JP3196140B2 - 媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも１つの羽根を有する羽根車を収容するため
に軸線方向に媒体の流通する空間を有するハウジングを
含み、その際、羽根車が、軸を収容する中心穴を備えた
支持部材を有し、その際、支持部材が、軸の範囲に、支
持部材における中心穴に通じる半径方向に延びた少なく
とも１つの開口を有する、媒体、例えば液体又はガスの
流速を判定する装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許第4111001号明細書によれば、
ハウジングの穴内に回転させられる羽根車が配置された
装置が公知である。羽根車の回転を発生するために、羽
根車の前にいわゆる“旋回部材”が支持されている。こ
の旋回部材は、流れに旋回を引起こし、この旋回は、他
方において羽根車を回転させる。回転速度を検出するた
めに、羽根の端部に磁石があり、その際、磁石によって
ハウジング内に配置されたコイルに、電圧が誘起され
る。羽根車の磁石によって形成された羽根によって引起
こされるコイル内の電圧パルスを計数することによっ
て、羽根の回転速度が検出できる。この回転速度は、媒
体の流速に関する尺度をなしている。

フランス国特許第2717536号明細書によれば、到来す
る流れを均一化するためにタービンの前に穴あき板が支
持されたタービンの回転速度を検出する装置が公知であ
る。

スイス国特許第308922号明細書によれば、流体の量測
定のために利用されるようなロータを有する流通測定器
が公知である。ロータは、磁石の形のパルス発生器を有
する支持部材を含み、この磁石は、流通測定器のハウジ
ング内における相応するコイルと共同動作する。その上
さらに支持部材上に羽根が配置されており、これらの羽
根は、支持部材の後側端部に配置されており、その際、
支持部材は、ハウジング内において軸線方向に可動に支
持されている。

米国特許第5372048号明細書に記載された装置は、羽
根車を有するハウジングを示しており、その際、羽根車
の支持は軸によって行なわれる。ここでも羽根車は、軸
によって軸線方向に可動に収容可能であることが考慮さ
れている。羽根車自体は、その外周に磁石かごを有し、
この磁石かごは、ロータの回転速度を検出するために、
ハウジング内に配置されたコイルに対してパルス発生器
として使われる。

特開昭56−128414号公報は、タービン状の流通測定器
を示しており、ここにおいて羽根を備えたロータは、磁
気的にハウジング内に支持されている。羽根自体は、ロ
ータのハウジング上に十字状に配置されている。

同様に特開昭57−020611号公報は、流通測定器を示し
ており、その際、ロータは、十字状に配置された２つの
羽根を有し、これらの羽根の交差点にパルス発生器とし
て磁石が配置されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第3415366号明細書に
よれば、水量計が公知であり、その際、タービン羽根車
に半径方向に流れが当たる。タービン羽根車の支持は、
軸上におけるラジアル軸受によって行なわれ、その際、
ラジアル軸受は、通路によって羽根車の遠心力空間に結
合されているので、水流により軸受から汚れ粒子が洗い
出されるようにする。この水量計は、半径方向流に基づ
いて比較的大きい。計数機構のパルス速度、及びこれに
伴ってこのカウンタの精度を高めるために、変速機が設
けられており、それにより構造大きさがなおさらに増加
する。さもないと軸受の範囲における磨耗が多すぎるの
で、流通方向において水平に整列して組込まなければな
らないということは、このカウンタにおいてさらに不利
である。その上さらに洗浄通路の案内に基づいて、水中
にある汚れ粒子が軸受内に洗浄され、かつここにおいて
増加した磨耗を引起こすという恐れがある。それ故に磨
耗の最少化は前提とされていない。

PCT第WO92/21939号明細書によれば、初めに挙げたよ
うな装置が公知である。その際、羽根車のための支持部
材において軸の端部の範囲に、半径方向に延びた２つの
穴が設けられており、これらの穴は、互いに対向して支
持部材に配置されている。穴によって、液体が軸と支持
部材との間の範囲に到達し、かつここにおいて潤滑、冷
却及び洗浄を配慮することが達成されるようにする。た
だし液体が、両方の穴を通って侵入し、かつ支持部材の
軸線方向穴の開口から出ることは、思い浮かべることが
できない。このことは、軸と支持部材との間の範囲にお
ける流れの抵抗が、前記の穴のうちの１つが有する抵抗
よりも大きいからである。それ故に液体は、一方の半径
方向穴を通って流入し、かつ他の半径方向穴を通って流
出することが前提となる。その際、言うに値する程の液
体量が、軸と支持部材の穴との間の範囲に到達する場合
でさえ、水中に連行される汚れ粒子がこの範囲に到達
し、かつここにおいて急速な磨耗を引起こす危険があ
る。なぜなら結局流れ媒体、例えば水によって些細では
ない量の汚れ粒子が連行されるからである。

