JP3401613B2 - Flow measurement method for fluid machinery - Google Patents

Flow measurement method for fluid machinery

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JP3401613B2
JP3401613B2 JP29169096A JP29169096A JP3401613B2 JP 3401613 B2 JP3401613 B2 JP 3401613B2 JP 29169096 A JP29169096 A JP 29169096A JP 29169096 A JP29169096 A JP 29169096A JP 3401613 B2 JP3401613 B2 JP 3401613B2
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flow rate
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ultrasonic
velocity
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共由 岡村
雅之 山田
景義 片倉
雄二 加藤
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株式会社 日立インダストリイズ
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、流体機械の流量測
定方法に係り、特に上水道,下水道,雨水排水,農業用
水などで用いられるポンプの吐出し量のような各種流体
機械の流体流量を測定するのに好適な流体機械の流量測
定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate measuring method of a fluid machine, and more particularly to measuring a fluid flow rate of various fluid machines such as a discharge rate of a pump used in waterworks, sewers, rainwater drainage, agricultural water and the like. The present invention relates to a method for measuring a flow rate of a fluid machine, which is suitable for

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波を用いたポンプ流量測定方法の第
1従来例としては、特開平4−249716号公報に記載され
た超音波を用いたポンプ吐出し流量測定装置および測定
方法がある。この第1従来例では、ポンプの吐出エルボ
の側壁に設置された超音波流速計により、エルボ内の流
速を測定し、この流速と予め実測された流速対ポンプ吐
出し量との関係を示すデータから流量を算出する。
2. Description of the Related Art As a first conventional example of a pump flow rate measuring method using ultrasonic waves, there is a pump discharge flow rate measuring apparatus and measuring method using ultrasonic waves described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-249716. In this first conventional example, the flow velocity in the elbow is measured by an ultrasonic velocity meter installed on the side wall of the discharge elbow of the pump, and the data showing the relation between this flow velocity and the flow velocity previously measured versus the pump discharge amount. Calculate the flow rate from

【0003】ポンプ流量測定方法の第2従来例として
は、図15に示すように、超音波伝搬方式の流速計をポ
ンプの流量計測に適用した例がある。第2従来例は、管
軸方向に所定間隔を隔てて一対の超音波センサをポンプ
管外壁に設置し、超音波を流れの順方向と逆方向とに送
波し、伝搬速度差から流速を求め、流速に測定断面の断
面積を乗じて流量を算出する方法である。超音波伝搬方
式の流速計は、例えば、日本機械学会発行の技術資料
『流体計測』(昭和60年4月発行)の第131頁に記載され
ている。
As a second conventional example of the pump flow rate measuring method, as shown in FIG. 15, there is an example in which an ultrasonic wave velocity meter is applied to the flow rate measurement of the pump. In the second conventional example, a pair of ultrasonic sensors are installed on the outer wall of the pump pipe at predetermined intervals in the pipe axis direction, and ultrasonic waves are transmitted in the forward direction and the reverse direction of the flow, and the flow velocity is determined from the difference in the propagation velocity. This is a method of obtaining and multiplying the flow velocity by the cross-sectional area of the measurement cross section to calculate the flow rate. An ultrasonic propagation type velocity meter is described, for example, on page 131 of the technical data “Fluid Measurement” (published in April 1985) published by the Japan Society of Mechanical Engineers.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記第1従来例では、
エルボの流速とポンプの流量との関係を実測により求め
ておかねばならい。したがって、ポンプ製造所または現
地のポンプ機場で、その測定のためのポンプ試験を実施
せねばならず、多大の時間と経費とが必要になるという
問題がある。また、製造所内の実測試験では、現地のポ
ンプの吸込み流路や吐出流路の配設状態と完全に同一に
して試験することは困難であり、測定精度に誤差が生じ
る場合もある。
In the first conventional example described above,
The relationship between the flow rate of the elbow and the flow rate of the pump must be found by actual measurement. Therefore, there is a problem that a pump test for the measurement must be performed at a pump factory or a local pump station, which requires a lot of time and cost. Further, in the actual measurement test in the factory, it is difficult to perform the test with the suction channel and the discharge channel of the local pump being completely the same, and an error may occur in the measurement accuracy.

【0005】一方、第2従来例では、図15に示すよう
に、超音波センサ11a,11bを設置すべきポンプの
吐出エルボ8の出口断面においては、半径方向に大きな
速度分布がある。この方式の流速計では、超音波が通過
する測定線15aおよび15b上の流速の平均値しか求
められないから、平均速度に断面積を乗じて算出される
流量は、実際の流量との誤差が大きくなり、測定精度が
悪くなる。この問題を解決するには、超音波流速計の上
流側直管部9の長さを流路管径の10倍位にとり、流れ
が整流されたところで測定する必要がある。
On the other hand, in the second conventional example, as shown in FIG. 15, the outlet cross section of the discharge elbow 8 of the pump in which the ultrasonic sensors 11a and 11b are to be installed has a large radial velocity distribution. In this type of velocity meter, since only the average value of the flow velocity on the measurement lines 15a and 15b through which the ultrasonic waves pass is obtained, the flow rate calculated by multiplying the average velocity by the cross-sectional area has an error with the actual flow rate. It becomes large and the measurement accuracy deteriorates. In order to solve this problem, it is necessary to measure the length of the upstream straight pipe part 9 of the ultrasonic velocity meter to about 10 times the diameter of the flow passage pipe and measure it when the flow is rectified.

【0006】しかし、実際のポンプが設置されている排
水機場などでは、ポンプの吐出エルボ8の出口下流に、
そのように長い直管部は、通常、存在しない。流れを整
流させるため、整流装置をポンプ出口に設ければ、短い
直管部でも測定精度を向上させることは可能であるが、
既存ポンプ配管に整流装置を新たに設置する必要があ
り、多大の経費を要する。
However, at a drainage pump station where an actual pump is installed, the discharge elbow 8 of the pump is provided downstream of the outlet.
Such long straight sections are usually absent. If a straightening device is provided at the pump outlet to straighten the flow, it is possible to improve the measurement accuracy even with a short straight pipe section.
It is necessary to newly install a rectifying device in the existing pump pipe, which requires a great deal of expense.

【0007】また、図16に示すように、図15の測定
断面IX−IXの水平断面Aの一断面のみではなく、断面
B,Cなど複数の断面について測定すれば、測定精度の
向上は期待される。しかし、各線上の平均流速の測定精
度自体は向上しないから、全体の測定精度は、大幅には
向上しない。
Further, as shown in FIG. 16, if not only one section of the horizontal section A of the measurement section IX-IX in FIG. 15 but also a plurality of sections such as the sections B and C are measured, improvement of the measurement accuracy is expected. To be done. However, since the measurement accuracy itself of the average flow velocity on each line is not improved, the overall measurement accuracy is not significantly improved.

【0008】本発明の目的は、従来の超音波測定方法で
は測定精度が低かった既設ポンプなどの流体機械の流量
計測を多大な経費を必要とせずかつ高精度に実施できる
ようにする流体機械の流量測定方法を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a fluid machine capable of highly accurately performing flow rate measurement of a fluid machine such as an existing pump, which has a low measurement accuracy in the conventional ultrasonic measurement method, without requiring a great expense. It is to provide a flow rate measuring method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、流体機械および前記前後流路の少なくと
も一つの断面における流量を測定する流量測定方法にお
いて、前記断面における速度分布をパルスドップラ式超
音波流速計で測定し、その速度分布と断面積とから流量
を算出する。この測定方法では、パルスドップラ式超音
波流速計により超音波の進行方向の流速分布を求め、そ
の流速分布から流路方向の測定線上の流速分布が正確に
求められるので、流速分布と断面積とから流量を高精度
に算出できる。また、超音波の測定線の流路方向で必要
な長さは、流路径程度であり、測定部に長い直管部は必
要としない。そのため、従来の超音波流量計と比べて、
短い距離で精度の高い流量測定が可能となる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a flow rate measuring method for measuring a flow rate in at least one cross section of a fluid machine and the front and rear flow paths, wherein a velocity distribution in the cross section is pulsed. The flow rate is measured from the Doppler ultrasonic velocity meter and the flow rate is calculated from the velocity distribution and the cross-sectional area. In this measurement method, the flow velocity distribution in the traveling direction of the ultrasonic wave is obtained by the pulse Doppler ultrasonic velocity meter, and the flow velocity distribution on the measurement line in the flow path direction is accurately obtained from the flow velocity distribution, so the flow velocity distribution and the cross-sectional area are Therefore, the flow rate can be calculated with high accuracy. Further, the length required in the flow path direction of the ultrasonic measurement line is about the flow path diameter, and a long straight pipe section is not required in the measurement section. Therefore, compared with the conventional ultrasonic flowmeter,
Highly accurate flow rate measurement is possible in a short distance.

