(57)【要約】【課題】ポンプ等の流体回転機械の直近で利用しても旋回流れなどの乱れの影響を受けることなく、小型で安価、且つ信頼性の高い流量を測定できるタービン流量計及び該流量計を組み込んだ流体回転機械を提供すること。【解決手段】流体が流れる配管中に該流体の流れの方向に回転軸１７が支持され、該回転軸１７に羽根車１８が取り付けられ、該回転軸１７の回転数により配管中を流れる流体の流量を測定するタービン流量計において、羽根車４８が配管の中心部を流れる流体の流体力により回転するように、回転軸１７を支持する軸受１６を装着した軸受ケース１３を支持部材１２により配管の中心部に位置するように取り付け固定し、回転軸１７に磁石１９を取り付けると共に、支持部材１２にホール素子又はホールＩＣ２０を組み込む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる配管中に該流体の流れの方向に回転軸が支持され、該回転軸に前記流体の流体力により回転する羽根車が取り付けられ、該回転軸の回転数により前記配管中を流れる前記流体の流量を測定するタービン流量計において、
前記羽根車が前記配管の中心部を流れる流体の流体力により回転するように、前記回転軸を支持する軸受を装着した軸受ケースを支持部材により前記配管の中心部に位置するように取り付け固定し、前記回転軸に磁石を取り付けると共に、所定位置に該磁石に反応するホール素子又はホールＩＣを組込み、該ホール素子又はホールＩＣの出力により前記回転軸の回転数を計測することを特徴とするタービン流量計。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン流量計において、
前記支持部材の外形を流線形状にするか、或いは該支持部材の外側に外形が流線形状の流線形状カバーを設けると共に、前記軸受ケースの外形を流線形状にしたことを特徴とするタービン流量計。
【請求項３】
請求項２に記載のタービン流量計において、
前記流線形状カバーを、前記羽根車に対して、前記軸受ケースと反対側にまで延長したことを特徴とするタービン流量計。
【請求項４】
請求項１又は２又は３に記載のタービン流量計において、
前記羽根車の外径が前記配管内径の７割以下とし、前記軸受ケースの外径が前記配管内径の４割以下であることを特徴とするタービン流量計。
【請求項５】
流量検出或いは制御に用いる流量計を組込んだ流体回転機械において、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタービン流量計の前記軸受ケースと前記羽根車を共通とし、前記支持部材と、必要に応じて前記流線形状カバーも、その長さ寸法を変更することにより、該タービン流量計を当該流体機械の直近或いは配管途中に組込むことができるように構成し、該タービン流量計を前記流量計とすることを特徴とする流体回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプ等の流体回転機械等の流量を測定するために配管の途中等に設置し、該配管中を流れる流体の流体力によって回転する羽根車により回転軸が回転し、該回転軸の回転数を測定することにより、配管中の流体流量を測定するタービン流量計に関し、特に、配管内に設置する小型のタービン流量計及び該タービン流量計を組込んだ流体回転機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ等の流体回転機械の流量を測定する手段としては、オリフィス等の差圧を測定する方法、流体が流れることによる「電磁誘導起電圧」を測定する電磁流量計、或いは流体力によって羽根車を有する回転軸が回転し、その回転数を測定することによって流量を測定するタービン流量計等がある。これらは、それぞれ精度良く測定できる測定手段として確立されている。しかしながら、それらを組み込んだ流体回転機械は、試験用を除いて一般的になっていない。
【特許文献１】特開平１１−３２５９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ポンプ等の流体回転機械に安価な流量計を組み込む場合には、オリフィス式流量計では、流路に圧力損失が発生し、更に圧力計を同時に組み込む必要があり、安価にすることが難しい。電磁式は非常に高い信頼性で流量の測定をするために使用されているが、高価であるのでポンプ等の流体回転機械に組み込むことは現実的ではない。タービン式は比較的安価に実現できるが、従来型のものでは、羽根車の大きさは配管内径サイズに近い大きさとし、回転検知素子を配管外に取り付けるものが一般的である。このため、タービン流量計は流量を測定する配管径ごとに異なるサイズのタービン流量計を使用することとなり、ポンプシステム等の流体回転機械システムを、安価に構築することができないという問題がある。
