JP3445142B2 - 水力機械の流量検出方法 - Google Patents
水力機械の流量検出方法Info
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- JP3445142B2 JP3445142B2 JP09916598A JP9916598A JP3445142B2 JP 3445142 B2 JP3445142 B2 JP 3445142B2 JP 09916598 A JP09916598 A JP 09916598A JP 9916598 A JP9916598 A JP 9916598A JP 3445142 B2 JP3445142 B2 JP 3445142B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプや水車など
の水力機械の流量検出方法に係わり、特に、超音波流量
計を用いた水力機械の流量検出方法に関する。
の水力機械の流量検出方法に係わり、特に、超音波流量
計を用いた水力機械の流量検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、大口径のポンプの流量検出をそ
のポンプが設置された現地で行いたいときに、電磁流量
計、絞り流量計、堰等の流量検出用の固定設備が設けら
れていない場合、超音波流量計を用いてポンプ外部から
検出を行うのが便利である。
のポンプが設置された現地で行いたいときに、電磁流量
計、絞り流量計、堰等の流量検出用の固定設備が設けら
れていない場合、超音波流量計を用いてポンプ外部から
検出を行うのが便利である。
【０００３】例えば伝搬差方式の超音波流量計を用いる
方法では、ポンプ吐出管内壁の軸方向に離れた２箇所の
それぞれに送・受波器を設ける。そして、一方の送波器
から出力された超音波の対向する吐出管内壁での反射波
を他方の受波器で受信し、また他方の送波器から出力さ
れた超音波の対向する吐出管内壁での反射波を一方の受
波器で受信し、それら２つの場合の伝搬時間差によって
吐出管内の平均流速を求め、さらにこの平均流速に基づ
いてポンプ流量を算出する。このとき、流量検出部の上
流側にある直管部の長さが十分に長ければ検出しようと
する流路断面における流速分布はほぼ均一となるが、通
常、この直管部の長さはスペース上の理由等によりあま
り長くはとれないため、検出流路断面上である径方向流
速分布が存在する。しかしながら、上記伝搬差方式の超
音波流量計では、超音波が通過する測定線上にわたる流
速の平均値を検出するに過ぎず、この径方向流速分布を
検出できないため、実際の流量との誤差が大きくなり、
検出精度が低下していた。
方法では、ポンプ吐出管内壁の軸方向に離れた２箇所の
それぞれに送・受波器を設ける。そして、一方の送波器
から出力された超音波の対向する吐出管内壁での反射波
を他方の受波器で受信し、また他方の送波器から出力さ
れた超音波の対向する吐出管内壁での反射波を一方の受
波器で受信し、それら２つの場合の伝搬時間差によって
吐出管内の平均流速を求め、さらにこの平均流速に基づ
いてポンプ流量を算出する。このとき、流量検出部の上
流側にある直管部の長さが十分に長ければ検出しようと
する流路断面における流速分布はほぼ均一となるが、通
常、この直管部の長さはスペース上の理由等によりあま
り長くはとれないため、検出流路断面上である径方向流
速分布が存在する。しかしながら、上記伝搬差方式の超
音波流量計では、超音波が通過する測定線上にわたる流
速の平均値を検出するに過ぎず、この径方向流速分布を
検出できないため、実際の流量との誤差が大きくなり、
検出精度が低下していた。
【０００４】この点を解決するために、特開平１０−１
２５６３３号公報に記載されているように、パルスドッ
プラ式超音波流速計を用いて、検出流路断面における流
速分布を検出する方法が提案されている。すなわち、こ
の従来技術では、ポンプ吐出管外壁に設けた送波器から
管軸に対し斜めに発射された超音波が、検出液体中に含
まれる粒子により散乱・反射され、その散乱・反射した
超音波を受波器で受信する。そして、受信信号中に含ま
れるドップラシフト周波数から各粒子の速度を求め、か
つ各粒子までの超音波の往復時間からその粒子の位置を
求めることにより、径方向流速分布を検出する。そし
て、この分布を管内全体にわたり積分することにより、
流量を検出する。
２５６３３号公報に記載されているように、パルスドッ
プラ式超音波流速計を用いて、検出流路断面における流
速分布を検出する方法が提案されている。すなわち、こ
の従来技術では、ポンプ吐出管外壁に設けた送波器から
管軸に対し斜めに発射された超音波が、検出液体中に含
まれる粒子により散乱・反射され、その散乱・反射した
超音波を受波器で受信する。そして、受信信号中に含ま
れるドップラシフト周波数から各粒子の速度を求め、か
つ各粒子までの超音波の往復時間からその粒子の位置を
求めることにより、径方向流速分布を検出する。そし
て、この分布を管内全体にわたり積分することにより、
流量を検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、検
出対象液体中に存在する粒子による超音波の反射・散乱
を利用するものであるため、液体中には粒子の存在が不
可欠である。しかし、例えば洪水時に使用される排水ポ
ンプでは多量の土砂粒子が揚水中に含まれるため流量検
出は比較的容易であるものの、通常の河川水を揚水する
ポンプでは粒子濃度が不十分のため超音波受信信号のＳ
／Ｎ比が低下し、流量検出が困難となる場合がある。ま
た、火力発電所や原子力発電所において冷却用海水を循
環させる循環水ポンプでは、海水中の粒子濃度が排水・
河川水に比べて低いためさらに流量検出が困難となる。
特に、ポンプ吐出管が厚肉鉄製管の場合は、超音波の透
過損失・減衰が大きくなるため、これによっても超音波
受信信号のＳ／Ｎ比が低下し、困難性がさらに増す傾向
となる。これを回避するために、発信波を強力にする方
法もあるが、この場合は装置の大幅なコスト高を招くた
め、好ましくない。
出対象液体中に存在する粒子による超音波の反射・散乱
を利用するものであるため、液体中には粒子の存在が不
可欠である。しかし、例えば洪水時に使用される排水ポ
ンプでは多量の土砂粒子が揚水中に含まれるため流量検
出は比較的容易であるものの、通常の河川水を揚水する
ポンプでは粒子濃度が不十分のため超音波受信信号のＳ
／Ｎ比が低下し、流量検出が困難となる場合がある。ま
た、火力発電所や原子力発電所において冷却用海水を循
環させる循環水ポンプでは、海水中の粒子濃度が排水・
河川水に比べて低いためさらに流量検出が困難となる。
特に、ポンプ吐出管が厚肉鉄製管の場合は、超音波の透
過損失・減衰が大きくなるため、これによっても超音波
受信信号のＳ／Ｎ比が低下し、困難性がさらに増す傾向
となる。これを回避するために、発信波を強力にする方
