JP3497572B2 - 電磁流量計検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、配管接続用フランジを
備えた電磁流量計検出器に関する。 【０００２】 【従来の技術】電磁流量計検出器としては、例えば特願
昭６１−２２４８４７号に記載されている技術がある。
図７はかかる電磁流量計検出器の構造図である。測定管
１は、被測定流体の圧力、温度変化による配管の伸縮に
基づく引張又は圧縮の力を担う強度母体とし、かつそれ
に耐える所要の内径、肉厚、長さを有する剛構造部材と
し、被磁性金属、例えばステンレスのパイプにより形成
されている。 【０００３】この測定管１の長手方向の中心位置におけ
る直径軸線と同心には、配線導出用パイプ２が溶接され
ている。この配線導出用パイプ２は、非磁性金属、例え
ばステンレスからなり、所要の径及び長さを有してい
る。 【０００４】別途、金属薄板例えば鋼の薄板を巻板加工
して環状の連続コイルが作られ、これが１巻づつ切断さ
れ端末同志が溶接され、測定管１に嵌合する薄板リング
状のコイル室側板３が作製される。 【０００５】又、配管接続用フランジ４は、被測定流体
の圧力に基づく所要規格のものであり、剛性を高めたハ
ブ５付きの形状とし、所定のボルト穴が形成されてい
る。なお、配管接続用フランジ４の材質は、非磁性金属
でも磁性金属でもよい。 【０００６】上記コイル室側板３は、２枚を測定管１の
長手方向中心で振り分けて所要の間隔で測定管１に対し
て外嵌溶接され、さらに配管接続用フランジ４は測定管
１の両端部に対して外嵌して溶接されている。 【０００７】別途、端子箱取付台６は、磁性金属、例え
ば鋼により所要径の円板の下面に配線導出用パイプ２に
隙間を保って外嵌する内径のパイプが同心に取着され、
かつ前記円板に配線導出用パイプ２に嵌合する穴が明け
られた形状に作製されている。 【０００８】この端子箱取付台６は、配線導出用パイプ
２に円板の穴を合わせて溶接されている。以上により測
定管部組立体が形成される。 【０００９】この測定管部組立体の測定管１の内面及び
配管接続用フランジ４のライニングフレア部との接触面
には、ライニング７が施工されている。このライニング
７は、測定管１の内面及び配管接続用フランジ４のライ
ニングフレア部との接触面をサンドブラストにより粗面
とし、ゴム糊によって生ゴムを貼り付け、貼り付けを完
了した測定管部組立体を生蒸気缶に入れ、高温加硫を行
って施工されている。 【００１０】このライニング施工済の測定管部組立体に
対し、配線導出用パイプ２の軸線と直交する測定管１の
直径軸線上に位置させて測定管１の対称な管壁にそれぞ
れ電極８が取付けられている。 【００１１】これら電極８の軸線及び測定管１の管軸を
含む平面に対称に一対の鞍型コイル９が測定管１の外面
に取り付けられている。この鞍型コイル９の固定は、測
定管１の所要位置に溶接により設けたスタッドとハンド
及びナットにより行う。 【００１２】そして、電極８及び鞍型コイル９の各引出
線は、配線導出用パイプ２に設けた窓穴を介してパイプ
２内に挿入され、このパイプ２を介して外部に導出さ
れ、端子箱取付台６に端子箱を取り付け、導出された各
引出線を所定の端子に接続している。 【００１３】一方、一対のコイル室外周板１０は、測定
管１に溶接取着された一対のコイル室側板３に、それぞ
れ管軸方向の端末が外嵌する長さ及び径を有する円筒を
その軸線及び配線導出用パイプ２の軸線を含む面で２分
割され、さらに端子箱取付台６のパイプに係合する半円
状の切欠きを設けた形状に磁性金属、例えば薄鋼板で形
成されている。 【００１４】この一対のコイル室外周板１０は、電気部
品の取付け及び配線の終わった測定管部組立体に対して
取付けられ、又、コイル室側板３及び端子箱取付台６の
パイプとの当接部位及びそのコイル室外周板１０の接合
端同志がそれぞれ溶接されている。 【００１５】特に測定管１の両端部における配管接続用
フランジ４の部分の構造を説明すると、図８に示すよう