【0010】前記流路の外壁面周りに超音波センサを複
数個設置し、複数の測定線上の流速分布を測定すると、
測定断面の流速分布がさらに詳細に把握され、より高精
度に流量を測定できる。
When a plurality of ultrasonic sensors are installed around the outer wall surface of the flow path and the flow velocity distribution on a plurality of measurement lines is measured,
The flow velocity distribution of the measurement cross section is grasped in more detail, and the flow rate can be measured with higher accuracy.

【0011】前記流路の外壁上の一定位置に配列形超音
波センサを設置し、超音波センサから測定流路断面内に
放射状に伸びる複数線上の流速分布を同時に測定する
と、測定面全体の流速分布を求められるので、各点の流
速に微小面積を乗じて各部の流量を求めて積分すれば、
断面全体にわたる流量が正確に測定される。
When an array type ultrasonic sensor is installed at a fixed position on the outer wall of the flow channel and the flow velocity distributions on a plurality of lines radially extending in the cross section of the measurement flow channel are simultaneously measured from the ultrasonic sensor, the flow velocity on the entire measurement surface is measured. Since the distribution can be obtained, if the flow velocity at each point is multiplied by a small area and the flow rate at each part is obtained and integrated,
The flow rate across the cross section is accurately measured.

【0012】前記流体機械の吐出エルボの入口側断面か
ら上流側に向かう複数線上の流速分布を測定すると、吐
出エルボ出口直後に、超音波の発射方向の流路形状が変
化する物体が存在する場合でも、吐出エルボの入口側は
流路形状は変化しないので、精度の高い流量測定が可能
となる。
When the flow velocity distribution on a plurality of lines extending from the inlet side cross section of the discharge elbow of the fluid machine to the upstream side is measured, and there is an object whose flow path shape in the ultrasonic emission direction changes immediately after the discharge elbow outlet. However, since the shape of the flow path does not change on the inlet side of the discharge elbow, it is possible to measure the flow rate with high accuracy.

【0013】前記流速測定断面を含む流路の乱流解析を
行い、その解析から流速測定線上の流速分布を求め、流
速分布と流路断面積とから流量Qaを算出し、乱流解析
時に入口境界条件として予め設定した流量Qbとの比α
=Qb/Qaを求め、このαを補正係数として超音波流
速計から算出した流量Qcに乗じ、補正された流量を求
める。この場合は、乱流解析により予め補正係数αを求
めておくので、精度の高い流量測定を容易に行うことが
できる。
A turbulent flow analysis of the flow channel including the flow velocity measurement cross section is performed, the flow velocity distribution on the flow velocity measurement line is obtained from the analysis, the flow rate Qa is calculated from the flow velocity distribution and the flow channel cross-sectional area, and the inlet is used during the turbulent flow analysis. Ratio α with flow rate Qb preset as boundary condition
= Qb / Qa is obtained, and the corrected flow rate is obtained by multiplying the flow rate Qc calculated from the ultrasonic velocity meter using this α as a correction coefficient. In this case, since the correction coefficient α is obtained in advance by turbulent flow analysis, highly accurate flow rate measurement can be easily performed.

【0014】旋回流に対しても測定可能とするため、超
音波センサの超音波の送波方向が、流れの方向と基本的
に平行となるような位置にセンサを設定する。そうすれ
ば、ポンプ流路内の流れの方向は、超音波の進行方向と
同じであるから、測定精度が高まる。また、ポンプの低
流量域において発生する旋回流に対しても、旋回流の主
流方向は測定できるので、流路の軸方向の流速分布から
流量を求めるという本流量測定方法では、高精度の測定
が可能となる。
In order to measure the swirl flow as well, the sensor is set at a position such that the ultrasonic wave transmission direction of the ultrasonic sensor is basically parallel to the flow direction. By doing so, the flow direction in the pump flow path is the same as the traveling direction of the ultrasonic waves, so that the measurement accuracy is improved. In addition, since the main flow direction of the swirl flow can be measured even for swirl flow that occurs in the low flow rate range of the pump, this flow rate measurement method that obtains the flow rate from the flow velocity distribution in the axial direction of the flow path provides highly accurate measurement. Is possible.

【0015】流体機械の吸込流路壁または吐出流路壁面
上に超音波センサを設置し、そのセンサから送られる超
音波またはそのセンサで受ける超音波の方向が、吐出流
路の主流の方向と平行であるように超音波センサを設置
したことから、ドップラ効果による超音波の周波数変化
を捕らえやすく、測定精度が高くなる。また、ポンプの
小流量域で発生する旋回成分を持つ流れでも、主流方向
成分が常に存在するので、流速の測定精度が良くなり、
結果として、流量の測定精度も高くなる。
An ultrasonic sensor is installed on the suction flow path wall or the discharge flow path wall surface of the fluid machine, and the direction of the ultrasonic wave sent from the sensor or the ultrasonic wave received by the sensor is the main flow direction of the discharge flow path. Since the ultrasonic sensors are installed so as to be parallel to each other, it is easy to detect the frequency change of the ultrasonic waves due to the Doppler effect, and the measurement accuracy becomes high. In addition, even in the flow having a swirl component generated in the small flow rate range of the pump, the main flow direction component always exists, so the measurement accuracy of the flow velocity improves.
As a result, the flow rate measurement accuracy is improved.

【0016】流体機械の吸込または吐出流路において、
流路方向が30度以上曲げられる流路壁面上に、超音波
を送受する超音波センサの軸を流路の上流または下流の
主流方向に対向する方向に、超音波センサを設置したの
で、超音波センサの取付けに便利である。
In the suction or discharge passage of the fluid machine,
Since the ultrasonic sensor is installed on the wall surface where the flow direction is bent by 30 degrees or more, with the axis of the ultrasonic sensor transmitting and receiving ultrasonic waves facing the mainstream direction upstream or downstream of the flow path, It is convenient for mounting the sound wave sensor.

【0017】吐出エルボに設置されている保守点検用ハ
ンドホールに、超音波センサを設置した棒状の測定治具
を流水方向と直交するように挿入し、その治具を治具の
軸方向に移動させ、流量を測定する。その際、測定治具
を軸方向に移動させるとともに、周方向にも移動させる
と、測定断面内の測定位置を非常に多くできるので、高
精度の流量測定が可能となる。
A bar-shaped measuring jig having an ultrasonic sensor is inserted into a hand hole for maintenance and inspection installed in the discharge elbow so as to be orthogonal to the flowing water direction, and the jig is moved in the axial direction of the jig. And measure the flow rate. At that time, if the measurement jig is moved in the axial direction as well as in the circumferential direction, the number of measurement positions in the measurement cross section can be extremely increased, so that highly accurate flow rate measurement can be performed.

【0018】この場合も、アレイ形超音波センサを測定
治具に設置すると、測定時間を短縮できる上に、コンパ
クトな形に収納して、測定治具を小形化できる。
Also in this case, if the array type ultrasonic sensor is installed on the measuring jig, the measuring time can be shortened, and the measuring jig can be housed in a compact shape to reduce the size of the measuring jig.