法もあるが、この場合は装置の大幅なコスト高を招くた
め、好ましくない。
【０００６】本発明の目的は、超音波受信信号のＳ／Ｎ
比を向上することにより、検出対象液体の性質に関係な
く高精度の流量検出を確実かつ安価に行える水力機械の
流量検出方法を提供することにある。
比を向上することにより、検出対象液体の性質に関係な
く高精度の流量検出を確実かつ安価に行える水力機械の
流量検出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、立軸排水ポンプの直管形状の吐出
管の流路のうち所定断面における流量を算出する水力機
械の流量検出方法において、前記流路の前記所定断面よ
り上流側で、高圧液体源、空気を吸入しその空気を前記
高圧液体源からの高圧液体に混入させるエジェクタ、及
びこのエジェクタに接続された吐出管とを備えた粒子供
給手段によって検出対象液体内に固体粒子又は気体粒子
を供給する手順と、パルスドップラ式超音波流速計によ
り、複数の超音波パルスを前記検出対象液体内に送波
し、前記断面中の測定線上の複数箇所にて、前記粒子供
給手段によって供給された前記固体粒子又は気体粒子で
散乱反射され、ばらばらに戻ってくる各反射波を所定時
間経過後にサンプリングする手順と、これらサンプリン
グした各反射波のドップラシフト周波数を基に、前記測
定線上の速度分布を求める手順と、該速度分布を前記所
定断面の断面積に対して積分することにより前記流量を
算出する手順とを有する。パルスドップラ式超音波流速
計では、送波器から送信された超音波が測定線上の複数
箇所でそれぞれ散乱・反射したものを受波器で受信しそ
れら受信波のドップラシフト周波数の解析を行って流速
分布を算出するが、一般に、超音波は、媒質の音響イン
ピーダンス（＝密度×音速）が大きく異なるほどその境
界での散乱・反射の度合いが大きくなる。すなわち、液
体中に音響インピーダンスが大幅に異なる固体粒子や気
体粒子が存在すると、超音波はそれら粒子の表面にて大
きく散乱・反射することとなる。本発明においては、粒
子供給手段で外部から積極的に検出対象液体内に粒子を
供給することにより、送信波の散乱・反射を促進して受
信波の強度を強めるので、受信信号のＳ／Ｎ比を向上す
ることができる。したがって、検出対象液体の性質に関
係なく、高精度の流量検出を確実に行うことができる。
またこのとき、発信波の強度を大きくする場合のよう
に、大幅なコスト増大を招くことがない。また、空気が
粒子（気泡）の状態で混入した高圧液体を吐出管に導
き、この高圧液体に含まれた状態で空気粒子（気泡）を
検出対象液体の中に供給することができる。
るために、本発明は、立軸排水ポンプの直管形状の吐出
管の流路のうち所定断面における流量を算出する水力機
械の流量検出方法において、前記流路の前記所定断面よ
り上流側で、高圧液体源、空気を吸入しその空気を前記
高圧液体源からの高圧液体に混入させるエジェクタ、及
びこのエジェクタに接続された吐出管とを備えた粒子供
給手段によって検出対象液体内に固体粒子又は気体粒子
を供給する手順と、パルスドップラ式超音波流速計によ
り、複数の超音波パルスを前記検出対象液体内に送波
し、前記断面中の測定線上の複数箇所にて、前記粒子供
給手段によって供給された前記固体粒子又は気体粒子で
散乱反射され、ばらばらに戻ってくる各反射波を所定時
間経過後にサンプリングする手順と、これらサンプリン
グした各反射波のドップラシフト周波数を基に、前記測
定線上の速度分布を求める手順と、該速度分布を前記所
定断面の断面積に対して積分することにより前記流量を
算出する手順とを有する。パルスドップラ式超音波流速
計では、送波器から送信された超音波が測定線上の複数
箇所でそれぞれ散乱・反射したものを受波器で受信しそ
れら受信波のドップラシフト周波数の解析を行って流速
分布を算出するが、一般に、超音波は、媒質の音響イン
ピーダンス（＝密度×音速）が大きく異なるほどその境
界での散乱・反射の度合いが大きくなる。すなわち、液
体中に音響インピーダンスが大幅に異なる固体粒子や気
体粒子が存在すると、超音波はそれら粒子の表面にて大
きく散乱・反射することとなる。本発明においては、粒
子供給手段で外部から積極的に検出対象液体内に粒子を
供給することにより、送信波の散乱・反射を促進して受
信波の強度を強めるので、受信信号のＳ／Ｎ比を向上す
ることができる。したがって、検出対象液体の性質に関
係なく、高精度の流量検出を確実に行うことができる。
またこのとき、発信波の強度を大きくする場合のよう
に、大幅なコスト増大を招くことがない。また、空気が
粒子（気泡）の状態で混入した高圧液体を吐出管に導
き、この高圧液体に含まれた状態で空気粒子（気泡）を
検出対象液体の中に供給することができる。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】（２）上記目的を達成するために、また本
発明は、立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路のう
ち所定断面における流量を算出する水力機械の流量検出
方法において、前記流路の前記所定断面より上流側で、
水との化学反応によって気体を発生する発泡剤を備えた
粒子供給手段によって検出対象液体内に固体粒子又は気
体粒子を供給する手順と、パルスドップラ式超音波流速
計により、複数の超音波パルスを前記検出対象液体内に
送波し、前記断面中の測定線上の複数箇所にて、前記粒
子供給手段によって供給された前記固体粒子又は気体粒
子で散乱反射され、ばらばらに戻ってくる各反射波を所
定時間経過後にサンプリングする手順と、これらサンプ
リングした各反射波のドップラシフト周波数を基に、前
記測定線上の速度分布を求める手順と、該速度分布を前
記所定断面の断面積に対して積分することにより前記流
量を算出する手順とを有する。これにより、発泡剤と水
とを化学反応させて気体を発生させ、この気体を粒子と
して検出対象液体中に供給することができる。
発明は、立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路のう
ち所定断面における流量を算出する水力機械の流量検出
方法において、前記流路の前記所定断面より上流側で、
水との化学反応によって気体を発生する発泡剤を備えた
粒子供給手段によって検出対象液体内に固体粒子又は気
体粒子を供給する手順と、パルスドップラ式超音波流速
計により、複数の超音波パルスを前記検出対象液体内に
送波し、前記断面中の測定線上の複数箇所にて、前記粒
子供給手段によって供給された前記固体粒子又は気体粒
子で散乱反射され、ばらばらに戻ってくる各反射波を所
定時間経過後にサンプリングする手順と、これらサンプ
リングした各反射波のドップラシフト周波数を基に、前
記測定線上の速度分布を求める手順と、該速度分布を前
記所定断面の断面積に対して積分することにより前記流
量を算出する手順とを有する。これにより、発泡剤と水
