(57)【要約】【課題】流路系統が複雑であっても、より一層精度の高い流量データを得ることのできる流量測定方法、およびこの流量測定装置を備えた水力機械流量測定装置を提供する。【解決手段】本発明に係る流量測定方法は、流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、前記超音波伝播経路上で測定された平均流速（ステップ１）と、流れ解析で求めた前記超音波伝播経路に相当する位置での平均流速が（ステップ３）一致するまで流れ解析の流量を変えた流れ解析を行い（ステップ２）、このときの流れ解析の流量をもって実際の真の流量と設定する（ステップ４）方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、前記超音波伝播経路上で測定された平均流速と、流れ解析で求めた前記超音波伝播経路に相当する位置での平均流速が一致するまで流れ解析の流量を変えた流れ解析を行い、このときの流れ解析の流量をもって実際の真の流量と設定することを特徴とする流量測定方法。
【請求項２】
流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、流れ解析の流量を種々変えた流れ解析を行い、この解析結果から求めた超音波伝播経路に相当する位置での平均流速とそのときの解析流量を対応させたデータセットを作成し、前記超音波流量計により測定された超音波伝播経路上における平均流速から前記データセットを用いて実際の真の流量を補間して求めることを特徴とする流量測定方法。
【請求項３】
流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、複数の超音波伝播経路を設定し、設定したそれぞれの超音波伝播経路での平均流速を測定するとともに、流れ解析により前記複数の超音波伝播経路に相当する位置でのそれぞれの平均流速を求め、計測された平均流速の代表値と流れ解析による平均流速の代表値とが一致するまで流れ解析の流量を変えた流れ解析を行い、このときの流れ解析の流量をもって実際の真の流量と設定することを特徴とする流量測定方法。
【請求項４】
流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、複数の超音波伝播経路を設定し、設定したそれぞれの超音波伝播経路での平均流速を測定するとともに、流れ解析の流量を種々変えた流れ解析を行い、この解析結果から求めた前記複数の超音波伝播経路に相当する位置でのそれぞれの平均流速の代表値とそのときの解析流量を対応させたデータセットを作成し、前記測定された複数の超音波伝播経路上における平均流速の代表値から前記データセットを用いて実際の真の流量を補間して求めることを特徴とする流量測定方法。
【請求項５】
流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、前記流路が分岐流路を備えているとき、その分岐流路をモデル化するとともに、分岐位置よりも上流側の流路をモデル化して流れ解析を行う一方、前記流路の下流側に合流流路がある場合、その合流流路をモデル化し、合流位置から下流側の流路をモデル化して流れ解析を行うことを特徴とする流量測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の流量測定方法において、分岐流路を備えた流路をモデル化する際、前記分岐流路の分岐位置よりも上流側の流路径をＤとすると、流れ解析の入口境界条件を、分岐位置よりも２５Ｄ以上で、かつ４０Ｄ以下に離れた上流側に設定したことを特徴とする流量測定方法。
【請求項７】
請求項５記載の流量測定方法において、他の流体機械への分岐流路の流れ解析の出口境界条件を流量条件で規定したことを特徴とする流量測定方法。
【請求項８】
流体機械よりも上流側に位置する流路または下流側に位置する流路のそれぞれに超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行う際に、前記超音波流量計に設置する流路に対し、予め流れ解析を行い、流れ解析による流速分布が均一になる直線上に超音波伝播経路を設定することを特徴とする流量測定方法。
【請求項９】
流体機械よりも上流側に位置する流路または下流側に位置する流路のそれぞれに超音波送受信器を設置した超音波流量計を用いて流量測定を行う際に、前記超音波流量計を設置する流路に対し、予め流れ解析を行い、前記中央流量計を設置する流路位置の中心軸に垂直な断面線上の流速分布が最も均一になる直径を選定し、この直径が前記断面線への投影に相当する超音波伝播経路になるように設定したことを特徴とする流量測定方法。
【請求項１０】
