JP3122983B2

JP3122983B2 - 絞り流量計

Info

Publication number: JP3122983B2
Application number: JP08319730A
Authority: JP
Inventors: 良一郎松本; 正人黒田; 正吉菊池; 暢孝千村; 達也市原
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH10160529A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油化学、化学工
業等の種々のプラントに用いられる絞り流量計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】管路内を定常流で流れる液体、気体、蒸
気等の各種流体の流量測定に用いられる流量計としてこ
の種の絞り流量計が従来から提案されている。この絞り
流量計は、絞り機構によって発生した差圧を測定部に導
いて電気信号に変換し、その信号から流量を算出するも
のである。すなわち、管路の途中に管路の断面積を狭く
するような絞り機構を設けておくと、そこを流体が流れ
るとき、絞り機構の前後に圧力差が生じる。この圧力差
と流量との間にはある一定の関係があるので、圧力差を
測定すれば、管路内を流れる流体の流量を求めることが
できる。絞り機構としては、オリフィス、フローノズ
ル、ベンチュリー管等が用いられる。

【０００３】図６は、絞り機構としてベンチュリー管を
用いた絞り流量計の従来例を示す断面図である。この絞
り流量計１は、ベンチュリー管３を中央に備えた測定管
２と、ダイアフラム式の差圧計（測定部）４と、測定管
２の管壁に設けた第１、第２の圧力取出口５，６と差圧
計４を接続する２本の接続配管７，８等を備えている。
第１の圧力取出口５は、ベンチュリー管３の上流側に設
けられている。一方、第２の圧力取出口６は、ベンチュ
リー管３の内部と連通するように形成されているが、下
流側であってもよい。各接続配管７，８はキャピラリチ
ューブからなり、内部にシリコーンオイル等の圧力伝達
媒体１０が封入され、測定管２側端には受圧ダイアフラ
ム１１，１２がそれぞれ設けられている。このような接
続配管７，８は、第１、第２の圧力取出口５，６に対応
して測定管２の外周に一体的に突設したフランジ付きの
接続部１３，１４にそれぞれ図示しないシール部材を介
して接続され、受圧ダイアフラム１１，１２を各圧力取
出口５，６に臨ませている。

【０００４】このような構成において、測定管２に測定
流体を流すと、ベンチュリー管３の前後で流体の圧力が
変化する。この圧力による受圧ダイアフラム１１，１２
の変位を圧力伝達媒体１０を介して差圧計４に導くこと
により測定流体の流量を測定することができる。

【０００５】このような絞り流量計１において、スラリ
ー流体の流量を測定する場合には、接続部１３，１４内
に固体粒子などが堆積して受圧ダイアフラム１１，１２
に付着すると作動不良を起こし、高精度な測定が困難に
なるため、接続配管７，８を測定管２の管壁にできるだ
け近づけ測定流体でダイアフラムを洗浄させる自己洗浄
方式を採用したり、あるいは第１、第２の圧力取出口の
穴径を大きくしたりしている。（例：実公昭５９−２２
５０８号公報、実開昭５６−１３５１２６号公報）

【０００６】しかしながら、このようなベンチュリー管
３を用いた絞り流量計においては、少なくとも上流側に
テーパ部１５を設ける必要があるため、測定管２の口径
をＤとすると、全長Ｌが５Ｄ〜７Ｄとなり、測定管自体
が必然的に長くなるという問題があった。

【０００７】このような問題を解決する方法として、図
７および図８に示す絞り部材を備えた流量計の管路を本
出願人によって提案した。（特願平８−２５１９２号）
この絞り部材２０は、外径が測定管の口径Ｄと略等しい
筒状体に形成し、内周断面形状を中央部が最小径で両端
に向かって拡径する略楕円を構成する曲線の一部で構成
したものである。この曲線の一部は、楕円をその長軸で
２分割した半楕円形と略等しい。このため、絞り部材２
０の孔は、鼓型をしている。また、圧力取出口５は、測
定流体がスラリー流体の場合ＪＩＳ規格による穴径より
大ききな穴径δで形成されている。このような絞り部材
２０を用いると、圧力損失が少なく、また測定管の口径
Ｄが全長にわたって一定でテーパ部を必要とせず、上流
側である第１の圧力取出口を絞り部材２０の直前に設け
ることができることから、測定管の全長を約半分の長さ
に短縮（Ｌ＝２．５Ｄ〜３．５Ｄ）できる利点を有す
る。