とを化学反応させて気体を発生させ、この気体を粒子と
して検出対象液体中に供給することができる。
【００１２】
【００１３】（３）上記目的を達成するために、また本
発明は、立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路のう
ち所定断面における流量を算出する水力機械の流量検出
方法において、前記流路の前記所定断面より上流側で、
一端近傍が前記水力機械内の流路を画定する壁面を貫通
して該流路内に連通しかつ他端近傍が大気開放可能な連
通管を備えた粒子供給手段によって検出対象液体内に固
体粒子又は気体粒子を供給する手順と、パルスドップラ
式超音波流速計により、複数の超音波パルスを前記検出
対象液体内に送波し、前記断面中の測定線上の複数箇所
にて、前記粒子供給手段によって供給された前記固体粒
子又は気体粒子で散乱反射され、ばらばらに戻ってくる
各反射波を所定時間経過後にサンプリングする手順と、
これらサンプリングした各反射波のドップラシフト周波
数を基に、前記測定線上の速度分布を求める手順と、該
速度分布を前記所定断面の断面積に対して積分すること
により前記流量を算出する手順とを有する。これによ
り、例えば水力機械の流路内の圧力が大気圧より低い場
合には、特に粒子供給のための動力を用いることなく、
連通管を介し検出対象流体内に空気の粒子を混入させる
ことができる。
発明は、立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路のう
ち所定断面における流量を算出する水力機械の流量検出
方法において、前記流路の前記所定断面より上流側で、
一端近傍が前記水力機械内の流路を画定する壁面を貫通
して該流路内に連通しかつ他端近傍が大気開放可能な連
通管を備えた粒子供給手段によって検出対象液体内に固
体粒子又は気体粒子を供給する手順と、パルスドップラ
式超音波流速計により、複数の超音波パルスを前記検出
対象液体内に送波し、前記断面中の測定線上の複数箇所
にて、前記粒子供給手段によって供給された前記固体粒
子又は気体粒子で散乱反射され、ばらばらに戻ってくる
各反射波を所定時間経過後にサンプリングする手順と、
これらサンプリングした各反射波のドップラシフト周波
数を基に、前記測定線上の速度分布を求める手順と、該
速度分布を前記所定断面の断面積に対して積分すること
により前記流量を算出する手順とを有する。これによ
り、例えば水力機械の流路内の圧力が大気圧より低い場
合には、特に粒子供給のための動力を用いることなく、
連通管を介し検出対象流体内に空気の粒子を混入させる
ことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照しつつ説明する。本実施形態による流量検出方法
を実施する流量検出装置を、雨水排水用の立軸排水ポン
プの流量を検出するのに適用した場合の概略構成を表す
断面図を図１に示し、また超音波流速計（後述）での検
出結果を演算処理する機能を表す機能ブロック図を図２
に示す。
を参照しつつ説明する。本実施形態による流量検出方法
を実施する流量検出装置を、雨水排水用の立軸排水ポン
プの流量を検出するのに適用した場合の概略構成を表す
断面図を図１に示し、また超音波流速計（後述）での検
出結果を演算処理する機能を表す機能ブロック図を図２
に示す。
【００１５】図１において、排水ポンプは、雨水が貯留
されている吸込槽３内に吸水側を設けるとともに軸線を
ほぼ鉛直にして配置されており、ポンプ外部に設置され
た図示しない原動機の駆動軸に結合されたポンプ軸２
と、このポンプ軸２に固定された羽根車１と、この羽根
車１を内装するケーシング４と、ケーシング４内周にお
ける羽根車１より上方に固定された案内羽根６と、ケー
シング４の下端に結合された吸込ベルマウス５と、ケー
シング４の上端に下端を結合された吐出コラム７と、こ
の吐出コラム７の上端に結合された吐出ベンド８と、こ
の吐出ベンド８に結合された比較的短い直管形状の吐出
管９と、この吐出管９の下流側部分に設置された流量調
節弁１０とを備えている。
されている吸込槽３内に吸水側を設けるとともに軸線を
ほぼ鉛直にして配置されており、ポンプ外部に設置され
た図示しない原動機の駆動軸に結合されたポンプ軸２
と、このポンプ軸２に固定された羽根車１と、この羽根
車１を内装するケーシング４と、ケーシング４内周にお
ける羽根車１より上方に固定された案内羽根６と、ケー
シング４の下端に結合された吸込ベルマウス５と、ケー
シング４の上端に下端を結合された吐出コラム７と、こ
の吐出コラム７の上端に結合された吐出ベンド８と、こ
の吐出ベンド８に結合された比較的短い直管形状の吐出
管９と、この吐出管９の下流側部分に設置された流量調
節弁１０とを備えている。
【００１６】本実施形態による流量検出装置は、このよ
うな構造の排水ポンプの流量を検出するためのものであ
り、図１及び図２に示すように、吐出管９の内壁の略水
平断面上に送・受波器１０１ａ（後に詳述）が設けられ
吐出管９内の径方向流速分布を検出するパルスドップラ
式超音波流速計１０１と、この超音波流速計１０１で検
出した径方向流速分布を基に流量を算出する流量算出器
１０４と、超音波流速計１０１及び流量算出器１０４の
動作を制御する制御装置１０３と、吸込ベルマウス５の
下方で排水ポンプ内へ吸入される雨水に空気粒子（気
泡）を供給する粒子供給手段１０２とを備えている。
うな構造の排水ポンプの流量を検出するためのものであ
り、図１及び図２に示すように、吐出管９の内壁の略水
平断面上に送・受波器１０１ａ（後に詳述）が設けられ
吐出管９内の径方向流速分布を検出するパルスドップラ
式超音波流速計１０１と、この超音波流速計１０１で検
出した径方向流速分布を基に流量を算出する流量算出器
１０４と、超音波流速計１０１及び流量算出器１０４の
動作を制御する制御装置１０３と、吸込ベルマウス５の
下方で排水ポンプ内へ吸入される雨水に空気粒子（気
泡）を供給する粒子供給手段１０２とを備えている。
【００１７】パルスドップラ式超音波流速計１０１は、
吐出管９の管壁に対し角度θ[deg]に送・受波可能に設
けた超音波素子１０１ａA及びこの超音波素子１０１ａA
を固定する樹脂板１０１ａBを備えた上記送・受波器１
０１ａと、流速検出のためのパルスを発生する送信パル
ス発生器１０１ｂと、そのパルスを増幅して送・受波器
１０１ａへ出力する送信アンプ１０１ｃと、送・受波器
１０１ａから送波され流体中の気泡１０５で散乱反射さ
れ送・受波器１０１ａで受波された反射波（後に詳述）
を増幅する受信アンプ１０１ｄと、この受信アンプ１０
１ｄで増幅された反射波が揚水中の気泡の流速により受
けたドップラシフト周波数を順次検出するドップラシフ
ト周波数検出器１０１ｅと、このドップラシフト周波数
検出器１０１ｅで検出された複数のドップラシフト周波
数のデータを所定期間保持した後に所定数のデータごと
にまとめて出力するサンプリングホールド１０１ｆと、