流量の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計と、流路形状等の入力情報を基に流れ解析を行う流れ解析演算装置と、前記超音波流量計で測定された超音波伝播経路上での平均流速の情報と前記流れ解析演算装置で行った流れ解析に基づく流速分布情報とが一致するまで演算し、一致したときに真の流量を設定するコントローラ装置とを備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項１１】
流量の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計と、この超音波流量計で測定した平均流速データ情報を基にして真の流量を設定するパソコンとを備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項１２】
流量の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計と、流路形状等の入力情報を基に流れ解析を行うとともに、流れ解析の流量を種々変えた流れ解析を行い、この解析結果から求めた超音波伝播経路に相当する位置での平均流速とそのときの解析流量を対応させたデータセットを作成する流れ解析演算装置と、前記超音波流量計により測定された超音波伝播経路上における平均流速の情報と前記流れ解析演算装置で行った流れ解析に基づくデータセット情報とが一致するまで演算し、一致したときに真の流量を設定するコントローラ装置と、このコントローラ装置で演算した情報を記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項１３】
記憶装置は、コントロール装置で演算した平均流量から真の流量を補間して算出するための流れ解析に基づくデータセットを記憶する構成にしたことを特徴とする請求項１２記載の流量測定装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３記載の流量測定装置を備えた水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車やポンプ水車等の流体機械の現地試験における流量の測定に好適な流量測定方法、流量測定装置およびこの流量測定装置を備えた水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フランシス形の水車やポンプ水車等の水力機械について流量測定試験を現地で行う場合、種々の測定方法があるものの、その仕様や条件によって流量測定方法が規格されている。中でも、超音波流量計を用いて流量を測定する技術は、機器装置が比較的取り扱い容易である点からしてより多く採用されている。
【０００３】
この超音波流量計を用いて流量を測定する技術は、図９に示すように、流体が流速Ｖで流れている内径ｄの流路１に、一対の超音波送受信器２ａおよび超音波送受信器２ｂを設置し、流量の計測を行っている。
【０００４】
この場合、上流側の超音波送受信器２ａから下流側の超音波送受信器２ｂに向って超音波経路３上を超音波が発射されると、管内流速Ｖの分だけ伝播速度が増加するため、音速をＣとすると、伝播時間ｔ１は、
［数１］
ｔ１＝ｄ／｛ｓｉｎθ（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）｝        ……（１）
として表わすことができる。
【０００５】
なお、厳密には、管壁内の伝播時間や電気的な遅延時間など一定の遅れ時間を加算する必要があるが、ここでは簡略化のため省略する。
【０００６】
ところで、逆に、下流側から上流側へ向って超音波を発射した場合、伝播時間ｔ２は、
［数２］
ｔ２＝ｄ／｛ｓｉｎθ（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）｝        ……（２）
として表わすことができる。
【０００７】
（１）式と（２）式とから、伝播時間差ｄｔ＝ｔ２−ｔ１は、
【数３】
2007107948.tif 000003
【数４】
2007107948.tif 000004
【０００８】
ここで、音速Ｃは、流体の温度、圧力等の状態によって変化するので、（４）式から除外するために、平均伝播時間ｔ０＝（ｔ１＋ｔ２）／２＝ｄ／（Ｃｓｉｎθ）を導入すると、
【数５】
2007107948.tif 000005
【０００９】
したがって、超音波伝播経路における平均流速は、
【数６】
2007107948.tif 000006
【００１０】
但し、この平均流速は、あくまでも超音波伝播経路上の平均流速であり、管軸に垂直な断面上の真の平均流速Ｖ０とは、通常異なる。このため、Ｖ０＝Ｋ・Ｖとする流量補正係数Ｋを用いると、求める流量Ｑは、
【数７】