【０００８】その理由は、水が自然落下するとき噴流の
形が図９に示すように楕円曲線に近似することに関係が
ある。以下、水の噴流の形が楕円に近似することを説明
すると、円管の先端から水が噴流するときの流線は、図
９に示す流線となり、この形状は次式によって計算する
ことができる。時間ｔを経過したところの水の落下速度
ｖは、

【０００９】

【数１】

【００１０】距離ｈだけ落下するに必要な時間は、

【００１１】

【数２】

【００１２】式（１）、（２）より

【００１３】

【数３】

【００１４】また、その位置で水の落下速度ｖは式
（１）、（３）により

【００１５】

【数４】

【００１６】同じくその位置で断面積ａは流量ｑで連続
とすれば、

【００１７】

【数５】

【００１８】この水柱の全容積ΔＶは式（４）、（５）
により

【００１９】

【数６】

【００２０】図９の形状は、次のようにして計算でき
る。まず、噴流速度は式（４）式で計算できるが、配管
を出るとき初速ｖ₀ があるので、次の式（７）となる。

【００２１】

【数７】

【００２２】また初速ｖ₀ は次の式（８）で計算でき
る。

【００２３】

【数８】

【００２４】噴流の断面積は式（５）、（７）により次
の式（９）となる。

【００２５】

【数９】

【００２６】

【数１０】

【００２７】噴流の直径は式（９）、（１０）により次
の式（１１）となる。

【００２８】

【数１１】

【００２９】式（１１）のｈを変数としてｄをプロット
すると、図９に示す噴流の流線が得られる。さらに、図
１０に示すように楕円を乗せると、噴流の流線とよく一
致することが判る。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の絞り部
材２０においては、軸線と直交し中心Ｏを通る断面位置
における内径が最も小さく、この位置に断面積を計算し
易くするため第２の圧力取出口６を形成していた。その
結果、最小絞り径ｄが目減りするという問題があった。
すなわち、最小絞り径ｄの絞り部材２０に、穴径δの第
２の圧力取出口６を、その中心を絞り部材２０の中心Ｏ
と一致させて形成すると、絞り部材２０の内周断面形状
が略楕円を構成する曲線で構成され中心Ｏから離れると
絞り径ｄが拡大することから、図８に示すように最小絞
り径位置における断面形状が真円にならず中心Ｏを通る
垂直方向の直径ｄ’がｄより大きくなる。言い換えれ
ば、最小絞り径位置における絞り面積が設計値より増大
する。その結果、差圧の発生が減少し測定誤差が大きく
なる。

【００３１】本発明は上記した従来の問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、絞り
面積が変化せず正確な測定を可能にした絞り流量計を提
供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、測定管内の絞り部の上流側に第１の圧力取
出口を設けるとともに、前記絞り部の内部と連通する第
２の圧力取出口を設け、前記絞り部によって発生する流
体圧を前記第１、第２の圧力取出口より測定部に導くよ
うにした絞り流量計において、前記絞り部の内周断面形
状を、中央が最小径で両端に向かって拡径する略楕円を
構成する曲線で構成し、前記第２の圧力取出口を前記絞
り部の最小絞り径位置から下流側に変位させて形成した
ことを特徴とする。また、本発明は、請求項１記載の絞
り流量計において、第１、第２の圧力取出口に受圧ダイ
アフラムを備え内部に圧力伝達媒体が封入された接続配
管をそれぞれ接続したことを特徴とする。

【００３３】本発明において、第２の圧力取出口は絞り
部の最小絞り径位置より下流側に変位している。したが
って、絞り部の最小絞り径は変わらない。受圧ダイアフ
ラムは、絞り部によって発生する流体圧を第１、第２の
圧力取出口より測定部に導く。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る絞
り流量計の外観斜視図、図２は断面図、図３は絞り部の
断面図、図４は図３のIII −III 線断面図である。な
お、図中従来技術の欄で示した構成部材等と同一のもの
については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略
する。

【００３５】これらの図において、測定管２は、内部中
央より下流寄りに小径化されることにより絞り部２１が
一体に設けられ、管壁には第１の圧力取出口５が絞り部
２１の上流側に位置して形成されるとともに第２の圧力
取出口６が前記絞り部２１の内部に連通するように形成
されている。測定管２の内径Ｄは、絞り部２０の部分を
除いて全長にわたって等しい。また、測定管１の外周面
には、上流側と下流側の接続配管７，８が第１、第２の
圧力取出口５，６に導圧管３０，３１を介してそれぞれ
接続されている。

