。

「実施例」 以下、図面に従つて本発明の実施例について説
明する。第１図は縦断面図である。

開液面１下に下端が没して両端が開口している
下部が大径部の拡大管となつている静止管２は固
設したブラケツト３にコネクタ４を介して固定さ
れている。パイプ状の振動管５はコネクタ４に例
えば可撓接手のような密封装置６により静止管２
と水密にして連結されている。振動管５は例えば
不釣合重量を有する回転体を回転させることによ
り振動を生ずる不動部分に据付けた加振装置７の
出力部８に上下方向移動を許されないように支持
されている。加振装置７は限定されないが上下方
向の振動を発生するものが発揚である。

振動管５の上部は少なくとも容器状であつて吐
出口９を備えるようにした固設した弁ケーシング
１１を挿通している。振動管５が弁ケーシング１
１を挿通する部分は振動管５が管の長手方向に振
動を許すようにして密封されており、例えばベロ
ーの内径側が振動管５に固定され、外径側が弁ケ
ーシング１１に固定された密封装置１２を備え
る。

弁ケーシング１１中では振動管５端が中間位置
になるように突出している。振動管５端を弁シー
ト１３として弁板１４が当接し、弁板１４と弁ケ
ーシング１１間にはばね１５が圧縮挿入されてい
る。

静止管２の大径部に於て第２図に斜視図で示す
ようなドーナツ状の浮子１６が管内液面に浮かせ
てある。浮子１６の大きさは一区画となつている
管内液面に表面波が生じないような大きさ形状で
あり、静止管２の大径部を管内液面の上昇、下降
に従つて上昇する必要があり、管内液面が上昇し
たとき静止管２の小径部に入らないことが必要で
ある。浮子１６の材質には限定はない。浮子１６
が静止管２の大径部の上端に当つた場合に静止管
２の小径部を閉止せず、静止管２内を液体が上昇
し得ることが必要であり、そのため浮子１６はド
ーナツ状として中心孔を有する。

加振装置７を附勢すると出力部８は上下動し、
振動管５を上下動させる。

ポンプ作用の挙動を示せば次のとおりである。

弁板１４が振動管５に追随して運動するよう
に加振するとき ○イ 液面の上昇過程 弁板１４が振動管５に追随して運動するよ
うにして、振動管５を上下運動させると、管
内気柱圧力の変動に伴つて管内の液面も上下
運動する。この液面の上下運動は、気柱の弾
性と液柱の質量からなる一種のバネ−質量系
の振動現象に伴うものであり、従つて摩擦な
どによる減衰が小さいから振動管５の上下運
動の振動数を管内の気柱−液柱系の固有振動
数に設定すると管内気柱の圧力は非常に高く
なる。そこで、弁をある設定圧力以上で開放
するようにすると、管内の気柱圧力が弁の設
定圧力以上になると弁が開放して、気柱圧力
の上限を弁設定圧に保持するので、加振一周
期当りの気柱圧力の平均値は大気圧以下とな
り、その圧力減少に相当した液柱の上昇が起
こる。これが連続的に起こり液面が振動管５
の上端まで上昇する。

○ロ 液の吐出過程 液面が振動管５の上端に達した後は、振動
管５より管内液柱に作用する慣性力により、
液柱が弁板１４を押し上げ液が振動管５の上
端より流出する。

弁板１４が振動管５に追随せずに運動するよ
うに加振するとき（第３図乃至第４図） ○イ 振動管５が第３図において、下方へ移動す
る際には、弁板１４はこれに追随せず遅れて
下方に移動し上部端では、振動管５と弁板１
４の間に若干の〓間ができる。このとき振動
管５内の空気が上部へ逃げる。

○ロ 振動管５がが下限にくると、第４図に示す
ように弁板１４が追いついて弁シート１３を
閉じる。

○ハ 弁板１４により弁口が閉じたまま振動管５
が上昇すると、振動管５及び静止管２内の空
気は膨張し両管内の圧力は低下し管内の液面
は上昇する（第５図）。

さらに振動管５が下降するときには、振動管５
及び静止管２中の液は液の慣性により、あまり下
がらない。従つてこのときも気体が上部へ排出さ
れ振動管５及び静止管２内圧力は低下し液が上昇
する。

このような作用により、液が充満しているとき
は、液中に、充満していないときには気体中に振
動管５あるいは弁板１４による圧力変動が伝わ
り、気体あるいは液体中に圧力の定在波が発生す
るが、圧力定在波は、弁板１４の部分で変動圧力
が大きく、静止管２の下部で少なくなるため、弁
板１４と弁シート１３の間から液体あるいは気体
が上部へ逃げ出す。同様に○イ〜○ロの状態をくり返
すことによつてやがて振動管５の上端まで液が達
し、第３図のように振動管５が下るときに液が弁
ケーシング１１中に溢れ出て、弁ケーシング１１
中より吐出口９の方向へ流れるようになり、後は
続いて揚液して吐出されることとなる。

