(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管方向と平行に伸びる通路の軸方向に貫設されるウェハー構造の本体に、該本体内の通路に対して直交する方向に伸び出す外筒体の一端を本体に連結し、該外筒体内にはビームと該ビームの歪みを検出する外周部をベローズで被覆した歪みセンサーを配設するとともに、ベローズを含むビームの外周部に本体内に連通するポケット空間を画成し、前記本体の下流方向には、径が増大する円錐型のコーンを備え、該本体内には軸方向に移動自在の受圧体が配置され、該受圧体内には、弾性手段が配置され、該弾性手段の一端は、受圧体の内先端に、他端は前記外筒体内のビーム先端に連結され、円錐形のコーンに付加されるスチームの圧力により下流方向に移動する受圧体が、弾性手段の弾発力とスチームの圧力が均衡して静止した位置によって定まる通路とコーンとで画成される流路の有効断面積をビームの撓み量で検出して流量を測定するようにしたことを特徴とする面積式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
この発明は、スチームの流量を、スチームの圧力を受ける受圧体とバランスする流路の有効断面積によって測定するようにした面積式流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧力を有する蒸気や空気のような気体、或いは水や油のような液体の流量の測定は、流体が流過している管路の上流側と下流側の二カ所の圧力の差を測定して流量を計測する差圧式流量計が、公知であり広く実用化されており、例えば特開２０００−２８３８１０号公報にその一例が開示されている。かかる差圧式流量計は、メーターの上流と下流にそれぞれタップ穴を開けて差圧を測るようになっている。すなわち、差圧を管の一点で計測することになるため、管内に喰い込んだガスケットや上流側の不適切な配管によって発生する乱流が、計測点近傍の流速や流体の状態に悪影響を与え、正確な差圧の測定を困難にする問題があった。
【０００３】
又、流体の流路内に圧力で作動する受圧部材を配置し、該受圧部材を圧力に均衡して移動させて流路の有効断面積を変動させて有効断面積に相当する流量を計測するようにした面積式流量計も提案されており、例えば特開平５−７９８６９号公報、特開２０００−４６６０２号公報等に開示されている。しかしながら、従来の面積式流量計は、通常受圧部材がフロートから構成されており、該フロートが圧力を受けて上昇した位置を計測して流量を測定する構造であるため、フロートの上昇のために垂直方向に延びる管体を必要とする。このため、流量計は高さのある構造となり、配管への広い取付スペースを要し、作業性が悪くなっている。又、流体の管路とフロートを収納する管体が直交しているため、流体の流れが乱れやすく正確な測定を困難としている。
【０００４】
【特許文献1】
特開２０００−２８３８１０号公報
【特許文献２】
特開平５−７９８６９号公報
【特許文献３】
特開２０００−４６６０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来の面積式流量計にみられた問題点を解消し、流路の有効断面積を設定する受圧体の作動方向をスチームの流過方向と平行に位置づけると共に、受圧体の作動量を歪ゲージで検出して、流量を測定可能とした面積式流量計を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明が採った手段は、配管方向と平行に伸びる通路の軸方向に貫設されるウェハー構造の本体に、該本体内の通路に対して直交する方向に伸び出す外筒体の一端を本体に連結し、該外筒体内にはビームと該ビームの歪みを検出する外周部をベローズで被覆した歪みセンサーを配設するとともに、ベローズを含むビームの外周部に本体内に連通するポケット空間を画成し、前記本体の下流方向には、径が増大する円錐型のコーンを備え、該本体内には軸方向に移動自在の受圧体が配置され、該受圧体内には、弾性手段が配置され、該弾性手段の一端は、受圧体の内先端に、他端は前記外筒体内のビーム先端に連結され、円錐形のコーンに付加されるスチームの圧力により下流方向に移動する受圧体が、弾性手段の弾発力とスチームの圧力が均衡して静止した位置によって定まる通路とコーンとで画成される流路の有効断面積をビームの撓み量で検出して流量を測定するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の好ましい実施の形態を、以下に詳細に説明する。図１、２を参照して、この発明は、下流方向に内径が減少する通路(２)を軸方向に貫設した本体(１)と、該本体(１)内に軸方向に移動自在に配置された下流方向に径が増大する円錐型のコーン(４)を備えた受圧体(３)と、該受圧体(３)に一端を張設して上流方向に付勢している弾性手段(５)と、該弾性手段(５)の他端が張設され受圧体(３)の軸方向の移動により撓められるビーム(６)と、該ビーム(６)の撓みを検出する歪みセンサー(７)とからなり、流路(８)を流過するスチームの圧力を受けて受圧体(３)が下流方向に移動するとき、その移動を弾性手段(５)を介してビーム(６)に伝達してビーム(６)を撓ませ、該ビーム(６)の撓み量を歪みゲージで検出して、スチームの流量を計測するようにしたことを特徴とする。円錐形のコーン(４)に付加されるスチームの圧力により受圧体(３)は下流方向に移動し、弾性手段の弾発力とスチーム圧が均衡したとき受圧体(３)は静止する。受圧体(３)が静止した位置によって定まる通路(２)とコーン(４)とで画成される流路の有効断面積と流量とは比例関係にあるので、その位置をビームの撓み量で検出して流量を求めることが出来る。
