JP4456659B1 - 面積流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】加工、組立誤差、配管応力による管体の歪みによる流量測定精度の低下を回避し、組立を容易にする面積流量計を提供すること。
【解決手段】フロートロッド２のロッド部２１は、流量計測管部１４の内部を通っている。フロート部２２は、流量計測管部１４の内部においてロッド部２１に取り付けられ、流量の増減に応じてロッド部２１とともに昇降するものであって、貫通孔２２１を有している。貫通孔２２１は、内径Ｄ１がロッド部２１の外径ｄ１よりも大きく、ロッド部２１を貫通させ、ロッド部２１の径方向への遊動が許容される。
【選択図】図３

Description

本発明は、フロートロッドを有する面積流量計に関する。

面積流量計では、周知のようにテーパ管または直管内の下方から導入された被測定流体をフロート部により絞り、その前後に圧力差を発生させる。フロート部はこの圧力差による上向きの力を受けて上昇するが、上昇するにつれて、テーパ管または直管とフロート部の間の通過面積が増加し圧力差が減少するので、ついにはフロート部の有効重量と上向きの力とが平衡した位置で静止する。この静止した位置によって決まる通過面積と流量とは比例関係にあるので、その位置を検出して流量を求める。

この種の面積流量計において、フロート部の位置を検出する目的を達成するために、フロート部をテーパ管または直管の軸方向の離れた場所に延長する必要から、フロート部とは別のロッド部を設ける場合があり、フロート部とロッド部は一体構造のフロートロッドと呼ぶことがある。

フロートロッドは流量の増減に比例してテーパ管内または直管内を鉛直方向に昇降する必要がある。テーパ管または直管の軸方向の離れた場所に延長されたロッド部内部に永久磁石を封入して、管体の外部に流量変換装置のケースを取り付けて、ケース内に設けた流量指示用の永久磁石を取り付けた、流量指示針により位置検出をおこなう構造や、テーパ管の軸方向の離れた場所に延長されたフロートロッドの端面を、透明ガラス管をとおして直視して位置検出をおこない、透明ガラス管や、その付近に流量目盛を備えて流量検出をおこなう構造のものなどが知られている（例えば特許文献１）。

フロートロッドは流入口と流出口を含む管体内を、鉛直方向に昇降する構造だが、フロートロッドを鉛直方向に昇降させるために、管体の鉛直方向の中心にフロートロッドをガイドする部品を備える必要があり、フロートロッドはガイドする部品と摺動する状態で鉛直方向に昇降する。

フロート部とロッド部は溶接または、ねじ接続、または一体構造で構成されている。この構造では管体（入口管、テーパ管または直管、出口管、フランジなど）が溶接時の熱影響による歪み、テーパ管または直管自体の曲がり、組立誤差により中心軸が曲がっていることが多く、その中に一体構造のフロートロッドを挿入するとテーパ管または直管の最下部付近でフロート部最大直径部の外周面が、テーパ管または直管内面に干渉し、フロート部がテーパ管または直管の最下部付近内面に同真円状に収まらない状態となり接触抵抗による応力が発生して、フロートロッドがスムーズに昇降しない作動障害、いわゆる「セリ」が発生して、流量測定精度が低下してしまう。

また、流量計を外部配管へ取り付けた場合に、外部配管の応力による歪みが流量計に配管応力として影響し、歪みが発生して管体の中心軸が曲がってしまい、その管体に一体構造のフロートロッドを挿入するとテーパ管または直管の最下部付近でフロート部最大直径部の外周面がテーパ管または直管内面に干渉してしまって、フロート部がテーパ管または直管の最下部内面に同真円状に収まらない状態となり、フロートロッドがスムーズに昇降しない、接触することによる応力によっての作動障害、いわゆる「セリ」が発生して、流量測定精度が低下してしまう。

また、本構造の流量計を流量計測する外部配管に取り付けた場合に、被測定流体の温度が高温または低温の場合に、流量計前後の外部配管の熱による応力が発生して歪みが生じ、流量計管体部に応力が加わり歪みが生じ、フロート部とロット部がテーパ管部または直管とガイド部とに接触して、接触によって生じる応力により、フロートロッドがスムーズに昇降しなくなり流量計精度の低下が発生している。

更に、テーパ管または直管内面を切削加工で製作する場合はテーパ管または直管自体の曲がりは少ないのだが、プレスでパイプを金型に押し込んで製作したプレステーパ管または直管ではテーパ管または直管内面の中心軸が微妙に曲がっていて、内部に入れるフロートロッドが「セリ」のために引っかかる状態となり、組み立て作業工数が余計に掛かることや、流量測定精度が低下するなど、流量計としての機能に著しい弊害が生じことになる。

