(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエルとサーモカップルとジャンクションヘッドとを含んでなり、振動する配管に取り付けて配管内の温度を測定する耐振型温度計において、上記ウエルは配管内ウエルと配管外ウエルとからなり、上記配管外ウエルの質量を上記配管内ウエルの質量と同等以上にし、かつ上記配管のウエル取付面内にあって上記ウエルの中心を通る任意の軸に関する上記配管外ウエルの慣性モーメントを上記軸に関する上記配管内ウエルの慣性モーメントよりも小さくして固有振動数を高くしたことを特徴とする耐振型温度計。
【請求項２】
上記ウエルは円筒状をなし、上記配管外ウエルの外径寸法は上記配管内ウエルの最大外径寸法よりも大とし、上記ジャンクションヘッドは上記ウエルから構造的に切離して設置したことを特徴とする請求項１記載の耐振型温度計。
【請求項３】
上記配管外ウエル内に位置する上記サーモカップルのシースに突起を設け、上記配管外ウエルの上端部に設けた押えねじとスプリングとにより上記突起に押力を加えることによって、上記サーモカップルの先端を上記配管内ウエルの先端に押しつける構造を設けたことを特徴とする請求項１記載の耐振型温度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内の温度を測定する温度計に関し、特に振動する配管内の温度測定に好適な耐振型温度計に関するのである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、配管内の温度を測定する従来の温度計の概略図である。図に示す温度計は、ウエル１と、ニップル２と、サーモカップル３とジャンクションヘッド４とを含んでなる。
【０００３】
ウエル１は、配管１０に設けられたねじ部５によって配管１０に取り付けられ、ねじ部５を通って配管１０内に突出している。配管１０のウエル取付面６より内部にあるウエル１の部分を配管内ウエル１ａと呼ぶ。ウエル取付面６の外側のウエル１の端には、ニップル２を取り付けるためのねじが設けられている。
【０００４】
ニップル２の一端は、ウエル１にねじで取り付けられ、メンテナンス時等にサーモカップル３の取り付け、取外しを容易にするため、ねじ込み構造の取付部７が設けられている。ニップル２の他端には、サーモカップル３からの信号を外部に接続するジャンクションヘッド４が取り付けられている。
【０００５】
サーモカップル３は、ニップル２内とウエル１内とを通って配管内ウエル１ａの先端まで挿入され、その先端が感温素子３ａを構成している。
【０００６】
ウエル１の材質は、一般に配管１０と同等の材質である。
【０００７】
このようなタイプの温度計は、例えば大型のボイラプラントにおいては、８０本程度取り付けられている。
【０００８】
配管１０の寸法は、例えば外径約６００ｍｍ、肉厚約２０ｍｍであり、配管１０の外表面は、厚さ約１５０ｍｍに巻かれた保温材１１で覆われている。
【０００９】
配管１０内には、例えば、高温（例えば６００℃）、高圧（例えば２５ＭＰａ）の蒸気が高速（例えば２７５ｍ／ｓ）で流れており、その流れは一般に乱流である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような温度計においては、配管１０内を高速の乱流が流れると、配管内ウエル１ａの後方で流れが剥離し、カルマン渦等が生じて、振動現象が生じ、その振動数がウエル１の固有振動数に近い場合には共振が発生し、ウエル１が折損するおそれがあるという問題がある。
【００１１】
また、ニップル２の先端にはジャンクションヘッド４の質量が付加されており、ニップル２とウエル１とは、先端に質量が付加され、ねじ部５で支持された片持ち梁を構成する。このため、カルマン渦等の加振源によって曲げ振動が励起されると、ねじ部５に疲労限を超える応力集中が生じ、金属疲労による破壊が生じるという問題がある。
【００１２】
更に、ウエル１とカルマン渦等の加振源との共振現象を回避する目的で、ウエル１の固有振動数をカルマン渦等の加振源の周波数よりも充分高くするために、ウエル１の外径を太くし、長さを短くした場合には、流体温度が配管内ウエル１ａを介してサーモカップル３の先端の感温部まで伝導する時間が長くなり、温度計測の時定数が大きくなるので、温度変化に対する追随性が悪くなり、温度検出精度が下がるという問題がある。