この時、流通量に依存して羽根車は、毎分30000回転
までの回転速度に達することがあるとわかった。さらに
このような回転速度において軸と羽根車又は支持部材と
の間の摩擦に基づいて、羽根車の支持部の些細ではない
加熱が行なわれることがわかった。この摩擦は、羽根車
の支持部にかなりの磨耗を引起こす。

それ故に本発明の課題は、高い回転速度及び汚れ粒子
を備えた媒体の際に、これが十分に長い寿命を有するよ
うに、初めに述べたような装置を変形することにある。

本発明によれば、課題は次のようにして解決される。
すなわち軸が、支持部材において少なくとも１つの、な
るべく２つのラジアル軸受によって支持されており、そ
の際、支持部材の穴と軸との間に半径方向遊びが設けら
れている。

流れの方向に見て、羽根の後に、支持部材の回転の際
にわずかな負圧が生じる。負圧によって液体は、ラジア
ル支持体の半径方向遊びに基づいて、支持部材の中心穴
内に引込まれ、かつ支持部材の前側部分における半径方
向に延びた開口を通って押出される。液体内に存在しか
つ流れによって連行される汚れ粒子が、直接空間から洗
い出されるが、中心穴内に到達することがないことがわ
かった。それにより次のことが明らかになる。すなわち
支持部材の中心穴内における液体の持続的な交換が行な
われ、その結果、連続的な冷却が可能であり、かつこれ
に伴って軸受又は軸を潤滑する液体も常に十分に存在す
る。毎分30000回転までの回転速度の際にさえ、このよ
うな構造により装置の十分な寿命を保証することができ
る。

本発明の別の特徴によれば、次のことが考慮されてい
る。すなわち羽根が、円筒形の支持部材の主要部分にわ
たって延びている。このように長い羽根構成によって高
い効率が達成され、このことは、大体において圧力損失
を小さく維持できることに基づいている。この目的のた
めに、羽根がほぼ45゜の迎え角を有するという処置も使
われる。

本発明の別の特別の特徴によれば、羽根は、弧の様式
にしたがって形成されており、その際、詳細には、弧
の、とくに楕円弧の様式に形成された２つの羽根が、対
角線上に又は互いに十字状に延びるように、円筒形支持
部材の周上に配置されている。羽根の楕円形は、支持部
材の周にわたる羽根の対角線上の延びによって生じる。
弧の様式又は波形の湾曲にしたがって形成された羽根に
より、比較的大きな羽根面積が提供されるが、その際、
羽根車の直径は、全体的に小さく維持することができ
る。すでに別の位置において説明したように、このよう
な大きな羽根面積は、装置の効率を全体的に高めるため
に使われる。支持部材の周上における羽根の十字状の配
置によって、生じる半径方向の力を大体において解消す
ることが引起こされ、このことは、この処置によっても
ラジアル軸受がわずかしか負荷を受けないという利点を
有する。

本発明の特別な特徴によれば、羽根車の羽根の交差点
は、流れの方向に見て、スラスト軸受から間隔を置いて
支持部材上に配置されており；その際、支持部材は、支
持部材上に配置された羽根の長さを著しく越えて軸線方
向に延びていると有利である。とくに羽根車上における
羽根の交差点とスラスト軸受との間の大きな間隔によっ
て、羽根車が矢印のように自身で心出しされることが達
成されるので、支持部材に対して軸を支持するラジアル
軸受は、わずかな負荷しか受けず、したがって装置の寿
命は、全体的に著しく増加することができる。羽根車の
この擬似的な自動心出しは、支持部材上における羽根の
配置に基づいて、この支持部材が、矢印のように、常に
ハウジングの空間内の中心に整列される努力を有すると
いうことに基づいている。その点において軸も空間の中
心に配置されているとき、すでに前に述べたように、ラ
ジアル軸受の範囲にわずかな磨耗しか行なわれない。