このようなポンプ作用により静止管２中に液面
があつて振動管５が振動すると静止管２の大径部
に液面がある場合に管の液には表面波が生ずる条
件にあると振動管５を振動するエネルギーの一部
は該表面波生成のため消費される。然し乍ら、浮
子１６があることで管内の液面は表面波は発生し
ないように狭くしてあり、表面波は生じない。

第６図はこの発明の他の実施例の縦断面図、第
７図は第６図のＡ−Ａ部分の外周を切断して見る
斜視図である。静止管２の大径部の水平断面は格
子状のように仕切られて複数の断面積の小さな管
１７が集合した如くなつている。

静止管２の大径部の上端では小管１７の上端部
の管壁の一部は静止管２の大径部と小径部の境の
壁１８に達するように突出させて波除け１９とし
てある。本例では波除け１９は静止管２の大径部
の直径の位置にある。

この実施例によれば静止管２の大径部は小管１
７に分かれているので表面波は生じない。又、大
径部と小径部の境の壁１８の近傍の空間に液面が
来たときも波除け１９があるため表面波は生じな
い。

実施例は吸込管中、静止管が拡大管となつた場
合をのべたが振動管と静止管が等しくても管の断
面積が大きいと表面波が生ずるのでこのような場
合もこの発明に含まれることはいうまでもない処
である。

実施例は静止管を通じて振動管の下端が水溜に
通じた振動柱ポンプについてのべたが、静止管を
備えず振動管の下端が直接水溜に浸漬している場
合は第８図の縦断面図に示され、この場合も浮子
１６の作用は第１実施例と同様であり、又第８図
においても第２実施例のような小管の集合したも
のを振動管５の下部拡大部に構成してもよい。

以上のべて来たようにこの発明は振動柱ポンプ
の吸込管の管内液面を一区分として浮子を浮かせ
た場合は管内液面は小面積となり、表面波は防止
される。又吸込管を小管の集合管とすると小管の
中では液面は小さいから表面波の発生が防止さ
れ、吸込管の大径部から小径部に連通する部分は
波除けにより二区分され表面積は吸込管大径部の
ほぼ半分となるので表面波の発生が防止される。
このように吸込管管内の液面を区分できてその区
分により表面波の発生が防止できればよいのでこ
の吸込管管内の液面の区分とは完全に夫々が閉じ
た線によつて区切られることを意味するものでは
なく、あたかも防波堤のように区分された夫々の
液表面間が通ずる開口のある形でもよいのであ
る。

〔発明の効果〕

この発明は振動柱ポンプの吸込管中の液面を区
切る部材を備え、区切られた一つの液面の表面積
が振動管上部の断面積よりも小さくなるようにし
たので振動管の加振動力の損失を大幅に防ぐこと
ができた。そして今まで液面を上昇させることの
できない大きな管径の吸込管でも液面上昇をさせ
ることが可能になる効果を生じた。

吸込管中に浮子を浮かせるのは極めて簡単であ
る。

多数の小管を集合させて吸込管の下端を構成す
るとストレーナの機能を兼ねることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の縦断面図、第２図
は第１図の一部品を示す斜視図、第３図乃至第５
図は第１図のポンプ作用を説明する縦断面図、第
６図はこの発明の他の実施例を示す縦断面図、第
７図は第６図のＡ−Ａ部分の断面より下の斜視
図、第８図はこの発明の更に他の実施例の縦断面
図、第９図は従来例の縦断面図、第１０図、第１
１図ａ，ｂは従来例の課題を説明するための縦断
面図、第１２図は弁リフトと発生圧力及び揚液高
さの関係を示す線図、第１３図は等価振動系を示
す説明図である。 １……開液面、２……静止管、３……ブラケツ
ト、４……コネクタ、５……振動管、６……密封
装置、７……加振装置、８……出力部、９……吐
出口、１１……弁ケーシング、１２……密封装
置、１３……弁シート、１４……弁板、１５……
ばね、１６……浮子、１７……小管、１８……
壁、１９……波除け。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下端部が直接又は振動管の振動を許す密封装
   置で連結された静止管が吸込管部であり、該吸込
   管部を液中に通じた振動管の上端を吐出口を備え
   た弁ケーシングに挿通して、弁ケーシング中にて
   開口し、振動管を長手方向に加振する加振装置及
   び振動管の上端を弁シートとした弁板を備えた振
   動柱ポンプにおいて、該吸込管部中の液面を区切
   る部材を吸込管部中に設けて液面を区切り、該区
   切られた各液面は振動管上部の断面積よりも小さ
   な面積となつていることを特徴とする振動柱ポン
   プ。 ２ 液面を区切る部材が吸込管部内の液面に浮か
   べた浮子である特許請求の範囲第１項記載の振動
   柱ポンプ。 ３ 液面を区切る部材が吸込管部を長手方向に仕
   切る板となつている特許請求の範囲第１項記載の
   振動柱ポンプ。