JP2005300520A - 平均両方向流動チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】配管1に二相流動が発生する場合等に、適切かつ迅速にパイプ内の流体の平均流動速度を測定することができるようにする。
【解決手段】二つの側板と上板及び下板からなるチューブ101と、上記チューブをなす側板に垂直に設けられ、チューブの前後端を隔離する隔板103と、そして上記隔板の前後に設けられる二つの圧力計連結管105を含んで構成され、上記チューブをなす上板及び下板は上記平均両方向流動チューブ100が設けられる上記配管1内面と接するような曲率を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は流体システムにおいて流体の流量を計測する流量計に関するものであって、より詳しくは、垂直配管内で単相及び二相流動が発生する場合ばかりでなく、水平配管内で成層流流動が発生する場合にも二相流動流体の質量流量を測定することができる流量計に関するものである。

図１は従来技術によるピトーチューブ(Pitot tube)10が設けられた配管1の側面断面であって、ピトーチューブ10は二重管(図示せず)からなる。図１に示されたとおり、従来技術によるピトーチューブ10では二重管それぞれに総圧孔11と静圧孔13が形成されている。この総圧孔11が流体の流れに対向するようにピトーチューブ10が設けられている。

総圧孔11に作用する総圧(Stagnation Pressure)はパイプ内を流れる流体の流れによる動圧(Dynamic Pressure)と静圧(Static Pressure)の和であり、静圧孔13には静圧だけが作用する。従って、総圧孔11と静圧孔13が形成された管から延長される圧力計連結管15に連結された圧力計(図示せず)によって図１に示されたとおり、総圧孔11に作用する圧力と静圧孔13に作用する圧力差(△P)を測定し、測定された圧力差によって流体速度を算出することができる。

上記ピトーチューブ10によって測定される流体速度はピトーチューブ10が位置した点からの速度であり、配管1全体を流れる平均速度ではないので、配管1内で平均速度を得るためには、ピトーチューブ10の挿入深度を変更しながら多くの所における速度を多数回測定して、それを平均しなければならない。

図２は従来技術による平均ピトーチューブ20を示した側面断面図であり、図３は従来技術による平均ピトーチューブ20の正面断面図であって、平均ピトーチューブ20も二重管(図示せず)から構成されている。同一構成に対しては図１と同じ図面符号を使用する。

図２及び図３に示したとおり、従来技術による平均ピトーチューブ20では二重管それぞれに多数個の総圧孔21と多数個の静圧孔23が形成されており、二重管はそれぞれ圧力計(図示せず)に連結される圧力計連結管25に延設される。配管1内に流れる流体速度測定原理はピトーチューブ10の流体速度測定原理と同一である。

平均ピトーチューブ20は、ピトーチューブ10を使用して繰り返して測定する作業手続きが面倒であり多くの時間が所要されるので、このような作業を簡素化するためのものである。すなわち、二重管の多数個の総圧孔21の形成位置でそれぞれ総圧を測定し、多数個の静圧孔23の形成位置でそれぞれ静圧を測定して配管1内の多数の位置でそれぞれ総圧及び静圧を測定して平均流速を算出することができる。

図４及び図５は局所両方向流動チューブ30を示したもので、図４及び図５に示したとおり、局所両方向流動チューブ30は円筒形チューブ31と、隔板33及び圧力計連結管35から構成されている。図４及び図５では同一構成に対して図１及び図２と同一な図面符号で表記する。

局所両方向流動チューブ30の流体速度測定原理は図１に示されたピトーチューブ10及び図２に示された平均ピトーチューブ20と類似し、前方流れ(Forward Flow)流体に対して図４に示されたとおり、局所両方向流動チューブ30が設けられる場合、'Ａ'部にはパイプ内を流れる流体流れによる動圧と静圧の和である総圧が作用し、'Ｂ'部には該'Ｂ'部に生じる速度による吸入効果によって静圧より多少低い圧力である背圧(Back Pressure)が作用する。上記'Ａ'部及び'Ｂ'部に作用する圧力は圧力計連結管35を通じて圧力計へ伝達され、'Ａ'部と'Ｂ'部の差圧を計測して任意の流動条件で流体の平均速度を算出する。

