JPH0210417Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、羽根車の回転により流量を計測しう
るタービンメータに関する。

従来のタービンメータは、内部が被測流体の流
路とされた流量計本体中に羽根車を支承してな
り、通路を通過する流体の流量が増大又は減少す
るに伴ない、夫々羽根車の回転速度が増大又は減
少し、この回転数を検出することにより流量の計
測を行なつていた。

この場合タービンメータの計測精度が一定の精
度を保証しうる流体の流量範囲X₁が定まつてお
り、この場合の器差特性を第１図中曲線ａにより
示す。

第１図中流体の流量ＱがQ₁からQ₂までの範囲
X₁（但しQ₁：Q₂＝１：20程度）は器差（％）は殆
ど変化なく、正確な計測を行ないうる。しかし流
路断面積は同一であるから、流量が低下するにつ
れて流速が低下し、羽根車に作用する駆動力が低
下し、タービンメータの感度が低下する現象が避
けられない。流量ＱがQ₁以下になると流速が小
さくなりすぎて十分に羽根車の回転トルクを生ぜ
しめることができなくなる。従つて羽根車は急激
に回転しなくなり、第１図の如く器差は急激に低
下して正確な計測を行なえなくなる。

即ち、従来のタービンメータでは、許容器差範
囲内で計測しうる最低流量が比較的大なる流量で
ある流量Q₁に制限され、微小流量の計測は不可
能であるという欠点があつた。

そこで、本考案は、被測流体の流量に応じて被
測流体を羽根車に導く通路の面積を可変し、被測
流体が減ると通路の面積を小として流体の流速を
大なる値に維持するようにして、低流量域の感度
を上昇させて、微小流量の計測を可能とし、上記
欠点を除去したタービンメータを提供することを
目的とする。

そのための構成は、内部に被測流体の流路が形
成された流量計本体と、該流量計本体に支承さ
れ、該流路を流れる被測流体により回転される羽
根車と、該羽根車の外周を囲んで被測流体を該羽
根車に案内するように前記流路中に配設された筒
部と、前記筒部の上流側開口を閉塞するように設
けられた閉塞部材と、該筒部外壁と前記流路内壁
との間の前記流路を閉塞するように前記筒部又は
閉塞部材に接続されて設けられ、前記羽根車に対
する上流側と下流側との被測流体の差圧により可
動する隔壁とよりなり、 該被測流体の流量が増すと該被測流体を該羽根
車に導く上記上流側開口の面積が大となり、該被
測流体の流量が減ると上記上流側開口の面積が小
となる構成としてなるものである。

次に、その各実施例について説明する。

第２図、第３図は夫々本考案になるタービンメ
ータの一実施例の縦断正面図及び縦断側面図であ
る。

図中、軸流型のタービンメータ１は、流量計本
体としてのハウジング２を有する。

ハウジング２は、ハウジング半体３と４とを突
き合わせてなる構造であり、内部空間に羽根車５
が支持されている。ハウジング半体３，４は夫々
流入管６及び流出管７を有し、ハウジング２の内
部空間は被測流体が矢印方向に流れる流路８を形
成する。

９は円柱形状のボスであり、上流側のハウジン
グ半体３の内方向に突出しているステー１０ａ，
１０ｂによりハウジング２の軸心位置に固定して
ある。ボス９には、小流量用のテーパ状通路１１
ａ〜１１ｄと、通常流量用のテーパ状通路（開
口）１２ａ〜12dとが等角度間隔で且つ交互に形
成してある。小流量用のテーパ状通路１１ａ〜１
１ｄは、ボス９の上流側端面より下流方向に向か
つて直線状に延在し、下流側が縮径された形状の
通路である。通常流量用のテーパ状通路１２ａ〜
１２ｄは、ボス９の周面に入口開口１２ａ−₁〜
１２ｄ−₁を有し、これより下流方向に向かつて
Ｌ字状に屈曲延在し、下流側が縮径された形状の
通路である。なお、上記各テーパ状通路１１ａ〜
１１ｄ，１２ａ〜１２ｄの出口開口１１ａ−₁〜
１１ｄ−₁，１２ａ−₂〜１２ｄ−₂は、第３図に
示すように、ボス９の下流側端面に交互に並んで
いる。

羽根車５は、軸受１３，１４及びスラスト軸受
１５，１６により回転可能に支持されており、ボ
ス９の下流側端面に対向している。羽根車５の各
羽根が上記出口開口１１ａ−₁〜１１ｄ−₁，１２
ａ−₂〜１２ｄ−₂に対向している。上記軸受１４
が形成してある下流側コーン１７は、ステー１８
により、ボス９の筒部９ａに取付けられており、
羽根車５を支持している。

２０は閉塞部材を構成する筒状のスリーブであ
り、ボス９の外側に矢印Ａ，Ｂ方向に滑動可能に
嵌合してある。スリーブ２０は、矢印Ｂ方向（閉
方向）に移動して第２図に示すように、全部の入
口開口１２ａ−₁〜１２ｄ−₁を閉蓋し、矢印Ａ方
向に移動して、入口開口１２ａ−₁〜１２ｄ−₁を
徐々に開く。なお、スリーブ２０は、筒部９ａの
外周に設けられた圧縮コイルばね２１により矢印
Ｂ方向に付勢されており、同方向に移動してスト
ツパとして機能するステー１０ａ，１０ｂに係止
されている。

２２は隔壁を構成する弾性材製の円環形状のダ
イヤフラムであり、流路８のうち羽根車５とハウ
ジング２との間を閉塞しており、羽根車５に対向
する位置より外れた位置に設けてある。このダイ
ヤフラム２２は、内周縁がスリーブ２０に焼付又
は接着により固定してあり、外周縁がリング部材
２３に接着され且つハウジング半体３，４に挟ま
れて固定してあり、ハウジング２の内部空間であ
る流路８を上流室２４と下流室２５に仕切つてい
る。

