JP2005351803A - 流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、流量計本体を挟持する荷重に対する強度を高めることを課題とする。
【解決手段】 超音波式渦流量計１０は、樹脂製の流量計本体１２と、流量計本体１２の上部に設けられた流量指示部１４と、流量計本体１２の両端を挟持するように上流側配管１６及び下流側配管１８を相互に連結する連結機構２０とを有する。連結機構２０は、上流側配管１６のフランジ１６ａと下流側配管１８のフランジ１８ａとの間に挿通される通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）と、通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）が挿通される補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）とを有する。補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）は、通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）が挿通される挿通孔４６を有する円筒形状に形成されている。各ナット４４の締め付け力によるフランジ１６ａ，１８ａ間に付与される圧縮力は、流量計本体１２の両端面及び補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）の両端面に分散される。
【選択図】 図１

Description

本発明は流量計に係り、特に流量計本体の両端を上流側配管及び下流側配管のフランジを当接させ、上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとの間に挿通された通しボルトの締め付けにより流量計本体の両端を挟持するよう構成された流量計に関する。

以下、流量計の一例として超音波式渦流量計を用いて従来技術を説明する。

従来の超音波式渦流量計では、被測流体が流れる流路を有する流量計本体と、流路内に流れ方向と直交する方向に延在形成された渦発生体とを有し、渦発生体の下流には１組または２組の超音波センサを設けて渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出するように構成されている。１組の超音波センサは、互いに対向するように流路内に設けられており、一方が超音波を送信する送信側であり、他方が被測流体中を伝搬した超音波を受信する受信側となる。

この種の超音波式渦流量計では、流路中に流速に比例して交番的に発生するカルマン渦の中を伝搬して受信された超音波の受信信号と、送信側に供給される超音波の送信信号とを位相比較することで超音波がカルマン渦から受けるドップラー効果を正弦波的な位相変調量として検出している。

また、２組の超音波センサを用いた超音波式渦流量計では、カルマン渦の流れに対して相対的な相反する方向から流体を伝搬した２つの超音波信号同士を位相比較することにより、被測流体の音速変化の影響をキャンセルしてカルマン渦から受ける位相変化のみを抽出するように構成されている。

上記のように構成された従来の超音波式渦流量計では、理論的には超音波がカルマン渦から受けるドップラー効果を位相変化として抽出する構成であるため、被測流体の種類によらずカルマン渦を検出することができる。

ここで、被測流体が腐食性を有する流体の場合には、流量計本体が腐食して被側流体中に溶出することを防止するために、流量計本体の流路壁面を耐腐食性の高い樹脂材でコーティングしてライニング層を形成することが行われている。（例えば、特許文献１参照）。

また、この流量計では、流量計自体の強度を保つため、流量計本体の流路に形成されたライニング層に補強板を埋め込むことにより、ライニング層を補強している。

更に、流量計本体の配管への取付構造としては、流量計本体の両端を上流側配管のフランジと下流側配管のフランジに当接させた状態で、上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとに挿通された通しボルトの締め付けにより挟持する構造が採用されている。
特許３０２７１７０号（特開平４−９９９１６号公報）

しかしながら、上記したように、流量計本体の両端を上流側配管のフランジと下流側配管のフランジに当接させた状態で、上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとに挿通された通しボルトの締め付けにより挟持する取付構造の流量計では、通しボルトの締付力が大きい場合には、流量計本体自体に歪みが生じ、この歪みにより被側流体の流量計測精度が低下する恐れがある。

特に流量計本体を樹脂により形成した場合には、流量計本体自体が強度不足となる場合があり、この場合、通しボルトの締付力が適正であった場合においても、その締付力により上述の問題点と同様の問題が生ずる恐れがあった。

なお、上記従来技術で説明したように、樹脂製の流量計本体のライニング層に補強板を設ける構造としたとしても、通しボルトの締付力が全て流量計本体に作用することに変わりはなく、流量計本体の歪みを防止することができないという問題があった。

更に、流量計が渦流量計の場合は、流量計本体に歪みが生じると、渦発生体の取付位置及び流路に対する角度等が微妙に変化し、カルマン渦の発生条件が変化してしまい、流量計測精度が低下するおそれがあるという問題が生ずる。
そこで、本発明は、上記課題を解決した流量計を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、流量計本体内部に被測流体が通過する流路と該流路を流れる被測流体の流量を計測する計測部とを有し、該流量計本体の両端を上流側配管及び下流側配管のフランジに当接させ、前記上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとの間に挿通された通しボルトの締め付けにより前記流量計本体を挟持される流量計において、
前記通しボルトが挿通される挿通孔を有する補強部材を前記上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとの間に介在させたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記補強部材が、前記挿通孔を有する円筒形状に形成されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記流量計本体の両端にフランジを設け、
前記補強部材は、前記流量計本体の両端に設けられた前記フランジの裏面に当接するように半径方向に延在形成された当接部を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記流量計本体が、外周より半径方向に突出する変形防止用の突条部を有することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記流量計本体が、前記補強部材を係止し、前記補強部材の回転を防止する突条部を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、前記流量計本体が、樹脂材からなることを特徴とする。

