JP3197352B2 - 渦流量計 - Google Patents
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- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices
- G01F1/3218—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices bluff body design
Description
は、配管形状によって流体の流速分布の変化があっても
器差影響の少ない渦流量計の形状に関する。
る物理量を計測して流体流量又は流速を測定する流量計
である。流体の流れが対応する物理量と一定関係を持た
せるためには測定される流体の流れ状態が一定に保たれ
ていることが必要条件となっている。このため推測形流
量計においては流管の上流側に整流装置を介装すること
が流量計の精度を保証するための配管条件となってい
る。オリフィス流量計やタービン流量計等においては、
整流装置の構造や配管条件が国際規格、国内規格等によ
り規定されている。
された渦発生体から流出するカルマン渦が所定レイノル
ズ数の範囲内で略流量に比例していることを利用した推
測形の流量計である。この比例定数はストローハル数と
呼ばれるが、理想的な渦流量計は、ストローハル数がレ
イノルズ数が変化しても一定値、すなわち、広い流量範
囲で一定であり、しかも流体の物性や配管条件に影響さ
れない特性をもっている流量計である。しかし、実際の
渦流量計のストローハル数はレイノルズ数に依存する特
性をもっており、また配管影響も受ける。渦流量計は、
通常、円管状の本体内に流れ軸に直角に配設された渦発
生体を有する単純な構造をもっているが、レイノルズ数
に対しストローハル数を一定に近づけるために、渦発生
体の形状や渦発生体の数および渦流量計内部の構造等に
関し、多くの提案がなされている。例えば、渦発生体の
流れに直角な方向の幅dに対する本体の内径Dの比d/
D及び渦検出位置等の改良もその一つである。特に、市
販されている殆んどの渦流量計では、渦発生体の幅dに
対する本体内径Dの比d/Dを略0.28前後に選び、
理想的なカルマン渦の2次元的な安定条件を満足する特
性を得ることを目標としている。
れによるカルマン渦を検出するのではなく、3次元的な
流れにより生ずるカルマン渦を検出している。この結
果、3次元流れが変化した場合、流れの変化に応じて特
性も変化する。例えば、エルボを有する曲りの配管,収
縮管,拡大管,弁装置,分岐管や合流管などの配管要素
により旋回流や偏流が発生し、渦流量計の器差変化をも
たらす。これを除くために、整流装置を介装するが、条
件によっては渦流量計に流入する流れには旋回成分や偏
流が残り渦流量計の器差に影響を与えた。
渦流量計が介装される配管形状により生ずる器差変化が
小さく、信頼性の高い渦流量計を提供することを目的と
するものである。
流管と、該流管の軸に直角の面を有する渦発生体とから
なり、該渦発生体から流出する渦の単位時間に発生する
数から流量を計測する渦流量計において、前記渦発生体
は、前記面の上下の端部において前記流管の上流側壁面
に沿って伸びる突起部を有し、各突起部は、前記渦発生
体の両側部と流管壁面との接合点間の長さを幅として上
流方向に水平に又は上流に向かって低く傾斜して延長し
たものであること、更には、(2)前記(1)におい
て、突起部は、渦発生体両側部と流管壁面との接合点を
結ぶ線を弦とした円弧で、弦の高さ及び長さが流管壁上
流側に向けて小さくなっていること、更には、(3)前
記(1)又は(2)において、突起部は、渦発生体上流
側面での高さをHとしたとき、流管壁の流れ方向の長さ
がH〜3Hであること、更には、(4)前記(1)にお
いて、突起部は、渦発生体両側部を弦とした円弧状平板
としたこと、更には、(5)前記(1)において、突起
