JP2012018113A

JP2012018113A - ピストンプルーバ

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Publication number: JP2012018113A
Application number: JP2010156458A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kuge; 宏一久下; Hajime Iida; 一飯田
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP4782236B1; CN102971611A; KR101390598B1; CN102971611B; WO2012005028A1; KR20130045324A; SG186172A1; US8915115B2; US20130091923A1

Abstract

【課題】計測ピストンに必要以上の負荷をかけることなく、計測シリンダ内をスムーズに移動させると共に、シンプルな構造として、部品点数を削減することができるピストンプルーバを提供する。
【解決手段】ピストンプルーバ１は、上流端３及び下流端４が形成された計測シリンダ２と、計測シリンダ２の下流端側と連結された油圧シリンダ１２と、計測時に上流端３から流入された流体により計測シリンダ２内を上流側から下流側に向けて所定距離移動して基準体積の流体を排出する計測ピストン９と、油圧シリンダ１２に移動可能に収容されたピストンロッド１３とを備える。計測ピストン９とピストンロッド１３とは別体で構成され、計測ピストン９を上流側の所定の計測準備位置に戻す際に、ピストンロッド１３が計測ピストン９を下流側から上流側に移動させ、計測ピストン９を所定の計測準備位置にセットした後に、ピストンロッド１３を油圧シリンダ１２内に収容する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ピストンプルーバに関し、より詳細には、流量計の精度を検定するための基準体積が小さいピストンプルーバ型に関する。

流量計を検定するための検定装置とは、新規に製作された流量計や、使用中の流量計が、温度、圧力等の外部要因又は可動部摩耗等の内部要因などによる特性の変化に対して信頼できる精度で使用するために、定期的にまたは任意のタイミングで、特性試験を行うための装置である。この特性試験は、大別すると、固定試験装置に被試験流量計を介装して試験を行なうキャリブレータと、流量計を流体システム内に介装して任意に試験を行なうプルーバ方式の流量計試験装置により行われる。

プルーバ方式は、流量計の特性試験をオンラインで行なうことができ、必要に応じて任意の特性試験を行なうことができるため、特に配管影響を受け易い推測形の流量計、例えばタービンメータの試験に多く使用されている。プルーバは、断面一定な管体内をピストン等の移動体が流体と同期して移動し、この移動体が所定区間を移動することにより排出する流体を基準体積とする装置である。

プルーバ方式による流量計の特性試験は、プルーバに規定された基準体積の流体が流通するときの流量計の読み、すなわち、流量計から発信される流量パルスの数を検知することにより単位体積当りに発信される流量パルスの数（流量係数）、いわゆるＫファクタを算出するものである。また、必要により複数の被測流量において流量係数に基づいて、連続した流量特性曲線が求められる。

流量係数を高分解能で求めるためには基準体積当りに発信する流量パルスの数が所定数以上であることが必要で、例えば基準体積の大きい大型の据置き型プルーバの場合は１０,０００パルス以上の規定が与えられる。これに対して基準体積を小さくすると、規定数以上の流量パルスが発信できないが、ピストン等の移動体が移動することで排出される流体の基準体積と、この間に流量計から発信される発信パルス（時間）との関係から流量係数を求めることができる。従って、流量パルス数が少ない場合でも小型なプルーバ（スモールボリュームプルーバ）が適用できる。

上記のスモールボリュームプルーバ（以下、ＳＶＰという）において、移動体にピストンを用いたピストンプルーバが知られている。このピストンプルーバは、基本的には被試験流量計と直列に接続された断面一定な計測シリンダを有し、その計測シリンダ内で移動するピストンが、一定距離移動したとき、輸液される流体の体積と流量計の読みとを比較するものである。流体の体積は、実際には、ピストンの移動量から求められる。プルービングにおいては、通常、複数回の試験結果を平均し、平均値に基づいて流量係数（Ｋファクタ）が算出される。このため、各々の観測流量につき計測シリンダ内でのピストンは、試験回数だけ往復移動する。

