JP2008523312A - Reciprocating pump system - Google Patents
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Abstract
往復ポンプアセンブリは、シリンダ、ロータおよびステータを備えたリニア電気モータを含む。複数の逆止弁は、シリンダの両端の近くに配置される。対になった逆止弁は、T字取付部内に取り付けられて、各々の取付部が、ロータのストロークの方向に応じて吸込口および吐出口として交互に動作できるようにする。他のポンプアセンブリは、ロータを利用して押し棒を介してピストンを別々に駆動する。The reciprocating pump assembly includes a linear electric motor with a cylinder, a rotor and a stator. The plurality of check valves are disposed near both ends of the cylinder. The pair of check valves are mounted in a T-shaped mounting portion so that each mounting portion can operate alternately as a suction port and a discharge port according to the direction of the stroke of the rotor. Other pump assemblies use the rotor to drive the pistons separately via push rods.
Description
本発明は、ポンプに関し、より詳細にはリニア電気モータ駆動の往復ポンプに関する。 The present invention relates to a pump, and more particularly to a linear electric motor driven reciprocating pump.
往復ポンプ/圧縮機は、多くの用途における使用、特に、液体の流速が比較的低く、要求される液体の圧力上昇が比較的高い環境での使用に非常に望ましい。それほど高い圧力上昇が要求されず、より高い流速が要求される用途に関しては、簡単で、コストが低く、保守要件が少ないことから単段遠心ポンプが好まれる。しかしながら、往復ポンプは、遠心ポンプより10〜30%も高い熱力学的効率を有する。 Reciprocating pumps / compressors are highly desirable for use in many applications, particularly in environments where the liquid flow rate is relatively low and the required liquid pressure rise is relatively high. For applications where high pressure increases are not required and higher flow rates are required, single stage centrifugal pumps are preferred because they are simple, low cost and have low maintenance requirements. However, reciprocating pumps have a thermodynamic efficiency that is 10-30% higher than centrifugal pumps.
従来の往復ポンプの1つは、ソレノイドを利用してシリンダ内のピストンを駆動する。ソレノイドに通電すると、ソレノイドプランジャが、空気を吐出口から押し出す。ソレノイドへの電流を切ると、ソレノイドのばねが、ソレノイドプランジャを反対方向に駆動して、空気を吸込口に引き込む。不利なことに、ソレノイド駆動の往復ポンプは、ソレノイドプランジャの移動が最大のところで提供する力が最も小さくなる。ソレノイドプランジャへの引張力が、プランジャの中心と磁石の中心との間の距離の逆数の二乗で増加し、その結果プランジャの移動する長さを横断する力にむらができる。 One conventional reciprocating pump uses a solenoid to drive a piston in a cylinder. When the solenoid is energized, the solenoid plunger pushes air out of the discharge port. When the current to the solenoid is turned off, the solenoid spring drives the solenoid plunger in the opposite direction, drawing air into the inlet. Disadvantageously, the solenoid driven reciprocating pump provides the least force at the maximum solenoid plunger movement. The tensile force on the solenoid plunger increases with the square of the reciprocal of the distance between the center of the plunger and the center of the magnet, resulting in uneven force across the length of travel of the plunger.
一般的な空気圧縮機の負荷は、ピストンが動いて空気を圧縮すると、ほとんど直線的に増加する。一般的なポンプ用途においては、負荷は、移動の長さに亘ってほぼ一定である。いずれの用途においても、ソレノイドプランジャが伝える力は、必要な負荷と一致せず、ソレノイドポンプを比較的非効率にする。さらに、ソレノイドは、直線的な移動が比較的制限されており、ソレノイド固有の非効率性をさらに増加させることになる。 A typical air compressor load increases almost linearly as the piston moves and compresses the air. In typical pump applications, the load is approximately constant over the length of travel. In either application, the force delivered by the solenoid plunger does not match the required load, making the solenoid pump relatively inefficient. Further, the solenoid is relatively limited in linear movement, further increasing the inefficiencies inherent in the solenoid.
従って、効率的な動作を行うために、必要な負荷にほぼ一致する往復ポンプを提供することが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a reciprocating pump that approximately matches the required load for efficient operation.