【0019】前記パルスドップラ式超音波流速計を構成
する超音波センサを前記流体機械の吸込流路に対向する
吸込槽底部に設けたことから、超音波センサを取り付け
る面が平面となるので、超音波センサの取付が容易で、
しかも、取り付けの精度を高められる利点がある。ベル
マウスにより流れが収縮・増速されて、一様で整流され
安定した流れとなっている。したがって、超音波流量計
の測定精度も高まるとともに、安定した測定が可能とな
る。特に、空気混入形先行待機運転方式では、下流側で
吸気するようにすれば、水だけの単相状態での流量が測
定可能となるとともに、多量の空気が混入したポンプ吐
出エルボ付近では、多量の気泡がノイズの発生源となる
ため、超音波による流量測定方法の測定精度が大幅に落
ちるかまたは測定不能に陥ることを回避できる。
Since the ultrasonic sensor constituting the pulse Doppler ultrasonic velocity meter is provided at the bottom of the suction tank facing the suction flow passage of the fluid machine, the surface on which the ultrasonic sensor is attached becomes a flat surface. Easy installation of the sound wave sensor,
Moreover, there is an advantage that the accuracy of mounting can be improved. The bellmouth contracts and accelerates the flow, creating a uniform, rectified and stable flow. Therefore, the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter is improved and stable measurement is possible. In particular, in the aeration-type preceding standby operation method, if intake is made on the downstream side, the flow rate can be measured in the single-phase state with only water, and in the vicinity of the pump discharge elbow where a large amount of air is mixed, a large amount can be measured. Since the air bubbles of No. 2 become a source of noise, it is possible to prevent the measurement accuracy of the flow rate measuring method using ultrasonic waves from being significantly lowered or becoming impossible to measure.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】次に、図1〜図17を参照して、
本発明による流体機械の流量測定方法および装置の実施
例を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, referring to FIGS.
An embodiment of a method and an apparatus for measuring a flow rate of a fluid machine according to the present invention will be described.

【0021】《第1実施例》図1は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第1実施例を示す断面図である。
第1実施例において、流量測定の対象となる流体機械
は、立軸の排水ポンプであり、その羽根車1は、ここで
は図示を省略した原動機の軸に結合されたポンプ軸2に
取り付けられている。吸込槽3内の雨水4は、ポンプ軸
2が回転して排水ポンプが作動すると、吸込ベルマウス
5,羽根車1,案内羽根6,吐出コラム7,吐出エルボ
8を経て、吐出管9に排出される。吐出管9の下流に
は、流量調節弁10が設置されている。
<< First Embodiment >> FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.
In the first embodiment, the fluid machine whose flow rate is to be measured is a vertical shaft drainage pump, and its impeller 1 is attached to a pump shaft 2 connected to a shaft of a prime mover (not shown here). . When the pump shaft 2 rotates and the drainage pump operates, the rainwater 4 in the suction tank 3 is discharged to the discharge pipe 9 via the suction bell mouth 5, the impeller 1, the guide blades 6, the discharge column 7, and the discharge elbow 8. To be done. A flow rate control valve 10 is installed downstream of the discharge pipe 9.

【0022】吐出エルボ8の出口端には、パルスドップ
ラ式超音波流速計13の超音波センサ11を設定してあ
る。パルスドップラ式超音波流速計13は、超音波発信
器,パルス発信器,送信機,周波数追跡回路,複調器,
指示計などからなる。第1実施例の超音波センサ11の
送受波面は、流路壁9aに対して角度θだけ傾斜してい
る。くさび状取付具12は、超音波センサ11を流路壁
9aに隙間無く接触させている。
An ultrasonic sensor 11 of a pulse Doppler ultrasonic velocity meter 13 is set at the outlet end of the discharge elbow 8. The pulse Doppler ultrasonic velocity meter 13 includes an ultrasonic oscillator, a pulse oscillator, a transmitter, a frequency tracking circuit, a double modulator,
It consists of an indicator. The wave transmission / reception surface of the ultrasonic sensor 11 of the first embodiment is inclined by an angle θ with respect to the flow path wall 9a. The wedge-shaped fixture 12 makes the ultrasonic sensor 11 contact the flow path wall 9a without any gap.

【0023】超音波センサ11からは、超音波パルス1
4が時間間隔Tで発射される。発射された超音波パルス
14は、流速測定線15上の流体内の粒子16で散乱反
射される。反射波は、一定時間だけ受波器として動作す
る超音波センサ11に受信される。受信された超音波
は、パルスドップラ式超音波流速計13内で信号処理さ
れ、ドップラシフト周波数と流速Vとを求められる。
From the ultrasonic sensor 11, the ultrasonic pulse 1
4 are fired at time intervals T. The emitted ultrasonic pulse 14 is scattered and reflected by particles 16 in the fluid on the flow velocity measurement line 15. The reflected wave is received by the ultrasonic sensor 11 that operates as a receiver only for a certain period of time. The received ultrasonic waves are subjected to signal processing in the pulse Doppler ultrasonic velocity meter 13 to obtain the Doppler shift frequency and the flow velocity V.

【0024】図2は、本発明におけるパルスドップラ超
音波流速計の送波信号と受波信号とドップラ信号との関
係を説明する図である。超音波センサ11からは、超音
波のパルス列からなる送波信号すなわち超音波パルス1
4が、時間間隔Tで発射される。流速測定線15上で、
超音波センサ11から数式1に示す距離Xにある粒子に
おいて散乱反射される散乱反射波17は、時間間隔Tで
超音波センサ11で受信され、受波信号となる。送波信
号の周波数と受波信号の周波数との差異から、ドップラ
信号が得られ、流速Vに換算される。したがって、超音
波が進む流速測定線15上のΔX間隔の位置における流
速が測定され、その線上における速度分布が求められ
る。なお、数式1において、Cは水中における音速,T
は超音波パルス列の時間間隔,nは整数である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the transmitted signal, the received signal and the Doppler signal of the pulse Doppler ultrasonic velocity meter according to the present invention. From the ultrasonic sensor 11, a transmission signal including an ultrasonic pulse train, that is, an ultrasonic pulse 1
4 are fired at time intervals T. On the flow velocity measurement line 15,
The scattered reflected wave 17 that is scattered and reflected by the particles at the distance X shown in Formula 1 from the ultrasonic sensor 11 is received by the ultrasonic sensor 11 at the time interval T and becomes a received signal. From the difference between the frequency of the transmitted signal and the frequency of the received signal, a Doppler signal is obtained and converted into a flow velocity V. Therefore, the flow velocity at the position of the ΔX interval on the flow velocity measurement line 15 where the ultrasonic wave advances is measured, and the velocity distribution on that line is obtained. In Equation 1, C is the speed of sound in water, T
Is the time interval of the ultrasonic pulse train, and n is an integer.

【0025】[0025]

【数1】 [Equation 1]

【0026】図3は、測定位置Pにおける流速Vの速度
ベクトルを示す断面図である。ドップラ式超音波流速計
13によって測定される流速Vは、超音波の進行方向の
成分Vxである。したがって、流路に平行な速度Vは,
数式2で表され、流路方向流速の流速測定線15上の分
布が求められる。
FIG. 3 is a sectional view showing the velocity vector of the flow velocity V at the measurement position P. The flow velocity V measured by the Doppler ultrasonic velocity meter 13 is a component Vx in the traveling direction of the ultrasonic waves. Therefore, the velocity V parallel to the flow path is
The distribution of the flow velocity in the flow channel direction on the flow velocity measurement line 15 is obtained by Expression 2.

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】測定断面における流量は、各点の流路方向
の流速に微小面積を乗じて流路断面全体に亘り積分して
得られるから、数式3で与えられる。数式3で、B(r)
は、図3に示す流路幅である。
The flow rate in the measurement cross section is obtained by multiplying the flow velocity in each direction of the flow path at each point by a small area and integrating it over the entire cross section of the flow path. In Equation 3, B (r)
Is the channel width shown in FIG.

【0029】[0029]

【数3】 [Equation 3]

【0030】超音波センサ11から発射される超音波の
流速測定線の流路方向に必要な長さは、流路の直径程度
の長さであり、測定部に長い直管部を必要としない。し
たがって、従来の超音波流量計と比べて短い距離でも、
流量を高精度に測定できる。
The length required for the flow velocity measuring line of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor 11 in the flow passage direction is about the diameter of the flow passage, and a long straight pipe portion is not required for the measurement portion. . Therefore, even at a shorter distance than the conventional ultrasonic flowmeter,
The flow rate can be measured with high accuracy.