羽根車の回転速度を検出するために、支持部材は、流
れの方向に見て、スラスト軸受の前にパルス発生器、例
えば磁石を有し、このパルス発生器は、ハウジング内に
配置されたパルスピックアップ、例えばコイルと共同動
作する。

装置のとくに有利な構成は、次の点で傑出している。
すなわち流れの方向に見て、支持部材の前に、空間内又
は空間内の乱流を均一化し又は整列するために、前側穴
あき板が配置されている。このような穴あき板の配置に
よって、流れが穴あき板を通った後に羽根車に当たった
際に、いぜんとして乱れているが、それでもなお羽根車
の羽根に媒体が当たる際に直接羽根車自体が回転させら
れるような方向に向けられることが達成される。このこ
とは、通常従来の技術によれば、ハウジング内に流れを
均一化できる長い先行区間を利用することによってしか
達成されない。このように均一化されたがそれでもなお
乱れている流れによって、大きな測定範囲にわたる、す
なわち種々の大きさの流通量の際の正確な測定が可能で
あることが達成される。

流れの方向に見て、羽根車の後に第２の穴あき板があ
り、この穴あき板は、第１の前側穴あき板に対応して形
成されており、かつこの穴あき板は、羽根車の支持部材
のための軸を収容するためにも使われる。従来の技術に
よれば、羽根車の後に、例えば渦形成による後続の流れ
の経過からの妨害を避けるために、所定の追従区間が存
在することは、同様に通常のことである。このことは、
このような渦形成が、羽根車の後において生じるとはい
え、後続の案内経路に依存してそれでもなお回転速度
に、したがって羽根車の応答特性に影響を全体的に及ぼ
すことがあるからである。

次に本発明を図面により例示して詳細に説明する。

図１は、側面から見た装置を断面図で示し； 図２は、羽根車を斜視図で示し； 図３は、図２による羽根車を90゜だけ旋回して示して
いる。

図１によれば、装置のハウジングは１で示されてお
り、ハウジング１内に空間２があり、この空間は、全体
的に10で示す羽根車を収容するために使われ、その際、
羽根車10の支持部材12は、穴15内に軸11を収容してお
り、この軸は、後側穴あき板21の穴20によって保持され
ている。穴あき板21は、円形に周に分散された８つの穴
22を有する。羽根車の支持部材12は、空間２の長さの大
部分にわたって延びている。矢印50による流通方向に見
て、支持部材12上に弧状に形成された羽根13が配置され
ている（図２及び図３参照）。すなわち弧状の羽根は、
支持部材の周にわたって対角線上に又は十字状に延びて
いる。羽根13の迎え角は、ほぼ45゜である。

支持部材12は、軸11によって、２つのラジアル軸受1
7、18及び１つのスラスト軸受19を設けることによって
支持されている。すでに述べたように、軸は、半径方向
遊びをもって軸受17及び18によって収容でき、それによ
り空間２内に存在する媒体、例えば水が、支持部材12の
穴15内に侵入することができ、かつ支持部材に半径方向
に配置された開口12aを通って外方に出ることが達成さ
れる。それによりその結果として所定の洗浄効果が発生
され、すなわち支持部材において軸受18と17と19の間に
開口が配置されているので、軸受17−19の連続的な冷却
及び潤滑が行なわれる。洗浄によりその上さらに、穴15
内に存在する汚れ粒子を洗い流すことができることが引
起こされ、このことは、軸受における磨耗を全体的にさ
らに減少する。

スラスト軸受19の前に流れ方向に抗して、磁石60があ
り、この磁石は、ハウジングに配置されたパルスピック
アップ、例えばコイル70と共同動作する。ただしコイル
70は、図１による図面には概略的に暗示されているだけ
である。

この時、支持部材12上における羽根13の配置は、羽根
の交差点が、スラスト軸受け19から間隔（矢印80）を置
いて支持部材上にあり、かつ羽根が支持部材12にわたっ
て延びているようになっている。それにより羽根車が、
矢印のように自動的に心出しされることが達成される。
その際、羽根13の交差点に対するスラスト軸受け19の間
隔が大きく選定されるほど、空間内における羽根車の心
出し作用が良好になるということが成立つ。スラスト軸
受け19の前に支持されて、すでに説明したように、磁石
60があり、この磁石は、同様に支持部材において羽根範
囲の外に配置されている。磁石のこのような配置によ
り、磁石と空間２の空間内壁との間の中間空間が、流れ
によって汚れが常に直接引き剥がされるほど大きいの
で、磁石の範囲に汚れが堆積することがないことが達成
される。ただし磁石の範囲における汚れの危険は、羽根
13の範囲に磁石を配置したとき存在する。このことは、
空間２の内壁に対する羽根13の間のわずかな間隔により
汚れ堆積が生じ、これらのよこれ堆積がコイルとのその
共同動作に関する磁石の作用を害することがあることが
わかったからである。

