JP4599779B2

JP4599779B2 - 流体挙動計測装置

Info

Publication number: JP4599779B2
Application number: JP2001268861A
Authority: JP
Inventors: 公浩寺崎; 健一中洲
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003075320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層内の流体の挙動を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、砂などの固体粒子を含む流体を、プラント機器等において混合、混煉、攪拌などの処理を行う場合、その処理の効率化を図るために、流動層内の流体の挙動を調べる場合がある。
【０００３】
特に、気固系、あるいは、固液系など、混相からなる流動層の場合、その流体の挙動を正確に把握する必要性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流動層内の流体の挙動を把握する方法としては、流動層内に圧力センサを配置し、その圧力センサで流動層内の圧力分布を計測する方法、透過型の光センサを用いて流体の流動状態を検出する方法などが知られている。
【０００５】
しかしながら、圧力センサで流動層内の圧力分布を計測する方法では、ダイアフラムの径に対して流体の粒子径の比率が十分に小さくなくてはならない、あるいは圧力センサの受圧面積に制限があるなど、条件面での制約が多い。また、ダイアフラムに流体の粒子が繰り返し衝突することにより、ダイアフラムに摩耗が生じ、計測精度が低下しやすい。さらに、この方法では、計測された圧力データに基づいて、流動層の流動状態を正確に解析するのは極めて難しい。
【０００６】
一方、透過型の光センサを用いる方法では、投光器と受光器との隙間の寸法に計測結果が依存されやすい。また、計測対象が粒子単体、粒子群、及びボイドのいずれであるかを明確に判定するのが難しい。さらに、この方法では、その計測結果から、流動層の流動状態、特に流れの方向を正確に解析するのが難しい。
【０００７】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、流動層内の流体の挙動を、より正確に把握できる流体挙動計測装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、流動層内の流体の挙動を計測する装置であって、前記流動層内の所定の箇所に配置される球状の受圧体と、前記受圧体に作用する流体の力を計測する計測器と、前記受圧体が一端に取り付けられた棒状のトラバースロッドを有しており、前記受圧体を前記トラバースロッドの軸方向に沿って移動させ、軸の周りで回転させるトラバース装置とを備え、前記計測器は、前記受圧体の内部に配置されることを特徴とする。
この流体挙動計測装置では、計測器によって受圧体に作用する流体の力を計測することにより、その計測箇所における流体の挙動を把握できる。また、計測器が受圧体の内部に配置されることから、受圧体と計測器との間隔が短く、ヒステリシスやクロストークの発生、それに固有振動数の低下が抑制される。
【０００９】
この場合において、前記受圧体には、前記計測器が挿入される孔が設けられ、前記計測器は、一端が前記孔の奥で前記受圧体に固定されるとともに、他端が前記孔の入口で支持されてもよい。
これにより、受圧体の内部に計測器を配置できる。また、受圧体における外力の作用点と、計測器の荷重点との間隔を短くできる。
【００１０】
また、前記計測器は、せん断方式のひずみゲージを含むとよい。
この場合、計測感度を高めるとともに、計測信頼性の向上を図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の流体挙動計測装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の流体挙動計測装置の実施形態の一例を示している。符号１１は、砂などの固体粒子を含む流体が収容された容器であり、この容器１１内において、例えば上方の開口から下方の開口に向けて流れる流体の流動層が形成されている。流体挙動計測装置（以後、計測装置と略称する）１０は、本例では、上記容器１１の側面に設けられた開口部に設置されている。
【００１２】