しかし、上記のような平均ピトーチューブ20を使用する場合には配管1内に二相流動が発生する場合、例えば、配管1下部分には液体が流れ、上部分には気体が流れる場合に総圧孔21等の間に圧力差異が発生して平均ピトーチューブ20の圧力配管に満たされている水が流路へ抜けて出る恐れがあり、また配管内で急激な減圧が生ずる場合に、圧力計連結管25に作用する圧力に急激な減圧が生じ、圧力計連結管25に相変化が発生し得るので、これを防止するために別途の冷却装置が必要な問題点がある。また上記のような局所両方向流動チューブ30を使用する場合には、配管1内平均流体速度を測定するのに限界があり、配管1内に二相流動が交互に発生するとか配管1内の急激な減圧によって流体が相変化を受ける場合、そして水平配管から二相流流動発生によって成層流流動が発生する場合、平均流量を測定するために局所両方向流動チューブ30を移送させて計測しなければならないという問題点がある。

本発明は上記のような問題点を解決するためのものであって、パイプ内単相流動及び二相流動等多様な流動条件において流体の平均速度を測定することができ、特に背圧の減少効果を利用した低速流動の計測性を向上させ、パイプ内に成層流流動が発生する場合にも、別途の冷却装置なしに流体の速度を測定することができる流量計を提供しようとすることに本発明の目的がある。

本発明は上記のような目的を達成するために考案されたものであって、チューブとチューブ内に設けられる隔板と、隔板前後に設けられる圧力計連結管を備える平均両方向流動チューブを提供する。

流量測定時、本発明に基づく平均両方向流動チューブを使用する場合にはパイプ内に二相流動等、多様な流動が発生する場合にもパイプ内流体の平均速度を測定することができ、圧力計連結管に沸騰発生を防止する冷却装置を必要としなくなる。

以下、図面を参照して本発明に基づく望ましい実施形態を詳しく説明する。

図６は本発明に基づく平均両方向流動チューブ[AVERAGE BIDIRECTIONAL FLOW TUBE]100を示したものであり、図７は本発明に基づく平均両方向流動チューブ100が設けられた配管1の側面断面図であり、図８は図７の'Ｂ−Ｂ'線断面を示したものであり、図９は図６の'Ｃ−Ｃ'線断面を示したものである。同一な構成に対しては、図１及び図２と同一な図面符号で表記する。

図６に示されたように、本発明に基づく平均両方向流動チューブ100は二つの側板と上i板及び下板からなるチューブ101（ここでは略長方形のチューブ状）と、上記チューブ101をなす側板に垂直に設けられてチューブの前後端を隔離する隔板103と、上記隔板103前後に設けられる二つの圧力計連結管105、105(b)を含んで構成される（なお、図６では上側の圧力計連結管105(b)を省略してある）。図７及び図８に示されたように、上記チューブ101をなす上板及び下板は上記平均両方向流動チューブ100が設けられる上記配管1内面と接するように曲率を有している。

また、上記圧力計連結管105、105(b)は配管1内に流れる単相流動或いは二相流動流体と連通されるように設ける。なお、本実施形態では、隔板103前後において、チューブ101の上下に２つの圧力計連結管105、105(b)を設け、計４つの圧力計連結管105、105(b)を設けた例を開示している。もっとも、圧力計連結管105(b)を省略し、隔板103前後においてチューブ101の下にひとつの圧力計連結管105を設け、計２つの圧力計連結管105を設けた構成であってもよい。要するに、少なくとも計二つの圧力計連結管が隔板103前後に設けられていればよい。

また、望ましくは、上記平均両方向流動チューブ100をなす上記側板は互いに平行して設けられ、隔板103は上記側板に垂直に設けられ、上記上板及び下板は上記側板上部及び下部に配管1の内径部で接するように設けられている。上記上板及び下板の外面はパイプ内面に接するようにパイプ内面の曲率半径と同じ曲率半径を有する。なお、チューブ100の上下高さ寸法は、上板及び下板の外面をパイプ内面に接触させることができるように、配管1の上下内寸法に応じた値に設定されている。

上記隔板103は上記側板の間に側板に垂直に設けられて上記チューブ101内に流れる流動を遮断する。上記隔板103を間において、その前後それぞれに二つの圧力計連結管105，105(b)が設けてあり、これらの圧力計連結管105，105(b)が上記隔板103の前後における圧力測定に使用される圧力計(図示せず)に連結される。