に、測定管１に対して一対のコイル室側板３が外嵌溶接
されている。 【００１６】又、測定管１の両端部には、一対の配管接
続用フランジ４が溶接され、測定管組立体に対してライ
ニング７が施工されている。このライニング施工済みの
測定管組立体には、電極８及び励磁コイル９が組み立て
られている。 【００１７】一対のコイル室側板３には、円筒をその軸
を含む面で２分割し管軸方向端末が外嵌する形状に磁性
金属薄板で形成された一対のコイル室外周板１０が取付
けられている。 【００１８】そして、測定管組立体との当接部位及びコ
イル室外周板１０の接合端同志は、それぞれ溶接されて
いる。このような電磁流量計検出器の構造であれば、測
定管１自体が被測定流体からの応力や配管接続時の応力
を担う所要強度を有する非磁性金属からなる剛構造部材
であり、柔構造のコイル室側板３、コイル室外周板１
０、励磁コイル９及び測定管１から形成される磁気回路
部は、配管接続用フランジ４と絶縁されている。 【００１９】このため、磁気回路部には、配管接続時の
応力が伝わらず、悪影響が発生しないものであり、かつ
配管接続用フランジ４を相手配管規格に合わせて選択す
ることにより、その他の構成部品を共通化できて製品仕
込みの上で有利なものとなる。 【００２０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く溶接構造の電磁流量計検出器であれば、測定管１に
所要強度を担わせるため肉厚が厚くなることや、コイル
室側板３と配管接続用フランジ４との間に溶接作業をす
るスペースが必要であり、この溶接作業スペースにより
全長が長くなること等の理由により重量が増加する。 【００２１】これと共にコイル室側板３の溶接部位とコ
イル室外周板１０の溶接部位とにおける各溶接不良によ
り、気密漏れの発生が懸念される。又、測定管１の両端
部の各配管接続用フランジ４を配管側フランジに配管接
続する際、このときに外力により配管接続用フランジ４
や測定管１の端部に過度の応力が集中し、これが高じる
と破壊に至るような強度的に問題がある。 【００２２】特にこのような測定管１の両端部における
応力の集中は、配管接続用フランジ４や測定管１の溶接
部位において著しく、これら接合部位には、大きな曲げ
モーメントが生じ、これを緩和させるための対策が必要
とされる。 【００２３】このため、配管接続用フランジ４と測定管
１との溶接部位における強度を確保するため、配管接続
用フランジ４や測定管１が充分な所要強度を有するよう
に厚く形成しなければならない。 【００２４】このような厚く形成する構造では、配管接
続用フランジ４と測定管１との溶接部位に対しての応力
集中を回避することは困難であり、これを防止するため
に各部の厚みをより一層厚く形成する必要があり、この
結果、電磁流量計検出器の重量が増加し、さらにコスト
が高くなってしまう。 【００２５】又、特願昭６１−２２４８４７号には、図
９に示すようにボルト穴付きの配管接続用フランジ１１
とコイル室側板１２とを一体化した構造が記載されてお
り、このような構造であれば、上記図８に示す構造に比
べて多少測定精度を低下させることが許される場合に適
用されるものである。 【００２６】しかしながら、このような構造であれば、
配管接続用フランジ４や測定管１が充分な所要強度を有
するように厚く形成することが可能であるが、その厚み
や長さについては規定されておらず、確実に配管接続用
フランジ４と測定管１との溶接部位に対しての応力集中
を回避するものであるとは言いがたいものである。 【００２７】そこで本発明は、過度な応力集中による破
壊といった事態を防止できるとともに気密性の向上を図
り、かつ全体の軽量化及び低コスト化を達成できる電磁
流量計検出器を提供することを目的とする。 【００２８】 【課題を解決するための手段】 【００２９】 請求項１によれば、非磁性金属製の測定
管の外周部に励磁コイルを設置した電磁流量計検出器に
おいて、前記測定管の両端部に対して、配管接続用フラ