計測装置１０は、流動層内の所定の計測箇所に配置される受圧体２０と、受圧体２０を所定の方向に移動自在に支持する支持装置としてのトラバース装置２１と、受圧体２０に作用する流体の力を計測する計測器としての力検出器２２とを含んで構成されている。
【００１３】
受圧体２０は、本例では球状であり、流動層を構成する固体粒子の投影面積に比べて格段に広い投影面積を有する大きさに形成され、流体から受ける力が力検出器２２に伝わるように、トラバース装置２１の先端に力検出器２２を介して取り付けられている。なお、受圧体２０とトラバース装置２１との間には、蛇腹部材２３が配設され、内部空間をシールしている。
【００１４】
トラバース装置２１は、容器１１からの流体の流出を防ぐシール部２５と、棒状に形成されかつその一端に受圧体２０及び力検出器２２が取り付けられるトラバースロッド２６と、トラバースロッド２６を容器１１に対して挿脱する方向に摺動自在に支持しかつトラバースロッド２６の軸中心に回転自在に支持する支持機構２７と、トラバースロッド２６の回転角度を示す回転角指示部２８とを含んで構成されている。ここで、支持機構２７は、例えば直動ガイド機器などを用いることにより構成できる。また、支持機構２７は、受圧体２０を移動または回転させるための駆動機器を備えるとよい。回転角指示部２８は、例えば角度表示がなされた角度表示板と、トラバースロッド２６の他端に取り付けられる指示部材等を含んで構成される。
【００１５】
力検出器２２としては、例えば荷重を電気信号に変換する機器を用いることができる。本例では、力検出器２２として、所定の１方向の荷重によるせん断ひずみを検出するせん断方式のひずみゲージを含む構成のものが用いられる。力検出器２２は、受圧体２０に作用する力のうち、トラバースロッド２６の軸方向（Ｘ方向）と直交する方向、つまり容器１１に受圧体２０を挿脱する方向と直交する方向である１方向（例えばＹ方向）の力のみを検出するように配設される。なお、力検出器２２からの電気信号は、各種信号処理やデータ解析などを行う信号処理装置２９に送られた後、表示装置３０、及びデータ収録装置３１に送られる。
【００１６】
図２は、受圧体２０が設置されたトラバースロッド２６の先端部分の構成例を拡大して示す部分断面図である。
本例では、力検出器２２は、受圧体２０の内側に配置されている。すなわち、受圧体２０に孔２０ａが設けられ、その孔２０ａに力検出器２２が挿入されている。また、力検出器２２は、一端が孔２０ａの奥で受圧体２０に固定されるとともに、他端が孔２０ａの入口でトラバースロッド２６に支持かつ固定され、力検出器２２のひずみ検出回路が受圧体２０の中心近くに配置されている。なお、図２中符号３５は、力検出器２２からの配線コードを通すための配線孔である。
【００１７】
次に、上記構成の流体挙動計測装置１０を用いて容器１１内の流体の挙動を計測する方法について説明する。
まず、容器１１の側面のシール部２５から容器１１内に、トラバースロッド２６、及びトラバースロッド２６に取り付けられた受圧体２０を挿入する。そして、トラバースロッド２６を介して受圧体２０を流動層内で移動させ、受圧体２０を流動層内の所定の計測箇所に配置する。
【００１８】
続いて、受圧体２０に作用する流体の力（荷重）を、力検出器２２により計測する。本例では、受圧体２０に作用する力のうち、トラバースロッド２６の軸方向に垂直な所定の１方向のみの力（例えばＹ方向の力）を計測する。力検出器２２からの電気信号は、信号処理装置２９によって各種信号処理やデータ解析された後、表示装置３０に表示され、データ収録装置３１に収録される。
【００１９】
この計測時、トラバースロッド２６を介して受圧体２０を流動層内で移動させる。本例では、受圧体２０を、トラバースロッド２６の軸方向（Ｘ方向）に沿って移動させる。これにより、その軸方向（トラバースライン）に沿って、流動層内での受圧体２０に作用する流体の力の変化を計測できる。そして、この計測結果により、流動層内での流体の挙動を把握できる。
【００２０】
また、計測時、トラバースロッド２６を介して受圧体２０及び力検出器２２を、トラバースロッド２６の軸中心に３６０°回転させるとよい。この場合、回転角指示部２８によってトラバースロッド２６の回転角度が示される。そして、受圧体２０を回転させながら、受圧体２０に作用する力を計測することにより、各計測箇所において、受圧体２０に作用する流体の力の方向（ＹＺ平面内での力の方向）とその大きさが把握でき、計測箇所を中心とする３６０°周りの力の分布図を描くことが可能となる。
【００２１】