2007107948.tif 000007
【００１１】
なお、補正係数Ｋは、流量が変化すると流速分布が変わるので、レイノルズ数をパラメータとする計算式が適用されている。
【００１２】
この流量測定方法は、従来から好まれて多く用いられてきたものであるが、管軸を横断するルート（パス）に沿って超音波を発信する１パス方式であり、管路断面内の流速分布が不均一であると、測定誤差が大きくなるので、相対流量の測定方法として位置付けられている。
【００１３】
最近では、一つの管路内に４本の伝播経路で超音波を発信し、各々の位置での速度を求め、この速度分布から断面全体の流量を求める４パス方式で絶対流量を求める計測方法が実用化されつつある。
【００１４】
しかし、現状では、まだ１パス方式を採用することが多い。このため、流速分布に応じた適正な補正係数を選択することができれば、１パス方式でも不均一な流速分布をもつ流れの流量を精度よく計測することが可能になり、実用上有益である。
【００１５】
ところで、河川や用水路等の開水路では、有限要素法を用いたシミュレーションによる流量分布データに基づいて流量の校正係数を求め、測定された流速から補正流量を計算する方法が、例えば特許文献１等で提案されている。
【００１６】
また、ＪＩＳ規格外の大口径配管の流量を計測する場合、配管系統をモデル化し、そのモデルから解析によって流量を求めておき、計測した実流量を予めモデルから求めておいた流量に突き合せて流量補正を行う流量計測定方法が、例えば特許文献２等で提案されている。
【特許文献１】特開２００４−６９６１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明方法が適用されるフランシス形の水車やポンプ水車等の水力機械でも、有限要素法にこだわらないが、流路の流れ解析を行い、得られた流速分布データを基に実測の流速から補正流量を算出することは可能である。
【００１８】
しかし、フランシス形の水車やポンプ水車等の水力機械では、水圧鉄管や吸出し管等の流路系統が分岐・合流流路を持つ複雑な配管系統になっている。
【００１９】
このような複雑な流路系統に上記特許文献１，２に記載の流量計測定方法を適用したとしても、適正な流れ解析を行っていないと、実際と異なった流速分布になり、誤差の大きい流量計測になる心配がある。
【００２０】
したがって、水力機械の分野では、現地で流量測定を行う場合、流量系統が複雑であっても高精度の流量測定を行い得る流量測定手法の実現が求められていた。
【００２１】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、流路系統が複雑であっても、より一層精度の高い流量データを得ることのできる流量測定方法、およびこの流量測定装置を備えた水力機械流量測定装置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】
【００２２】
本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、前記超音波伝播経路上で測定された平均流速と、流れ解析で求めた前記超音波伝播経路に相当する位置での平均流速が一致するまで流れ解析の流量を変えた流れ解析を行い、このときの流れ解析の流量をもって実際の真の流量と設定する方法である。
【００２３】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、流れ解析の流量を種々変えた流れ解析を行い、この解析結果から求めた超音波伝播経路に相当する位置での平均流速とそのときの解析流量を対応させたデータセットを作成し、前記超音波流量計により測定された超音波伝播経路上における平均流速から前記データセットを用いて実際の真の流量を補間して求める方法である。
【００２４】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、複数の超音波伝播経路を設定し、設定したそれぞれの超音波伝播経路での平均流速を測定するとともに、流れ解析により前記複数の超音波伝播経路に相当する位置でのそれぞれの平均流速を求め、計測された平均流速の代表値と流れ解析による平均流速の代表値とが一致するまで流れ解析の流量を変えた流れ解析を行い、このときの流れ解析の流量をもって実際の真の流量と設定する方法である。
【００２５】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、複数の超音波伝播経路を設定し、設定したそれぞれの超音波伝播経路での平均流速を測定するとともに、流れ解析の流量を種々変えた流れ解析を行い、この解析結果から求めた前記複数の超音波伝播経路に相当する位置でのそれぞれの平均流速の代表値とそのときの解析流量を対応させたデータセットを作成し、前記測定された複数の超音波伝播経路上における平均流速の代表値から前記データセットを用いて実際の真の流量を補間して求める方法である。