【０００８】
図示のように、本体(１)の通路(２)と配管の流路(８)とは平行に位置する構造であり、従来の面積式流量計のように直交した状態にないため、取付スペースを小さくすることが出来、流れ方向が変わらないため乱流の発生等の不都合を極力少なくすることが出来る。すなわち、通路(２)は、配管のスチームが流過する方向と平行に形成され、この通路と軸線を同一にして平行に受圧体に移動方向が設けられている。従って、通路を流下するスチームの流れが乱される可能性が減少し、通路抵抗によるスチームの乱れや圧力損失を少なくすることが可能となり、正確な測定を行うことが出来る。尚、通路(２)は、図示のような円錐形状に限定されるものではなく、円筒形状の通路としても良いことは勿論である。
【０００９】
スチームの圧力を受ける円錐形のコーン(４)の形状と弾性手段(５)の弾発力は、スチームの圧力に均衡して受圧体が静止する位置を設定するものであるため、コーン(４)は精密な円錐形状に形成され、弾性手段は弾発力の経年変化が極めて小さくかつ耐久性の高い弾性材料で形成される。特にコーン(４)の形状は、流量との関係がリニアになるように精密加工されスチームの圧力と高精度にバランスするように設計されている。又、弾性材料をスプリングで形成する場合、ガスタービンやロケットエンジン部品として航空宇宙分野で広く使われているニッケルクロム合金が、耐久性、耐食性、耐ヘタリ性に優れており、好ましい。
【００１０】
又、ビーム(６)はその下部において、固定部(９)で本体(１)に固定してビーム(６)の撓みを計測し得るようにしてあるが、この固定部(９)より上部をスチームが液化したドレン水を貯めるポケット空間(10)に形成すると共に、歪みセンサー(７)を、ベローズ(11)によりスチームが液化したドレン水及びスチームから隔離して、歪みセンサー(７)をスチームの温度、圧力、性状等から保護するようにしたことを特徴とする。ビーム(６)は、スチームの流過方向に対して直交する方向に伸び出しており、前述したように、その周囲にスチームが液化したドレン水を貯めるために本体(１)から垂直方向下方に位置づけられる。
【００１１】
【実施例】
図２〜４を参照して、この発明にかかる流量計の本体(１)は、配管(12)のフランジ(13)の間に挟み込んで通しボルト(14)で締め付けて固定されるウェハータイプの構造を有しており、中心に下流方向に向かって内径が減少する円錐形状の通路(２)が上流から下流に貫通して形成される。この本体(１)の通路(２)は、図１，４に示すように配管(12)の流路(８)と同一軸線方向に位置している。本体(１)から垂直方向下方に外筒体(15)が伸び出しており、外筒体(15)の上端は本体(１)内に接続され、下端には表示部ケーシング(16)が連結されている。本体(１)の通路(２)の中央部には固定筒体(18)が、等間隔に配置された３本の固定板(17)で本体(１)に固定され、該固定筒体(18)の後端に先端を装着したガイド筒体(19)が本体(１)の軸線上を下流方向に伸び出している。固定筒体(18)の先端は、エンドプラグ(20)で閉止されている。ガイド筒体(19)の外周には、受圧体であるスライド筒体(３)が軸方向にスライド自在に案内されており、スライド筒体(３)のスライド距離を確保するために所定の長さを有している。
【００１２】
スライド筒体(３)の上流方向先端部には、下流方向に向って外径が増大する円錐形状のコーン(４)が一体に形成される。コーン(４)の先端部は、ガイド筒体(19)の鍔部(21)に当接自在であり、当接によりスライド筒体(３)の上流方向への移動が制限される。スライド筒体(３)の上流方向への移動が停止された位置において、図４に示すようにコーン(４)の最大径部が前記通路(２)の最小径部である下流方向端部に当接し、通路(２)とコーン(４)との間の有効断面積をゼロにしている。コーン(４)に付加されるスチームの圧力によりスライド筒体(３)が下流方向に移動するに従って、通路(２)とコーン(４)との間の有効断面積が拡大して行く。ガイド筒体(19)の下流端部には、ストッパーシャフト(22)が固着されており、スライド筒体(３)の下流方向への最大の移動量を限定している。すなわち、スライド筒体(３)は鍔部(21)とストッパーシャフト(22)との間において、ガイド筒体(19)に沿って軸方向に移動可能とされている。ストッパーシャフト(22)により、スライド筒体(３)の最大移動量が規制されているので、過大流量や蒸気ハンマー或いはウォーターハンマーによる機器の損傷を防止することが出来る。
【００１３】