【0031】《第2実施例》図4は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第2実施例を示す断面図である。
吐出エルボ8の出口部に、パルスドップラ式超音波流速
計13の複数個の超音波センサ11a,11b,11
c,11d,…を設置し、それぞれの線上の流速分布を
求め、数式4により流量を算出する。数式4において、
Rは測定断面の半径、Vax,Vbx,…,VNxは各
超音波センサa,b,…,Nで測定される測定線方向の
流速成分,rは測定位置の流路中心からの半径,Nは測
定線の数である。
<< Second Embodiment >> FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.
At the outlet of the discharge elbow 8, a plurality of ultrasonic sensors 11a, 11b, 11 of the pulse Doppler ultrasonic velocity meter 13 are provided.
, c, 11d, ... are installed, the flow velocity distribution on each line is obtained, and the flow rate is calculated by Equation 4. In Equation 4,
R is the radius of the measurement cross section, Vax, Vbx, ..., VNx are flow velocity components in the measurement line direction measured by the ultrasonic sensors a, b, ..., N, r is the radius from the center of the flow path at the measurement position, and N is N. Is the number of measurement lines.

【0032】[0032]

【数4】 [Equation 4]

【0033】超音波センサは、各流速測定線15上に設
置することが望ましいが、定常的な流量を測定する場合
は、一個の超音波センサの設置位置を順次変えて測定し
てもよい。このようにすると、測定断面の流速分布がよ
り詳細に把握され、より高い精度の流量測定が可能とな
る。
It is desirable to install the ultrasonic sensor on each flow velocity measuring line 15, but when measuring a steady flow rate, the installation position of one ultrasonic sensor may be sequentially changed and measured. By doing so, the flow velocity distribution in the measurement cross section can be grasped in more detail, and the flow rate can be measured with higher accuracy.

【0034】《第3実施例》図5は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第3実施例を示す断面図である。
超音波センサ11としては、小さな複数の超音波センサ
が配列されたアレイ形超音波センサを採用している。各
要素の超音波センサからは、特定の流速測定線の方向
に、パルス状の超音波が発射され、測定断面に多くの測
定線が設定されるようにしてある。第1実施例と同様に
して、各測定線上の流速分布が求められて、測定面全体
の流速分布が求められる。上記各実施例と同様に、各点
の流速に微小面積を乗じると各部の流量が求められ、断
面全体に亘り積分して流量が求められる。
<< Third Embodiment >> FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.
As the ultrasonic sensor 11, an array type ultrasonic sensor in which a plurality of small ultrasonic sensors are arranged is adopted. From the ultrasonic sensor of each element, pulsed ultrasonic waves are emitted in the direction of a specific flow velocity measurement line, and many measurement lines are set on the measurement cross section. Similar to the first embodiment, the flow velocity distribution on each measurement line is obtained, and the flow velocity distribution on the entire measurement surface is obtained. Similar to each of the above-described embodiments, the flow rate at each point is obtained by multiplying the flow velocity at each point by a small area, and the flow rate is obtained by integrating over the entire cross section.

【0035】《第4実施例》図6は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第4実施例を示す断面図である。
第4実施例は、基本的には第1実施例と同様であるが、
測定位置を立軸ポンプの吐出エルボ8の入口部として、
超音波の発射方向すなわち流速測定線を上流に向かわせ
てある。吐出エルボ8の出口の直後には、流量調節弁1
0が設置されている。超音波の発射方向に流路形状が変
化する物体が存在する場合、吐出エルボ8の出口部で
は、精度の高い流量測定は困難である。しかし、吐出エ
ルボ8の入口側の流路形状は変化しないので、第4実施
例のように、吐出エルボ8の入口部に超音波センサ11
を設置すると、高い精度の流量測定ができる。
<Fourth Embodiment> FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.
The fourth embodiment is basically the same as the first embodiment,
Set the measurement position as the inlet of the discharge elbow 8 of the vertical pump,
The ultrasonic wave emitting direction, that is, the flow velocity measuring line is directed upstream. Immediately after the outlet of the discharge elbow 8, the flow control valve 1
0 is set. When there is an object whose flow path shape changes in the ultrasonic wave emission direction, it is difficult to measure the flow rate with high accuracy at the outlet of the discharge elbow 8. However, since the shape of the flow passage on the inlet side of the discharge elbow 8 does not change, the ultrasonic sensor 11 is provided at the inlet of the discharge elbow 8 as in the fourth embodiment.
If installed, the flow rate can be measured with high accuracy.

【0036】《第5実施例》 図7は、本発明による流体機械の流量測定方法の第5実
施例の処理手順を示すフローチャートである。第5実施
例は、流量を測定すべきポンプ流路系全体に亘り乱流解
析を実行し、流速測定線上の流速分布をその乱流解析か
ら求めて、その流速分布と流路断面積とから流量Qaを
算出し、乱流解析時に入口境界条件として予め設定した
流量Qbとの比α=Qb/Qaを求め、超音波流速計か
ら算出した流量Qcにこのαを補正係数として乗じて測
定流量を補正し、高い精度の流量測定を実現する。第5
実施例によれば、乱流解析により予め補正係数αを求め
ておくので、高い精度の流量測定を容易に実施できる。
<< Fifth Embodiment >> FIG. 7 is a flow chart showing a processing procedure of a fifth embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention. In the fifth embodiment, turbulent flow analysis is performed over the entire pump flow channel system for which the flow rate is to be measured, the flow velocity distribution on the flow velocity measurement line is obtained from the turbulent flow analysis, and the flow velocity distribution and the flow passage cross-sectional area are used. The flow rate Qa is calculated, and the ratio α = Qb / Qa with the flow rate Qb preset as the inlet boundary condition at the time of turbulent flow analysis is obtained, and the flow rate Qc calculated from the ultrasonic velocity meter is used as the correction coefficient α. It multiplies and corrects the measured flow rate to realize highly accurate flow rate measurement. Fifth
According to the embodiment, since the correction coefficient α is obtained in advance by the turbulent flow analysis, it is possible to easily measure the flow rate with high accuracy.

【0037】なお、以上の説明では、立軸の排水ポンプ
について述べたが、本発明の流量測定方法は、これに限
定されるものではなく、流体が流路を流れる機械であれ
ば、横軸のポンプ,ポンプ以外の水車や送風機などに広
く適用できる。
In the above description, the vertical drainage pump is described, but the flow rate measuring method of the present invention is not limited to this, and if the fluid flows through the flow path, the horizontal axis of the drainage pump can be used. It can be widely applied to pumps, turbines other than pumps, and blowers.

【0038】以上の本発明実施例によれば、多大な経費
を必要とせず、従来の超音波測定方法では測定精度が低
かった既設ポンプの流量計測を高精度に実施できる。
According to the above-described embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure the flow rate of the existing pump, which does not require a great expense and has a low measurement accuracy in the conventional ultrasonic measurement method.

【0039】図17は、本発明の第1〜4実施例でも解
決できなかった課題を説明する図である。第1〜4実施
例で説明したパルスドップラ式超音波流量計では、ポン
プ流路の測定線上の流速分布を求めることができ、しか
も測定にあたっては超音波センサをポンプ流路外壁に設
置すればよく、使い勝手が非常に優れているという特長
がある。
FIG. 17 is a diagram for explaining the problems that could not be solved by the first to fourth embodiments of the present invention. In the pulse Doppler ultrasonic flowmeter described in the first to fourth embodiments, the flow velocity distribution on the measurement line of the pump channel can be obtained, and the ultrasonic sensor can be installed on the outer wall of the pump channel for measurement. The advantage is that it is extremely easy to use.