計測シリンダ内でピストンを規定区間移動し、計測を完了してから、ピストンを再びもとの位置に戻すには、ピストンロッドを介して油圧又は空気圧を用いたアクチュエータで流体の流れに抗して駆動するが、この間に流体を流通させるための流路は、計測シリンダ自体を利用する場合と、計測シリンダに並列な別に設けられたバイパス流路を利用する場合とがある。計測シリンダを流通させる場合は、アクチュエータで戻されるピストン内に弁機能を有し、計測時には閉弁し、戻しにおいて開弁するようになっている。この方式を内弁方式と呼ぶ。また、バイパス流路を流通させる場合は、バイパス流路内にバイパス弁を設け、計測時には閉弁し、戻しで開弁するものである。この方式を外弁方式と呼ぶ。

このようなＳＶＰとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。このＳＶＰは、基準体積を形成するために、計測ピストンに固定されているピストンロッドにマーカを付け、このマーカ位置をディテクタスイッチで検出するように構成されている。このため、ピストンロッドのインバー材（低熱膨張率の合金）に溝を切ったり、インバー材全体にセラミックコーティングを施すなどの加工がなされている。また、この計測ピストンを上流側の所定位置に戻す（リターン）時には、計測ピストンに固定されているピストンロッドの端面に油圧をかけ、上流側に移動させる。また、流路切替には別に設計されたスライド弁（ピストン弁）を使用するように構成されている。

特許第２７９６２０７号明細書

しかしながら、上記特許文献１に記載のＳＶＰは、計測ピストンが回転する方向に圧力を受けた場合などに、計測ピストンにピストンロッドが一体的に固定される構造であるため、ピストンロッドが抵抗となって、回転を妨げ、計測ピストンに負荷をかけてしまうという問題がある。そして、この計測ピストンに必要以上に負荷がかかると、計測ピストンが計測シリンダ内をスムーズに移動できず、正確な計量を行うことができなくなる。

また、特許文献１に記載のＳＶＰは、２重管構造となっている上に、流路切替用に設けられたスライド弁や、シールチェック検出に独立した機構を有するなど、部品点数が多く、構造的に複雑なものであったため、メンテナンスが容易ではなく、コスト的にも高いものとなっていた。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、計測ピストンに必要以上の負荷をかけることなく、計測シリンダ内をスムーズに移動させると共に、シンプルな構造として、部品点数を削減することができるピストンプルーバを提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、流体を流入させる上流端及び該流体を流出させる下流端が形成された計測シリンダと、該計測シリンダの下流端と連結された油圧シリンダと、計測時に前記上流端から流入された流体により前記計測シリンダ内を上流側から下流側に向けて所定距離移動して基準体積の流体を排出する計測ピストンと、前記油圧シリンダに移動可能に収容されたピストンロッドとを備えたピストンプルーバであって、前記計測ピストンと前記ピストンロッドとは別体で構成され、前記計測ピストンを上流側の所定の計測準備位置に戻す際に、前記ピストンロッドが前記計測ピストンを下流側から上流側に移動させ、該計測ピストンを前記所定の計測準備位置にセットした後に、前記ピストンロッドのみを上流側から下流側に移動させて前記油圧シリンダ内に収容することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記計測ピストンは、周方向に埋め込んだ磁性体を有し、前記計測シリンダは、前記計測ピストンに埋め込まれた磁性体を検知する２つの検知手段を、前記計測シリンダの上流側と下流側に前記所定距離離して有することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記計測シリンダの上流端及び下流端の両方に開閉可能な外気に連通する弁を備えたことを特徴としたものである。

本発明によれば、計測ピストンとピストンロッドとを別体構造としたため、計測ピストンに必要以上の負荷をかけることなく、計測シリンダ内をスムーズに移動させることができる。また、従来品に比べ、シンプルな構造であるため、部品点数を削減し、低コスト化を実現することができる。

本発明によるピストンプルーバの外観構成例を示す正面図である。本発明によるピストンプルーバの外観構成例を示す上面図である。本発明によるピストンプルーバを含む検定システムの構成例を模式的に示した図である。計測ピストンの構成例を示す図である。本発明によるピストンプルーバの初期動作例を説明するための図である。本発明によるピストンプルーバのリターン動作例を説明するための図である。本発明によるピストンプルーバの計量準備動作例を説明するための図である。本発明によるピストンプルーバの計量動作例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のピストンプルーバに係る好適な実施の形態について説明する。