【０００４】
また、これらの一般の流量計はその上流、下流に、ある長さの直管部を必要とするので、ポンプの吸込み等の直近に利用することができない。更に、ポンプ直近で利用するには、旋回流れなど、流れの乱れの影響が受けざるを得ず、そのため今までそのような利用方法はなされていなかった。
【０００５】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポンプ等の流体回転機械の直近で利用しても、旋回流れなどの乱れの影響を受けることなく、小型で安価、且つ信頼性の高い流量を測定できるタービン流量計及び該タービン流量計を組み込んだ流体回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、流体が流れる配管中に該流体の流れの方向に回転軸が支持され、該回転軸に前記流体の流体力により回転する羽根車が取り付けられ、該回転軸の回転数により前記配管中を流れる前記流体の流量を測定するタービン流量計において、羽根車が配管の中心部を流れる流体の流体力により回転するように、回転軸を支持する軸受を装着した軸受ケースを支持部材により配管の中心部に位置するように取り付け固定し、回転軸に磁石を取り付けると共に、所定位置（支持部材、軸受ケース）に該磁石に反応するホール素子又はホールＩＣを組込み、該ホール素子又はホールＩＣの出力により回転軸の回転数を計測することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタービン流量計において、支持部材の外形を流線形状にするか、或いは該支持部材の外側に外形が流線形状の流線形状カバーを設けると共に、前記軸受ケースの外形を流線形状にしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のタービン流量計において、流線形状カバーを、羽根車に対して、軸受ケースと反対側にまで延長したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２又は３に記載のタービン流量計において、羽根車の外径が前記配管内径の７割以下とし、軸受ケーシングの外径が配管内径の４割以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、流量検出或いは制御に用いる流量計を組込んだ流体回転機械において、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタービン流量計の軸受ケースと羽根車を共通とし、支持部材と、必要に応じて流線形状カバーも、その長さ寸法を変更することにより、該タービン流量計を当該流体機械の直近或いは配管途中に組込むことができるように構成し、該タービン流量計を流量計とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、羽根車が配管の中心部を流れる流体の流体力により回転するように、回転軸を支持する軸受を装着した軸受ケースを支持部材により配管の中心部に位置するように取り付け固定し、回転軸に磁石を取り付けると共に、支持部材又は軸受ケースに該磁石に反応するホール素子又はホールＩＣを組込んでいるので、ポンプ等の流体回転機械の直近で利用しても旋回流れなどの乱れの影響を受けることなく、小型で安価、且つ信頼性の高い流量が測定できるタービン流量計を提供できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、支持部材の外形を流線形状にするか、或いは該支持部材の外側に外形が流線形状の流線形状カバーを設けたので、支持部材により配管中を流れる流体の乱れを極力小さくすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、流線形状カバーを、羽根車に対して、流線形にした軸受ケースと反対側にまで延長したので、配管中を流れる流体の乱れを更に小さくすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、羽根車の外径が配管内径の７割以下とし、軸受ケースの外径が配管内径の４割以下とするので、流量を測定する配管の内径サイズが異なっても、同じサイズの羽根車及び軸受ケーシングのタービン流量計を使用することができ、配管サイズの異なるポンプ等の流体回転機械に同一サイズのタービン流量計を組み込んでシステムを構成できるから、安価にシステムを構築できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタービン流量計の軸受ケースと羽根車を共通とし、支持部材と、必要に応じて流線形状カバーも、その長さ寸法を変更することにより、該タービン流量計を当該流体機械の直近或いは配管途中に組込み、或いは配管途中に組込むことができるようするので、小型のタービン流量計で信頼性の高い流量が測定できるから、このタービン流量計の出力を流量検出或いは制御に用いることにより、効率的な運転が可能となる流体回転機械システムを安価に構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るタービン流量計の概略構成を示す図で、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は羽根車の外観図である。