【００２６】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、流路の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行うとき、超音波伝播経路上で測定された平均流速から流れ解析で求めた流速分布データに基づいて真の流量を求める流量測定方法において、前記流路が分岐流路を備えているとき、その分岐流路をモデル化するとともに、分岐位置よりも上流側の流路をモデル化して流れ解析を行う一方、前記流路の下流側に合流流路がある場合、その合流流路をモデル化し、合流位置から下流側の流路をモデル化して流れ解析を行う方法である。
【００２７】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、請求項５記載の流量測定方法において、分岐流路を備えた流路をモデル化する際、前記分岐流路の分岐位置よりも上流側の流路径をＤとすると、流れ解析の入口境界条件を、分岐位置よりも２５Ｄ以上で、かつ４０Ｄ以下に離れた上流側に設定した方法である。
【００２８】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、請求項５記載の流量測定方法において、他の流体機械への分岐流路の流れ解析の出口境界条件を流量条件で規定した方法である。
【００２９】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、流体機械よりも上流側に位置する流路または下流側に位置する流路のそれぞれに超音波送受信器を設置した超音波流量計で流量測定を行う際に、前記超音波流量計に設置する流路に対し、予め流れ解析を行い、流れ解析による流速分布が均一になる直線上に超音波伝播経路を設定する方法である。
【００３０】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、流体機械よりも上流側に位置する流路または下流側に位置する流路のそれぞれに超音波送受信器を設置した超音波流量計を用いて流量測定を行う際に、前記超音波流量計を設置する流路に対し、予め流れ解析を行い、前記中央流量計を設置する流路位置の中心軸に垂直な断面線上の流速分布が最も均一になる直径を選定し、この直径が前記断面線への投影に相当する超音波伝播経路になるように設定した方法である。
【００３１】
また、本発明に係る流量測定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、流量の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計と、流路形状等の入力情報を基に流れ解析を行う流れ解析演算装置と、前記超音波流量計で測定された超音波伝播経路上での平均流速の情報と前記流れ解析演算装置で行った流れ解析に基づく流速分布情報とが一致するまで演算し、一致したときに真の流量を設定するコントローラ装置とを備えたものである。
【００３２】
また、本発明に係る流量測定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、流量の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計と、この超音波流量計で測定した平均流速データ情報を基にして真の流量を設定するパソコンとを備えたものである。
【００３３】
また、本発明に係る流量測定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、流量の上流側および下流側のそれぞれの位置に超音波送受信器を設置した超音波流量計と、流路形状等の入力情報を基に流れ解析を行うとともに、流れ解析の流量を種々変えた流れ解析を行い、この解析結果から求めた超音波伝播経路に相当する位置での平均流速とそのときの解析流量を対応させたデータセットを作成する流れ解析演算装置と、前記超音波流量計により測定された超音波伝播経路上における平均流速の情報と前記流れ解析演算装置で行った流れ解析に基づくデータセット情報とが一致するまで演算し、一致したときに真の流量を設定するコントローラ装置と、このコントローラ装置で演算した情報を記憶する記憶装置とを備えたものである。
【００３４】