ンジ及び励磁コイルを収納するためのコイル室側板を測
定管補強鍔を介して一体化し、内面側が非磁性材料で外
周側が炭素鋼とする傾斜機能材料から成る二重構造フラ
ンジ部をそれぞれ前記測定管と一体的に形成した電磁流
量計検出器である。 【００３０】 【作用】 【００３１】 請求項１によれば、配管接続用フランジ
及び励磁コイルを収納するためのコイル室側板を測定管
補強鍔を介して一体化し、内面側が非磁性材料で外周側
が炭素鋼とする傾斜機能材料から成る二重構造フランジ
部を非磁性金属製の測定管の両端部に対してそれぞれ前
記測定管と一体的に形成したので、この二重構造フラン
ジ部により、機械的な応力が作用する測定管両端部に対
する補強が図れ、かつ配管接続用フランジとコイル室側
板との間の溶接箇所を削減できて気密漏れ及び作業コス
トを低減できる。 【００３２】 【００３３】 【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図面を
参照して説明する。なお、図７と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。図１は電磁流量計
検出器の配管接続用フランジの部位を示す構成図であ
る。 【００３４】ここで、この電磁流量計検出器の構造を実
現した背景を説明すると、図２に示すような測定管１の
端面に対して配管接続用フランジから曲げモーメントＭ
o が作用すると、測定管１のＸ軸方向の曲げモーメント
Ｍｘは、図３に示すように測定管１の端面から離れるに
従って減少していき、ある距離以上離れると測定管１に
は配管接続用フランジからの曲げモーメントＭo は作用
しなくなることが知られている。 【００３５】なお、図２及び図３において、Ｍo は作用
モーメント、Ｍｘは位置ｘでの発生モーメント、βは測
定管１の直径と肉厚で決まる定数であって、 β⁴ ＝３×（１−ν² ）・（１／ａ² ・ｈ² ） …(1) の関係となっている。 【００３６】ここで、νはポアソン比、ａは測定管１の
半径、ｈは測定管１の肉厚である。このことから配管接
続時の応力を担う所要強度を有する測定管１の肉厚が必
要なのは、曲げモーメントＭｘが作用する範囲内であ
り、この範囲を過ぎて中心付近の測定管１の肉厚は、流
体圧力からの応力を担う厚さを備えればよい。 【００３７】従って、測定管１の軽量化を図り、かつ所
要強度を有する構造にするには、測定管１の端面付近を
厚肉に形成し、中心付近を薄肉に形成することにより実
現するものである。 【００３８】図１に示す電磁流量計検出器の構造を説明
すると、測定管１は、被測定流体の圧力、温度変化によ
る配管の伸縮に基づく引張又は圧縮の力を担う強度母体
とし、かつそれに耐える所要の内径、肉厚、長さを有す
る剛構造部材とし、被磁性金属、例えばステンレスのパ
イプにより形成されている。 【００３９】この測定管１の内面には、配管接続用フラ
ンジ２１の外側面をも含めてテフロン、ゴム等の絶縁ラ
イニング７が全面に渡って被覆形成されている。このラ
イニング７の施された測定管１の長手方向中央の直径軸
線上には、対向する接続端を有する一対の電極８が挿通
され、かつこの電極８の軸線及び測定管１の管軸を含む
平面に対称に磁界を加えるための一対の励磁コイル９が
測定管１の外周部にそれぞれ固定されている。 【００４０】なお、電極８により導電性を有する被測定
流体中で生じる起電力が取り出され、測定管１内に流れ
る被測定流体の流量が測定されるようになっている。こ
の測定管１の両端部には、一対の二重構造フランジ部２
０が機械加工により作製されて外嵌溶接されている。 【００４１】この二重構造フランジ部２０は、被測定流
体の圧力に基づく所要規格の配管接続用フランジ２１と
励磁コイル９を収納するための薄板リング状のコイル室
側板２２とを測定管補強鍔２３を介して一体的に形成し
たものである。なお、測定管補強鍔２３は、測定管１の
剛性を高めるためのものとなっている。 【００４２】この二重構造フランジ部２０の材質は、非
磁性金属でも磁性金属でもよい。上記測定管補強鍔２３