このサンプリングホールド１０１ｆから出力されたデー
タをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０１ｇと、
このＡ／Ｄ変換器１０１ｇを介しデータを入力し、ノイ
ズ・減衰・乱れ等に由来する各気泡データごとのばらつ
きを確率的に分析・処理し、各気泡データごとに１つの
ドップラシフト周波数値Δｆ[Hz]として集約する周波数
分析器１０１ｈと、この周波数分析器１０１ｈからのド
ップラシフト周波数Δｆに基づいて吐出管９内における
流速分布を算出する流速分布算出器１０１ｉとを有して
いる。
吐出管９の管壁に対し角度θ[deg]に送・受波可能に設
けた超音波素子１０１ａA及びこの超音波素子１０１ａA
を固定する樹脂板１０１ａBを備えた上記送・受波器１
０１ａと、流速検出のためのパルスを発生する送信パル
ス発生器１０１ｂと、そのパルスを増幅して送・受波器
１０１ａへ出力する送信アンプ１０１ｃと、送・受波器
１０１ａから送波され流体中の気泡１０５で散乱反射さ
れ送・受波器１０１ａで受波された反射波（後に詳述）
を増幅する受信アンプ１０１ｄと、この受信アンプ１０
１ｄで増幅された反射波が揚水中の気泡の流速により受
けたドップラシフト周波数を順次検出するドップラシフ
ト周波数検出器１０１ｅと、このドップラシフト周波数
検出器１０１ｅで検出された複数のドップラシフト周波
数のデータを所定期間保持した後に所定数のデータごと
にまとめて出力するサンプリングホールド１０１ｆと、
このサンプリングホールド１０１ｆから出力されたデー
タをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０１ｇと、
このＡ／Ｄ変換器１０１ｇを介しデータを入力し、ノイ
ズ・減衰・乱れ等に由来する各気泡データごとのばらつ
きを確率的に分析・処理し、各気泡データごとに１つの
ドップラシフト周波数値Δｆ[Hz]として集約する周波数
分析器１０１ｈと、この周波数分析器１０１ｈからのド
ップラシフト周波数Δｆに基づいて吐出管９内における
流速分布を算出する流速分布算出器１０１ｉとを有して
いる。
【００１８】制御装置１０３は、超音波流速計１０１の
すべての構成要素１０１ａ〜１０１ｉ及び流量算出器１
０４を関連づけて制御し、これら構成要素の動作状況に
応じそれらに対して制御信号を出力する。
すべての構成要素１０１ａ〜１０１ｉ及び流量算出器１
０４を関連づけて制御し、これら構成要素の動作状況に
応じそれらに対して制御信号を出力する。
【００１９】流速検出器１０４は、パルスドップラ式超
音波流速計１０１の流速分布算出器１０１ｉで算出され
た速度分布と吐出管９内の流路面積とに応じ、吐出管９
内の流量を算出する（後に詳述）演算手段としての役割
を果たす。
音波流速計１０１の流速分布算出器１０１ｉで算出され
た速度分布と吐出管９内の流路面積とに応じ、吐出管９
内の流量を算出する（後に詳述）演算手段としての役割
を果たす。
【００２０】粒子供給手段１０２は、ポンプ設置床面に
設置された空気源１０２ａと、この空気源１０２ａに流
量調節弁１０２ｂを介して接続され圧縮空気が導かれる
給気管１０２ｃとを備えている。給気管１０２ｃの先端
近傍は吸込ベルマウス５の下方に位置しており、その上
側外周部には複数の給気孔１０２ｃAが形成されてい
る。これにより、排水ポンプ内への吸込流れＰに多数の
気泡１０５を供給するようになっている。なお、空気源
１０２ａは、例えば、往復動形・ロータリー形の圧縮器
や、圧縮空気を畜圧された空気ボンベや、あるいは別の
空気源から供給される空気配管であってもよい。
設置された空気源１０２ａと、この空気源１０２ａに流
量調節弁１０２ｂを介して接続され圧縮空気が導かれる
給気管１０２ｃとを備えている。給気管１０２ｃの先端
近傍は吸込ベルマウス５の下方に位置しており、その上
側外周部には複数の給気孔１０２ｃAが形成されてい
る。これにより、排水ポンプ内への吸込流れＰに多数の
気泡１０５を供給するようになっている。なお、空気源
１０２ａは、例えば、往復動形・ロータリー形の圧縮器
や、圧縮空気を畜圧された空気ボンベや、あるいは別の
空気源から供給される空気配管であってもよい。
【００２１】以上のように構成された流量検出装置を用
いた本実施形態による流量検出方法の手順及びその作用
を以下に説明する。 （１−１）気泡発生 原動機が駆動されてポンプ軸２が回転し羽根車１による
雨水の揚水が行われている状態で、まず、給気管１０２
ｃに設置されている流量調節弁１０２ｂを開くと、給気
管１０２ｃの先端近傍の給気孔１０２ｃAから多数の微
細な気泡１０５が噴出する。気泡１０５は自身に働く浮
力及び吸込流れＰによりポンプ内部へ流入し、水ととも
に羽根車１及び案内羽根６を通り、吐出ベンド８を経て
吐出管９内の流速検出断面へと導かれる。
いた本実施形態による流量検出方法の手順及びその作用
を以下に説明する。 （１−１）気泡発生 原動機が駆動されてポンプ軸２が回転し羽根車１による
雨水の揚水が行われている状態で、まず、給気管１０２
ｃに設置されている流量調節弁１０２ｂを開くと、給気
管１０２ｃの先端近傍の給気孔１０２ｃAから多数の微
細な気泡１０５が噴出する。気泡１０５は自身に働く浮
力及び吸込流れＰによりポンプ内部へ流入し、水ととも
に羽根車１及び案内羽根６を通り、吐出ベンド８を経て
吐出管９内の流速検出断面へと導かれる。
【００２２】（１−２）流速分布検出
次に、パルスドップラ式超音波流速計１０１の送信パル
ス発生器１０１ｂから発生され送信アンプ１０１ｃで増
幅された複数の超音波パルス（バースト波：初期周波数
ｆo[Hz]）を、送・受波器１０１ａから吐出管９の管壁
と角度θをなす方向の流速測定線上に送波する（図１、
図２中実線矢印参照）。このバースト波は、流体内に存
在し流路幅方向各位置に分布する気泡１０５によって散
乱反射される。ここで、超音波の一般的な性質として、
媒質の音響インピーダンス（＝密度×音速）が大きく異
なるほどその境界での散乱・反射の度合いが大きくなる
が、上記（１−１）で説明したように、音響インピーダ
ンスが水と大きく異なる気泡１０５を粒子供給手段１０
２で外部から積極的に供給することにより、バースト波
の散乱・反射を促進する。
ス発生器１０１ｂから発生され送信アンプ１０１ｃで増
幅された複数の超音波パルス（バースト波：初期周波数
ｆo[Hz]）を、送・受波器１０１ａから吐出管９の管壁
と角度θをなす方向の流速測定線上に送波する（図１、
図２中実線矢印参照）。このバースト波は、流体内に存
在し流路幅方向各位置に分布する気泡１０５によって散
乱反射される。ここで、超音波の一般的な性質として、
媒質の音響インピーダンス（＝密度×音速）が大きく異
なるほどその境界での散乱・反射の度合いが大きくなる
が、上記（１−１）で説明したように、音響インピーダ
ンスが水と大きく異なる気泡１０５を粒子供給手段１０
２で外部から積極的に供給することにより、バースト波