【００３６】前記絞り部２１は、図７および図８に示し
た従来の絞り部材２０と同様に内周断面形状が略楕円の
曲線の一部で構成されることにより、両端開口部が最大
の穴径で、内部に向かうにしたがい水が自然落下すると
きの噴流曲線に近似した楕円曲線で描くように減少し、
中央が最小の穴径（最小絞り径ｄ）で、最小絞り径位置
を形成している。曲線の一部は、楕円をその長軸で２分
割した半楕円形と略等しい。このため、絞り部材２０の
孔は鼓型をしている。第２の圧力取出口６は、絞り部２
１の最小絞り径（ｄ）位置から下流側にＸ（Ｘ≧δ／
２）だけ変位して形成されている。このように第２の圧
力取出口６を絞り部２１の最小絞り径位置からずらして
形成すると、最小絞り径ｄ、言い換えれば最小絞り面積
が変化するのを防止することができる。したがって、測
定誤差が小さく高い精度で測定することが可能である。

【００３７】図５は、圧力取出口の位置変化と最小絞り
径の変化の関係を示す図である。実際の加工に際して
は、第２の圧力取出口６のずれＸをδ／２に一致させる
ことは困難であり、許容差が必要である。これをΔＬで
表す。一般に、絞り流量計の絞りの公差は絞り口径の
０．１％とすることが多い。ここでも、これを基準とし
てΔＬを検討した。その結果は、 ΔＬ＝５×β％となった。但し、βは絞り直径比（ｄ／Ｄ）である。例
えば、絞り部２１の長さＬ0 が１００ｍｍ、βが０．５
のときは、 ΔＬ＝５×０．５％＝２．５％であるから、ΔＬはＬ0 ＝１００ｍｍの２．５％、すな
わち２．５ｍｍが許容差である。

【００３８】第１、第２の圧力取出口５，６は、測定管
２の上面に開口するように形成されている。第１、第２
の圧力取出口５，６の穴径δは、スラリー流体の測定に
おいて固体粒子の堆積を防止するためＪＩＳ規格による
穴径よりも大きく設定されている。実際の設計に際して
は、圧力取出口の穴径δと絞り部２１の最小絞り径ｄと
の寸法関係が受圧ダイアフラム１１，１２の有効径ｓに
制約されるため、２０＜δ＜ｄまたはδ≦ｓの条件を満足し、かついずれか小さい方の値とすること
が望ましい。上記関係式において、数値「２０」はスラ
リー流体を考慮したときの最小値である。

【００３９】上流側の導圧管３０は、測定管２の外周に
Ｏリング等からなる３つのシール部材３２ａ〜３２ｃを
介して回転可能に嵌合される円筒状の管本体３０Ａと、
この管本体３０Ａの外周面中央部に一体に突設され管本
体３０Ａの内外を連通させる接続管３０Ｂと、この接続
管３０Ｂの先端部外周面に一体に設けられたフランジ３
０Ｃとで構成されている。管本体３０Ａは、内径が測定
管２の外径より若干大きく設定され、通常は接続管３０
Ｂが第１の圧力取出口５と一致する回転角度０°の位
置、例えば接続管３０Ｂが上方を指向する位置に図示し
ないボルト等によって固定される。接続管３０Ｂの穴径
は、第１の圧力取出口５の穴径δと等しい。

【００４０】３つのシール部材３２ａ〜３２ｃのうち、
２つのシール部材３２ａ，３２ｂは、管本体３０Ａの両
端開口部寄りの内周面にそれぞれ形成された環状溝３
５，３６に嵌着され、測定管２と管本体３０Ａとの隙間
を液密にシールしている。残りのシール部材３２ｃは、
測定管２の内周面中央部に前記接続管３０Ｂの導通孔３
７を取り囲むように形成された環状溝３８に嵌着され、
圧が変化しないようにしている。このようなシール部材
３２ａ〜３２ｃを介して導圧管３０を測定管２に回転可
能に取付けると、導圧管３０を弁として機能させること
ができる。すなわち、導圧管３０を図１に実線で示す垂
直な状態から矢印方向に９０°回動させると、導通孔３
７が第１の圧力取出口５から完全にずれ、管本体３０Ａ
の内周面が第１の圧力取出口５を液密に閉塞するため、
測定管２内の測定流体が外部に漏れることはなくなる。