の厚さは、電磁流量計検出器の呼口径をＤと表したとき
に０．０１Ｄ〜０．６Ｄに形成されている。 【００４３】この測定管補強鍔２３の厚さ０．０１Ｄ〜
０．６Ｄは、有限要素法（ＦＥＭ：有限要素法解析ソフ
トＩ−ＤＥＡＳ；Structural Dynamics Research Corpo
ration）による強度解析に基づいて得られている。 【００４４】すなわち、電磁流量計において配管接続時
や流体圧力により機械的な応力が加わる部分である測定
管１及びコイル室側板２２と配管接続用フランジ２１
を、測定管補強鍔２３で一体的に形成した二重構造フラ
ンジ部２０等をモデル化し、有限要素法による強度計算
により解析を行い、その計算結果に基づいて測定管補強
鍔２３の厚さを０．０１Ｄ〜０．６Ｄに形成している。 【００４５】ここで、有限要素法による強度解析計算モ
デルは、配管接続用フランジ２１をＳＳ４００、測定管
１をＳＵＳ３０４により形成し、設計圧力はＪＩＳ 10
ｋとし、測定管１や配管接続用フランジ２１等に作用す
る外力条件、測定管１の内面に作用する流体圧力による
力Ｐ、管軸方向への配管ボルトの締め付け力Ｆなどを演
算することにより強度解析計算を行っている。なお、Ｓ
Ｓ４００とＳＵＳ３０４の許容最大応力は１０１ＭＰａ
（１０．３kgｆ／cm² ）である。 【００４６】このような構造の電磁流量計検出器であれ
ば、配管接続用フランジ２１の根元に集中する応力を分
散させるために適当な測定管補強鍔２３の厚さの選定を
行って必要かつ充分な強度を持つものとなる。 【００４７】又、市販の鋼材から形成し各部材の厚さを
できるだけ薄くすることで、軽量化及び低コスト化が実
現できる。すなわち、図７に示す従来の電磁流量計検出
器との比較を説明すると、従来構造では測定管１に対し
て直接配管接続用フランジ４を溶接固定しているので、
これを呼口径５０Ａについて有限要素法により強度解析
を行うと、図４に示すように配管接続用フランジ４の根
元に最大で１０１ＭＰａ（１０．３kgｆ／cm² ）（材料
の最大応力値σmax ）に達する応力が局部的に集中して
発生し、破壊を生じる可能性のあることが確認された。 【００４８】さらに、有限要素法による強度計算に基づ
き種々の検討を行った結果、配管接続用フランジ２１の
根元のＲ面寸法をＲ５以上とし、又測定管補強鍔２３を
電磁流量計検出器の各呼口径Ｄに対して図５に示すよう
な厚さ係数の範囲（斜線領域）で形成することにより、
発生最大応力を材料の最大応力値σmax 以下にすること
ができる。 【００４９】これにより、測定管補強鍔２３及び配管接
続用フランジ４の全体に亘って応力が分散されることが
確認された。このように上記第１の実施例においては、
測定管１の両端部に、配管接続用フランジ２１及びコイ
ル室側板２２を測定管補強鍔２３を介して一体的に形成
した二重構造フランジ部２０をそれぞれ設け、この測定
管補強鍔２３の厚さを、電磁流量計検出器の呼口径をＤ
と表したときに０．０１Ｄ〜０．６Ｄに形成したので、
配管接続用フランジ２１とコイル室側板２２との間の溶
接箇所を削減して気密漏れを無くすとともに作業コスト
を下げ、かつ溶接作業スペースが不要となることにより
全長を短縮できる。 【００５０】又、機械的な応力が作用する部分である測
定管１の端面部を二重構造フランジ部２０により補強し
てあるので、測定管１の肉厚を薄くして軽量化できる。
この軽量化や配管接続用フランジ２１の根元に集中する
応力を分散・緩和するための寸法最適化の目的で測定管
１と二重構造フランジ部２０をモデル化し、有限要素法
を用いた強度計算により解析を実施し、測定管補強鍔２
３の肉厚を０．０１Ｄ〜０．６Ｄに形成することによ
り、測定管１の肉厚を薄くでき、同時に配管応力に対し
て必要かつ充分な強度を持たせることができ、小形・軽
量化、さらには低コスト化が実現できる。 (2) 次に本発明の第２の実施例について説明する。な
お、図７と同一部分には同一符号を付してその詳しい説
