高密度固形物ポンプ

高密度固形物ポンプは、ポンプで送られる媒体を移動させて流れを作り出す、静水圧で動作する機械です。

高密度固体は、液体と固体の成分の混合物です。例としては、農場の穀物、プルドポークなどがあります。それぞれに、比重、固形分含有量、最大粒子サイズ、およびチキソトロピー性、研磨性、接着性 などの挙動など、独自の典型的な物理的および化学的特性があります。

高密度固体の代表的な例としては、コンクリート、スラッジ、スラリーなどが挙げられます。

工業プラント内では、機械的に脱水された下水汚泥、濾過ケーキ、瀝青炭汚泥、廃棄物およびプロセス汚泥など、固形物の割合が高い多くの物質を、比較的長い距離を越えて埋立地または焼却プラントまで輸送する必要があります。

原則として、このような長距離は機械搬送装置または高密度固体ポンプで埋めることができます。

機械式コンベアの種類には、ベルト、スクリュー（ウォーム）、スクレーパーなどがあります。これらは、ほぼすべての種類の高密度固体に適しています。

高密度固形物ポンプは、密閉されたパイプライン内でスラッジやスラリーを移動させます。ただし、以下の条件によっては、すべてのスラッジやスラリーがポンプで移送できるわけではありません。

• 比率: 固体成分と液体成分の混合は、塑性変形可能な塊となるようにする必要があります。
• 飽和: スラッジ内の細孔空間の容積は、塑性粘性液体を介して粒子が粒子上に留まり、隙間が満たされるのに十分な量の液体物質で満たされている必要があります。
• ガス成分: ガスを注入することで、本来ガス成分を持たない汚泥をポンプで汲み上げられる濃度にすることができます。

変位原理の実装方法に応じて、回転ポンプと往復ポンプを区別できます。回転循環ポンプには、偏心スクリューポンプ、遠心ポンプ、およびスクイーズドチューブ（蠕動）ポンプが含まれます。往復ポンプには、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、およびピストンポンプが含まれます。

最も幅広い状況で使用できる高密度固形物ポンプは、ピストン (または往復) ポンプです。これらは、単気筒ポンプまたは 2 気筒ポンプとして実現できます。後者の場合、動力はプッシュプルモードで動作する吐出ピストンを介して材料に伝達されます。1 つの吐出ピストンが材料を供給ホッパーからシリンダーに吸い込むと同時に、2 番目のピストンが材料を他の吐出シリンダーから吐出ラインに押し出します。

往復ピストンからポンプを作るには、入口からシリンダー、出口への一方向の流れを強制する何らかのメカニズムが必要です。 より薄い流体には簡単なチェックバルブを使用できますが、固形物ポンプにはより複雑なメカニズムが必要です。

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  トランスファーチューブ付きピストンポンプ
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  シートバルブ付きピストンポンプ
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  ボールバルブポンプ
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  単気筒ピストンポンプ

トランスファーチューブポンプの最も特徴的な要素は、フィードホッパー内に設置されたS字型の「トランスファーチューブ」です。これは前進ピストンを出口に接続します。言い換えると、現在材料を押しているポンプシリンダーはトランスファーチューブによってデリバリーラインに接続され、引き込み（引っ張り）シリンダーはフィードホッパーに開いています。各ピストンストロークの終わりに、トランスファーチューブは2つのスイッチシリンダーの助けを借りて他のピストンに振り向けられます。油圧回路は、トランスファーチューブの位置と2つのデリバリーピストンの動きを同期させるために使用されます。

S チューブは、素早くスイングし、過度の摩耗を受けないようにする必要があります。これは、2 つの大型プランジャー シリンダーと、シール リングを含むいわゆるスペクタクル プレート (形状からこのように呼ばれています) によって実現されます。

S チューブの断面は円形で、流れの方向に向かって直径が細くなっています。これにより、詰まりのリスクが抑えられます。スペクタクル プレートとシール リングのシール面は、S チューブの回転運動と平行になっているため、異物が切断されたり詰まったりしても損傷しません。

S チューブ付きピストン ポンプは、コンクリートやモルタル、重量で最大 50% の固形分と変動する粒度分布を持つスラッジに適していますが、フライアッシュ、石炭、鉱物の懸濁液の搬送にも適しています。