ガイド筒体(19)内には、弾性手段であるスプリング(５)が収納される。スプリング(５)の上流方向先端は、ビーム(６)の上端に結合されており、下流方向後端はスライド筒体(３)の下流端部に固着されたスプリングアジャスター(23)に結合されている。スプリングアジャスター(23)は、ロックナット(24)により軸方向に移動可能であり、スプリング(５)の弾発力を調節して、流量の計測範囲を変更可能としている。スプリング(５)は、耐久性、耐食性、耐ヘタリ性を考慮して、これらの性質に優れたガスタービンやロケットエンジン部品として航空宇宙分野で広く使われているニッケルクロム合金で形成されているが、更に前記ストッパーシャフト(22)によってバネの伸び代を制限して、保護するようになっている。
【００１４】
通路(２)を流過するスチームの圧力を受けてスライド筒体(３)が下流方向に移動する。スライド筒体(３)の下流方向に移動に伴って、スプリング(５)が引き延ばされ、通路(２)とコーン(４)との有効断面積によって決まるスチームの圧力とスプリングの弾発力がバランスした位置でスライド筒体(３)は静止する。スライド筒体(３)の移動によるスプリング(５)の延伸は、その先端に結合されたビーム(６)を下流方向に揺動させ、撓ませる。ビーム(６)はその下端において固定部(９)で固定支持されており、ビーム(６)の撓みは歪みセンサー(７)で検出される。検出されたビーム(６)の撓み量は、歪みゲージで計測され流量が算出される。スプリング(５)を固定筒体(18)とガイド筒体(19)内に収納することにより、スチームに含まれる汚れや固形物からスプリング(５)を保護し、円滑な作動を補償している。
【００１５】
ビーム(６)の歪みセンサー(７)が取り付けられた部分の外周部にはベローズ(11)が取り付けられ、歪みセンサー(７)を被覆して、スチームが液化したドレン水から隔離して、歪みセンサー(７)をスチームの温度、圧力、性状等から保護している。更に、前記ビーム(６)の下端を支持する支点の位置において、ポケット筒体(25)の下端が密封性を確保しつつ取り付けられており、ビーム(６)及びベローズ(11)の外周部にポケット空間(10)を画成して、該ポケット空間(10)にスチームが液化したドレン水を満たして、通路内のスチームが直接歪みセンサー(７)に接触しないようにして、流過するスチームの温度や圧力から保護している。ポケット筒体(25)の上端は開放され、通路(２)内に連通しており、スチームが液化したドレン水の流入を許容している。歪みセンサー(７)を、ベローズ(11)とポケット空間(10)内のスチームが液化したドレン水とで通路(２)内のスチームから遮断し、隔離するようにしてあるので、歪みセンサー(７)の周辺温度を配管内のスチーム温度に比べて大幅に低減することが出来、スチームが高温高圧であってもメーターの性能を損なうことなく使用することが出来る。
【００１６】
(26)は、ドレンホールで、スチームが液化したドレン水を外部に排出するための孔である。該ドレン水が通路とコーンとの間を通過するとフラッシュして振動の原因となるためドレンホール(26)から流出させる。(27)は、ビーム(６)の内部に収納された温度・圧力センサーであり、該センサーからの検出値に基づいて表示部ケーシング(16)内に配設された電子部に保存されたデータからスチームの密度を表示することが出来るようになっている。又、スチームの密度の変化により、密度補正された質量及びエネルギー流量若しくは質量或いはエネルギー流量を提供することが出来る。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、受圧体に生じるスチームの圧力を弾性手段を介してビームの撓みに変換して計測するようにしてあるので、キャリブレイションによりスチームの圧力と流量の関係を正確に把握することが出来、広い計測範囲を有する流量計を提供することが出来る。ビームの撓みを検出する歪みセンサーをベローズで被覆して隔離すると共に、その外方にスチームが液化したドレン水を貯めて、周辺温度をスチーム温度に比べて大幅に低減し、高温高圧のスチームでも性能を維持しつつ測定をすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の流量計を概略的に説明する説明図
【図２】配管への接続状態を示す全体図
【図３】側面図
【図４】断面図
【図５】一部を切り欠いだ斜視図
【符号の説明】
(１)本体
(２)通路
(３)受圧体
(４)コーン
(５)弾性手段
(６)ビーム
(７)歪みセンサー
(８)流路
(９)固定部
(10)ポケット空間
(11)ベローズ
(12)配管
(13)フランジ
(14)通しボルト
(15)外筒体
(16)表示部ケーシング
(17)固定板
(18)固定筒体
(19)ガイド筒体
(20)エンドプラグ
(21)鍔部
(22)ストッパーシャフト
(23)スプリングアジャスター
(24)ロックナット
(25)ポケット筒体
(26)ドレンホール
(27)温度・圧力センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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