の散乱・反射を促進する。
【００２３】このようにして散乱・反射した各反射波
は、送・受波器１０１ａからの距離に応じた伝搬時間で
送・受波器１０１ａに向かってばらばらに戻ってくる
（図１、図２中破線参照）。このときの伝搬・反射の原
理を図３に示す。図３において、送・受波器１０１ａか
ら送波されたバースト波（＝基本波）は、水流中にある
気泡１０５Ａ（送・受波器１０１ａからの送波方向距離
ＬA、流速ＶLA、以下同様）、気泡１０５Ｂ（ＬB，ＶL
B）、気泡１０５Ｃ（ＬC，ＶLC）、気泡１０５Ｄ（Ｌ
D，ＶLD）、気泡１０５Ｅ（ＬE，ＶLE）においてそれぞ
れ反射される。そしてそれぞれの反射波（＝散乱波）１
５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅは、
送・受波器１０１ａからの距離ｘ（＝ＬA，ＬB，ＬC,L
D，ＬE）にそれぞれ応じた伝搬時間ｔA，ｔB，ｔC，ｔ
D，ｔEで送・受波器１０１ａに戻り受波され、受信アン
プ１０１ｄで増幅される。
は、送・受波器１０１ａからの距離に応じた伝搬時間で
送・受波器１０１ａに向かってばらばらに戻ってくる
（図１、図２中破線参照）。このときの伝搬・反射の原
理を図３に示す。図３において、送・受波器１０１ａか
ら送波されたバースト波（＝基本波）は、水流中にある
気泡１０５Ａ（送・受波器１０１ａからの送波方向距離
ＬA、流速ＶLA、以下同様）、気泡１０５Ｂ（ＬB，ＶL
B）、気泡１０５Ｃ（ＬC，ＶLC）、気泡１０５Ｄ（Ｌ
D，ＶLD）、気泡１０５Ｅ（ＬE，ＶLE）においてそれぞ
れ反射される。そしてそれぞれの反射波（＝散乱波）１
５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅは、
送・受波器１０１ａからの距離ｘ（＝ＬA，ＬB，ＬC,L
D，ＬE）にそれぞれ応じた伝搬時間ｔA，ｔB，ｔC，ｔ
D，ｔEで送・受波器１０１ａに戻り受波され、受信アン
プ１０１ｄで増幅される。
【００２４】図２に戻り、このとき、ドップラシフト周
波数検出器１０１ｅは、バースト波を送波してサンプリ
ング時間Ｔi（但しｉ＝１，２，…，５、Ｔ1≒ｔA，Ｔ2
≒ｔB，Ｔ3≒ｔC，Ｔ4≒ｔD，Ｔ5≒ｔE）が経過した後
に、送・受波器１０１ａを介してこれら反射波１５２
Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅをサンプ
リングする。このとき各反射波１５２Ａ〜１５２Ｅは、
各気泡１０５Ａ〜Ｅの流速ＶLA〜ＶLE（より正確には角
度θだけ傾斜した成分Ｖ’LA〜Ｖ’LE：図３参照）に比
例したドップラ効果によって、はじめの周波数ｆoから
周波数シフトΔｆをそれぞれ受けている。ドップラシフ
ト周波数検出器１０１ｅは、各気泡１０５Ａ〜Ｅそれぞ
れのドップラシフト周波数ΔｆA，ΔｆB，ΔｆC，Δｆ
D，ΔｆEを、各サンプリング時間Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4，
Ｔ5と関連づけてサンプリングホールド１０１ｆへ順次
出力する。サンプリングホールド１０１ｆは、各気泡１
０５Ａ〜Ｅのドップラシフト周波数ΔｆA，ΔｆB…を順
次入力するとともに、ΔｆEの入力終了後の所定時期ま
でそれらを保持し、さらにΔｆEの入力終了後、ΔｆA〜
ΔｆEを一括して出力する。これらΔｆA〜ΔｆEのデー
タは、Ａ／Ｄ変換器１０１ｇにおいてデジタル変換され
た後、周波数分析器１０１ｈで細かいばらつきを集約処
理された値となり、流速分布算出器１０１ｉに入力され
る。
波数検出器１０１ｅは、バースト波を送波してサンプリ
ング時間Ｔi（但しｉ＝１，２，…，５、Ｔ1≒ｔA，Ｔ2
≒ｔB，Ｔ3≒ｔC，Ｔ4≒ｔD，Ｔ5≒ｔE）が経過した後
に、送・受波器１０１ａを介してこれら反射波１５２
Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅをサンプ
リングする。このとき各反射波１５２Ａ〜１５２Ｅは、
各気泡１０５Ａ〜Ｅの流速ＶLA〜ＶLE（より正確には角
度θだけ傾斜した成分Ｖ’LA〜Ｖ’LE：図３参照）に比
例したドップラ効果によって、はじめの周波数ｆoから
周波数シフトΔｆをそれぞれ受けている。ドップラシフ
ト周波数検出器１０１ｅは、各気泡１０５Ａ〜Ｅそれぞ
れのドップラシフト周波数ΔｆA，ΔｆB，ΔｆC，Δｆ
D，ΔｆEを、各サンプリング時間Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4，
Ｔ5と関連づけてサンプリングホールド１０１ｆへ順次
出力する。サンプリングホールド１０１ｆは、各気泡１
０５Ａ〜Ｅのドップラシフト周波数ΔｆA，ΔｆB…を順
次入力するとともに、ΔｆEの入力終了後の所定時期ま
でそれらを保持し、さらにΔｆEの入力終了後、ΔｆA〜
ΔｆEを一括して出力する。これらΔｆA〜ΔｆEのデー
タは、Ａ／Ｄ変換器１０１ｇにおいてデジタル変換され
た後、周波数分析器１０１ｈで細かいばらつきを集約処
理された値となり、流速分布算出器１０１ｉに入力され
る。
【００２５】その後、流速分布算出器１０１ｉでは、予
め公知の方法で検出されて別途設定入力された音速Ｃを
用い、ドップラシフト周波数ΔｆA〜ΔｆEに対応する各
気泡１０５Ａ〜Ｅの送波方向の位置ｘ（＝ＬA，ＬB，Ｌ
C，ＬD，ＬE）を、ｘ＝ＣＴi／２（但しｉ＝１，２，
…，５）で求める。そして、対応するドップラシフト周
波数ΔｆA〜ΔｆE、初期周波数ｆo、及び音速Ｃを用
い、さらにドップラ効果が角度θだけ傾斜した成分Ｖ’
LA〜Ｖ’LEによって生じていることに留意し、各気泡１
０５Ａ〜Ｅの位置ｘ（ｘ＝ＬA〜ＬE）における局所流速
ＶLA〜LEを、Ｖ（ｘ）＝ＣΔｆ／（２ｆo・cosθ）によ
って求める。求めたＶ（ｘ）は、流量算出器１０４に入
力する。
め公知の方法で検出されて別途設定入力された音速Ｃを
用い、ドップラシフト周波数ΔｆA〜ΔｆEに対応する各
気泡１０５Ａ〜Ｅの送波方向の位置ｘ（＝ＬA，ＬB，Ｌ
C，ＬD，ＬE）を、ｘ＝ＣＴi／２（但しｉ＝１，２，
…，５）で求める。そして、対応するドップラシフト周
波数ΔｆA〜ΔｆE、初期周波数ｆo、及び音速Ｃを用
い、さらにドップラ効果が角度θだけ傾斜した成分Ｖ’
LA〜Ｖ’LEによって生じていることに留意し、各気泡１
０５Ａ〜Ｅの位置ｘ（ｘ＝ＬA〜ＬE）における局所流速
ＶLA〜LEを、Ｖ（ｘ）＝ＣΔｆ／（２ｆo・cosθ）によ
って求める。求めたＶ（ｘ）は、流量算出器１０４に入
力する。
【００２６】（１−３）流量検出
最後に、流量算出器１０４が、上記で求めた位置ｘにお
ける局所流速Ｖ（ｘ）を、半径方向位置ｒ＝ｘsinθに
基づきこの位置ｒにおける局所流速Ｖ（ｒ）に変換し、
これと、検出断面の半径Ｒ（＝Ｄ／２：内径Ｄはあらか
じめ記憶しておくか、図示しない入力手段を介して入力
する）及び図４に示す流路高さＢ（ｒ）とを用いて、