明は省略する。 【００５１】図６は電磁流量計検出器の配管接続用フラ
ンジの部位を示す構成図である。測定管３０の両端部に
は、配管接続用フランジ３１及びコイル室側板３２を測
定管補強鍔３３を介して一体化した二重構造フランジ部
３４がそれぞれ一体的に形成されている。 【００５２】この測定管補強鍔３３の厚さは、上記同様
に電磁流量計検出器の呼口径をＤと表したときに０．０
１Ｄ〜０．６Ｄに形成されている。又、この二重構造フ
ランジ部３４は、内面側すなわち測定管３０の内面側と
もなる内面側を非磁性材料例えばＳＵＳとし、外周側を
炭素鋼ＳＳとする傾斜機能材料により形成されている。 【００５３】すなわち、測定管３０の内面が非磁性材
料、二重構造フランジ部３４が炭素鋼となっている。こ
のような構成であれば、配管接続用フランジ２１とコイ
ル室側板２２との間の溶接箇所を削減して気密漏れを無
くすとともに作業コストを下げ、かつ溶接作業スペース
が不要となることにより全長を短縮できる。 【００５４】特に溶接作業の箇所を省略でき、気密性の
向上が図れるとともにコストダウンが実現できる。又、
機械的な応力が作用する部分である測定管３０の端面部
を二重構造フランジ部３４により補強してあるので、測
定管３０の肉厚を薄くして軽量化することができる。 【００５５】さらに有限要素法を用いた強度計算により
解析を実施し、測定管補強鍔３３の肉厚を０．０１Ｄ〜
０．６Ｄに形成することにより、測定管３０の肉厚を薄
くでき、同時に配管応力に対して必要かつ充分な強度を
持たせることができ、小形・軽量化、さらには低コスト
化が実現できる。 【００５６】なお、本発明は、上記第１及び第２の実施
例に限定されるものでなく次の通り変形してよい。例え
ば、上記第２の実施例において二重構造フランジ部３４
は、内面側を非磁性材料とし、外周側を炭素鋼とする傾
斜機能材料により形成しているが、これに限らずＳＳ４
００又はＳＵＳ３０４により形成してもよい。このよう
な構造としても、溶接作業の箇所を省略でき、気密性の
向上が図れるとともにコストダウンが実現できる。 【００５７】 【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、過
度な応力集中による破壊といった事態を防止できるとと
もに溶接箇所を削減できて気密性の向上を図り、かつ低
コスト化を達成できる電磁流量計検出器を提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係わる電磁流量計検出器の第１の実施
例を示す構造図。 【図２】測定管の端面に曲げモーメントが加わった状態
を示す模式図。 【図３】測定管の端面に曲げモーメントが作用したとき
の管軸方向の曲げモーメントの大きさを示す特性図。 【図４】呼口径５０Ａにおける測定管補強鍔の厚さに対
する発生応力を示す特性図。 【図５】各呼口径における測定管補強鍔の厚さと呼口径
との関係を示す特性図。 【図６】本発明に係わる電磁流量計検出器の第２の実施
例を示す構造図。 【図７】従来の電磁流量計検出器の構造図。 【図８】電磁流量計検出器の配管接続用フランジ部位の
構造図。 【図９】電磁流量計検出器の他の配管接続用フランジ部
位の構造図。 【符号の説明】 １，３０…測定管、７…ライニング、８…電極、９…励
磁コイル、１０…コイル室外周板、２０，３４…二重構
造フランジ部、２１，３１…配管接続用フランジ、２
２，３２…コイル室側板、２３，３３…測定管補強鍔。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】非磁性金属製の測定管の外周部に励磁コイ
   ルを設置した電磁流量計検出器において、前記測定管の
   両端部に対して、配管接続用フランジ及び前記励磁コイ
   ルを収納するためのコイル室側板を測定管補強鍔を介し
   て一体化し、内面側が非磁性材料で外周側が炭素鋼とす
   る傾斜機能材料から成る二重構造フランジ部をそれぞれ
   前記測定管と一体的に形成したことを特徴とする電磁流
   量計検出器。