また、本発明に係る流量測定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、記憶装置は、コントロール装置で演算した平均流量から真の流量を補間して算出するための流れ解析に基づくデータセットを記憶する構成にしたものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る流量測定方法および流量測定装置は、超音波送受信器により超音波伝播経路上の平均流速を測定するとともに、モデル化した流路の流れ解析を行った後、モデル化した流路の超音波伝播経路に相当する位置における平均流速を算出し、上述実平均流速とモデルから算出した流速とが一致した真の流量を設定するので、実流路内の流速分布が不均一であっても現地での流量測定を高い精度で求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る流量測定方法、流量測定装置およびこの流量測定装置を備えた水力機械の実施形態を、フランシス形の水車およびポンプ水車を例に採り、図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３７】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る流量測定方法の第１実施形態を示すフローチャート図である。
【００３８】
本実施形態は、先ず、流路に設置した超音波送受信器およびこれらのコントロール装置によって超音波伝播経路上の平均流速Ｖｍを測定する（ステップ１）。
【００３９】
この場合、超音波流量計の設置位置は、水車またはポンプ水車の上流側に配置する上池から水車等に動力水を案内する水圧鉄管でもよく、あるいは水車等の下流側に配置して下池に動力水を供給する吸出し管であってもよい。
【００４０】
次に、超音波流量計を設置した流路のモデル化を行い、モデル化した流量に予め定められた流量Ｑｃを流し、流れ解析を行う（ステップ２）。
【００４１】
流れ解析が終了すると、超音波流量計で流量測定を行った超音波伝播経路に相当する位置（直線上の位置）における平均流速Ｖｃを算出する（ステップ３）。
【００４２】
次に、モデル上の平均流速Ｖｃと実測上の平均流速Ｖｍとを比較する（ステップ４）。ステップ４でＶｃ＝Ｖｍの場合（ＹＥＳ）、流れ解析を行った流量Ｑｃをもって真の流量をＱｍと設定する（ステップ５）。
【００４３】
一方、ステップ４での比較でモデル上の平均流速Ｖｃと実測上の平均流量Ｖｍとが異なる場合（ＮＯ）、流量Ｑｃを変更し、新たに流れ解析を行い、モデル上の平均流速Ｖｃを算出し、実測上の平均流速Ｖｍと比較する。これをＶｃ＝Ｖｍになるまで繰り返す。
【００４４】
なお、初期の流量Ｑｃを決めるとき、通常、超音波流量計の測定で用いられている流量補正係数を用いて、実測上の平均流速Ｖｍから計算される概算流量で、繰返し計算の回数を減らしてもよい。
【００４５】
このように、本実施形態は、超音波送受信器で測定した実測上の平均流速とモデルから流れ解析によって算出した計算上の平均流速とが一致する場合、真の流量とする構成を採るので、実流路内の流速分布が不均一の場合であっても現地での流量測定を高い精度で求めることができる。
【００４６】
なお、本実施形態は、平均流速Ｖｍを測定する際、超音波流量計を用いたが、この超音波流量計に限ることなく他の流量計でもよい。
【００４７】
［第２実施形態］
図２は、本発明に係る流量測定方法の第２実施形態を示すフローチャート図である。
【００４８】
本実施形態は、流れ解析による超音波伝播経路相当位置での平均流速と解析流量とのデータセットを作成するため、複数種類の流量における流れ解析を行うものであり、ステップ２１〜ステップ２４は第１実施形態のステップ１〜ステップ４に対応する。
【００４９】
すなわち、ｎ組のデータセットを作成する（ステップ２５）ために、流量Ｑｃｉによる流れ解析（ステップ２２）をｉ＝ｎまで順次行い（ステップ２４）、それぞれの流量に対する超音波伝播経路相当位置までの平均流速Ｖｃｉを求める（ステップ２３）。
【００５０】
ステップ２５で作成したｎ組のデータセットのうち、超音波流量計による測定流量、つまり真の流量は、測定された超音波伝播経路上の平均流速Ｖｍから（ステップ２１）流れ解析によるデータセットを用い、値を補間して算出する（ステップ２６）。
【００５１】
このように、本実施形態は、流れ解析による超音波伝播経路相当位置での平均流量と解析流量とのｎ組のデータセットを作成するため、流量Ｑｃｉによる流れ解析をｉ＝ｎ回まで行い、それぞれの流量Ｑｃｉに対する超音波伝播経路相当位置での平均流速Ｖｃｉを求め、求めた平均流速Ｖｃｉに対し、実測の平均流速Ｖｍで補間し、真の流量Ｑｍを算出する構成にしたので、実流路内の流速分布が不均一の場合であっても現地での流量測定を高い精度で求めることができる。
【００５２】
なお、本実施形態は、ｎ組のデータセットを超音波流量計の記憶装置に入力しておかなくとも、超音波伝播経路上の平均流速を測定し、後から真の流量を算出することもできる。