本発明による往復ポンプアセンブリは、シリンダ、ロータおよびステータを備えたリニア電気モータを含む。複数の逆止弁が、シリンダの各々の端の近くに配置される。対になった逆止弁は、T字取付部内に取り付けられて、各取付部がロータのストロークの方向に応じて、吸込口および吐出口として交互に動作するのを可能にする。 The reciprocating pump assembly according to the present invention includes a linear electric motor with a cylinder, a rotor and a stator. A plurality of check valves are disposed near each end of the cylinder. The paired check valves are mounted within the T-shaped mountings, allowing each mounting to operate alternately as a suction port and a discharge port, depending on the direction of the rotor stroke.
ポンプアセンブリの動作は、シリンダ内のピストンとしてロータを利用する。ロータが、片方のエンドプレート方向に駆動されると、各取付部内の逆止弁の1つが開いて、逆止弁の1つが閉まり、対向する取付部が吸込口および吐出口として交互に動作することができる。ロータが、反対側のエンドプレート方向に駆動されると、逆止弁は、逆になり、取付部は動作を逆にする。往復ポンプアセンブリは、ロータの各ストロークの間、圧縮を行う。 The operation of the pump assembly utilizes the rotor as a piston in the cylinder. When the rotor is driven in the direction of one end plate, one of the check valves in each mounting portion opens, one of the check valves closes, and the opposing mounting portion operates alternately as a suction port and a discharge port. be able to. When the rotor is driven in the direction of the opposite end plate, the check valve is reversed and the mounting is reversed. The reciprocating pump assembly performs compression during each stroke of the rotor.
ポンプアセンブリの別の実施形態は、ロータを利用して、押し棒を介して別々のピストンを駆動する。逆止弁は、他のパッケージの可能性を提供するためにピストンシリンダ内に直接配置されたリード弁であってよい。 Another embodiment of the pump assembly utilizes a rotor to drive separate pistons via push rods. The check valve may be a reed valve located directly in the piston cylinder to provide other package possibilities.
従って、本発明は、効率的な動作を行うために必要な負荷にほぼ一致する往復空気圧縮機を提供する。 Thus, the present invention provides a reciprocating air compressor that substantially matches the load required for efficient operation.
本発明の様々な特徴および利点は、好ましい実施形態に関する次の詳細な記述より当業者には明らかとなる。 Various features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the preferred embodiment.
図1は、往復ポンプアセンブリ10の概略断面図を示す。ポンプアセンブリ10は、通常、シリンダ12、ロータ14およびステータ16を備えたリニア電気モータ11を含む。第1逆止弁18、第2逆止弁20、第3逆止弁22および第4逆止弁24は、シリンダ12の両端の近くに対になって配置される。ポンプアセンブリ10は、ガス圧縮機として記述するが、当然のことながら、ガスおよび/または流体の圧縮機やポンプとしての使用等の他の使用も、本発明から同様に利益を得る。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a reciprocating
シリンダ12は、長手軸Aを規定する。シリンダ12は、ロータ14を囲む管状部材であることが好ましい。シリンダ12は、ロータ14を収容するために選択的に開くことができる対向するエンドプレート26,28を含む。当然のことながら、シリンダは線形である必要はない。
The
ロータ14は、誘導子ロータであることが好ましく、この誘導子ロータは、銅32と鉄34の交互になった帯が周りに取り付けられた鉄心30を有する。当然のことながら、鉄(ferrous)からなる内芯と導電材の外層を有する他の誘導子ロータも、本発明と共に使用することができる。
The
Oリング等のシール36をロータ14の両端近くに配置して、シリンダ12内のロータを中央に位置させてシールするのが好ましい。シール36は、ロータ14に摺動する軸受シールを提供する。すなわち、このシールによって、ロータ14は、シリンダ12内でピストンとして動作する。
A