面積流量計の測定レンジは１０：１を標準としており、最大流量の１０％まで測定するために最小流量付近ではテーパ管または直管内面の直径はフロート部外径より大きいのだが、その差はわずかしかない。「セリ」が発生するとフロート部外周面を加工して外径を小さくせねばならず、その結果、最小流量域での通過面積が大きくなってしまい、１０：１の測定レンジが確保できなくなる問題も発生することになる。

フロート部材質はステレス鋼のSUS304、SUS316が最も多く使われている。このオーステナイト系ステンレスは溶接を行うと、溶融部付近に粒界腐食の現象が発生して、流量計測する流体の種類によっては、溶接部付近に著しい腐食が発生して、障害を起こすことがある。フロート部をロッド部に溶接した構造の場合に、溶接部付近に腐食が発生すると、フロート部が脱落したり、固定が損なわれたりする障害が発生する。

特開２０００−４６６０２号公報

本発明の課題は、加工、組立誤差、配管応力による管体の歪みによる流量測定精度の低下を回避し、組立を容易にする面積流量計を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る面積流量計は、管体と、フロートロッドとを含む。前記管体は、流量計測管部を有している。前記フロートロッドは、ロッド部と、フロート部とを有している。前記ロッド部は、前記流量計測管部の内部を通っており、フロート部は、前記流量計測管部の内部において前記ロッド部に取り付けられている。

上記構成及びその基本的な動作は周知である。即ち、テーパ管または直管などで構成された管体内の流入口から導入され、流量計測管部を通って流出口に向かう被測定流体を、流量計測管部においてフロート部により絞り、その前後に圧力差を発生させる。フロート部はこの圧力差による上向きの力を受けて上昇するが、上昇するにつれて、管体とフロート部の間の通過面積が増加し圧力差が減少するので、ついにはフロート部の有効重量と上向きの力とが平衡した位置で静止する。この静止した位置によって決まる通過面積と流量とは比例関係にあるので、その位置を検出して流量を求める。

本発明の特徴は、フロート部が貫通孔を有しており、前記貫通孔は、内径が前記ロッド部の外径よりも大きく、前記ロッド部を貫通させている点にある。

このような構成であれば、貫通孔の内周面とロッド部の外周面との間に、貫通孔の内径とロッド部の外径との間の直径差に起因するクリアランスが発生する。このため、仮に、フロート部が管体の内面に接触した場合、フロート部は、接触した応力を受け、上記クリアランスで許容された範囲で遊動し、接触しない位置まで退避する。この結果、フロート部の動きが、フロートロッドの昇降の妨げになることがなくなり、フロートロッドがスムーズに昇降し、流量計測精度の低下を回避し得る。

管体にフロートロッドを挿入し、リードパイプを管体に取り付けて、ボルトナットなどの固定具で組み立てる際に、フロート部の外周面が管体の最小流量域付近の内面に接触した場合でも、フロート部がロッド部の半径方向に遊動することになる。このため、管体への組立誤差や、管体自体の加工誤差を吸収することができ、組立が容易になり作業工数が軽減される。

さらに、フロート部は、腐食や機械的摩耗などにより流量計の精度が保たれなくなって、修理が必要となった場合に、フロート部をロッド部より取り外すことが容易である。このため、フロート部を交換し、流量計の精度を、元に復帰させることも容易になる。そのための具体的な構成として、フロートロッドは、軸方向の一端へのフロート部の取り外しを禁止し、他端への取り外しを許容すればよい。

以上述べたように、本発明によれば、加工、組立誤差、配管応力による管体の歪みによる流量測定精度の低下を回避し、組立を容易にする面積流量計を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。

本発明に係る面積流量計の一実施の形態を示す縦断面図である。 図１に示した面積流量計のフロート部を拡大して示す図で、（A)は縦断面図、（B)は平面図である。 図１に示した面積流量計のフロート部とロッド部との関係を示す縦断面図である。 本発明に係る面積流量計の別の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明に係る面積流量計の更に別の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明に係る面積流量計の更に別の実施の形態を示す縦断面図である。 図６に示した面積流量計のフロート部を拡大して示す図である。 本発明に係る面積流量計の更に別の実施の形態を示す縦断面図である。 図８に示した面積流量計のフロート部を拡大して示す図である。

図１を参照すると、図示の面積流量計は、管体１と、フロートロッド２と、リードパイプ３とを含む。管体１は、代表的にはテーパ管として構成される。もっとも直管であってもよい。管体１は、流量計測管部１４と、流入口１２と、流出口１３とを有する。流量計測管部１４は、流入口１２から流出口１３に向かう流路を含んでいる。流量計測管部１４の下方には、流入管１６が連続し、上方には流出直管１５が連続している。