ける局所流速Ｖ（ｘ）を、半径方向位置ｒ＝ｘsinθに
基づきこの位置ｒにおける局所流速Ｖ（ｒ）に変換し、
これと、検出断面の半径Ｒ（＝Ｄ／２：内径Ｄはあらか
じめ記憶しておくか、図示しない入力手段を介して入力
する）及び図４に示す流路高さＢ（ｒ）とを用いて、
【００２７】
【数１】
【００２８】により流量Ｑを算出する。なお算出した流
量Ｑは、例えば、図示しない表示手段を介して作業者に
表示される。
量Ｑは、例えば、図示しない表示手段を介して作業者に
表示される。
【００２９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、送・受波器１０１ａで送波してから送・受波器１０
１ａで受波するまでの流速測定線上における多数箇所の
局所流速Ｖ（ｘ）を検出することができ、流速測定線上
にわたる平均流速しか検出できない伝搬速度差方式より
も検出精度を著しく向上することができる。そしてこの
とき、粒子供給手段１０２で外部から積極的に揚水内に
気泡１０５を供給し、送・受波器１０１ａからの送信波
の散乱・反射を促進するので、例えば水中に自然に存在
する微小固形粒子（微小砂や塵等）での反射波に比べ
て、送・受波器１０１ｂで受信する受信波の強度を強め
ることができ、受信信号のＳ／Ｎ比を大きくすることが
できる。したがって、検出対象液体の性質に関係なく、
高精度の流量検出を確実に行うことができる。特に、吐
出管９が厚肉鉄製管の場合は、超音波の透過損失・減衰
が大きくなって超音波受信信号のＳ／Ｎ比が低下するの
で特に効果的である。またこのとき、発信波の強度を大
きくする場合のように、大幅なコスト増大を招くことが
ない。
ば、送・受波器１０１ａで送波してから送・受波器１０
１ａで受波するまでの流速測定線上における多数箇所の
局所流速Ｖ（ｘ）を検出することができ、流速測定線上
にわたる平均流速しか検出できない伝搬速度差方式より
も検出精度を著しく向上することができる。そしてこの
とき、粒子供給手段１０２で外部から積極的に揚水内に
気泡１０５を供給し、送・受波器１０１ａからの送信波
の散乱・反射を促進するので、例えば水中に自然に存在
する微小固形粒子（微小砂や塵等）での反射波に比べ
て、送・受波器１０１ｂで受信する受信波の強度を強め
ることができ、受信信号のＳ／Ｎ比を大きくすることが
できる。したがって、検出対象液体の性質に関係なく、
高精度の流量検出を確実に行うことができる。特に、吐
出管９が厚肉鉄製管の場合は、超音波の透過損失・減衰
が大きくなって超音波受信信号のＳ／Ｎ比が低下するの
で特に効果的である。またこのとき、発信波の強度を大
きくする場合のように、大幅なコスト増大を招くことが
ない。
【００３０】なお、本発明は、上記実施形態に限られる
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形
が可能である。このような変形例を以下、順次説明す
る。
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形
が可能である。このような変形例を以下、順次説明す
る。
【００３１】（１）気液混合水を供給する場合
すなわち、図５に示すように、粒子供給手段１０２Ａと
して、高圧液体源であるポンプ１１０と、空気を吸入し
その空気をポンプ１１０からの高圧液体に混入させるエ
ジェクタ（ジェットポンプ）１１１と、このエジェクタ
１１１に接続され、先端が吸込ベルマウス５の下方にお
いて上向きに開口する吐出管１１２とを設けた場合であ
る。エジェクタ１１１では、 特に詳細構造を図示しな
いが、ポンプ１１０から吐出された高圧水がノズルに供
給され、その高速水流によってノズル出口に接続された
管１１１ａから空気が吸引され、空気と水の気液混合水
となる。そして、この気液混合水が、ノズル下流の円錐
ディフューザにより圧力回復して吐出管１１２へ吐出さ
れ、気泡１０５は、この気液混合水に含まれた状態で揚
水中に供給される。この変形例においても、上記実施形
態と同様の効果を得る。
して、高圧液体源であるポンプ１１０と、空気を吸入し
その空気をポンプ１１０からの高圧液体に混入させるエ
ジェクタ（ジェットポンプ）１１１と、このエジェクタ
１１１に接続され、先端が吸込ベルマウス５の下方にお
いて上向きに開口する吐出管１１２とを設けた場合であ
る。エジェクタ１１１では、 特に詳細構造を図示しな
いが、ポンプ１１０から吐出された高圧水がノズルに供
給され、その高速水流によってノズル出口に接続された
管１１１ａから空気が吸引され、空気と水の気液混合水
となる。そして、この気液混合水が、ノズル下流の円錐
ディフューザにより圧力回復して吐出管１１２へ吐出さ
れ、気泡１０５は、この気液混合水に含まれた状態で揚
水中に供給される。この変形例においても、上記実施形
態と同様の効果を得る。
【００３２】（２）発泡剤の化学反応を利用する場合
すなわち、図６に示すように、粒子供給手段１０２Ｂと
して、水との化学反応によって気体を発生する固形の発
泡剤１１３と、この発泡剤１１３を内蔵した容器１１４
とを設けた場合である。発泡剤１１３は、例えば水と接
触して炭酸ガスが発生するドライアイスを用いる。容器
１１４は、吸込槽３の底面に設けられており、その上面
は網あるいは多孔板で覆われている。なお、この容器１
１４は、水面に浮かぶ浮き１１５と係留ロープ１１６に
より連結されており、これによって流量検出が終了した
後に容易に回収できるようになっている。この変形例に
おいても、上記実施形態と同様の効果を得る。
して、水との化学反応によって気体を発生する固形の発
泡剤１１３と、この発泡剤１１３を内蔵した容器１１４
とを設けた場合である。発泡剤１１３は、例えば水と接
触して炭酸ガスが発生するドライアイスを用いる。容器
１１４は、吸込槽３の底面に設けられており、その上面
は網あるいは多孔板で覆われている。なお、この容器１
１４は、水面に浮かぶ浮き１１５と係留ロープ１１６に
より連結されており、これによって流量検出が終了した
後に容易に回収できるようになっている。この変形例に
おいても、上記実施形態と同様の効果を得る。
【００３３】（３）電気分解を利用する場合
図７（ａ）はこの変形例における吸込ベルマウス５の下
端近傍の拡大側面図であり、図７（ｂ）は吸込ベルマウ
ス５の下端を下方から見た図である。また図８は図７
（ｂ）中Ｄ−Ｄ断面による断面図である。これら図７
（ａ）、図７（ｂ）、及び図８に示すように、本変形例
では、粒子供給手段１０２Ｃとして、水の電気分解反応
を誘起するための電極装置１１８ａ〜ｄを設ける。各電
極装置１１８ａ〜ｄは、一対の＋極と−極を備えてお
り、外部に設けた電源（図示せず）から電源ケーブル１
１９を介し給電されて＋極と−極の間に電気が流れ、 ２Ｈ2０ → Ｏ2↑＋Ｈ2↑ の電気分解反応により、水素及び酸素の気泡１０５を発
生するようになっている。この変形例においても、上記
実施形態と同様の効果を得る。
端近傍の拡大側面図であり、図７（ｂ）は吸込ベルマウ