各エンドプレート26,28は、対になった逆止弁18,20および逆止弁22,24をT字取付部38,40内に備える。これらの逆止弁は、各々、T字取付部38,40内に取り付けられることで、片方の逆止弁18,22が開くと、対向する逆止弁20,24が閉じるように、逆止弁18,20および逆止弁22,24によって各々の取付部38,40は、交互に動作可能である。取付部38,40は、シリンダ12の吸込口または吐出口としての動作を交互に行う。取付部38,40によって、複数の導管C1〜C4は連通し、流体媒体を供給口から所定位置まで移動させる。
Each
ステータ16は、シリンダ12の周りに取り付けられて、制御装置44に応答してロータ14を駆動させる。ステータ16は、複数の磁石48の間にはさまれた複数の冷却フィン46を含む。これらの複数の冷却フィン46および複数の磁石48は、タイロッド49で軸方向に保持されている。磁石48は、コイル状に巻かれたワイヤ等の電磁ステータ巻線であることが好ましいが、本発明によって他の磁石を利用してもよい。本発明と共に用いるために(各相に対して1つの)3つの巻線のみを必要とするのが好ましい。
The
制御装置44は、可変速制御装置、スイッチ付リラクタンス速度制御装置、または多相電源50を制御する他の制御装置であってよい。制御装置44は、公知の3相のうちの2相を交換することによって、長手軸Aに沿ったロータ14の動きを逆にする。誘導可変速駆動制御装置44を設けるために公知のチップのセットとトランジスタモジュールを利用することができ、これらの詳細な記載に関しては、本明細書では省略する。
The
図2Aでは、ロータ14が矢印X1で表されるように片方のエンドプレート26の方に駆動されることにより、ポンプアセンブリ10の動作が開始する。この実施形態においては、ロータ14は、シリンダ12内のピストンとして動作する。ロータ14がエンドプレート26の方に駆動されると、T字取付部38内の逆止弁18が開き、T字取付部38内の逆止弁20が閉じて、T字取付部38が吐出口として動作し、T字取付部40が吸込口として動作する。シリンダ12内のロータ14の前方の流体は、逆止弁18を通って吐出される。それと同時に、ロータ14は、エンドプレート28から離れる方向に動き(図3B)、T字取付部40内の逆止弁24は開き、T字取付部40内の逆止弁22は閉じて、流体は、(矢印X1に対して)ロータ14の後ろに引き込まれる。当然のことながら、「前方」「後方」「上方」「下方」「の上」「の下」「の後ろ」等の相対的な位置を表す用語は、その図のみに関するものであり、制限を意図したものと見なすべきではない。
In FIG. 2A, the operation of the
図3Cでは、ロータ14は、ストロークの終わりに達し、エンドプレート26に近接する。ロータ14の前方の流体は、逆止弁18を介して放出されており、流体は、逆止弁24を介してロータ14の後ろに引き込まれる。ストロークの終わりで、制御装置44は、ロータ14の方向を逆にし(図3D)、逆止弁が逆に動作してサイクルが再び始まる。
In FIG. 3C, the
図2Dでは、ロータ14は、矢印X2で表されるようにエンドプレート28の方に駆動される。ロータ14がエンドプレート28の方に駆動されると、T字取付部38内の逆止弁18は閉じ、T字取付部38内の逆止弁20は開いて、取付部38は吸込口として動作し、取付部40は吐出口として動作する。それと同時に、ロータ14は、エンドプレート26から離れて、T字取付部40内の逆止弁24は閉じ、T字取付部40内の逆止弁22は開いて、空気が(矢印X2に対して)ロータ14の後ろに引き込まれる。ここでは、T字取付部40は吐出口として動作する。
In FIG. 2D, the
このようにして、ポンプアセンブリ10は、ロータ14が両方向に動くとき、流体を圧縮するように動作して、ポンプアセンブリ10の効率を向上させる。ポンプアセンブリ10は、その結果、取付部38と取付部40との間でサイクルし、ロータ14の各ストロークで吸込/吐出を行う。制御装置44は、ロータ14のサイクル時間を制御して所望の出力を提供することが好ましい。
In this way, the
図3では、他のポンプアセンブリ52は、ピストンシリンダ60内の第1ピストン56と、ピストンシリンダ62内の第2ピストン58と、を駆動するリニア電気モータ54を含む。ピストン56は押し棒66を介して、ピストン58は押し棒68を介して、リニア電気モータ54のロータ64に連結されている。この実施形態においては、ロータ64およびピストン56,58は、分かれており、異なるパッケージ(組み合わせ)の可能性を提供する。対になった逆止弁70,72は、ピストンシリンダ60内に位置しており、対になった逆止弁74,76は、ピストンシリンダ62内に位置している。逆止弁70〜76は、リード弁であることが好ましいが、他の一方向弁をこの実施形態と共に用いてもよい。ステータ78は、ロータ64の周りに取り付けられ、制御装置80に応答して、ロータ64および接続されたピストン56,58を駆動する。ロータが、軸Aに沿ってサイクルすると、逆止弁70〜76は、ほぼ上述のように動作して、ロータ64の各サイクルの間、ポンピングと圧縮を行う。
In FIG. 3, another
特定のステップの流れを示し、記述し、クレームするが、当然のことながら、ステップは、別段の記載ない限り、任意の順序で行ってよく、分けてもよく、組み合わせてもよい。また、その場合でも、本発明より利益を得る。 Although a particular flow of steps is shown, described, and claimed, it should be understood that the steps may be performed in any order, separated, or combined unless otherwise indicated. Even in this case, the present invention can benefit from the present invention.