本発明によれば、通しボルトが挿通される挿通孔を有する補強部材を上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとの間に介在させたため、流量計本体に作用する圧縮荷重を補強部材に分散して流量計本体が歪むことを防止できる。そのため、流量計本体を樹脂材で形成した場合でも取り付け時の圧縮荷重による流量計本体の変形を防止して計測精度の低下を防止することができる。

以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。

図１は本発明になる流量計の一実施例が適用された超音波式渦流量計を示す正面図である。図２は図１中Ａ１−Ａ１線に沿う縦断面図である。図３は超音波式渦流量計の構成を示す横断面図である。図４は図１中Ａ２−Ａ２線に沿う縦断面図である。
図１乃至図４に示されるように、超音波式渦流量計１０は、樹脂製の流量計本体１２と、流量計本体１２の上部に設けられた流量指示部１４と、流量計本体１２の両端を挟持するように上流側配管１６及び下流側配管１８を相互に連結する連結機構２０とを有する。

流量計本体１２は、例えば、耐薬品性に優れたポリ塩化ビニル（PVC）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びポリプロピレン(PP)等の何れかの樹脂材により一体成形されており、内部に被測流体が流れる流路２２と、流路２２内に垂直方向に起立する渦発生体２４とを有する。また、流量計本体１２は、両端に被測流体が流入する流入口２６と、被測流体が流出する流出口２８とが開口しており、外周より半径方向に突出する流入側フランジ３０と、流出側フランジ３２とを有する。そして、渦発生体２４は、流入口２６の流路２２内に設けられている。

流入側フランジ３０と流出側フランジ３２との間には、流量計本体１２の外周より半径方向に突出するリブ３４（３４ａ〜３４ｄ）が９０度間隔で設けられている。このリブ（突条部）３４は、流入側フランジ３０と流出側フランジ３２との間の圧縮荷重に対する流量計本体１２の耐圧強度を高める変形防止用の補強リブである。

また、流量計本体１２の中央部の側面には、リブ３４（３４ａ〜３４ｄ）と連続するように円筒形のセンサ取付部３６，３７が形成されている。このセンサ取付部３６，３７は、流量計本体１２の両側に突出形成されており、内部には送信側超音波センサ６０と受信側超音波センサ６２とが取り付けられている。また、センサ取付部３６，３７の入り口には、送信側超音波センサ６０、受信側超音波センサ６２を保護すると共に、センサ取付部３６，３７を密閉する蓋部材６４,６６が装着されている。

ここで、超音波式渦流量計１０の流量計測について説明する。

図３に示されるように、超音波式渦流量計１０においては、送信側超音波センサ６０から送信された超音波は、流路２２内を流れる被測流体中を伝播して受信側超音波センサ６２に受信される。そして、渦発生体２４の下流に発生するカルマン渦は、被測流体の流速に比例した周期で発生し、渦巻き方向が異なるカルマン渦が交互に発生する。超音波は、カルマン渦の渦巻き方向によってカルマン渦を通過する際に進行方向に加速、または減速される。そのため、受信側超音波センサ６２で受信される超音波は、カルマン渦によって周波数（周期）が変動する。

図４に示されるように、流量指示部１４には、後述するようにカルマン渦の発生周期（周波数）から流路２２を流れる被測流体の流速を求め、被測流体の流量を演算する演算部６８が設けられている。演算部６８は、送信側超音波センサ６０に一定周期の駆動信号を出力する発信回路７０と、受信側超音波センサ６２からの検出信号を受信する受信回路７２と、駆動信号と受信信号との位相を比較する位相比較回路７４と、位相比較回路７４から出力されたカルマン渦検出信号を積算して流量を演算する流量演算回路７６とを有する。

送信側超音波センサ６０の信号線７８は、流量計本体１２を上方に貫通する貫通孔８０に挿通されて発信回路７０に接続されている。また、受信側超音波センサ６２の信号線８２は、流量計本体１２を上方に貫通する貫通孔８４に挿通されて受信回路７２に接続されている。