【００５３】
［第３実施形態］
図３は、本発明に係る流量測定方法の第３実施形態を示す図である。
【００５４】
なお、図３中、（ａ）は、流路に対して複数組の超音波送受信器を対向配置させた例を示す図であり、（ｂ）は、フローチャート図である。
【００５５】
本実施形態は、図３中の（ａ）に示すように、流路１０を境に上流側超音波送受信器１１ａ，１１ｂと下流側超音波送受信器１２ａ，１２ｂとを組み合せて設置するとともに、２組の超音波伝播経路１３ａ，１３ｂを設定し、それぞれの伝播経路１３ａ，１３ｂ上の平均流速の代表値、例えば算術平均値から真の流量を求めようとするものである。
【００５６】
図３中、（ｂ）は、超音波伝播経路を２つ設定したときの真の流量を算出するときのフローチャートを示す図である。
【００５７】
先ず、２つの超音波伝播経路上の平均流速Ｖｍ１，Ｖｍ２を測定し（ステップ３１）、これらの代表値として算術平均値Ｖｍａｖｅを算出する（ステップ３２）。
【００５８】
次に、図１で示した第１実施形態と同様に、超音波流量計を設置した流路をモデル化し、予め定められた流量Ｑｃで流れ解析を行う（ステップ３３）。
【００５９】
流れ解析が終了した後、超音波流量計で測定を行った２つの超音波伝播経路に相当する位置における平均流速Ｖｃ１，Ｖｃ２を算出し（ステップ３４）、それらの代表値（算術平均値）Ｖｃａｖｅを求める（ステップ３５）。ＶｃａｖｅとＶｍａｖｅを比較し（ステップ３６）、両データが同一である場合（ＹＥＳ６）、流れ解析を行った流量Ｑｃをもって真の流量Ｑｍとする（ステップ３７）。
【００６０】
一方、ＶｃａｖｅとＶｍａｖｅが異なる場合（ＮＯ）、流量Ｑｃを変更し、ステップ３３で新たに流れ解析を行い、Ｖｃａｖｅを算出し、Ｖｍａｖｅと比較し、Ｖｃａｖｅ＝Ｖｍａｖｅとなるまで繰り返す。
【００６１】
なお、代表値には、上述の算術平均値のほかに幾何平均値でもよい。また、初期のＱｃを決めるとき、超音波流量計の測定で用いられる流量補正係数で、測定した平均流速の代表値Ｖｍａｖｅを補正し、補正した平均流速に基づいて流量を算出してもよい。
【００６２】
このように、本実施形態は、４つの超音波送受信器１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂで２組の超音波伝播経路１３ａ，１３ｂを形成し、形成した超音波伝播経路１３ａ，１３ｂで測定した平均実流速Ｖｍ１およびＶｍ２と、モデルを用いて算出した平均流速Ｖｃ１，Ｖｃ２とを互いが対応する流速で比較して真の流量を算出するので、実流路内の流速分布が不均一の場合であっても、現地での流量測定を高い精度で求めることができる。
【００６３】
なお、本実施形態は、超音波送受信器１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを管軸に対して対向配置させたが、この例に限らず、例えば、図３中、（ｃ）に示すように、超音波送受信器１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを位置をずらして上流側、下流側にそれぞれ配置してもよい。
【００６４】
［第４実施形態］
図４は、本発明に係る流量測定方法の第４実施形態を示す図である。
【００６５】
なお、図４中、（ａ）は、流路に対して複数組の超音波送受信器を対向配置させた例を示す図であり、（ｂ）はフローチャート図である。
【００６６】
本実施形態は、図３で示した第３実施形態と同様に、流路に対して４つの超音波送受信器１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを対応配置させるとともに、流路における２つの超音波伝播経路１３ａ，１３ｂ上の平均流速の代表値から真の流量を求めようとするものである。但し、測定された流速から流れ解析結果を基にした流量の算出手法は、図２で示した第２実施形態と同様に、流れ解析による超音波伝播経路相当位置での平均流速の代表値と解析を行った流量とのデータセットから補間して算出する。
【００６７】
図４中、（ｂ）は、超音波伝播経路を２つ設定したときの真の流量を算出するときのフローチャート図であり、ステップ４１〜４７は第３実施形態のステップ３１〜３７に対応する。
【００６８】
本実施形態は、ｎ組のデータセットを作成するために、流量Ｑｃｉにおける流れ解析をｉ＝ｎまで順次行い（ステップ４３、ステップ４４、ステップ４５、ステップ４６）、それぞれの流量に対する２つの超音波伝播経路相当位置での平均流速Ｖｃｉ１およびＶｃｉ２を求め（ステップ４４）、それらの代表値として各流量に対する算術平均値Ｖｃａｖｅｉを算出する（ステップ４５）。
【００６９】