【0040】しかし、第1〜4実施例の測定方法では、
超音波を送波する方向は、流路の主流方向とある角度を
なすように設定する必要があった。ポンプの定格点付近
での測定は問題はないが、定格点より流量がかなり少な
い低流量域においては、図17に示すように、ポンプ出
口に旋回ら旋流26が残存し、測定線の方向と測定され
るべき流れの方向とが、直交する場合がある。パルスド
ップラ方式では、流れの超音波を送波する方向の成分し
か原理的に測定できないため、その方向の速度成分が存
在しない流れに対しては測定できなくなる。送波する方
向を種々変化させて、測定可能な方向に設定すればよい
が、それを実現するには、機構が複雑となる。
However, in the measuring methods of the first to fourth embodiments,
It was necessary to set the direction of transmitting ultrasonic waves so as to form an angle with the main flow direction of the flow path. Although there is no problem in measurement near the rated point of the pump, in the low flow rate region where the flow rate is considerably smaller than the rated point, as shown in Fig. 17, the swirling spiral flow 26 remains at the pump outlet, and the direction of the measurement line The flow direction to be measured may be orthogonal. In the pulse Doppler method, since only the component in the direction of transmitting the ultrasonic wave of the flow can be measured in principle, it cannot be measured for the flow in which there is no velocity component in that direction. It suffices to change the transmitting direction variously and set it to a measurable direction, but to realize this, the mechanism becomes complicated.

【0041】以下の第6〜11実施例は、第1〜4実施
例でも解決できなかった課題すなわち測定線と流れ方向
とが直交することを根本的に無くした流体機械の流量測
定方法を提案するものである。
The following sixth to eleventh embodiments propose a flow rate measuring method for a fluid machine which fundamentally eliminates the problem that could not be solved by the first to fourth embodiments, that is, the measurement line and the flow direction are orthogonal to each other. To do.

【0042】《第6実施例》図8は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第6実施例を示す断面図である。
図8(a)は第6実施例を上から見た平面図、図8(b)は
第6実施例の縦断面図、図8(c)はポンプ内の流速の測
定面A−Aの断面図である。第6実施例においても、第
1実施例と同様に、流量測定の対象となる流体機械は、
立軸の排水ポンプであり、その羽根車1は、ここでは図
示を省略した原動機の軸に結合されたポンプ軸2に取り
付けられている。ポンプ軸2が回転すると、吸込槽3の
雨水4は、吸込ベルマウス5,羽根車1,案内羽根6,
吐出コラム7,吐出エルボ8を経て、吐出管9に排出さ
れる。吐出管9の下流には、流量調節弁10が設置され
ている。
<< Sixth Embodiment >> FIG. 8 is a sectional view showing a sixth embodiment of the method for measuring the flow rate of a fluid machine according to the present invention.
8A is a plan view of the sixth embodiment seen from above, FIG. 8B is a vertical cross-sectional view of the sixth embodiment, and FIG. 8C is a measurement plane AA of the flow velocity in the pump. FIG. Also in the sixth embodiment, as in the first embodiment, the fluid machine that is the target of the flow rate measurement is
It is a vertical shaft drainage pump, and its impeller 1 is attached to a pump shaft 2 connected to a shaft of a prime mover (not shown here). When the pump shaft 2 rotates, the rainwater 4 in the suction tank 3 sucks the bell bellmouth 5, the impeller 1, the guide blades 6,
It is discharged to the discharge pipe 9 through the discharge column 7 and the discharge elbow 8. A flow rate control valve 10 is installed downstream of the discharge pipe 9.

【0043】第6実施例においては、吐出エルボ8の外
径側の壁に、パルスドップラ式超音波流速計13の超音
波センサ11が設置されている。超音波センサ11の送
受波面は、送受波面から送波される超音波の方向がポン
プ回転軸2に対して平行である。くさび状取付具12a
は、超音波センサ11aを曲面の吐出エルボ8の外壁に
隙間無く接触させている。
In the sixth embodiment, the ultrasonic sensor 11 of the pulse Doppler ultrasonic velocity meter 13 is installed on the outer diameter side wall of the discharge elbow 8. On the wave transmission / reception surface of the ultrasonic sensor 11, the direction of the ultrasonic waves transmitted from the wave transmission / reception surface is parallel to the pump rotation axis 2. Wedge-shaped fitting 12a
Makes the ultrasonic sensor 11a contact the outer wall of the curved discharge elbow 8 without any gap.

【0044】超音波センサ11からは、超音波パルス1
4が時間間隔Tで発射される。発射された超音波パルス
14は、流速測定線15上の流体内の粒子16で散乱反
射される。反射波は、一定時間だけ受波器として動作す
る超音波センサ11に受信される。受信された超音波
は、パルスドップラ式超音波流速計13内で信号処理さ
れ、ドップラシフト周波数と流速Vとを求められる。
From the ultrasonic sensor 11, the ultrasonic pulse 1
4 are fired at time intervals T. The emitted ultrasonic pulse 14 is scattered and reflected by particles 16 in the fluid on the flow velocity measurement line 15. The reflected wave is received by the ultrasonic sensor 11 that operates as a receiver only for a certain period of time. The received ultrasonic waves are subjected to signal processing in the pulse Doppler ultrasonic velocity meter 13 to obtain the Doppler shift frequency and the flow velocity V.

【0045】すなわち、上記図2の場合と同様に、超音
波センサ11からは、超音波のパルス列からなる送波信
号すなわち超音波パルス14が、時間間隔Tで発射され
る。流速測定線15上で、超音波センサ11から上記数
式1で示す距離Xにある粒子において散乱反射される散
乱反射波17は、時間間隔Tで超音波センサ11で受信
され、受波信号となる。送波信号の周波数と受波信号の
周波数との差異から、ドップラ信号が得られ、流速Vに
換算される。したがって、超音波が進む流速測定線15
上のΔX間隔の位置における流速が測定され、その線上
における速度分布が求められる。
That is, as in the case of FIG. 2, the ultrasonic sensor 11 emits a transmission signal composed of a pulse train of ultrasonic waves, that is, ultrasonic pulses 14 at time intervals T. On the flow velocity measurement line 15, the scattered reflected wave 17 that is scattered and reflected from the ultrasonic sensor 11 at the particle at the distance X shown in the above mathematical expression 1 is received by the ultrasonic sensor 11 at the time interval T and becomes a received signal. . From the difference between the frequency of the transmitted signal and the frequency of the received signal, a Doppler signal is obtained and converted into a flow velocity V. Therefore, the flow velocity measurement line 15 through which the ultrasonic wave advances
The flow velocity at the upper ΔX interval is measured, and the velocity distribution on the line is obtained.

【0046】より具体的には、図8(a)および図8(b)
において、まず、超音波センサ11aからL1の距離に
ある断面A−Aの点Aaにおける流速が求められる。次
に、超音波センサ11aからポンプ軸芯の回りに45度
回転させた位置に設置された超音波センサ11bについ
て、上記と同じ手順で、断面Aにおける点Abの流速が
得られる。周方向の測定位置11c,11d,…,11h
について測定すると、図8(c)に示すポンプ流路断面に
おける周方向の流速分布が求められる。
More specifically, FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b)
In, first, the flow velocity at the point Aa of the cross section AA at the distance L1 from the ultrasonic sensor 11a is obtained. Next, for the ultrasonic sensor 11b installed at a position rotated by 45 degrees from the ultrasonic sensor 11a around the pump axis, the flow velocity at the point Ab in the cross section A is obtained by the same procedure as above. Circumferential measurement positions 11c, 11d, ..., 11h
Is measured, the flow velocity distribution in the circumferential direction in the pump channel cross section shown in FIG. 8C is obtained.

【0047】流速分布が得られたら、数式5により断面
A−Aについて流速を積分すると、その流路を流れる流
量Qが求められる。d2はポンプ吐出コラム7の内径、
1はポンプ軸2の外径である。
Once the flow velocity distribution has been obtained, the flow velocity Q flowing through the flow path can be obtained by integrating the flow velocity with respect to the cross section AA according to the equation (5). d 2 is the inner diameter of the pump discharge column 7,
d 1 is the outer diameter of the pump shaft 2.