【００４１】前記導圧管３０にフランジ７ａ，３０Ｃを
介して接続される上流側の接続配管７は、内部にシリコ
ーンオイル等の圧力伝達媒体１０が封入され、一端が差
圧計４に接続されている。接続配管７の測定管２側の端
部には、前記フランジ７ａが一体に設けられ、このフラ
ンジ７ａの前記フランジ３０Ｃとの接合面中央部には、
接続配管７に連通する凹部４１が形成されるとともに、
この凹部４１を覆うように受圧ダイアフラム９が外周縁
部を溶接することにより設けられている。このようなフ
ランジ７ａは、図示しないシール部材を介して前記導圧
管３０のフランジ３０Ｃに密接され複数本のボルト４２
およびナットによって固定されている。

【００４２】低圧側の導圧管３１も上記した上流側の導
圧管３０と同一に構成されることにより、管本体３１
Ａ、接続配管３１Ｂおよびフランジ３１Ｃを一体に有
し、低圧側の接続配管８が接続されている。なお、この
ような導圧管３０，３１は、図６に示した接続部１３，
１４の代わりに設けられるものである。

【００４３】このような導圧管３０，３１を介して接続
配管７，８を測定管２に接続すると、導圧管３０，３１
自体が弁として機能するため、測定管２に測定流体が流
れている状態でも接続配管７，８を着脱することがで
き、受圧ダイアフラム１１，１２のメンテナンスに有利
である。

【００４４】なお、上記した実施の形態においては、絞
り部２１を測定管２と一体に形成した例を示したが、本
発明はこれに特定されるものではなく、別個に製作し、
測定管２内にねじで固定してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る絞り
流量計は、測定管内の絞り部の上流側に第１の圧力取出
口を設けるとともに、前記絞り部の内部と連通する第２
の圧力取出口を設け、前記絞り部によって発生する流体
圧を前記第１、第２の圧力取出口より測定部に導くよう
にした絞り流量計において、前記絞り部の内周断面形状
を、中央が最小径で両端に向かって拡径する略楕円を構
成する曲線で構成し、前記第２の圧力取出口を前記絞り
部の最小絞り径位置から下流側に変位させて形成したの
で、第２の圧力取出口の最小絞り径が変化せず、高精度
な測定を行なうことができる。

【００４６】また、本発明は、絞り部の内周断面形状
を、略楕円を構成する曲線の一部で構成したので、測定
管の全長を短縮でき、しかも固体粒子の堆積が生じず、
スラリー流体の測定に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る絞り流量計の外観斜視図であ
る。

【図２】断面図である。

【図３】絞り部断面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】圧力取出口の位置変化と最小絞り径の変化の
関係を示す図である。

【図６】ベンチュリー管式絞り流量計の従来例を示す
断面図である。

【図７】従来の絞り部材の断面図である。

【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。

【図９】噴流曲線を示す図である。

【図１０】噴流曲線に楕円を乗せた図である。

【符号の説明】

２…測定管、３…ベンチュリー管、４…差圧計、５…第
１の圧力取出口、６…第２の圧力取出口、７，８…接続
配管、１１，１２…受圧ダイアフラム、２０…絞り部
材、２１…絞り部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千村暢孝東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号山武ハネウエル株式会社内 (72)発明者市原達也東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号山武ハネウエル株式会社内 (56)参考文献特開昭51−2452（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−135126（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/44 G01F 1/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定管内の絞り部の上流側に第１の圧力
取出口を設けるとともに、前記絞り部の内部と連通する
第２の圧力取出口を設け、前記絞り部によって発生する
流体圧を前記第１、第２の圧力取出口より測定部に導く
ようにした絞り流量計において、前記絞り部の内周断面形状を、中央が最小径で両端に向
かって拡径する略楕円を構成する曲線で構成し、前記第
２の圧力取出口を前記絞り部の最小絞り径位置から下流
側に変位させて形成したことを特徴とする絞り流量計。
【請求項２】請求項１記載の絞り流量計において、第
１、第２の圧力取出口に受圧ダイアフラムを備え内部に
圧力伝達媒体が封入された接続配管をそれぞれ接続した
ことを特徴とする絞り流量計。