本例では、力検出器２２が受圧体２０の内部に配置されることから、受圧体２０と力検出器２２との間隔が短く、ヒステリシスやクロストークの発生、それに固有振動数の低下が抑制される。
【００２２】
すなわち、受圧体２０と力検出器２２との間隔が短いことにより、受圧体２０における外力（合力）の作用点（作用軸）、すなわち受圧体２０に対して流体の力が作用する位置と、力検出器２２の荷重点（荷重軸）、すなわち流体の力を力検出器２２が実際に検出する位置との間隔が極めて短くなり、力の伝達ロス、曲がりによる受圧体２０と力検出器２２との間の相対変位の発生が抑制され、ヒステリシスの発生量が抑制される。
また、受圧体２０と力検出器２２との間隔が短いことにより、曲げ、ねじり等の影響が減少し、クロストークの発生量が抑制される。
また、受圧体２０と力検出器２２との間隔が短いことにより、受圧体２０と力検出器２２を含めた系全体がコンパクトに構成され、その系全体における固有振動数（共振周波数）が高まる。
【００２３】
このように、本例の計測装置１０では、力検出器２２が受圧体２０の内部に配置されることにより、ヒステリシスやクロストークの発生、それに固有振動数の低下が抑制されるので、計測誤差やノイズが生じにくく、より正確に流体の挙動を計測することが可能となる。
【００２４】
また、本例の計測装置１０では、力検出器２２がせん断方式のひずみゲージを含む構成であることから、感度が高く、微小な荷重も検出できる。また、せん断方式のひずみゲージは剛性が高くて固有振動数が高く、信頼性の向上を図れる。
【００２５】
図３は、受圧体２０が設置されたトラバースロッド２６の先端部分の他の構成例を示している。
図３の例では、先の図１に示した計測装置１０と異なり、計測器としての力検出器４０が、受圧体２０に作用する力のうちの互いに直交する２方向の力を計測可能に構成されている。本例では、力検出器４０は、トラバースロッド２６の軸方向（Ｘ方向）と、その軸方向に直交する方向（例えばＹ方向）を検出するように配置されている。また、先の例と同様に、力検出器４０は受圧体２０の内部に配置されている。
【００２６】
上記構成により、この計測装置でも、力検出器２２が受圧体２０の内部に配置されることにより、受圧体２０と力検出器２２との間隔が短く、ヒステリシスやクロストークの発生、それに固有振動数の低下が抑制される。特に、本例のように、複数の方向の力を検出可能な多次元の力検出器２２の場合、曲げ、ねじり等の影響によりクロストークが発生しやすいものの、上述したように、受圧体２０と力検出器２２との間隔が短いことでこれも抑制される。
【００２７】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この流体挙動計測装置によれば、計測器によって受圧体に作用する流体の力を計測することにより、その計測箇所における流体の挙動を把握できる。しかも、計測器が受圧体の内部に配置されることから、受圧体と計測器との間隔が短く、ヒステリシスやクロストークの発生、それに固有振動数の低下を抑制できる。したがって、計測誤差やノイズが生じにくく、より正確に流体の挙動を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流体挙動計測装置の一実施形態の構成例を示す全体構成図である。
【図２】受圧体が設置されたトラバースロッドの先端部分の構成例を拡大して示す部分断面図である。
【図３】受圧体が設置されたトラバースロッドの先端部分の他の構成例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０流体挙動計測装置
２０受圧体
２０ａ孔
２２，４０力検出器（計測器）
２１トラバース装置
２６トラバースロッド

Claims

流動層内の流体の挙動を計測する装置であって、
前記流動層内の所定の箇所に配置される球状の受圧体と、
前記受圧体に作用する流体の力を計測する計測器と、
前記受圧体が一端に取り付けられた棒状のトラバースロッドを有しており、前記受圧体を前記トラバースロッドの軸方向に沿って移動させ、軸の周りで回転させるトラバース装置とを備え、
前記計測器は、前記受圧体の内部に配置されることを特徴とする流体挙動計測装置。
前記受圧体には、前記計測器が挿入される孔が設けられ、
前記計測器は、一端が前記孔の奥で前記受圧体に固定されるとともに、他端が前記孔の入口で支持されることを特徴とする請求項１に記載の流体挙動計測装置。
前記計測器は、せん断方式のひずみゲージを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体挙動計測装置。