図１，２は、本発明によるピストンプルーバの外観構成例を示す図である。図１は正面図、図２は上面図である。図中、１はピストンプルーバ、２は計測シリンダ、３は上流端、４は下流端、５，６は空気抜き弁、７は流体流入口，８は流体流出口、９は計測ピストン、１０，１１は磁気スイッチ、１２は油圧シリンダ、１３はピストンロッド、ｄ１，ｄ２はドレイン（排水弁）を示す。

ピストンプルーバ１は、流体を流入させる上流端３及び流体を流出させる下流端４が形成された計測シリンダ２と、計測シリンダ２の下流端側と連結された油圧シリンダ１２と、計測時に上流端３から流入された流体により計測シリンダ２内を上流側から下流側に向けて所定距離Ｌ移動して基準体積の流体を排出する計測ピストン９と、油圧シリンダ１２に移動可能に収容されたピストンロッド１３とを備える。計測ピストン９は例えばアルミで形成され、計測シリンダ２は例えばＳＵＳ（ステンレス）などで形成される。

計測シリンダ２内には、移動体として計測ピストン９が嵌挿され、この計測ピストン９が計測時に測定流体の流体圧により移動され基準体積の流体を排出する。油圧シリンダ１２内には、ピストンロッド１３が嵌挿され、このピストンロッド１３は下流端４を構成する流出側端面板に設けられたジャーナル軸受（図示せず）により液密に軸承された状態で摺動される。空気抜き弁５，６及びドレインｄ１，ｄ２は開閉可能な外気に連通する弁であり、ピストンプルーバ１の動作状態に応じて適宜開閉される。

本発明によるピストンプルーバ１は、計測ピストン９とピストンロッド１３とが別体で構成されている。計測ピストン９を上流側の所定の計測準備位置に戻すリターン動作の際に、ピストンロッド１３が計測ピストン９を下流側から上流側に移動させ、計測ピストン９を所定の計測準備位置にセットした後に、ピストンロッド１３のみを上流側から下流側に移動させて油圧シリンダ１２内に収容するようにしている。

また、計測ピストン９は、周方向に埋め込んだ磁性体９１を有する。計測シリンダ２は、計測ピストン９に埋め込まれた磁性体９１を検知する２つの検知手段に相当する磁気スイッチ１０，１１を、計測シリンダ２の長手方向（上流側と下流側）に所定距離Ｌ離して有する。これら２つの磁気スイッチ１０，１１により、計測ピストン９が所定距離Ｌ移動したことを検知するように構成されている。すなわち、計測ピストン９が所定距離Ｌ移動したことで排出される流体体積が基準体積となる。なお、磁気スイッチ１０，１１間の所定距離Ｌは、可変できるようになっており、これにより基準体積を調整することを可能としている。

図３は、本発明によるピストンプルーバを含む検定システムの構成例を模式的に示した図である。図中、１４，１５は磁気スイッチ、１６は空油圧変換ユニット、１７は流路切替弁、１８は計測開始弁、７１は第１シリンダ流入口、７２は第２シリンダ流入口、８１は第１シリンダ流出口、８２は第２シリンダ流出口を示す。流体流入口７は第１シリンダ流入口７１及び第２シリンダ流入口７２に接続され、流体流出口８は第１シリンダ流出口８１及び第２シリンダ流出口８２に接続される。また、流体流入口７と流体流出口８とは流路切替弁１７を介して接続される。

空油圧交換ユニット１６は、空気圧供給源１６１、四方向電磁弁などの切替弁１６２、空油圧変換部１６３，１６４、給圧口１６５，１６６を備えて構成される。空気圧供給源１６１からの空気圧は、切替弁１６２で供給先が切り替えられ、空油圧変換部１６３あるいは空油圧変換部１６４に供給される。空油圧変換部１６３は、空気圧供給源１６１から供給された空気圧を油圧に変換し、変換した油圧を給圧口１６５から油圧シリンダ１２内に供給する。これにより、ピストンロッド１３は計測シリンダ２の方向に移動する。