ス５の下端を下方から見た図である。また図８は図７
（ｂ）中Ｄ−Ｄ断面による断面図である。これら図７
（ａ）、図７（ｂ）、及び図８に示すように、本変形例
では、粒子供給手段１０２Ｃとして、水の電気分解反応
を誘起するための電極装置１１８ａ〜ｄを設ける。各電
極装置１１８ａ〜ｄは、一対の＋極と−極を備えてお
り、外部に設けた電源（図示せず）から電源ケーブル１
１９を介し給電されて＋極と−極の間に電気が流れ、 ２Ｈ2０ → Ｏ2↑＋Ｈ2↑ の電気分解反応により、水素及び酸素の気泡１０５を発
生するようになっている。この変形例においても、上記
実施形態と同様の効果を得る。
【００３４】（４）横軸の軸流型ポンプに適用する場合
図９は、この変形例の概略構成を表す縦断面図である。
図１と対応する部分には同一の符号を付している。この
図９において、本変形例では、粒子供給手段１０２Ｄと
して、一端近傍がベンド８壁面を貫通して流路内に連通
しかつ他端近傍が大気開放可能な吸気管１２０と、吸気
管１２０の他端近傍に位置する弁１２１とを設けた場合
である。本変形例では、ポンプ運転状態においては、吸
気管１２０が取り付けられているベンド８壁面近傍での
圧力は、大気圧よりも、（ポンプ軸心高さと水面との差
の水頭Ｈｓ）＋（羽根車１の入口における流れの動圧の
水頭）分だけ低くなる。すなわち、大気圧の方がベンド
８内の圧力より高い状態にあるため、吸気管１２０の弁
１２１を開くと、空気は吸気管１２０を経てポンプ内へ
吸入される。吸入された空気は気泡１０５となり羽根車
１に入り攪拌されて、さらに微細化と一様分布化がなさ
れる。
図１と対応する部分には同一の符号を付している。この
図９において、本変形例では、粒子供給手段１０２Ｄと
して、一端近傍がベンド８壁面を貫通して流路内に連通
しかつ他端近傍が大気開放可能な吸気管１２０と、吸気
管１２０の他端近傍に位置する弁１２１とを設けた場合
である。本変形例では、ポンプ運転状態においては、吸
気管１２０が取り付けられているベンド８壁面近傍での
圧力は、大気圧よりも、（ポンプ軸心高さと水面との差
の水頭Ｈｓ）＋（羽根車１の入口における流れの動圧の
水頭）分だけ低くなる。すなわち、大気圧の方がベンド
８内の圧力より高い状態にあるため、吸気管１２０の弁
１２１を開くと、空気は吸気管１２０を経てポンプ内へ
吸入される。吸入された空気は気泡１０５となり羽根車
１に入り攪拌されて、さらに微細化と一様分布化がなさ
れる。
【００３５】本変形例によっても、上記実施形態と同様
の効果を得る。またこれに加え、空気源や気泡発生装置
といった動力を用いることなく気泡１０５を供給するこ
とができ、かつ弁１２１で吸気量を制御できるので、コ
ストダウン及び操作の簡素化を図れる。
の効果を得る。またこれに加え、空気源や気泡発生装置
といった動力を用いることなく気泡１０５を供給するこ
とができ、かつ弁１２１で吸気量を制御できるので、コ
ストダウン及び操作の簡素化を図れる。
【００３６】なお、この変形例における吸気管１２０を
さらに立軸ポンプに応用し、図１０に示すように、一端
近傍が吸込ベルマウス５壁面を貫通する吸気管１２２と
弁１２３とを設けてもよい。これにより、上記同様に、
弁１２３を開くと、空気は吸気管１２２を経てポンプ内
へ吸入され、気泡１０５を発生させることができる。但
しこのとき、水位が羽根車１の高さよりも低い場合は常
時吸気管１２２からの大気吸引が可能であるが、水位が
羽根車１の高さよりも高い図１０に示すような場合は、
ポンプ運転状態において、吸気管１２２と水面との差の
水頭Ｈｓ’と吸込ベルマウス５の吸込部における損失水
頭との和が、羽根車１の入口における流れの動圧の水頭
分より大きくなるように水位を制御する必要がある。
さらに立軸ポンプに応用し、図１０に示すように、一端
近傍が吸込ベルマウス５壁面を貫通する吸気管１２２と
弁１２３とを設けてもよい。これにより、上記同様に、
弁１２３を開くと、空気は吸気管１２２を経てポンプ内
へ吸入され、気泡１０５を発生させることができる。但
しこのとき、水位が羽根車１の高さよりも低い場合は常
時吸気管１２２からの大気吸引が可能であるが、水位が
羽根車１の高さよりも高い図１０に示すような場合は、
ポンプ運転状態において、吸気管１２２と水面との差の
水頭Ｈｓ’と吸込ベルマウス５の吸込部における損失水
頭との和が、羽根車１の入口における流れの動圧の水頭
分より大きくなるように水位を制御する必要がある。
【００３７】さらに、この吸気管１２２を、例えば特許
２６７８２０３号公報に記載された公知の先行待機形ポ
ンプのポンプに設けられた、揚水遮断運転時にポンプ内
に空気を取り入れるための吸気管で代用してもよい。
２６７８２０３号公報に記載された公知の先行待機形ポ
ンプのポンプに設けられた、揚水遮断運転時にポンプ内
に空気を取り入れるための吸気管で代用してもよい。
【００３８】また、上記実施形態及び変形例では、粒子
供給手段で気体粒子を揚水中に供給した場合を例にとっ
て説明したが、これに限られず、音響インピーダンスが
大幅に異なる固体粒子を供給してもよい。この場合も、
同様の効果を得る。さらに、上記実施形態及び変形例で
は、流速検出断面（すなわち流量検出断面）が雨水排水
ポンプ内の流路に位置する場合を例にとって説明した
が、これに限られず、流速検出断面がポンプの前後の流
路に位置する場合にも適用でき、この場合も同様の効果
を得る。また、上記実施形態及び変形例では、水力機械
として雨水排水ポンプを例にとって説明したが、これに
限られず、河川水を揚水する河川水ポンプ、火力発電所
や原子力発電所において冷却用海水を循環させる循環水
ポンプ等に適用することができる。このとき、これら河
川水や冷却用海水は例えば固形・気体の不純物の混在が
少なくそれら粒子濃度が比較的低いため、特に効果的で
ある。また、ポンプにも限られず、水車等の他の水力機
械にも適用できる。
供給手段で気体粒子を揚水中に供給した場合を例にとっ
て説明したが、これに限られず、音響インピーダンスが
大幅に異なる固体粒子を供給してもよい。この場合も、
同様の効果を得る。さらに、上記実施形態及び変形例で
は、流速検出断面（すなわち流量検出断面）が雨水排水
ポンプ内の流路に位置する場合を例にとって説明した
が、これに限られず、流速検出断面がポンプの前後の流
路に位置する場合にも適用でき、この場合も同様の効果
を得る。また、上記実施形態及び変形例では、水力機械
として雨水排水ポンプを例にとって説明したが、これに
限られず、河川水を揚水する河川水ポンプ、火力発電所
や原子力発電所において冷却用海水を循環させる循環水
ポンプ等に適用することができる。このとき、これら河
川水や冷却用海水は例えば固形・気体の不純物の混在が
少なくそれら粒子濃度が比較的低いため、特に効果的で
ある。また、ポンプにも限られず、水車等の他の水力機
械にも適用できる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、超音波受信信号のＳ／