スペクタクル プレートの穴の断面が大きいため、たとえば 200 mm (7.874 インチ) のデリバリー シリンダー直径で、平均粒径が 80 mm (3.150 インチ) にもなる高密度の固形物をポンプで送ることができます。個々の異物の最大直径は、デリバリー ラインの直径の 60% にも達することがあります。この例では、120 mm (4.724 インチ) になります。

シート バルブ ポンプのスチール ハウジングには、ポンプで送られる流体によって作動するチェック バルブの代わりに、ピストンごとに 1 つの吸引バルブと 1 つの吐出バルブの計 4 つの油圧作動シート バルブが含まれています。吸引バルブと吐出バルブは吐出ピストンの油圧と同期しており、これにより吐出シリンダーの内容物が常にポンプで送られる量と同じになります。「吸引」ピストンが終端位置に達すると、対応する吸引バルブまたは吐出バルブが同時に閉じたり開いたりします。吐出ラインに過圧がある場合は、吸引バルブが最初に閉じます。これにより、ポンプで送られた媒体が圧力ラインからホッパーに押し戻されるのを防ぎます。

シートバルブポンプは、固形分含有量が最大50%の媒体を特に均一にポンピングしたり、スラッジなどのペースト状の工業用媒体を高圧ポンピングするのに適しています。この2シリンダーポンプにはバルブが使用されているため、粒子サイズが最大 8mmです。

どのタイプのバルブを選択するかは、搬送する高密度の固形物によって異なります。固形物含有量が最大 50% の粒子を含む材料の場合、鋭利なエッジの金属バルブ シートが必要です。低粘度で、むしろ水っぽい微細スラッジの場合、大面積のエラストマー バルブ シールを選択します。

油圧制御の 1 つのバリエーションでは、バルブは媒体の推力によって受動的に開きます。この場合、排出バルブには逆止機能があり、圧力ラインからの逆流を防止します。同時に、排出バルブが開く前に、高密度の固形物がライン圧力に近づくまで事前に圧縮されます。これにより、圧力脈動によるパイプのノッキングを回避できます。

このスタイルでは、ボールチェックバルブを使用して流れの方向を強制します。

吐出ピストンの吸引ストローク中、媒体は開いている吸引ボールバルブから吸い込まれます。同時に、吸引によって生じる負圧によって、吐出ラインのボールバルブがバルブシートに押し込まれます (自動バルブ)。これと並行して、2 番目の吐出ピストンが圧力ストロークを行い、媒体を排出ボールバルブから吐出ラインに押し込みます。吸引ボールバルブは吐出ラインの圧力によってシートに押し込まれ、ポンプ吸入口への接続を閉じます。

2 シリンダー ボール バルブ ポンプは、低圧から中圧の範囲で、バルブ開口部から吸い込むことができる液体からペースト状の媒体 (モルタル、鉱物、下水汚泥など) をポンプで送るのに適しています。

ボール バルブ ポンプは、ボール バルブを外部から開閉する必要がないため、腐食性および微細研磨性の媒体に対して実質的に耐性があります。

単気筒ピストン ポンプでは、前進ストロークで媒体がフィード シュートから吐出シリンダに「詰め込まれ」、シリンダによって吐出ラインに送り込まれます。パイプ内の吐出圧力のレベルと媒体の流動特性に応じて、戻りストロークでの材料の逆流を防ぐために、ポンプの吐出フランジにフラット スライド バルブまたはラメラ逆止弁が取り付けられます。実際にどの吐出ピストンを選択するかは、ポンプで送り出す材料によって異なります。自由に流れる媒体にはパーターバン シーリング エレメントが必要であり、ポンプで送り出す際に細かく砕く必要があるかさばる材料には、硬化したカッティング エッジが必要です。

単気筒ポンプは、木材チップ、有機廃棄物、有害廃棄物、細断紙など、組成が粗く扱いにくいバルク材料に適しています。このような不飽和材料を長距離輸送する場合、ハイブリッド フィード システムという方法があります。ここでは、圧縮空気が搬送ラインに注入されます。これにより、材料のプラグがパイプに押し込まれます。圧縮空気が膨張すると、輸送される材料が緩んで分離されます。空気注入点からの距離が長くなるにつれて、最初は一連のプラグであったものが、徐々に連続した空気の流れに変わります。必要な空気の量と適切なパイプの直径は、輸送される物質の種類と量によって異なります。