【0048】[0048]

【数5】 [Equation 5]

【0049】第6実施例の場合には、超音波センサ11
から発射される超音波の方向すなわち流速測定線が、流
れの主流方向(ポンプ軸方向)と一致しするために、ドッ
プラ効果による超音波の周波数変化を捕らえやすく、測
定精度が高くなる。したがって、ポンプの小流量域で発
生する旋回成分を持つ流れでも、主流方向成分が常に存
在するので、流速の測定精度が良くなり、結果として、
流量の測定精度も高くなる。
In the case of the sixth embodiment, the ultrasonic sensor 11
Since the direction of the ultrasonic waves emitted from, that is, the flow velocity measurement line coincides with the main flow direction (pump axis direction) of the flow, it is easy to catch the frequency change of the ultrasonic waves due to the Doppler effect, and the measurement accuracy becomes high. Therefore, even in the flow having a swirl component generated in the small flow rate range of the pump, the main flow direction component always exists, so the measurement accuracy of the flow velocity is improved, and as a result,
The accuracy of flow rate measurement is also high.

【0050】《第7実施例》図9は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第7実施例を示す断面図である。
超音波センサ11a,11b,11c,11d,…は、
吐出エルボ8の外径面で、送波される超音波が下流側の
断面B−Bに向けて、しかも吐出管9の軸芯に平行にな
るように設置されている。測定原理や流速から流量を求
める手順は、第6実施例と同じである。
<< Seventh Embodiment >> FIG. 9 is a sectional view showing a seventh embodiment of the method for measuring the flow rate of a fluid machine according to the present invention.
The ultrasonic sensors 11a, 11b, 11c, 11d, ...
On the outer diameter surface of the discharge elbow 8, ultrasonic waves to be transmitted are installed so as to be directed to the downstream section B-B and to be parallel to the axial center of the discharge pipe 9. The measurement principle and the procedure for obtaining the flow rate from the flow velocity are the same as in the sixth embodiment.

【0051】第7実施例においては、図9(b)から明ら
かなように、吐出エルボ8の左側の空間を利用できるの
で、吐出エルボ8への超音波センサの取付作業や測定作
業が、第6実施例と比較して容易になる。ただし、ポン
プ軸2が測定断面B−Bに平行して存在しており、ポン
プ軸2の影となる領域には超音波が届かないから、測定
できない。
In the seventh embodiment, as is apparent from FIG. 9B, the space on the left side of the discharge elbow 8 can be utilized, so that the work of attaching the ultrasonic sensor to the discharge elbow 8 and the measurement work are It becomes easy as compared with the sixth embodiment. However, since the pump shaft 2 exists in parallel to the measurement cross section BB, and the ultrasonic waves do not reach the region shaded by the pump shaft 2, the measurement cannot be performed.

【0052】《第8実施例》図10は、本発明による流
体機械の流量測定方法の第8実施例を示す外観図であ
る。第8実施例において、吐出エルボ8の外壁曲面に、
例えば接着剤により、超音波センサ11を隙間無く設置
できる測定座18イ,18ロ,18ハなどを階層状に設
けてあり、各測定座18の上面は、測定断面A−Aに平
行な平面となっている。各測定座18の上には、複数の
超音波センサ11a,11b,11c,11dなどが取
り付けられている。このようにすれば、超音波センサを
取り付ける面が平面となるので、超音波センサの取付が
容易で、しかも、取り付けの精度を高められる利点があ
る。
<Eighth Embodiment> FIG. 10 is an external view showing an eighth embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention. In the eighth embodiment, on the curved surface of the outer wall of the discharge elbow 8,
For example, measuring seats 18a, 18b, 18c, etc., on which the ultrasonic sensor 11 can be installed without a gap are provided in a layered manner by an adhesive, and the upper surface of each measuring seat 18 is a plane parallel to the measurement cross section AA. Has become. A plurality of ultrasonic sensors 11a, 11b, 11c, 11d and the like are mounted on each measuring seat 18. With this configuration, since the surface on which the ultrasonic sensor is mounted becomes a flat surface, there is an advantage that the mounting of the ultrasonic sensor is easy and the mounting accuracy can be improved.

【0053】《第9実施例》図11は、本発明による流
体機械の流量測定方法の第9実施例を示す断面図であ
る。ポンプ吸込槽3のポンプの直下部の底面に超音波セ
ンサを設けた流量測定方法である。底面の一部である3
aは、鋼板などで作られ、その板の下部には、空間19
が設けられ、板の下面には複数の超音波センサが取り付
けられている。超音波センサへの信号ケーブルは、吸込
槽3のコンクリート壁に設けられたケーブルダクト20
を経て、ポンプ設置床面まで導かれ、超音波流量計本体
12に接続されている。流量の測定断面C−Cはベルマ
ウス5の端面5aと羽根車1の入口端面1aとの間の吸
込槽底面3aからLの距離の位置に設定されている。上
述の第1実施例と同様の原理により、C−C断面の流速
分布が求められ、それらを数式2により積分すると、流
量が求められる。
<< Ninth Embodiment >> FIG. 11 is a sectional view showing a ninth embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention. This is a flow rate measuring method in which an ultrasonic sensor is provided on the bottom surface of the pump suction tank 3 immediately below the pump. 3 which is a part of the bottom
a is made of a steel plate or the like, and a space 19 is formed below the plate.
Is provided and a plurality of ultrasonic sensors are attached to the lower surface of the plate. The signal cable to the ultrasonic sensor is the cable duct 20 provided on the concrete wall of the suction tank 3.
After that, it is guided to the floor surface where the pump is installed and connected to the ultrasonic flowmeter main body 12. The flow rate measurement cross section C-C is set at a position of a distance L from the suction tank bottom surface 3a between the end surface 5a of the bell mouth 5 and the inlet end surface 1a of the impeller 1. The flow velocity distribution in the CC cross section is obtained by the same principle as in the above-described first embodiment, and the flow rate is obtained by integrating these with Equation 2.

【0054】測定断面のC−C断面では、ベルマウスに
より流れは収縮・増速されて、一様で整流され安定した
流れとなっている。したがって、超音波流量計の測定精
度も高まるとともに、安定した測定が可能となる。特
に、空気混入形先行待機運転方式では、C−C断面より
下流側(上部位置)で吸気するようにすれば、水だけの単
相状態での流量が測定可能となるとともに、多量の空気
が混入したポンプ吐出エルボ付近では、多量の気泡がノ
イズの発生源となるため、超音波による流量測定方法の
測定精度が大幅に落ちるか、または測定不能に陥ること
を回避できる。
In the CC cross section of the measurement cross section, the flow is contracted / accelerated by the bellmouth to be uniform, rectified and stable. Therefore, the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter is improved and stable measurement is possible. In particular, in the aeration-type preceding standby operation method, if the intake is made downstream (upper position) from the C-C cross section, the flow rate in a single-phase state of water alone can be measured, and a large amount of air is generated. In the vicinity of the mixed pump discharge elbow, a large amount of bubbles become a source of noise, so that it is possible to prevent the measurement accuracy of the flow rate measurement method using ultrasonic waves from being significantly reduced or from becoming impossible to measure.

【0055】なお、信号ケーブルを吸込槽3のコンクリ
ート壁面に沿って垂らしてもよい場合は、ケーブルダク
ト20を設ける必要はない。
If the signal cable may be hung along the concrete wall surface of the suction tank 3, it is not necessary to provide the cable duct 20.

【0056】《第10実施例》図12は、本発明による
流体機械の流量測定方法の第10実施例を示す断面図で
ある。ポンプ吐出流路の第2吐出エルボ21の外径の外
側壁面に、複数の超音波センサ11a,11b,11
c,…を設置してある。超音波センサの取付けに便利な
ように、コンクリート壁には空間22が形成されてい
る。超音波センサの設置状況は、第6実施例と基本的に
同じである。超音波センサ11aからLaの距離にある
測定断面であるD−D断面の流速が測定され、各超音波
センサからの測定結果からD−D断面の流速分布が求め
られる。それを数式2と同様に積分すると、測定流量が
求められる。
<< Tenth Embodiment >> FIG. 12 is a sectional view showing a tenth embodiment of a flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention. A plurality of ultrasonic sensors 11a, 11b, 11 are provided on the outer wall surface of the outer diameter of the second discharge elbow 21 of the pump discharge passage.
c, ... are installed. A space 22 is formed in the concrete wall for convenience of mounting the ultrasonic sensor. The installation condition of the ultrasonic sensor is basically the same as that of the sixth embodiment. The flow velocity in the DD cross section, which is the measurement cross section at the distance La from the ultrasonic sensor 11a, is measured, and the flow velocity distribution in the DD cross section is obtained from the measurement result from each ultrasonic sensor. Integrating it in the same manner as Equation 2 gives the measured flow rate.