そして、超音波流量計による測定流量、すなわち、真の流量は、２本の超音波伝播経路上の平均流速Ｖｍ１，Ｖｍ２を測定し（ステップ４１）、これらの代表値（算術平均値）Ｖｍａｖｅから流れ解析によるデータセットを用いて値を補間して真の流量Ｑｍが算出される（ステップ４２、ステップ４８、ステップ４９、ステップ４７）。
【００７０】
このように、本実施形態は、モデル化した超音波伝播経路相当位置での平均流速を求め、求めた平均流速から平均流量代表値Ｖｃａｖｅｉを算出し、算出した平均流量代表値をｎ回繰返してデータセットを作成し、作成したデータセットを超音波伝播経路で測定した平均流速Ｖｃ１，Ｖｃ２で補間して真の流量を算出するので、実流路内の流速分布が不均一の場合であっても、現地での流量測定を高い精度で求めることができる。
【００７１】
［第５実施形態］
図５は、本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第５実施形態を示す概念図である。
【００７２】
本実施形態は、流れ解析演算装置１４とコントロール装置１５とを備え、流れ解析演算装置１４で与えられた流路形状や解析条件等の情報を基に流れ解析を行う一方、コントロール装置１５で、流れ解析演算装置１４で行って解析情報と超音波送受信器１１ａ，１２ａで検出した超音波伝播経路１３ａを通る動力水の流速Ｖの情報とを基に図１で示した第１実施形態におけるフローチャートあるいは図３で示した第３実施形態におけるフローチャートに沿って演算を行い、真の流量を算出するものである。
【００７３】
このように、本実施形態は、流路形状等の情報を与えて流れ解析を行う流れ解析演算装置１４と、この流れ解析演算装置１４からの情報と測定した動力水の流速の情報とを基に第１実施形態におけるフローチャートあるいは第３実施形態におけるフローチャートに沿って演算を行い、真の流量を算出するので、実流路内の流速分布が不均一の場合であっても、現地での流量測定を高い精度で求めることができる。
【００７４】
なお、本実施形態は、流れ解析演算装置１４とコントローラ装置１５とを備えたが、この例に限らず、現地で超音波流量計による超音波伝播経路上の平均流速を測定し、測定したデータを持ち帰ってＥＷＳやパソコン等で流れ解析を行って真の流量を求めてもよい。
【００７５】
［第６実施形態］
本実施形態は、図６に示すように、コントロール装置１５に測定された平均流速Ｖｍから真の流量Ｑｍを補間して算出するための流れ解析に基づくデータセットを記憶する記憶装置１６を組み込み、真の流量を求めてもよい。
【００７６】
この場合、データセットの記憶装置１６は、物理的にコントロール装置１５に組み込まなくとも真の流量を求める際、流量計算の校正モデルとして参照できればよい。
【００７７】
［第７実施形態］
図７は、動力水の流れ解析を行う際、実機をモデル化した本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第７実施形態を示す概念図である。
【００７８】
なお、図７中、（ａ）は一つの水圧鉄管を複数の分岐水圧鉄管にし、各分岐水圧鉄管に水車と吸出し管を備えた概念図であり、（ｂ）は分岐される前の水圧鉄管に入口境界を設定したことを示す図である。
【００７９】
本実施形態は、例えば、２台の水車１７ａ，１７ｂおよび２本の吸出し管１８ａ，１８ｂを備えた水圧鉄管１９が上流側で第１分岐水圧鉄管２０ａと第２分岐水圧鉄管２０ｂとに分岐されているとき、流量校正のための流れ解析を行う際、分岐流量である他号機１７ｂ側の水圧鉄管２０ｂについてモデル化するとともに分岐位置よりも充分に上流側に流れ解析の入口境界を設定したものである。
【００８０】
これにより、本実施形態は、分岐流路との間で相互に及ぼす影響を考慮することができ、また、入口境界から分岐位置までの間に境界層が充分に発達するなど実際の流れに近い状態を模擬することができる。
【００８１】
また、図７中、（ｂ）に示すように、他号機側の出口境界条件を流量条件で規定することにより、色々な水車出力の組合せの運転パターンを想定した流れ解析を行うことができる。
【００８２】
さらに、図７中、（ｂ）で示すように、本実施形態は、分岐位置の上流側の水圧鉄管１９の内径をＤとすると、入口境界を分岐位置から２５Ｄ〜４０Ｄ離れたところに設けてモデル化している。そして、第１分岐水圧鉄管２０ａの破線で示す位置は、流量計の設置位置である。
【００８３】
一方、管内流れが乱流の場合、入口で断面全体に亘って一様な流速分布である流れを、管壁側で境界層の充分に発達した流速分布を形成するのに必要な助走区間の長さＬは、Ｋｒｉｓｔｅｉｎ  Ｎｉｋｕｒａｄｓｅの実験式に従って、Ｌ＝（２５〜４０）Ｄとして確保されている。
【００８４】
なお、管路長さを必要以上に長くモデル化して流れ解析を行うのは、解析時間の観念から好ましくない。