流量演算回路７６では、発信回路７０から出力された駆動信号と受信側超音波センサ６２から出力された受信信号との位相差から得られたカルマン渦の周波数に基づいて流路２２を流れる被測流体の流量を演算する。そして、流量指示部１４は、デジタル表示部８６に計測された瞬時流量の数値を表示する。

ここで、連結機構２０について説明する。
連結機構２０は、上流側配管１６のフランジ１６ａと下流側配管１８のフランジ１８ａとの間に挿通される通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）と、通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）が挿通される補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）と、フランジ１６ａ，１８ａと流入側フランジ３０，流出側フランジ３２との間に介在するパッキン４２と、ボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）の両端部に螺入されたナット４４とからなる。

各ナット４４の締め付け力によってフランジ１６ａ，１８ａ間に圧縮力が付与されるため、パッキン４２はフランジ１６ａ，１８ａと流入側フランジ３０，流出側フランジ３２との間を液密にシールする。また、パッキン４２は、フランジ１６ａ，１８ａと補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）の両端との間にも介在しており、ナット４４の締め付け時の圧縮力を吸収する役目も有している。

補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）は、通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）が挿通される挿通孔４６を有する円筒形状に形成されている。また、補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）は、全長（長手方向の長さ）が流量計本体１２の流れ方向の長さと同一寸法に形成されている。そのため、各ナット４４の締め付け力によるフランジ１６ａ，１８ａ間に付与される圧縮力は、流量計本体１２の両端面及び補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）の両端面に分散される。よって、流量計本体１２は、各ナット４４の締め付けによる圧縮力が緩和され、歪みが生じないように上流側配管１６のフランジ１６ａと下流側配管１８のフランジ１８ａとの間に固定される。

補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）は、流量計本体１２と同じ樹脂材により形成されており、高温流体を計測する場合、あるいは高温環境下に設置された場合でも流量計本体１２と同じ熱膨張率であるので、流量計本体１２の両端面及び補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）の両端面の熱膨張量が均一になり、パッキン４２によるシール性能が維持される。

また、補強部材４０（４０ａ〜４０ｄ）は、外周が流入側フランジ３０，流出側フランジ３２の外周に接するように取り付けられるため、流量計本体１２の半径方向の取り付け位置を規制している。すなわち、流量計本体１２は、軸心が上流側配管１６、下流側配管１８の軸心と一致するように位置合わせ(調芯)される。

図５は実施例２の超音波式渦流量計の正面図である。図６は図５中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。図７は実施例２の補強部材１４０の正面図である。尚、図５、図６において、上記実施例１と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。

図５及び図６に示されるように、実施例２の連結機構１２０は、上流側配管１６のフランジ１６ａと下流側配管１８のフランジ１８ａとの間に挿通される通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）と、通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）が挿通される補強部材１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）と、フランジ１６ａ，１８ａと流入側フランジ３０，流出側フランジ３２との間に介在するパッキン４２と、ボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）の両端部に螺入されたナット４４とからなる。

図７に示されるように、補強部材１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）は、通しボルト３８（３８ａ〜３８ｄ）が挿通される挿通孔１４６を有する円筒部１４８と、円筒部１４８の両端部より半径方向に突出する当接部１５０，１５２とを有する。当接部１５０，１５２の端部離間距離Ｌは、流入側フランジ３０，流出側フランジ３２との離間距離と同一寸法になっている。

円筒部１４８は、全長が流量計本体１２の両端面の長さよりも短く形成されている。そのため、円筒部１４８は、両端面がパッキン４２から離間した状態に取り付けられる。

当接部１５０，１５２は、流入側フランジ３０，流出側フランジ３２の裏面に当接するように延在形成されており、流入側フランジ３０，流出側フランジ３２に圧縮荷重が付与された場合に流入側フランジ３０，流出側フランジ３２を裏面側から支える支持部として機能する。

また、当接部１５０，１５２は、流量計本体１２の軸心に向って延在する向きに取り付けられており、端部が流量計本体１２の外周に接触すると共に、リブ３４（３４ａ〜３４ｄ）間に挿入される。そのため、補強部材１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）は、円筒部１４８を回転させるような回転力が作用した場合には、当接部１５０，１５２がリブ３４（３４ａ〜３４ｄ）の側面に当接して回転方向の動きを規制される。

これにより、補強部材１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）は、各ナット４４の締め付けによる回転力が伝達されず、パッキン４２を回転方向に変形させることが防止される。