図９は本発明に基づく平均両方向流動チューブ100の平面断面形状を示したものである。図９に示したように、本発明に基づく平均両方向流動チューブ100をなす側板及び隔板103は薄い板で構成されることが望ましいが、これに限定するのではなく、図１０に示されるように、側板の断面形状を略円弧状に形成し、チューブ101全体の断面形状を略楕円または略円形に形成することが可能である。また、図１１に示されるように、側板の断面形状を略三角形に形成し、チューブ101全体の断面形状を略ダイヤモンド形（略ひし形）に形成することも可能である。

この平均両方向流動チューブ100の動作をよくみると、図７のように、本発明に基づく平均両方向流動チューブ100が設けられた配管1内に左側から右側に流体の流動(Forward Flow)がある場合、隔板103の左側には流体流動による動圧と静圧の和である総圧が作用し、隔板103右側には流体速度による吸入効果により静圧より多少低い圧力である背圧が作用するようになる。そして、上記総圧及び背圧がそれぞれ圧力計連結管105、105(b)に連結された圧力計(図示せず)により計測されることにより総圧と背圧の差圧が算出されるか、圧力計連結管105、105(b)に差圧計(図示せず)を連結して該差圧が算出されることができる。

上記記載した本発明に基づく平均両方向流動チューブ100を使用してパイプ内を流れる流体の流動速度を測定する場合には、次のような効果がある。

静圧より低くなった背圧減少効果によって低速の流動が形成される流動条件で配管1内の平均流速測定が容易であり、配管1下部には液体が流れ、上部には気体が流れる等、配管1内に二相流動が発生する場合にも配管1内の流体の平均速度を測定することができ、また、配管内で急激な減圧が行なわれ、圧力計連結管105，105(b)に作用する圧力に急激な減圧が行なわれる場合にも、別途の冷却装置が必要でない。さらに、配管1内に二相流動が交互に発生するかパイプ内急激な減圧によって流体が相変化を受ける場合、さらに、水平配管で二相流流動発生によって成層流流動が発生する場合にも、平均両方向流動チューブ100を移送させる必要がなく、パイプ内を流れる流体の流れが変わる場合にも、流体の平均流動速度を測定することができる効果がある。

従来技術に基づくパイプに設けられたピトーチューブを示した側面断面図である。 従来技術に基づくパイプに設けられた平均ピトーチューブを示した側面断面図である。 従来技術に基づくパイプに設けられた平均ピトーチューブを示した正面断面図である。 従来技術に基づくパイプに設けられた局所両方向流動チューブを示した斜視図である。 従来技術に基づくパイプに設けられた局所両方向流動チューブを示した側面断面図である。 本発明に基づく平均両方向流動チューブを示した斜視図である。 本発明に基づくパイプに設けられた平均両方向流動チューブを示した側面断面図である。 図７の'Ｂ−Ｂ'線断面図である。 図６の'Ｃ−Ｃ'線平面断面図である。 図９に対応するものであって平均両方向流動チューブの望ましい他の実施例を示した図である。 図９に対応するものであって平均両方向流動チューブの望ましいさらに他の実施例を示した図である。

符号の説明

1 配管
100 平均両方向流動チューブ
101 チューブ
103 隔板
105 圧力計連結管

Claims (3)

1. 二つの側板と、
   上板及び下板からなるチューブと、
   上記チューブをなす側板に垂直に設けられ、チューブの前後端を隔離する隔板と、
   上記隔板前後に設けられる少なくとも二つの圧力計連結管を含んで構成される平均両方向流動チューブにおいて、
   上記チューブをなす上板及び下板は上記平均両方向流動チューブが設けられる配管内面と接するように曲率を有し、上記少なくとも２つの圧力計連結管は配管内に流れる流体と連通されるように設けられることを特徴とする単相及び二相流動流量計測用の平均両方向流動チューブ。
2. 請求項１記載の平均両方向流動チューブであって、
   上記チューブをなす側板は、断面形状が略三角形であって、上記チューブ断面形状が略ダイヤモンド形からなることを特徴とする平均両方向流動チューブ。
3. 請求項１記載の平均両方向流動チューブであって、
   上記チューブをなす側板の断面形状が略円弧形であって、上記チューブ断面形状が略楕円または略円形からなることを特徴とする平均両方向流動チューブ。

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