支持部材12の前に別の穴あき板31が支持されている。
穴あき板31は、再び周に分散して８つの穴32を有し、そ
の際、これらの穴によって、板に当たる乱流が均一化さ
れる。その際、穴32の大きさは、このことが同様に穴あ
き板21に当てはまり、これらの穴あき板の穴が描く空い
た横断面積が、ハウジング１の空間２の内壁と支持部材
12の外径との間に与えられる流れ横断面積よりも小さい
ようになっている。

穴あき板31は、その上さらに中心に心棒に似た突起35
を有し、この突起によって、空間２内の支持部材12の軸
線方向遊びが制限されている。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−119954（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−57720（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−113130（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−179325（ＪＰ，Ｕ) 特表 平６−500639（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/10 - 1/115

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】羽根（13）を有する羽根車（10）を収容す
   るために軸線方向に媒体の流通する空間（２）を有する
   ハウジング（１）を含み、その際、羽根車（10）が、軸
   （11）を収容する中心穴（15）を備えた支持部材（12）
   を有し、その際、支持部材（12）が、軸（11）の範囲
   に、中心穴（15）に通じる半径方向に延びた少なくとも
   １つの開口（12a）を有する、媒体、例えば液体又はガ
   スの流速を判定する装置において、 軸（11）が、支持部材（12）において少なくとも１つ
   の、なるべく２つのラジアル軸受（17,18）によって支
   持されており、その際、支持部材（12）の穴と軸（11）
   との間に、半径方向の遊びが設けられていることを特徴
   とする、媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装
   置。
2. 【請求項２】軸（11）を支持するために支持部材（12）
   内にスラスト軸受が設けられていることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】羽根（13）が、弧の様式にしたがって形成
   されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】弧の様式にしたがって形成された２つの羽
   根（13）が、支持部材（12）の周に互いに十字状に配置
   されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】羽根車（10）の羽根（13）の交差点が、流
   れの方向（矢印50）に見て、スラスト軸受（19）から間
   隔（矢印80）を置いて支持部材（12）上に配置されてい
   ることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】羽根（13）が、支持部材（12）の主要部分
   にわたって延びていることを特徴とする、請求項３に記
   載の装置。
7. 【請求項７】羽根（13）が、ほぼ45゜の迎え角を有する
   ことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
8. 【請求項８】支持部材（12）が、流れの方向（矢印50）
   に見て、スラスト軸受の前に少なくとも１つのパルス発
   生器（60）を有し、このパルス発生器が、羽根車（10）
   の回転速度を検出するためにハウジング（１）内に配置
   されたパルスピックアップ（70）と共同動作することを
   特徴とする、請求項２に記載の装置。
9. 【請求項９】支持部材（12）が、支持部材（12）上に配
   置された羽根（13）の長さを著しく越えて軸線方向に延
   びていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. 【請求項１０】流れの方向に見て、支持部材（12）の前
    に、空間（２）内の乱流を均一化し又は整列するため
    に、前側穴あき板（31）が配置されていることを特徴と
    する、請求項１に記載の装置。
11. 【請求項１１】前側穴あき板（31）が、軸（11）上にお
    ける支持部材（12）の軸線方向遊びを制限するために、
    支持部材（12）に向けられた心棒に似た突起（35）を有
    することを特徴とする、請求項10に記載の装置。
12. 【請求項１２】流れの方向（矢印50）に見て、支持部材
    （12）の後に後側穴あき板（21）が設けられていること
    を特徴とする、請求項１に記載の装置。
13. 【請求項１３】支持部材（12）のための軸（11）が、後
    側穴あき板（21）の中心に支持されていることを特徴と
    する、請求項12に記載の装置。
14. 【請求項１４】支持部材（12）が、円筒形に形成されて
    いることを特徴とする、請求項１に記載の装置。