【0057】《第11実施例》図13は、本発明による
流体機械の流量測定方法の第11実施例を示す断面図で
ある。吐出エルボにはポンプ軸に垂直で出口フランジ面
に平行して、ポンプ内部の点検用孔すなわちハンドホー
ルが設置されている場合がある。第11実施例は、その
ようなポンプに好適な実施例である。ハンドホール24
aおよび24bには、棒状の測定治具25が貫通してい
る。測定治具25には、図14に示すように、超音波セ
ンサ11が埋設されており、超音波センサの表面中心1
1イは、測定治具25の表面25aから突出しないよう
にしてある。測定治具25は、図13の軸Y方向および
図14の周θ方向に可動となっている。
<< Eleventh Embodiment >> FIG. 13 is a sectional view showing an eleventh embodiment of a flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention. The discharge elbow may be provided with an inspection hole or hand hole inside the pump that is perpendicular to the pump axis and parallel to the outlet flange surface. The eleventh embodiment is a preferred embodiment for such a pump. Hand hole 24
A rod-shaped measuring jig 25 penetrates through a and 24b. As shown in FIG. 14, the ultrasonic jig 11 is embedded in the measuring jig 25, and the surface center 1 of the ultrasonic sensor 1 is embedded.
No. 1a does not project from the surface 25a of the measuring jig 25. The measuring jig 25 is movable in the axis Y direction of FIG. 13 and the circumferential θ direction of FIG.

【0058】図14は、第11実施例の測定治具25周
りの詳細を示す断面図である。このような構成におい
て、超音波センサの表面中心11イからLの距離にある
E−E断面の流速分布を測定する。図14(a)に示すよ
うに、測定治具25を軸Y方向にトラバースすれば、E
−E断面の軸Y方向の速度分布が測定される。また、Y
方向の各位置において、図14(b)に示すように、測定
治具25を測定治具の軸芯回りのθ方向に回動させ、各
θの角度位置で測定すると、測定断面のX方向の速度分
布が測定される。このようにしてE−E断面の速度分布
が求められると、数式2によりその速度分布を断面に亘
り積分して、流量が求められる。本実施例の場合、測定
断面内の測定位置を非常に多くできるので、高精度の流
量測定が可能となる。
FIG. 14 is a sectional view showing details around the measuring jig 25 of the eleventh embodiment. In such a configuration, the flow velocity distribution of the EE cross section at the distance L from the surface center 11a of the ultrasonic sensor is measured. As shown in FIG. 14A, if the measuring jig 25 is traversed in the Y-axis direction, E
The velocity distribution in the Y direction of the -E cross section is measured. Also, Y
At each position in the direction, as shown in FIG. 14B, the measurement jig 25 is rotated in the θ direction around the axis of the measurement jig, and measurement is performed at each θ angular position. The velocity distribution of is measured. When the velocity distribution in the EE cross section is obtained in this way, the flow rate is obtained by integrating the velocity distribution over the cross section by Formula 2. In the case of the present embodiment, the number of measurement positions in the measurement cross section can be extremely increased, so that highly accurate flow rate measurement can be performed.

【0059】本実施例の拡張として、測定治具25にた
だ1個の超音波センサだけでなく、小さな超音波センサ
を軸Y方向や周θ方向に複数個配列すると、測定時間を
短縮できる。特に、アレイ形超音波センサを用いれば、
コンパクトな形に収納でき、測定治具25を小形化でき
る。
As an extension of the present embodiment, if not only one ultrasonic sensor but also a plurality of small ultrasonic sensors are arranged in the measuring jig 25 in the axis Y direction and the circumferential θ direction, the measuring time can be shortened. In particular, if an array type ultrasonic sensor is used,
It can be stored in a compact shape, and the measuring jig 25 can be downsized.

【0060】以上の説明では、立軸の排水ポンプに本発
明を適用した例について述べたが、本発明は、横軸のポ
ンプやポンプ以外の水車,送風機などの流体機械にも適
用できる。
In the above description, an example in which the present invention is applied to a vertical shaft drainage pump has been described, but the present invention can also be applied to a fluid machine such as a horizontal shaft pump or a water wheel, a blower, or the like other than the pump.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、各種流体機械の流体流
量を高精度に測定できる。特に、上水道,下水道,雨水
排水,農業用水などで用いられるポンプの吐出し量を低
コストで高精度に測定できる。
According to the present invention, the fluid flow rate of various fluid machines can be measured with high accuracy. Especially, the discharge amount of a pump used for water supply, sewer, rainwater drainage, agricultural water, etc. can be measured at low cost and with high accuracy.

【0062】また、従来の超音波測定方法では低い流量
測定精度しか得られなかった既設のポンプについて、わ
ずかな費用のパルスドップラ超音波流速計を設置するの
みで流体流量を高精度に測定できる。
Further, the fluid flow rate can be measured with high accuracy only by installing a pulse Doppler ultrasonic velocity meter at a small cost for an existing pump, which was only able to obtain a low flow rate measurement accuracy by the conventional ultrasonic measurement method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による流体機械の流量測定方法の第1実
施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.

【図2】本発明におけるパルスドップラ超音波流速計の
送波信号と受波信号とドップラ信号との関係を説明する
図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship among a transmission signal, a reception signal, and a Doppler signal of the pulse Doppler ultrasonic velocity meter according to the present invention.

【図3】測定位置における流れの速度ベクトルを示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a flow velocity vector at a measurement position.

【図4】本発明による流体機械の流量測定方法の第2実
施例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.

【図5】本発明による流体機械の流量測定方法の第3実
施例を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.

【図6】本発明による流体機械の流量測定方法の第4実
施例を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment of the method for measuring the flow rate of a fluid machine according to the present invention.

【図7】本発明による流体機械の流量測定方法の第5実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of a fifth embodiment of a flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.

【図8】本発明による流体機械の流量測定方法の第6実
施例を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a sixth embodiment of the flow rate measuring method for a fluid machine according to the present invention.

【図9】本発明による流体機械の流量測定方法の第7実
施例を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a seventh embodiment of the method for measuring the flow rate of a fluid machine according to the present invention.

【図10】本発明による流体機械の流量測定方法の第8
実施例を示す外観図である。
FIG. 10 is an eighth flow measuring method for a fluid machine according to the present invention.
It is an external view which shows an Example.

【図11】本発明による流体機械の流量測定方法の第9
実施例を示す断面図である。
FIG. 11 is a ninth flow measuring method for a fluid machine according to the present invention.
It is sectional drawing which shows an Example.

【図12】本発明による流体機械の流量測定方法の第1
0実施例を示す断面図である。
FIG. 12 is a first flow measuring method for a fluid machine according to the present invention.
It is sectional drawing which shows 0 Example.

【図13】本発明による流体機械の流量測定方法の第1
1実施例を示す断面図である。
FIG. 13 is a first flow measuring method for a fluid machine according to the present invention.
It is sectional drawing which shows 1 Example.

【図14】第11実施例の測定治具周りの詳細を示す断
面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing details around a measuring jig in an eleventh embodiment.

【図15】従来の流体機械の流量測定方法を説明する断
面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a flow rate measuring method of a conventional fluid machine.

【図16】図15のIX−IX断面を示す図である。16 is a view showing a cross section taken along line IX-IX of FIG.