図１において、１１は配管ケーシングであり、該配管ケーシング１１は、本発明に係る小型のタービン流量計１０を取り付けるポンプの、吸込みフランジと配管との間等に取り付けるものである。この配管ケーシング１１に、パイプ状の支持部材１２を介して実質的にタービン流量計部である軸受ケース１３を固定する。パイプ状の支持部材１２は、その端部に形成したネジ部にナット１４を螺合させることにより、軸受ケース１３を配管ケーシング１１の中心部に位置させて締め付け固定させるようになっている。
【００１７】
軸受ケース１３の中には円筒部２２があり、該円筒部２２の他端には軸受１６が取り付けられている。この軸受１６でタービン流量計１０の回転軸１７を回転自在に支持している。該回転軸１７の一端には羽根車１８が取り付けられている。円筒部２２に収まる回転軸１７には永久磁石１９と、該永久磁石１９を挟み込むように軸受リング１５が固定されている。この軸受リング１５は軸受ケース１３の円筒部２２の内面にこすられる状態で回転するので、この部分も軸受作用を有する。また、永久磁石１８の半径方向面の支持部材１２又は軸受ケース１３には、ホールＩＣ（又はホール素子）２０が組み込まれている。このホールＩＣは電気回路を構成するので、使用中に取扱液が侵入しないようにシール機構（図示せず）が設けられている。
【００１８】
軸受ケース１３の外側は、流線形状に形成されており、更に支持部材１２自身も外形が流線形状のカバー２１で囲まれ、流体の流れを極力乱さないようにしている。また、この軸受ケース１３とカバー２１は、流れ方向にある長さを持っているので、流れの旋回成分を抑える機能がある。羽根車１８の外径は配管ケーシング１１の内径の７割以下（仮に配管ケーシングに回転検知素子を取り付け、羽根車１８を該回転検知素子の被検出体とした時に、その回転が検出できない大きさより更に小さいものとする）とし、軸受ケース１３の相当外径が配管ケーシング１１の内径の４割以下としている。
【００１９】
上記のように、ポンプの吸込みフランジと配管との間等に取り付ける配管ケーシング１１の中心に、流体の流れの方向にタービン流量計１０の回転軸１７が回転支持され、該回転軸１７の端部に、流体の流体力により回転軸１７を回転させる羽根車１８を取り付け、支持部材１２の外側を外形が流線形状のカバー２１で囲むことにより、配管中の流体流れを極力乱さない。また、羽根車１８の外径を配管ケーシング１１の内径の７割以下、軸受ケース１３の相当外径を配管ケーシング１１の内径の４割以下とすることにより、タービン流量計１０が小型になり、この小型のタービン流量計１０を各種口径のポンプ、配管サイズで使用することができる。
【００２０】
また、回転軸１７は配管ケーシング１１の流体流れの中心部に設置されるので、従来のタービン流量計ように、回転検出素子を配管の外側に配置することができない。そこでここでは、上記のように回転軸１７に永久磁石を取り付け、パイプ状の支持部材１２又は軸受ケース１３の中にホールＩＣ（又はホール素子）２０を組み込んだので、配管中心部に位置する回転軸１７の回転を計測することが可能となる。また、配管中心部付近の流体の流速は平均流速より速いので、回転数を検出するタービン流量計１０は、測定上の感度を上げることができる。
【００２１】
ポンプ吸込みにおける逆流は、ポンプ吸込みから主流上流への流れであり、図１に示す構成のタービン流量計１０では羽根車１８の反対側に旋回防止機構が構成されているので、ポンプ吸込み側に取り付けた場合には、羽根車１８を主流の上流側に向けると旋回防止機能を有効に利用する配置となる。この例を図２に示す。図２（ａ）はポンプ３０の断面図、図２（ｂ）はポンプ吸込口を矢印Ａ方向から見た側面図である。
【００２２】