部は、渦発生体両側部の中央部であって上流側に頂点を
有する三角錐体状したこと、更には、(6)前記(1)
において、突起部は、渦発生体の両側部が弦で中央部に
頂点を有し、該頂点から両側部を結ぶ線が湾曲線である
三角形状の底面を有し、該三角形状の高さが流管壁上流
に向けて漸減する錐体状としたことを特徴とするもので
ある。以下、本発明の実施例に基いて説明する。
べる。従来渦流量計は、渦発生体に流入する流れにより
生ずるカルマン渦を検出するものとしていたが、実際の
渦流量計においては、カルマン渦の他に、馬蹄渦が発生
し、この馬蹄渦とカルマン渦とが相互干渉を起して、相
互干渉した渦を検出している。馬蹄渦は、渦発生体上流
の流管壁の境界層内の渦発生体まわり円弧状に発生して
渦発生体の両側近傍を通って流出する渦管であり、流出
した馬蹄渦の渦管は渦発生体の側面から剥離し流出する
カルマン渦による渦管と相互干渉を起こす。
図で、図中、10は流管壁面、11は渦発生体であり、
図の渦発生体11は流れに面して底辺を有する断面二等
辺三角形状で、流管壁面10は、平板状をした場合の部
分図である。流れ(Flow)は矢印の方向とすると、渦発
生体11は流れに直角に取り付けられている。流れによ
り渦発生体11に発生する圧力は、曲線PA上流壁面1
1aの主流においては中心軸O−O上で高く渦発生体1
1の側面に向って低くなる。流れの速さVLは、流管壁
面10に近傍の境界層に近づく程図示のように減小す
る。流速VLの変化に従って圧力も低下する。この結
果、主流による圧力PAは、渦発生体11の上流面11
aから流管壁面10に向けて減小し、流管壁面10で
は、上流に向けて小さくなる圧力PFが作用する。この
結果、境界層剥離を起して馬蹄渦HVを生ずる。このよ
うな馬蹄渦HVは、渦発生体11の上流壁面の流速に依
存するので、主流に偏流や、旋回流があると馬蹄渦HV
の大きさや対称性が変化し渦発生体11から発生するカ
ルマン渦(図示せず)と干渉する干渉の影響が変化す
る。この干渉影響は渦流量計の器差を変化させる。即
ち、ストローハル数が変化する。
板流路内に設置された突起物周辺の流れの可視化" ["
流れの可視化" Vol,6 No.22(1986-7)]があり、馬蹄渦
の可視化に関して述べられている。また、この文献に
は、水槽内に水槽内を流れる水の境界層厚さに略々等し
い高さの立方体を置いたとき、この立方体廻りに馬蹄渦
が発生するが、立方向の壁面近傍を流れの前後方向に伸
ばしてテーパ状にすると馬蹄渦は消去されることが記載
されている。
流量計の構造の一例を説明するための図で、(a)図は
流れ方向からみた正面図、(b)図は、(a)図の矢視
B−B線断面図であり、図中、1は流管、2は渦発生
体、3は突起部である。
で、矢印(Flow)方向の流体の流れ底辺を有する二等辺
三角形状であり、円筒状の流管1内に直径上に流れ(Fl
ow)に対して直角に配設されている。渦発生体1の流れ
に面した上流側面2aの、流管1と接合する部分に上流
側に伸びる流れ方向に流線形状の突起部3を配設してい
る。すなわち、この渦発生体は、流管の軸に直角の面の
上下の端部において流管の上流側壁面に沿って伸びる突
起部を有し、各突起部は、渦発生体の両側部と流管壁面
との接合点間の長さを幅として上流方向に水平に又は上
流に向かって低く傾斜して延長したものである。この突
起部3の渦発生体2の上流側面2aでの高さHは低流量
域での境界層の厚さ程度が好ましく、流管壁1aの流れ
方向の長さはH〜3Hの範囲でよい。また、流線形状の
突起部3は、渦発生体2と一体に形成されてもよく、又
別体に形成され、流管壁1a又は渦発生体の上流側面2
aに固着してもよい。以上の説明において、渦発生体2
の断面形状を流れに面した上流側面に底部を有する二等
辺三角形としたが、台形や円形又は、その他の渦発生体
にも適用される。
体2の上流側に形成される馬蹄渦の発生を防ぐことがで