【００８５】
このような事情から、本実施形態では、水圧鉄管の分岐位置の上流側に２５Ｄ以上、４０Ｄ以下の助走区間を設けたものであり、この助走区間の確保によって水圧鉄管の分岐位置において実際に近い流速分布が得られ、流れ解析を効率的かつ高精度に行うことができる。
【００８６】
［第８実施形態］
図８は、流れ解析を行う際、実機をモデル化した本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第８実施形態を示す概念図である。
【００８７】
なお、図８中、（ａ）は動力水の流れ解析を行う際、動力水の流速分布の測定を示す概念図であり、（ｂ）は、（ａ）で示した動力水の流速分布を等流速で表わした図である。
【００８８】
本実施形態は、図８（ａ）に示すように、流路の動力水の流速分布を測定する際、管軸２１に対し、交差し、上流側に上流側超音波送受信器１１ａと下流側超音波送受信器１２ａとが設置される。
【００８９】
このように設置された上流側送受信器１１ａ、下流側送受信器１２ａは、超音波伝播経路１３ａと管軸２１の交点を含み、管軸２１に垂直な断面線２２を通る流速を測定する。
【００９０】
この流速分布を、図８中の（ｂ）で等流速分布等高速線２３として表わした場合、断面線２２の直径に沿った流速分布が最も均一となるのは、直線２４の場合である。このため、直線２４が断面線２２への投影に相当する超音波伝播経路１３ａを選定すれば、比較的安定した流れに対する測定を行うことができ、誤差の少ない流量測定ができると考えられる。
【００９１】
本実施形態は、このような事象を考慮したもので、上流側送受信器１１ａおよび下流側送受信器１２ａで動力水の流速分布を測定するとき、管軸２１に垂直な断面線２２の流速分布が最も均一になる直線２４を選定し、選定した直線２４の直径が断面線２２への投影に相当する超音波伝播経路１３ａになるようにしたものである。
【００９２】
したがって、本実施形態によれば、流量測定の際、より一層精度の高い流量測定を行うことができる。
【００９３】
また、本実施形態は、流量測定位置前後の直管長さが比較的短く、動力水の流れの不均一性が高い場合であっても、高い精度の流量測定を行うことができる。
【００９４】
なお、このように選定した超音波伝播経路に沿った流速分布を流れ解析結果から再度確認し、必要に応じて超音波伝播経路を変更すれば、さらに高精度の流量測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る流量測定方法の第１実施形態を示すフローチャート図。
【図２】本発明に係る流量測定方法の第２実施形態を示すフローチャート図。
【図３】本発明に係る流量測定方法の第３実施形態を示す図で、（ａ）は、流路に対して複数台の超音波送受信器を対向配置させた例を示す図、（ｂ）は、フローチャート図、（ｃ）は、（ａ）の変形例を示す図。
【図４】本発明に係る流量測定方法の第４実施形態を示す図で、（ａ）は、流路に対して複数台の超音波送受信器を対向配置させた例を示す図、（ｂ）は、フローチャート図。
【図５】本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第５実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第６実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第７実施形態を示す図で、（ａ）は、一つの水圧鉄管を複数の分岐水圧鉄管にし、各分岐水圧鉄管に水車と吸出し管を備えた概念図、（ｂ）は、分岐される前の水圧鉄管に入口境界を設定したことを示す図。
【図８】本発明に係る流量測定方法および流量測定装置の第８実施形態を示す図で、（ａ）は、動力水の流れ解析を行う際、動力水の流速分布の測定を示す概念図、（ｂ）は、（ａ）で示した動力水の流速分布を等流速で表わした図。
【図９】従来の動力水の流速分布を測定する図。
【符号の説明】
【００９６】
１  流路
２ａ，２ｂ  超音波送受信器
１０  流路
１１ａ，１１ｂ  上流側超音波送受信器
１２ａ，１２ｂ  下流側超音波送受信器
１３ａ，１３ｂ  超音波伝播経路
１４  流れ解析演算装置
１５  コントローラ装置
１６  記憶装置
１７ａ，１７ｂ  水車
１８ａ，１８ｂ  吸出し管
１９  水圧鉄管
２０ａ  第１水圧鉄管
２０ｂ  第２水圧鉄管
２１  管軸
２２  断面線
２３  等速分布等高線
２４  直線
【図１】
2007107948.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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