図２において、３１はポンプ３０のポンプケーシングであり、該ポンプケーシング３１の吸込口３２の中心に回転軸１７が位置するようタービン流量計１０が設置されている。タービン流量計１０は、十字状に配置された旋回防止ステー３３により吸込口３２の中心に位置するように取り付けられている。この旋回防止ステー３３は、図１に示すカバー２１と同様、その外形形状が流線形状に形成されたものである。ポンプ３０の羽根車３４を回転することにより、流体の主流は矢印Ｂに示すように流れ、ポンプケーシング３１内を通って吐出口３５から排出される。また、吸込口３２内には矢印Ｃに示すように逆流成分が発生し、これによる旋回成分により、タービン流量計１０が不安定に回転する傾向がある。しかしここでは、外形形状を流線形状に形成した旋回防止ステー３３を十字状に配置してタービン流量計１０の軸受ケース１３を支持しているので、旋回成分によるタービン流量計１０の回転軸１７の不安定回転が是正され、回転数特性が非常に安定する。
【００２３】
上記のようにタービン流量計１０をポンプ吸込口３２内に設置する場合、旋回成分はポンプ吸込口３２に流れ込む主流中ではなく、ポンプ吸込口３２への逆流に含まれている。この場合に、タービン流量計１０の羽根車１８を、ポンプ吸込口３２と反対側に向ければ、吸込み逆流に含まれる旋回成分の影響を除去できる。一方で、ポンプに流入する流れには髪の毛などのゴミなどが含まれる場合がある。このような場合、羽根車１８が主流流入方向に位置するため、ゴミ等が羽根車１８に絡まる場合もあり得るので、図３に示すように、外形が流線形状に形成されたカバー２１を羽根車１８に対して軸受ケース１３の反対側まで延長することもできる。これにより、流入側に外形が流線形状をしたカバーが存在することになり、ごみ等の羽根車１８への絡まりを低減させることができる。また、この状態では、羽根車１８の取り付け位置を反対方向にして、延長した外形が流線形状のカバーを、ポンプ吸込み側に配置してもよい。
【００２４】
即ち、図３は本発明に係るタービン流量計の他の構成例を示す図である。本タービン流量計１０は、図１に示す構成のタービン流量計１０において、外形が流線形状に形成されたカバー２１を羽根車１８に対して軸受ケース１３の反対側まで延長している。この場合には、タービン流量計１０の取り付け向きは、流体の流れの主流に対して順方向、逆方向どちらでも可能である。
【００２５】
図４は本発明に係るタービン流量計１０をポンプ吐出口の直近に取り付けた構成例を示す図である、ポンプ３０の過大流量時には、ポンプケーシング３１の吐出口３５及びその近傍に矢印Ｄに示すような逆流が発生する。ここでは、図２に示す場合と同様、旋回防止ステー３３（外形が流線形状に形成されたカバー２１）を１個所ではなく、十字状に配置している。逆流向きの流体流れを考慮すると、旋回防止ステー３３として、図３に示すように、外形が流線形状に形成されたカバー２１を羽根車１８に対して軸受ケース１３の反対側まで延長した構成のものを用いると有効である。また、吐出し下流側に、別途、旋回防止ステーを併用して設けてもよい。
【００２６】
上記構成の小型のタービン流量計１０の軸受ケース１３と羽根車１８を共通とし、パイプ状の支持部材１２と、必要に応じて外形が流線形状のカバー２１も、その長さ寸法のみを変更することにより、各種流体回転機械、各サイズの流体回転機械や配管に、この共通部を組み込むことによる量産効果をもって、低コストのタービン流量計１０とすることができる。図２、図４に示すように、このタービン流量計１０をポンプ直近或いは配管途中に組み込み、ポンプ等の流量検出或いは制御に用いることにより、効率的な運転が可能な流体回転機械が実現できる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るタービン流量計の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係るタービン流量計をポンプ吸込み側に取り付けた場合を示す図である。
【図３】本発明に係るタービン流量計の他の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るタービン流量計をポンプ吐出し側に取り付けた場合を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０      タービン流量計
１１      配管ケーシング
１２      支持部材
１３      軸受ケース
１４      ナット
１５      軸受リング
１６      軸受
１７      回転軸
１８      羽根車
１９      永久磁石
２０      ホールＩＣ（又はホール素子）
２１      カバー
２２      円筒部
３０      ポンプ
３１      ポンプケーシング
３２      吸込口
３３      旋回防止ステー
３４      羽根車
３５      吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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