きる。即ち、流管壁1aに沿って流れる流体は、流線形
突起部3に沿って流れ渦発生体2の上流側面2aに達す
るが、この流れは、図6に示した流管壁に向けて発生す
る圧力PFを削滅させるので、馬蹄渦は発生しない。
を説明するための部分斜視図で、突起部3は、面2a側
の形状を渦発生体2の一端の両側と流管壁1aとの接合
する点A,Bを結ぶ線を弦とした高さHの円弧で、この
円弧の流管壁1a上の高さは、上流側に向けて小さくな
り、全体形状は円筒面状のくさび形をしている。すなわ
ち、突起部は、渦発生体両側部と流管壁面との接合点を
結ぶ線を弦とした円弧で、弦の高さ及び長さが流管壁上
流側に向けて小さくなっている。なお、突起部3の流管
壁1aの流れ方向の長さは、H〜3Hが好適である。
施例を説明するための部分斜視図で、突起部3の形状
は、渦発生体2の両側部A,Bを結ぶ線を弦とし、厚さ
をHとした円弧状平板としている。
他の実施例を説明するための部分斜視図で、突起部3の
形状は、渦発生体2の両側部A,Bを結ぶ線が底辺で、
中央部に頂点Cを有した高さHの二等線三角形を底面の
一部とした四角錘状をしている。すなわち、突起部は、
渦発生体両側部の中央部であって上流側に頂点を有する
三角錐体状の形状をもつものとする。
他の実施例を説明するための部分斜視図で、突起部3の
形状は、渦発生体2の両側部A,Bを結ぶ線が弦で中央
部に高さHの頂点Cを有し、この頂点Cと両側部の点A
及びBと結ぶ線が下方に湾曲した湾曲線m及びnを有し
た三角形状の底面を有し、この高さが頂点Cにおける高
さHから流管壁に向けて漸減する矢じり形状の錐体状を
している。
と、渦発生体の上流側面で渦発生体と流管との接合する
部分に流管壁の上流側に伸びる突起部を設けたので、渦
発生体の上流のまわりから下流側に伸びる馬蹄渦の発生
をなくすことができる。すなわち、カルマン渦と相互干
渉して配管影響により大きく変化し器差影響を与える馬
蹄渦がなくなるため、配管影響の少ない渦流量計を提供
することができる。
するための図である。
説明するための部分斜視図である。
するための部分斜視図である。
を、説明するための部分斜視図である。
を説明するための部分斜視図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 流管と、該流管の軸に直角の面を有する
渦発生体とからなり、該渦発生体から流出する渦の単位
時間に発生する数から流量を計測する渦流量計におい
て、前記渦発生体は、前記面の上下の端部において前記
流管の上流側壁面に沿って伸びる突起部を有し、各突起
部は、前記渦発生体の両側部と流管壁面との接合点間の
長さを幅として上流方向に水平に又は上流に向かって低
く傾斜して延長したものであることを特徴とする渦流量
計。 - 【請求項2】 突起部は、渦発生体両側部と流管壁面と
の接合点を結ぶ線を弦とした円弧で、弦の高さ及び長さ
が流管壁上流側に向けて小さくなっていることを特徴と
する請求項1記載の渦流量計。 - 【請求項3】 突起部は、渦発生体上流側面での高さを
Hとしたとき、流管壁の流れ方向の長さがH〜3Hであ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の渦流量計。 - 【請求項4】 突起部は、渦発生体両側面部を弦とした
円弧状平板としたことを特徴とする請求項1記載の渦流
量計。 - 【請求項5】 突起部は、渦発生体両側部の中央部であ
って上流側に頂点を有する三角錐体状としたことを特徴
とする請求項1記載の渦流量計。 - 【請求項6】 突起部は、渦発生体の両側部が弦で中央
部に頂点を有し、該頂点から両側部を結ぶ線が湾曲線で
ある三角形状の底面を有し、該三角形状の高さが流管壁
上流に向けて漸減する錐体状としたことを特徴とする請
求項1記載の渦流量計。
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