同様に、空油圧変換部１６４は、空気圧供給源１６１から供給された空気圧を油圧に変換し、変換した油圧を給圧口１６６から油圧シリンダ１２内に供給する。これにより、ピストンロッド１３は計測シリンダ２から離れる方向に移動する。つまり、空油圧変換ユニット１６は、給圧口１６５，１６６の開閉により、油圧シリンダ１２内に油圧を導入し、あるいは、油圧シリンダ１２内から油圧を排出して、油圧シリンダ１２内のピストンロッド１３を移動又は保持するための装置である。

また、ピストンロッド１３を構成するヘッド部の周方向には、図示しない磁性体が埋め込まれており、これを油圧シリンダ１２の外周面に設けられた２つの磁気スイッチ１４，１５で検出することで、ピストンロッド１３が油圧シリンダ１２のどの位置にあるのかを特定することができる。

具体的には、計測ピストン９を上流側の所定の計測準備位置に戻すリターン動作以外では、ピストンロッド１３は油圧シリンダ１２内に収容された状態となるが、この状態ではピストンロッド１３が磁気スイッチ１５の近傍にあるため、磁気スイッチ１５がオン状態となる。従って、磁気スイッチ１５がオン状態であれば、ピストンロッド１３が油圧シリンダ１２内に収容された状態と特定される。また、上記リターン動作では、ピストンロッド１３が計測シリンダ２の方向に移動するため、磁気スイッチ１５がオンからオフに変化する。つまり、磁気スイッチ１５がオフ状態であれば、リターン動作によりピストンロッド１３が油圧シリンダ１２から計測シリンダ２に突出した状態と特定される。そして、このリターン動作により計測ピストン９を計測準備位置まで戻したときに、磁気スイッチ１４がオフからオンに変化する。

上記のように、ピストンロッド１３が油圧シリンダ１２内においてどの状態にあるのかに応じて、空油圧変換ユニット１６が適切な油圧制御を行い、ピストンロッド１３を移動あるいは保持するように構成されている。

上記の通り、本発明のピストンプルーバ１は、計測ピストン９とピストンロッド１３とが別体で構成されており、リターン動作の際に、ピストンロッド１３が計測ピストン９を下流側から上流側に移動させ、計測ピストン９を所定の計測準備位置にセットした後に、ピストンロッド１３のみを上流側から下流側に移動させて油圧シリンダ１２内に収容するようにしている。移動後の計測ピストン９は上流側の所定の計測準備位置にセットされており、流路切替弁１７を閉じた状態で、計測開始弁１８を閉にすることで、流体流入口７から流入される流体が第１シリンダ流入口７１から計測シリンダ２内に流入する。そして、この流体の圧力により計測ピストン９が下流側に移動し計量を行う。

上記の構造を採用することで、計測中に計測ピストン９が回転等した場合であっても、計測ピストン９に必要以上の負荷がかからず、計測ピストン９が計測シリンダ２内をスムーズに移動することができるため、正確な計量を行うことができる。

図４は、計測ピストンの構成例を示す図である。計測ピストン９は、磁石等の磁性体９１と、強化テフロン（テフロン：登録商標）等で形成されたガイドリング９２と、ＮＢＲ（ニトリルゴム）等で形成されたＯリング９３と、オムニシールなどのシール材９４と、ピストン装着用棄てタップ９５とを備える。従来のディテクタ信号の検出方法では、計測ピストンに固定されているピストンロッドをインバー材で構成し、このインバー材に溝を切ったり、インバー全体にセラミックコーティングする必要があった。このため、コーティング表面研磨や、ディテクタスイッチの取り付けなどの加工が必要となり、製造工数がかかっていたが、本発明では、計測ピストンに磁性体を備え、これを磁気スイッチで検知するという簡単な構成としたため、製造工数を削減することが可能となる。