このタイプのゲートバルブは、回転バルブチャンバー内に回転部材を備え、バルブチャンバーの中心はポンプシリンダーの中心線からオフセットされており、ポンプシリンダーとデリバリーパイプは同軸上にある。さらに、オフセットの値によって回転部材のシール部分の厚さが決定され、ポンプシリンダーの直径に相当する切断部が設けられる。この発明は、回転バルブの貫通穴設計を排除し、回転部材用の交換可能な切断刃も導入する。さらに、このバルブは、動作中にコンクリートを最小限に押しのけ、デッドゾーンを排除することを保証する。さらに、回転部材とバルブチャンバーの対称設計により、エンドユーザーは、通常の旋盤機械などの従来の機械加工手段を使用してバルブを修理することができる。これは、Sチューブバルブやロックバルブでは不可能である。このバルブは、AmitとAnand Gokhaleによって発明された。^[1]

主な部分は次のとおりです。

• 給餌ホッパー
• 駆動シリンダー、吐出シリンダー、油圧システム
• アザラシ
• 電気および制御機器

そして、タイプに応じて：

• 移送チューブ
• バルブ

次のような周辺コンポーネントも含まれます。

• バンカー（スライドフレーム付き/なし）
• スクリューコンベア、プリプレス装置
• 配管
• 空気注入
• 境界層注入
• 圧力（脈動）減衰システム

特殊な種類の媒体「高密度固体」と幅広い用途には、異なる構造原理とポンプ タイプが必要です。次の表は、媒体の特性に応じて事前選択できるものです。

固形分含有量の高い固形物のポンプ輸送は、プロセスエンジニアリングにおいてさまざまな可能性を提供します。S 移送チューブを備えた油圧駆動の 2 シリンダー ピストン ポンプは、コンクリート輸送用の土木工学分野ですでに長年使用されてきました。この技術は、さまざまな産業分野のさらなる応用分野に転用されています。

機械的に脱水された下水汚泥は、パイプネットワークを介して炉に直接送り込むことができます。これにより、汚泥との直接接触が回避され、汚染や悪臭の発生が防止されます。

有害物質や可燃性の高い物質は、廃棄物を減らすために物理的、化学的、生物学的に処理されます。パイプライン輸送の利点を活かして、高密度固形物ポンプはこのような物質を輸送するのによく使用されます。

近年、本格的なトンネル工事（開削工事ではない）が明らかに増加しています。坑道から出る水、土、鉱滓をトンネルの入口まで運ぶことが必要です。

搬送設備の計画と処理では、さまざまな側面を考慮する必要があります。これには、スペース要件、メンテナンスや清掃の際のアクセス性、材料排出用の水平または垂直の搬送経路などが含まれます。

材料の性質と輸送方法により、悪臭が発生することが予想されます。適切な輸送方法を選択することで、環境汚染を軽減できます。

高密度固形物ポンプで輸送する場合、次の 3 つの力を克服する必要があります。

1. 搬送距離（コンクリートポンプの記録参照）
2. 特に曲がり部分や縮み継ぎ目部分における、材料とパイプライン間の摩擦。
3. 材料の変形によって生じる内部摩擦力。

計算例:

• 輸送停止
• 直径200 mm（8インチ）のデリバリーライン（DN200）
• 粗粒と細粒の混合物として鉱物または炭素含有量のある高密度の固体。
• 最大粒子サイズ 50 mm (1.969 インチ)
• 乾燥固形分含有量は重量比で最大80パーセント

エネルギー消費量 = 搬送物 1 トンあたり 1 キロメートルあたり約 50 Wh (180 kJ) (ロングトンあたり 280 Btu、ショートトンあたり 1 マイルあたり 250 Btu)。

• コンクリートポンプ
• スラリー輸送
• 固体粒子の水力輸送

• Wolfgang Zey: Dickstoffpumpen: Aufbau und Anwendung。 Verlag Moderne Industrie、Landsberg/Lech 1995 (Die Bibliothek der Technik; Bd. 113) ISBN 3-478-93127-4。