Ｎ比を向上することにより、検出対象液体の性質に関係
なく高精度の流量検出を確実かつ安価に行うことができ
る。
Ｎ比を向上することにより、検出対象液体の性質に関係
なく高精度の流量検出を確実かつ安価に行うことができ
る。
【図１】本発明の一実施形態による流量検出方法を実施
する流量検出装置を、雨水排水用の立軸排水ポンプの流
量を検出するのに適用した場合の概略構成を表す断面図
である。
する流量検出装置を、雨水排水用の立軸排水ポンプの流
量を検出するのに適用した場合の概略構成を表す断面図
である。
【図２】超音波流速計での検出結果を演算処理する機能
を表す機能ブロック図である。
を表す機能ブロック図である。
【図３】超音波流速計の送・受波器から送波されたバー
スト波が散乱・反射して戻ってくるときの原理を示す図
である。
スト波が散乱・反射して戻ってくるときの原理を示す図
である。
【図４】流量を算出するための説明図である。
【図５】気液混合水を供給する変形例を示す図である。
【図６】発泡剤の化学反応を利用する変形例を示す図で
ある。
ある。
【図７】電気分解を利用する変形例を示す図である。
【図８】図７（ｂ）中Ｄ−Ｄ断面による断面図である。
【図９】横軸の軸流型ポンプに適用した変形例を示す図
である。
である。
【図１０】図９の構造をさらに立軸ポンプに応用した変
形例を示す図である。
形例を示す図である。
１０１ 超音波流速計
１０１ａ 送・受波器
１０２ 粒子供給手段
１０２Ａ〜Ｄ 粒子供給手段
１０２ａ 空気源
１０２ｃ 給気管
１０３ 制御装置
１０４ 流量算出器（演算手段）
１０５ 気泡（気体粒子）
１１０ ポンプ（高圧液体源）
１１１ エジェクタ
１１２ 吐出管
１１３ 発泡剤
１１８ａ〜ｄ 電極装置
１２０ 吸気管（連通管）
１２２ 吸気管（連通管）
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−249716（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−193617（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−138417（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−186629（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−21321（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−62007（ＪＰ，Ａ)
特公 昭57−3910（ＪＰ，Ｂ１)
富田幸雄 著，流体力学序説，日本,
株式会社 養賢堂，1986年10月20日，第
８版発行，165頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/00 - 9/02
Claims (3)
- 【請求項１】立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路
のうち所定断面における流量を算出する水力機械の流量
検出方法において、 前記流路の前記所定断面より上流側で、高圧液体源、空
気を吸入しその空気を前記高圧液体源からの高圧液体に
混入させるエジェクタ、及びこのエジェクタに接続され
た吐出管とを備えた粒子供給手段によって検出対象液体
内に固体粒子又は気体粒子を供給する手順と、 パルスドップラ式超音波流速計により、複数の超音波パ
ルスを前記検出対象液体内に送波し、前記断面中の測定
線上の複数箇所にて、前記粒子供給手段によって供給さ
れた前記固体粒子又は気体粒子で散乱反射され、ばらば
らに戻ってくる各反射波を所定時間経過後にサンプリン
グする手順と、 これらサンプリングした各反射波のドップラシフト周波
数を基に、前記測定線上の速度分布を求める手順と、 該速度分布を前記所定断面の断面積に対して積分するこ
とにより前記流量を算出する手順とを有する ことを特徴
とする水力機械の流量検出方法。 - 【請求項２】立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路
のうち所定断面における流量を算出する水力機械の流量
検出方法において、 前記流路の前記所定断面より上流側で、水との化学反応
によって気体を発生する発泡剤を備えた粒子供給手段に
よって検出対象液体内に固体粒子又は気体粒子を供給す
る手順と、 パルスドップラ式超音波流速計により、複数の超音波パ
ルスを前記検出対象液体内に送波し、前記断面中の測定
線上の複数箇所にて、前記粒子供給手段によって供給さ
れた前記固体粒子又は気体粒子で散乱反射され、ばらば
らに戻ってくる各反射波を所定時間経過後にサンプリン
グする手順と、 これらサンプリングした各反射波のドップラシフト周波
数を基に、前記測定線上の速度分布を求める手順と、 該速度分布を前記所定断面の断面積に対して積分するこ
とにより前記流量を算出する手順とを有する ことを特徴
とする水力機械の流量検出方法。 - 【請求項３】立軸排水ポンプの直管形状の吐出管の流路
のうち所定断面における流量を算出する水力機械の流量
検出方法において、 前記流路の前記所定断面より上流側で、一端近傍が前記
水力機械内の流路を画定する壁面を貫通して該流路内に
連通しかつ他端近傍が大気開放可能な連通管を備えた粒
子供給手段によって検出対象液体内に固体粒子又は気体
粒子を供給する手順と、 パルスドップラ式超音波流速計により、複数の超音波パ
ルスを前記検出対象液体内に送波し、前記断面中の測定
線上の複数箇所にて、前記粒子供給手段によって供給さ
れた前記固体粒子又は気体粒子で散乱反射され、ばらば
らに戻ってくる各反射波を所定時間経過後にサンプリン
グする手順と、 これらサンプリングした各反射波のドップラシフト周波
数を基に、前記測定線上の速度分布を求める手順と、 該速度分布を前記所定断面の断面積に対して積分するこ
とにより前記流量を算出する手順とを有する ことを特徴
とする水力機械の流量検出方法。
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|---|---|---|---|---|
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| WO2006132343A1 (ja) * | 2005-06-10 | 2006-12-14 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 超音波流量計測装置及び超音波流量計測方法 |
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-
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