流入口１２は、流入管１６の下端に備えられ、流入管１６の上にはフロートロッド２を鉛直方向に昇降するよう、流入管１６の中心にロッド下部２４の外径よりも大きい穴を持つ下部ストッパ９２が備えられている。流入口１２には、流入管フランジ５１が設けられている。

流出直管１５には、流出管１７が流出直管１５の半径方向に９０度の角度をもって備えられている。流出口１３は流出管１７の右端（図において）に備えられている。流出管１７には外部配管接続用の流出フランジ５２が備えられている。

フロートロッド２は、ロッド部２１と、フロート部２２と、ロッド下部２４と、上部ストッパ２５とを含む。フロート部２２は、管体１の流量計測管部１４の内部に配置されている。ロッド部２１及びロッド下部２４は、内部が空中のパイプ構造であってもよいし、内部が詰まった中実棒状の構造であってもよい。フロートロッド２は、内部に封入された永久磁石４１を有する。ロッド部２１は、フロート部２２の上端側と接する側に、上フロート押さえ部２３を有している。上フロート押さえ部２３の外径は、少なくとも、貫通孔２２１の内径Ｄ１よりも大きい。

流量変換機構８は、変換装置ケース８１、流量目盛板８２、流量指示針８３、変換装置用永久磁石８４を含む。

更に、流出直管１５の上端側にはフランジ５４が備えられており、このフランジ５４の上に、流量変換機構８を取り付けたフランジ５３を、ボルト・ナット６１、６２によって締付固定してある。フランジ５３、５４の間にはパッキン９１が介装されている。

上述した面積流量計において、管体１は、流量計測管部１４と、流入口１２と、流出口１３とを有し、流量計測管部１４は流入口１２から流出口１３に向かう流路を含んでいるから、流入口１２から流量計測管部１４を通り、流出口１３に至る流路が形成される。

フロートロッド２は、フロート部２２を含み、フロート部２２は流量計測管部１４の内部に配置されているから、流入口１２から流入管１６を経て流量計測管部１１４内に導入された被測定流体をフロート部２２で絞り、その前後に圧力差を発生させる。フロート部２２はこの圧力差による上向きの力を受けて上昇するが、上昇するにつれて通過面積が増加し圧力差が減少するので、ついにはフロート部２２の有効重量と上向きの力とが平衡した位置で静止する。この静止した位置によって決まる通過面積と流量は比例関係にあるので、その位置を検出して流量を求める。

フロート部２２の静止した位置による流量値は、永久磁石４１と、流量変換機構８に備えられた磁気的結合手段とにより、流量指示針８３に間接的に伝えられ、流量目盛板８２に対する流量指示針８３の位置から読み取られる。

上述した構成及び動作は、面積流量計においてよく知られている。本発明の特徴は、図２及び図３に示すように、フロート部２２が貫通孔２２１を有しており、貫通孔２２１の内径Ｄ１がロッド部２１の外径ｄ１よりも大きく、ロッド部２１を貫通させている点にある。フロート部２２の内径Ｄ１と、ロッド下部２４の外径ｄ１の直径差に起因するクリアランスは、一例であるが、２mm程度に設定する。例えば、ロッド下部２４の外径ｄ１を１０ｍｍとした場合、フロート部２２の内径Ｄ１は１２ｍｍのように選定する。

上述した構成であれば、フロート部２２に設けられた貫通孔２２１の内周面と、ロッド部２１の外周面との間に、貫通孔２２１の内径Ｄ１とロッド部２１の外径ｄ１との間の直径差に起因するクリアランスが発生する。このため、仮に、フロート部２２が管体１の内面に接触した場合でも、フロート部２２が、接触した応力を受け、上記クリアランスで許容された範囲で遊動し、接触しない位置まで退避するので、フロートロッド２の昇降の妨げにならず、スムーズに昇降し、流量計測精度の低下を回避し得る。フロート部２２は、流体の流れが止まったときは重力により下がり、下部ストッパ９２によって下がりが止まることになる。

また、管体１にフロートロッド２を挿入し、リードパイプを管体１に取り付けて、ボルトナットなどの固定具で組み立てる際に、フロート部２２の外周面が管体１の最小流量域付近の内面に接触した場合でも、昇降の妨げにならないよう、フロート部２２がロッド部２１の半径方向に遊動することになる。このため、管体１への組立誤差や、管体１自体の加工誤差を吸収することができ、組立が容易になり作業工数が軽減される。

さらに、フロート部２２は、ロッド部２１に溶接などによって一体構造としていないから、腐食や機械的摩耗などにより流量計の精度が保たれなくなって、修理が必要となった場合に、フロート部２２をロッド部２１より取り外すことが容易である。このため、フロート部２２を交換し、流量計の精度を元に復帰させることも容易になる。そのための具体的な構成として、フロートロッド２は、軸方向の一端へのフロート部２２の取り外しを禁止し、他端への取り外しを許容すればよい。