また、図３において、ピストンプルーバ１は、計測シリンダ２の上流端及び下流端の両方に開閉可能な外気に連通する弁の一例として、空気抜き弁（エアーベント弁）５，６を備える。そして、空気抜き弁５，６のいずれか一方を用いて計測シリンダ２と計測ピストン９との間のシールチェックを可能とした。従来のシールチェック方法は、計測ピストンがリターン動作中毎回、自動的に計測ピストン、スライド（ピストン）弁のオムニシールからの漏れを、隙間に圧力をかけて差圧を確認する構造になっていた。この場合、差圧発生装置を別途必要とし、構造が複雑で故障等のトラブルの原因にもなっていた。

本発明によるシールチェック方法では、計測ピストン９を計測シリンダ２の例えば最下流の所定の位置にセットし、上流から実液による圧力をかけて、空気抜き弁６を手動操作することにより、漏れの確認を行うようにしている。また、上流と下流を逆にして、計測ピストン９を計測シリンダ２の最上流の所定の位置にセットし、下流から実液による圧力をかけて、空気抜き弁５を手動操作することにより、漏れの確認を行うようにしてもよい。

このように、本発明のシールチェック方法によれば、差圧発生装置などの部品を必要とせず、計測シリンダの空気抜き弁のみを用いて漏れの有無を確認することができるため、部品点数を削減すると共に、製造工数を減らすことができる。また、定期点検時等の部品交換では、計測ピストンのオムニシールのみでよいため、メンテナンス等が容易となる。

図５〜図８は、本発明によるピストンプルーバの動作例を説明するための図である。図５は初期動作、図６はリターン動作、図７は計量準備動作、図８は計量動作をそれぞれ説明する図である。

図５の初期動作において、まず、ピストンプルーバ１は、流体流入口７から通液開始するにあたり、計測ピストン９が最上流位置（計測準備位置）Ｐ１にある場合には、流路切替弁１７、計測開始弁１８を共に閉として、第１シリンダ流入口７１から流体を流入させる。これにより、図５（Ａ）に示すように、流体圧力により計測ピストン９が下流側へ移動する。なお、図５（Ａ）の状態は、計測シリンダ２内に流体が満たされていないことを前提にしている。

また、計測ピストン９は磁気スイッチ１０，１１間の位置Ｐ２にある場合には、流路切替弁１７を閉、計測開始弁１８を開として、第１シリンダ流入口７１及び第２シリンダ流入口７２から流体を流入させる。これにより、図５（Ｂ）に示すように、流体圧力により計測ピストン９が下流側へ移動する。図５（Ｂ）の状態も、図５（Ａ）の場合と同様に、計測シリンダ２内に流体が満たされていないことを前提にしている。なお、計測ピストン９の位置が特定できない場合には、流路切替弁１７、計測開始弁１８を共に閉として、第１シリンダ流入口７１から流体を流入させるようにすればよい。

上記のようにして移動した計測ピストン９は、図５（Ｃ）に示すように、下流側のホームポジションＰ３にセットされ、図５（Ａ）の場合には計測開始弁１８を開とする。また、図５（Ｂ）の場合には計測開始弁１８は既に開になっているためこのままである。なお、いずれの場合も流路切替弁１７は閉のままとする。このホームポジションＰ３では、計測ピストン９が第１シリンダ流出口８１と第２シリンダ流出口８２との略中間位置に保持されるものとする。

図６のリターン動作において、図６（Ａ）に示すように、計測ピストン９がホームポジションＰ３にセットされた状態で、流路切替弁１７を開とする。そして、給圧口１６５からピストンロッド１３に油圧をかけ、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ピストンロッド１３を移動させ、計測ピストン９をホームポジションＰ３からＰ４、そして、上流側の所定の計測準備位置Ｐ１まで移動させ、計測ピストン９を計測準備位置Ｐ１にセットする。ここで、ピストンロッド１３が移動すると、磁気スイッチ１５がオンからオフに変化する。そして、磁気スイッチ１４がオフからオンになると、計測ピストン９が計測準備位置Ｐ１まで移動したと判定される。この計測準備位置Ｐ１では、計測ピストン９が第１シリンダ流入口７１と第２シリンダ流入口７２との略中間位置に保持されるものとする。