【００１３】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、カルマン渦等の加振源との共振によるウエルの折損やねじ部の金属疲労による破壊を防止し、かつ、温度計の温度計測時定数が大きくなることがなく、温度検出精度を維持することが可能な耐振型温度計を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、ウエルとサーモカップルとジャンクションヘッドとを含んでなり、振動する配管に取り付けて配管内の温度を測定する耐振型温度計において、上記ウエルは配管内ウエルと配管外ウエルとからなり、上記配管外ウエルの質量を上記配管内ウエルの質量と同等以上にし、かつ上記配管のウエル取付面内にあって上記ウエルの中心を通る任意の軸に関する上記配管外ウエルの慣性モーメントを上記軸に関する上記配管内ウエルの慣性モーメントよりも小さくして固有振動数を高くする。
【００１５】
この場合、上記ウエルは円筒状をなし、上記配管外ウエルの外径寸法は上記配管内ウエルの最大外径寸法よりも大とし、上記ジャンクションヘッドは上記ウエルから構造的に切離して設置する。
【００１６】
またこの場合、上記配管外ウエル内に位置する上記サーモカップルのシースに突起を設け、上記配管外ウエルの上端部に設けた押えねじとスプリングとにより上記突起に押力を加えることによって、上記サーモカップルの先端を上記配管内ウエルの先端に押しつける構造を設ける。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る耐振型温度計の概略図である。
【００１８】
図に示すように、本発明の１実施の形態である耐振型温度計は、配管内ウエル１０１と配管外ウエル１０２とからなる一体構造のウエル１００と、シース付きサーモカップル３０と、ジャンクションボックス４０とを含んで構成する。
【００１９】
ウエル１００は、配管１０に設けられたねじ部５によって配管１０に取り付ける。配管１０のウエル取付面１０３より配管外部に突出しているウエル１００の部分を配管外ウエル１０２、配管１０のウエル取付面１０３より配管内部にあるウエル１００の部分を配管内ウエル１０１と定義する。ウエル取付面１０３の近傍の溶接部１０４において配管外ウエル１０２を配管１０に溶接し、配管１０の内部からの管内流体の漏洩を防止する。配管外ウエル１０２は、配管１０の外表面を覆って巻かれた保温材１１を貫通し、その端部は保温材１１の表面から突出している。
【００２０】
サーモカップル３０は、配管外ウエル１０２の上端部から挿入され、配管外ウエル１０２と配管内ウエル１０１とを通って、その先端の感温素子３０ａは配管内ウエル１０１の先端に達している。サーモカップル３０のシースの配管外ウエル１０２内に位置する適当な個所に突起６０を溶接し、配管外ウエル１０２の上端部に設けた押えねじ８０によりスプリング７０を介して突起６０に押力を加えることによって、サーモカップル３０の先端を配管内ウエル１０１の先端に常に押しつける。メンテナンス時等には、押えねじ８０を取り外すことによって、容易にサーモカップル３０を取り出すことができる。サーモカップル３０は、ウエル１００から構造的に切離して設置したジャンクションボックス４０内と接続する。
【００２１】
上記構造のウエル１００は、一体構造であるので剛性が高く、かつ、配管外ウエル１０２の外径を配管内ウエル１０１の外径よりも大にし、配管外ウエル１０２の胴の長さを配管内ウエル１０１の胴の長さよりも小とすることにより、固有振動数を高くすることが可能である。以下、この点について説明する。
【００２２】
図３は、本発明に係る耐振型温度計の振動系を近似的に示す図である。図において、矢印は回転振動の方向を、渦巻状図形は回転バネを、縦棒は分布質量をそれぞれ表す。この振動系において、慣性モーメントをＩ0、回転バネ定数をＫ0とすれば、固有角振動数ω0は、
【００２３】
【数１】
ω02＝Ｋ0／Ｉ0
固有振動数ｆ0は、
【００２４】
【数２】
ｆ0＝ω0／（２π）
で与えられる。
【００２５】