本発明は、フロートロッドを有する面積流量計に広く適用できる。以下、限られた例ではあるが、図４〜図９を参照し、本発明を適用した面積流量計の一例を示す。これらの図において、図１〜図３に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は、これを省略する。

まず、図４を参照すると、管体１の内部にダンパー機構７を備えた面積流量計が開示されている。ダンパー機構７は、ピストン７１と、シリンダ７２と、シリンダ蓋７３を含んでいる。ピストン７１はフロートロッド２に取り付けられており、シリンダ７２内を昇降する。このダンパー機構７によれば、急激な流量変動に対して、ダンパー機構７の制動作用が働き、フロート部２２、ロッド部２１などが急激な流量変動に起因する損傷から保護される。

この実施形態においても、図２及び図３に図示したように、フロート部２２が貫通孔２２１を有しており、貫通孔２２１の内径Ｄ１がロッド部２１の外径ｄ１よりも大きく、ロッド部２１を貫通させている。

次に、図５を参照すると、管体１の内部にダンパー機構７を備えるほか、管体１の上部に透明ガラス管８２を備え、フロートロッド２１の上部は、透明ガラス管８２の内部を昇降する。透明ガラス管８２の外部には、流量目盛８１が備えられている。流量値は、フロートロッド２の上部の位置を、透明ガラス管８２を透して、直視して読み取る。透明ガラス管８２は、フランジ５３とフランジ８４との間に配置され、フランジ５３ー５４間に取り付けられたボルト・ナット８３、８５によって固定されている。透明ガラス管８２の上部の中央部には、プラグ８６が取り付けられている。

この実施の形態でも、フロート部２２は貫通孔２２１を有しており、貫通孔２２１の内径Ｄ１がロッド部２１の外径ｄ１よりも大きく、ロッド部２１を貫通させている点で、図１〜図３に示した実施の形態と異なるところはない。

図６を参照すると、流入口１２と流出口１３は鉛直同一中心軸上にあり、被測定流体は流入口１２より導入され、流出口１３へ流れる。フロートロッド２のロッド部２１は、その上端部が、ガイド３の内部に摺動できるように挿入されている。ガイド３は、ガイドパイプ９３によって支持されている。フロート部２２、ロッド部２１、流量計測管部１４の構成は、図７に図示されている。

図７を参照すると明らかなように、フロート部２２は貫通孔２２１を有しており、貫通孔２２１の内径Ｄ１がロッド部２１の外径ｄ１よりも大きく、ロッド部２１を貫通させている。ロッド下部２４は、フロート部２２と接する端部側に、下フロート押さえ部２４１を有している。下フロート押さえ部２４１の外径は、少なくとも、フロート部２２に設けられた貫通孔２２１の内径Ｄ１よりも大きくなっている。フロート部２２は、上フロート押さえ部２３と下フロート押さえ部２４との間で、緩く押さえられており、ロッド部２２の径方向、及び、軸方向に遊動しえる。即ち、フロート部２２は、ロッド下部２４の全長にわたって遊動できる必要はない。

更に、図８を参照すると、入口１２と流出口１３は鉛直同一中心軸上にあり、被測定流体は流入口１２より導入され、流出口１３へ流れる。フロート部２２、ロッド部２１、流量計測管部１４の構成は、図９に図示されている。図９を参照すると明らかなように、フロート部２２は貫通孔２２１を有しており、貫通孔２２１の内径Ｄ１がロッド部２１の外径ｄ１よりも大きく、ロッド部２１を貫通させている。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１ 管体
１４ 流量計測管部
２ フロートロッド
２１ ロッド部
２２ フロート部
２２１ 貫通孔

Claims (2)

1. 管体と、フロートロッドとを含む面積流量計であって、
   前記管体は、流量計測管部を有しており、
   前記フロートロッドは、ロッド部と、フロート部とを有しており、
   前記ロッド部は、前記流量計測管部の内部を通っており、
   前記フロート部は、貫通孔を有し、前記流量計測管部の内部において前記ロッド部に取り付けられており、
   前記貫通孔は、内径が前記ロッド部の外径よりも大きく、前記ロッド部を貫通させており、
   前記ロッド部は、前記フロート部の上端と接する側に固定して設けられたフロート押さえ部を有する、
   面積流量計。
2. 請求項１に記載された面積流量計であって、前記フロートロッドは、軸方向の一端への前記フロート部の取り外しを禁止し、他端への取り外しを許容する機構を有する、面積流量計。
   

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