これまでの記述は、制限を意図したものではなく例示的なものである。本発明の多くの修正および変更が、上述の教示を踏まえて可能である。本発明の好ましい実施形態を開示したが、一定の変更は本発明の範囲内にあることを、当業者は理解されるであろう。従って、当然のことながら、本発明は、別段の定めがない限り、請求項の範囲内で実践される。このため、本発明の真の範囲および内容を決定するために請求項を検討するものとする。 The foregoing description is exemplary rather than intended to be limiting. Many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. While preferred embodiments of the invention have been disclosed, those skilled in the art will appreciate that certain modifications are within the scope of the invention. Therefore, it will be appreciated that the invention will be practiced within the scope of the claims, unless otherwise specified. For this reason, the following claims should be studied to determine the true scope and content of this invention.
Claims (15)
第1シリンダの端に近接して取り付けられた第1逆止弁と、
前記第1シリンダの端に近接して取り付けられ、前記第1逆止弁とは反対方向の前記シリンダによる流れを阻止する第2逆止弁と、
第2シリンダの端に近接して取り付けられた第3逆止弁と、
前記第2シリンダの端に近接して取り付けられ、前記第3逆止弁とは反対方向の前記シリンダによる流れを阻止する第4逆止弁と、
前記シリンダ内に取り付けられたロータと、
前記シリンダの周りに取り付けられて前記ロータを前記長手軸に沿って往復駆動させるステータと、
を備えることを特徴とする往復ポンプアセンブリ。 A cylinder defining a longitudinal axis;
A first check valve mounted close to the end of the first cylinder;
A second check valve mounted proximate to an end of the first cylinder and blocking flow by the cylinder in a direction opposite to the first check valve;
A third check valve mounted close to the end of the second cylinder;
A fourth check valve mounted adjacent to an end of the second cylinder and blocking flow by the cylinder in a direction opposite to the third check valve;
A rotor mounted in the cylinder;
A stator attached around the cylinder for reciprocating the rotor along the longitudinal axis;
A reciprocating pump assembly comprising:
前記シリンダ内に取り付けられたロータと、
第1ピストンシリンダと、
前記第1ピストンシリンダ内に取り付けられた第1ピストンと、
前記第1ピストンと前記ロータとに取り付けられて、前記ロータの動きに呼応して前記第1ピストンを前記長手軸に沿って駆動する第1押し棒と、
前記第1ピストンシリンダに取り付けられた第1逆止弁と、
前記第1ピストンシリンダに取り付けられ、前記第1逆止弁とは反対方向の前記第1ピストンシリンダによる流れを阻止する第2逆止弁と、
第2ピストンシリンダと、
前記第2ピストンシリンダ内に取り付けられた第2ピストンと、
前記第2ピストンと前記ロータとに取り付けられて、前記ロータの動きに呼応して前記第2ピストンを前記長手軸に沿って駆動する第2押し棒と、
前記第2ピストンシリンダに取り付けられた第3逆止弁と、
前記第2ピストンシリンダに取り付けられ、前記第3逆止弁とは反対方向の前記第2ピストンシリンダによる流れを阻止する第4逆止弁と、
前記シリンダの周りに取り付けられて前記ロータを前記長手軸に沿って往復駆動させるステータと、
を備えることを特徴とする往復ポンプアセンブリ。 A cylinder defining a longitudinal axis;
A rotor mounted in the cylinder;
A first piston cylinder;
A first piston mounted in the first piston cylinder;
A first push rod attached to the first piston and the rotor for driving the first piston along the longitudinal axis in response to movement of the rotor;
A first check valve attached to the first piston cylinder;
A second check valve attached to the first piston cylinder for blocking flow by the first piston cylinder in a direction opposite to the first check valve;
A second piston cylinder;
A second piston mounted in the second piston cylinder;
A second push rod attached to the second piston and the rotor for driving the second piston along the longitudinal axis in response to movement of the rotor;
A third check valve attached to the second piston cylinder;
A fourth check valve attached to the second piston cylinder for blocking flow by the second piston cylinder in a direction opposite to the third check valve;
A stator attached around the cylinder for reciprocating the rotor along the longitudinal axis;
A reciprocating pump assembly comprising:
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