そのため、各ナット４４の締め付け力によるフランジ１６ａ，１８ａ間に付与される圧縮力は、流量計本体１２の両端面及び補強部材１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）の当接部１５０，１５２に分散される。よって、流量計本体１２は、各ナット４４の締め付けによる圧縮力が緩和され、歪みが生じないように上流側配管１６のフランジ１６ａと下流側配管１８のフランジ１８ａとの間に固定される。

また、補強部材１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）は、円筒部１４８の外周が流入側フランジ３０，流出側フランジ３２の外周に接すると共に、当接部１５０，１５２の端部が流量計本体１２の外周に接触するため、流量計本体１２の半径方向の取り付け位置を規制している。すなわち、流量計本体１２の軸心は、当接部１５０，１５２によって上流側配管１６、下流側配管１８の軸心と一致するように位置合わせ(調芯)される。

図８は実施例３の補強部材を示す縦断面図である。尚、図８において、上記実施例１、２と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。

図８に示されるように、実施例３の補強部材１６０,１６２は、断面形状が円弧状に形成されており、夫々２箇所に通しボルト３８が挿通される挿通孔１６４，１６６を有する。この補強部材１６０,１６２は、前述した円筒状の場合よりも端面の面積が大きいので、取付時の圧縮荷重に対する強度を十分に確保することができる。

また、補強部材１６０,１６２は、通しボルト３８が２本挿通されるため、通しボルト３８に螺入されたナット４４を締め付ける際に回転することが防止される。そして、補強部材１６０,１６２の湾曲した内周面１６０ａ,１６２ａが流入側フランジ３０，流出側フランジ３２の外周に当接して流量計本体１２の軸心が上流側配管１６、下流側配管１８の軸心と一致するように位置合わせ(調芯)される。

このように、一対の補強部材１６０,１６２は、上記実施例１，２のものよりも取り付け時の補強強度を高められると共に、部品点数が削減されて取付作業を容易に行える。また、補強部材１６０,１６２は、外周面１６０ｂ,１６２ｂの面積が大きく、流量計本体１２の左右側面を覆うことにより、流量計本体１２を保護するプロテクタとしても機能する。

上記実施例では、超音波式渦流量計を一例として挙げたが、これに限らず、他の形式の流量計にも適用することができるのは勿論である。

また、上記実施例では、補強部材を流量計本体と同じ樹脂材により成型するものとしたが、補強部材の材質は、樹脂材に限らず、金属により形成しても良いのは勿論である。

本発明になる流量計の一実施例が適用された超音波式渦流量計を示す正面図である。 図１中Ａ１−Ａ１線に沿う縦断面図である。 超音波式渦流量計の構成を示す横断面図である。 図１中Ａ２−Ａ２線に沿う縦断面図である。 実施例２の超音波式渦流量計の正面図である。 図５中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。 実施例２の補強部材１４０の正面図である。 実施例３の補強部材を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 超音波式渦流量計
１２ 流量計本体
１４ 流量指示部
１６ 上流側配管
１８ 下流側配管
２０ 連結機構
２２ 流路
２４ 渦発生体
３０ 流入側フランジ
３２ 流出側フランジ
３４（３４ａ〜３４ｄ） リブ
３８（３８ａ〜３８ｄ） 通しボルト
４０（４０ａ〜４０ｄ）,１４０（１４０ａ〜１４０ｄ）,１６０,１６２ 補強部材
４２ パッキン
４４ ナット
４６,１４６,１６４，１６６ 挿通孔
６０ 送信側超音波センサ
６２ 受信側超音波センサ
６８ 演算部
１４８ 円筒部
１５０，１５２ 当接部

Claims (6)

1. 流量計本体内部に被測流体が通過する流路と該流路を流れる被測流体の流量を計測する計測部とを有し、該流量計本体の両端を上流側配管及び下流側配管のフランジに当接させ、前記上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとの間に挿通された通しボルトの締め付けにより前記流量計本体を挟持される流量計において、
   前記通しボルトが挿通される挿通孔を有する補強部材を前記上流側配管のフランジと下流側配管のフランジとの間に介在させたことを特徴とする流量計。
2. 前記補強部材は、前記挿通孔を有する円筒形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流量計。
3. 前記流量計本体の両端にフランジを設け、
   前記補強部材は、前記流量計本体の両端に設けられた前記フランジの裏面に当接するように半径方向に延在形成された当接部を有することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の流量計。
4. 前記流量計本体は、外周より半径方向に突出する変形防止用の突条部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の流量計。
5. 前記流量計本体は、前記補強部材を係止し、前記補強部材の回転を防止する突条部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の流量計。
6. 前記流量計本体は、樹脂材からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の流量計。

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