図４は、慣性モーメントＩ0の計算方法を説明する図である。図において、斜線を施した微小部分の質量をｄｍ、微小部分と特定の軸Ａ−Ａとの距離をａとした場合、慣性モーメントＩ0は、
【００２６】
【数３】
Ｉ0＝∫ａ2ｄｍ
である。従って、耐振型温度計の慣性モーメントＩ0の値は、耐振型温度計の質量と形状を変更することによって、任意に設定することができる。すなわち、慣性モーメントＩ0の値は、配管外ウエル１０２の外径を太くし、長さを短くすることによって小さくすることができ、従って固有振動数ｆ0の値を高くすることができる。反対に、配管外ウエル１０２を細長くした場合には慣性モーメントＩ0の値は大となり、固有振動数ｆ0の値は低くなる。本実施の形態においては、従来技術における外径２１．７ｍｍのニップル２に代えて、外径５４ｍｍの配管外ウエル１０２を採用し、慣性モーメントＩ0の値を２．０×１０4ｋｇ・ｍｍ2にした。
【００２７】
一方、回転バネ定数Ｋ0の値は、耐振型温度計を取り付ける配管１０の外径と肉厚とに大きく左右される値であり、特定の配管１０に取り付けるので、慣性モーメントＩ0の値に比し、その増減の範囲は狭い。（本実施の形態に用いた外径６００ｍｍ、肉厚約２０ｍｍの配管１０に、外径５４ｍｍの配管外ウエル１０２を有する耐振型温度計を取り付けた場合の回転バネ定数Ｋ0の値は、１．６×１０8ｋｇｆ・ｍｍ／ｒａｄであった。）
以上のことから、配管内ウエル１０１の形状を変えることなく、配管外ウエル１０２の外径をを太くして長さを短くすることにより、ウエルの固有振動数を高い値に容易に設計することが可能である。
【００２８】
図５は、本発明に係る耐振型温度計を薄肉配管に取り付けて実験した場合のウエル１００の挙動を示す図である。本発明の１実施の形態である耐振型温度計を薄肉配管に取り付けて加振した場合、耐振型温度計の配管外ウエル１０２の上端が図の矢印ａの方向に変位すると、配管内ウエル１０１の下端は矢印ｄの方向に変位し、配管外ウエル１０２の上端が矢印ｂの方向に変位すると、配管内ウエル１０１の下端は矢印ｃの方向に変位し、倒立振り子状に運動することが確認できた。これにより、耐振型温度計取付部の配管の剛性に比し、耐振型温度計の剛性が充分大であることが分かる。本発明は、この特性を利用したものである。
【００２９】
打撃試験による固有振動数の測定結果によれば、従来技術の耐振型温度計の固有振動数が１８５Ｈｚであるのに対し、本願発明の実施の形態の耐振型温度計の固有振動数は１２００Ｈｚであり、固有振動数の値を顕著に高められたことが確認できた。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る耐振型温度計においては、固有振動数の値をカルマン渦その他の加振源の加振振動数に比して充分高くすることができるので、共振によるウエルの折損や温度計取付部の破壊を防止することが可能となるという効果がある。また、配管内ウエルの外径を太くすることはないので、温度計の温度計測時定数が大きくなることがなく、温度検出精度を維持することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る耐振型温度計の概略図である。
【図２】従来の温度計の概略図である。
【図３】本発明に係る耐振型温度計の振動系を近似的に示す図である。
【図４】慣性モーメントの計算方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る耐振型温度計を薄肉配管に取り付けて実験した場合のウエルの挙動を示す図である。
【符号の説明】
１、１００…ウエル
１ａ、１０１…配管内ウエル
１０２…配管外ウエル
６、１０３…ウエル取付面
１０４…溶接部
１０…配管
１１…保温材
２…ニップル
３、３０…サーモカップル
３ａ、３０ａ…感温素子
４、４０…ジャンクションヘッド
５…ねじ部
６０…突起
７…取付部
７０…スプリング
８０…押えねじ
【図１】
0003741856.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003741856.tif 000005
【図５】
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