図７の計量準備動作において、上記により計測ピストン９を上流側の所定の計測準備位置Ｐ１にセットした後、図６の場合とは逆に、給圧口１６６からピストンロッド１３に油圧をかけ、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ピストンロッド１３を油圧シリンダ１２内の元の位置に戻す。そして、図７（Ｂ）に示すように、流路切替弁１７を閉として、計量準備を終了する。この状態では計測シリンダ２に流体が充填されている。ここで、ピストンロッド１３が移動すると、磁気スイッチ１４がオンからオフに変化する。そして、磁気スイッチ１５がオフからオンになると、ピストンロッド１３が油圧シリンダ１２内の元の位置に戻ったと判定される。

図８の計量動作において、計測開始弁１８を閉として、第１シリンダ流入口７１から流体を流入させると、図８（Ａ）に示すように、流体圧力により計測ピストン９が下流側へ移動する。この際、計測ピストン９が位置Ｐ５にきたときに磁気スイッチ１０がオンされ、ここから計量が開始される。そして、図８（Ｂ）に示すように、計測ピストン９は位置Ｐ６を経て、移動し、図８（Ｃ）に示すように、計測ピストン９が位置Ｐ７にきたときに磁気スイッチ１１がオンされる。これにより計測ピストン９が基準体積の流体を排出したものとして計量が終了する。そして、計測ピストン９は前述の図５（Ｃ）に示したホームポジションＰ３にセットされ、以後、図６のリターン動作、図７の計量準備動作、図８の計量動作が必要な回数だけ繰り返し実行される。

以上のように、本発明によれば、計測ピストンとピストンロッドとを別体構造としたため、計測時に計測ピストンに必要以上の負荷をかけることがなく、計測シリンダ内をスムーズに移動させることができ、正確な計量を行うことができる。また、従来品に比べ、シンプルな構造であるため、部品点数を削減し、低コスト化を実現することができる。

１…ピストンプルーバ、２…計測シリンダ、３…上流端、４…下流端、５，６…空気抜き弁、７…流体流入口、７１…第１シリンダ流入口、７２…第２シリンダ流入口、８…流体流出口、８１…第１シリンダ流出口、８２…第２シリンダ流出口、９…計測ピストン、９１…磁性体、９２…ガイドリング、９３…Ｏリング、９４…オムニシール、９５…ピストン装着用棄てタップ、１０，１１，１４，１５…磁気スイッチ、１２…油圧シリンダ、１３…ピストンロッド、１６…空油圧変換ユニット、１６１…空気圧供給源、１６２…切替弁、１６３，１６４…空油圧変換部、１６５，１６６…給圧口、１７…流路切替弁、１８…計測開始弁。

Claims

流体を流入させる上流端及び該流体を流出させる下流端が形成された計測シリンダと、該計測シリンダの下流端側と連結された油圧シリンダと、計測時に前記上流端から流入された流体により前記計測シリンダ内を上流側から下流側に向けて所定距離移動して基準体積の流体を排出する計測ピストンと、前記油圧シリンダに移動可能に収容されたピストンロッドとを備えたピストンプルーバであって、
前記計測ピストンと前記ピストンロッドとは別体で構成され、前記計測ピストンを上流側の所定の計測準備位置に戻す際に、前記ピストンロッドが前記計測ピストンを下流側から上流側に移動させ、該計測ピストンを前記所定の計測準備位置にセットした後に、前記ピストンロッドのみを上流側から下流側に移動させて前記油圧シリンダ内に収容することを特徴とするピストンプルーバ。
請求項１に記載のピストンプルーバにおいて、前記計測ピストンは、周方向に埋め込んだ磁性体を有し、前記計測シリンダは、前記計測ピストンに埋め込まれた磁性体を検知する２つの検知手段を、前記計測シリンダの上流側と下流側に前記所定距離離して有することを特徴とするピストンプルーバ。
請求項１又は２に記載のピストンプルーバにおいて、前記計測シリンダの上流端及び下流端の両方に開閉可能な外気に連通する弁を備えたことを特徴とするピストンプルーバ。