【図17】本発明の第1〜4実施例でも解決できない課
題を説明する図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a problem that cannot be solved by the first to fourth embodiments of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 羽根車 2 ポンプ軸 3 吸込槽 4 雨水 5 吸込ベルマウス 6 案内羽根 7 吐出コラム 8 吐出エルボ 9 吐出管 10 流量調節弁 11 超音波センサ 12 くさび状取付具 13 パルスドップラ式超音波流速計 14 超音波パルス送信波 15 流速測定線 16 粒子 17 散乱反射波 18 超音波センサ取付座 19 吸込側測定スペース 20 ケーブルダクト 21 第2吐出エルボ 22 吐出側測定スペース 23 吐出槽 24 ハンドホール 25 測定治具 26 旋回ら旋流れ 1 impeller 2 pump shaft 3 suction tank 4 rainwater 5 suction bell mouth 6 guide vanes 7 Discharge column 8 discharge elbow 9 discharge pipe 10 Flow control valve 11 Ultrasonic sensor 12 wedge mount 13 pulse Doppler ultrasonic velocity meter 14 Ultrasonic pulse transmission wave 15 Flow velocity measurement line 16 particles 17 Scattered reflected wave 18 Ultrasonic sensor mounting seat 19 Suction side measurement space 20 cable ducts 21 Second discharge elbow 22 Discharge side measurement space 23 Discharge tank 24 hand holes 25 Measuring jig 26 Swirling spiral flow

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 雄二 茨城県土浦市神立東二丁目28番4号 日 立テクノエンジニアリング株式会社 土 浦事業所内 (56)参考文献 特開 平4−249716(JP,A) 特開 平1−193617(JP,A) 特開 昭54−121770(JP,A) 特開 昭60−262015(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yuji Kato 2-8-4 Jinritsu Higashi 2-chome, Tsuchiura City, Ibaraki Hiratsuno Engineering Co., Ltd. Tsuchiura Works (56) Reference JP-A-4-249716 (JP, A) JP-A-1-193617 (JP, A) JP-A-54-121770 (JP, A) JP-A-60-262015 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) ) G01F 1/00-9/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 流体機械およびその前後の流路の少なく
とも一つの断面における速度分布をパルスドップラ式超
音波流速計により測定し、前記速度分布と前記断面積と
から前記流量を算出する流体機械の流量測定方法におい
て、前記流体機械の吐出エルボの入口側断面から上流側に向
かう複数線上の流速分布を測定する ことを特徴とする流
体機械の流量測定方法。
1. The velocity distribution in at least one cross section of a fluid machine and at least one of the flow passages before and after the fluid machine is measured by pulse Doppler super
Measured with an acoustic velocity meter, and the velocity distribution and the cross-sectional area
In the method for measuring the flow rate of a fluid machine, the flow rate is calculated from
A method for measuring the flow rate of a fluid machine, which comprises measuring the flow velocity distribution on multiple curved lines .
【請求項2】 流体機械およびその前後の流路の少なく
とも一つの断面における速度分布をパルスドップラ式超
音波流速計により測定し、前記速度分布と前記断面積と
から前記流量を算出する流体機械の流量測定方法におい
て、 前記流速測定断面を含む流路の乱流解析を実行し、 前記解析結果から流速測定線上の流速分布を求め、 前記流速分布と流路断面積とから流量Qaを算出し、 前記乱流解析時に入口境界条件として予め設定した流量
Qbとの比α=Qb/Qaを求め、 前記αを補正係数として前記パルスドップラ式超音波流
速計から算出した流量Qcに乗じて補正された流量を求
めることを特徴とする流体機械の流量測定方法。
2. The velocity distribution in at least one cross section of the fluid machine and the flow passages before and after the fluid machine is measured by a pulse Doppler method.
Measured with an acoustic velocity meter, and the velocity distribution and the cross-sectional area
In the flow rate measuring method of a fluid machine for calculating the flow rate from, a turbulent flow analysis of a flow channel including the flow velocity measurement cross section is performed, a flow velocity distribution on a flow velocity measurement line is obtained from the analysis result, and the flow velocity distribution and flow channel disconnection are obtained. The flow rate Qa is calculated from the area and the ratio α = Qb / Qa with the flow rate Qb preset as the inlet boundary condition at the time of the turbulent flow analysis is obtained, and the α is used as the correction coefficient from the pulse Doppler ultrasonic velocity meter. A flow rate measuring method of a fluid machine, characterized in that the corrected flow rate is obtained by multiplying the flow rate Qc.
【請求項3】 流体機械の吸込流路壁または吐出流路壁
面上にパルスドップラ式超音波流速計の超音波センサを
前記超音波センサの送受波方向が吐出流路の主流の方向
と平行であるように設置し、流体機械およびその前後の
流路の少なくとも一つの断面における速度分布をパルス
ドップラ式超音波流速計により測定し、前記速度分布と
前記断面積とから前記流量を算出する流体機械の流量測
定方法において、 吐出エルボに設置されている保守点検用ハンドホール
に、流水方向と直交し、超音波センサを設置した棒状の
測定治具を挿入し、その治具を治具の軸方向に移動さ
せ、流量を測定することを特徴とする流体機械の流量測
定方法。
3. An ultrasonic sensor of a pulse Doppler ultrasonic velocity meter is provided on a suction flow passage wall or a discharge flow passage wall surface of a fluid machine such that the direction of transmission and reception of the ultrasonic sensor is parallel to the main flow direction of the discharge flow passage. Installed in the same way as before and after
Pulse velocity distribution in at least one cross section of the flow path
Measured with a Doppler ultrasonic velocity meter,
In a flow rate measuring method for a fluid machine that calculates the flow rate from the cross-sectional area, a rod-shaped measuring jig that is orthogonal to the flowing water direction and has an ultrasonic sensor is installed in a maintenance / inspection handhole installed in the discharge elbow. A flow rate measuring method for a fluid machine, which comprises inserting the jig, moving the jig in an axial direction of the jig, and measuring the flow rate.
【請求項4】 請求項3に記載の流体機械の流量測定方
法において、 流体機械の吸込または吐出流路の流路方向が30度以上
曲げられる流路壁面上に、超音波を送受する超音波セン
サの軸を流路の上流または下流の主流方向に対向する方
向に、超音波センサを設置したことを特徴とする流体機
械の流量測定方法。
4. The flow rate measuring method for a fluid machine according to claim 3 , wherein ultrasonic waves are transmitted and received on a wall surface of the flow path of the suction or discharge path of the fluid machine, which is bent by 30 degrees or more. A flow rate measuring method for a fluid machine, wherein an ultrasonic sensor is installed in a direction in which a sensor axis is opposed to a mainstream direction upstream or downstream of a flow path.
【請求項5】 請求項3に記載の流体機械の流量測定方
法において、 前記測定治具が軸方向および/または周方向にも可動で
あることを特徴とする流体機械の流量測定方法。
5. The flow rate measuring method for a fluid machine according to claim 3 , wherein the measuring jig is movable in an axial direction and / or a circumferential direction.
【請求項6】 請求項5に記載の流体機械の流量測定方
法において、 アレイ形超音波センサを測定治具に設置したことを特徴
とする流体機械の流量測定方法。
6. The flow rate measuring method for a fluid machine according to claim 5 , wherein an array type ultrasonic sensor is installed on a measuring jig.
【請求項7】 流体機械およびその前後の流路の少なく
とも一つの断面における速度分布をパルスドップラ式超
音波流速計により測定し、前記速度分布と前記断面積と
から前記流量を算出する流体機械の流量測定方法におい
て、 前記パルスドップラ式超音波流速計を構成する超音波セ
ンサを前記流体機械の吸込流路に対向する吸込槽底部
設け、 前記流体機械の吐出エルボの入口側断面から上流側に向
かう複数線上の流速分布を測定する ことを特徴とする流
体機械の流量測定方法。
7.There are few fluid machines and the flow paths before and after
In both cases, the velocity distribution in one section is
Measured with an acoustic velocity meter, and the velocity distribution and the cross-sectional area
Calculate the flow rate fromHow to measure the flow rate of fluid machinery
hand, The ultrasonic sensor that constitutes the pulse Doppler ultrasonic velocity meter
The suction tank bottom facing the suction passage of the fluid machine.To
Provided, From the inlet side section of the discharge elbow of the fluid machine to the upstream side
Measure velocity distribution on multiple lines Flow characterized by
Flow measurement method for body machine.
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