ダイヤフラム２２は羽根車５に対向する位置に
はないため、ダイヤフラム２２は流体の流れを妨
害せず、流量計測精度を損ねることにならない。

なお、上記ダイヤフラム２２の寸法及び圧縮コ
イルばね２１のばね力は、タービンメータ１の仕
様に応じて適宜定めてある。

次に、上記タービンメータ１の動作について説
明する。

まず、被測流体が流量Q₃で流れているときの
状態について説明する。

上流室２４の圧力はPa、下流室２５の圧力は
Pb、差圧はPdとなる。差圧Pdは大きく、ダイヤ
フラム２２に作用する差圧Pdによる矢印Ａ方向
の力はばね２１による矢印Ｂ方向の力を上回つて
いる。このため、スリーブ２０はダイヤフラム２
２により引かれてばね２１に抗して第２図に示す
位置より矢印Ａ方向に最大限移動して同図中二点
鎖線で示す位置にあり、入口開口１２ａ−₁〜１
２ｄ−₁は全開している。

このため、流体は、通常流量用のテーパ状通路
１２ａ〜１２ｄ及び小流量用のテーパ状通路１１
ａ〜１１ｄを通して羽根車５に噴流として作用
し、羽根車５を回転させて下流側へ移動する。羽
根車５の回転数が検出、計数されて、流量指示部
（図示せず）に流量Q₃が表示される。

流量が増すと、これに応じて上記差圧も増し、
ダイヤフラム２２及びスリーブ２０は上記の位置
に保たれ、流量は上記と同様に計測される。

こゝで、流量が減少したときの動作について説
明するに、流量が減少するに応じて上記差圧Pd
が減少し、流量がQ₄程度となると、ダイヤフラ
ム２２に作用する差圧Pdによる矢印Ａ方向の力
とばね２１による矢印Ｂ方向の力とが平衡し、ス
リーブ２０がばね２１により矢印Ｂ方向に移動を
開始し、入口開口１２ａ−₁〜１２ｄ−₁を徐々に
閉じる。これにより流体を羽根車５に導く通路の
面積が徐々に減少する。入口開口１２ａ−₁〜１
２ｄ−₁がスリーブ２０により一部閉じられた状
態においては、流体は、不完全閉蓋状態の入口開
口１２ａ−₁〜１２ｄ−₁を通り、テーパ状通路１
２ａ〜１２ｄを通つて羽根車５に作用すると共に
テーパ状通路１１ａ〜１１ｄを通つて羽根車５に
作用し、羽根車５は流量に応じた速度で回転し、
流量は正常に計測される。

流量がQ₁付近まで減少すると、上記差圧Pdは
更に小となり、スリーブ２０はばね２１により押
されてステー１０ａに当接する第２図に示す最終
位置まで移動する。これにより、入口開口１２ａ
−₁〜１２ｄ−₁がスリーブ２０により完全に閉蓋
され、テーパ状通路１２ａ〜１２ｄは閉じられ
る。このため、流体は小流量用のテーパ状通路１
１ａ〜１１ｄだけによつて羽根車５に導かれるこ
とになり、流体を羽根車５に導く通路の面積は小
となり、圧力損失が増える。従つて、流体は速い
流速の噴流となつて出口開口１１ａ−₁〜１１ｄ
−₁より吐出する。また流体はテーパ状通路１１
ａ〜１１ｄの途中で絞られることにより、流速が
増し、流体は、非常に速い流速の噴流となつて単
位流量当りの運動エネルギが大きくなり開口１１
ａ−₁〜１１ｄ−₁より吐出して羽根車５の羽根に
当たる。テーパ状通路１１ａ〜１１ｄはノズルと
して作用する。

こゝで、噴流により羽根車５に作用する駆動力
Ｆは、 Ｆ＝ρQv sinθ こゝで、ρ：流体の密度 ｖ：流速 θ：噴流が羽根に当る角度 である。

により表わされる。これより流速ｖを大きくすれ
ば駆動力Ｆを大とすることが可能であることが分
かる。

本実施例では、上記のように羽根車５の羽根に
当たる噴流の速度ｖは可能な限り大としてあるた
め、羽根車５には大なる駆動力Ｆが作用し、羽根
車５は流量に応じた速度で依然として回動しう
る。羽根車５を回転させるに必要な駆動力は、流
量がQ₁より更に低下して、Q₅程度になるまで与
えられ、タービンメータ１の低流量域の感度が上
昇する。

これにより、上記タービンメータ１の器差特性
は、第１図中曲線ｂで示す如くになり、計測可能
な流量域が低流量域側に△Ｘ拡大され、従来は不
可能であつた微小流量の計測も可能となる。また
許容誤差範囲内で計測しうる流量の範囲も拡大さ
れてX₂となる。従つて、タービンメータ１は、
例えばプロセス用燃料流量計測用等で流量変化が
特に大きい流体の計測用に最適となる。

なお、上記のタービンメータ１において、ダイ
ヤフラム２２は羽根車５に対向する位置より外れ
た位置にある。このためダイヤフラム２２は羽根
車５に向かう流体の流路より外れており、この流
体の流れを妨害する作用は無く、流量計測は高精
度で行なわれる。またダイヤフラム２２の寸法
は、流量計測精度を低下させることなく、任意の
寸法に定めることが出来、例えばスリーブ２０が
変位を開始するときの流量を自由に定めることが
出来、設計上有利となる。

またタービンメータ１が組込まれたシステムで
は管路の切り替えなどで流入流れの状態が変化す
るため、メータ常数（回転数／流量）が計測可能
な流量範囲の全域に亘つて一定とならない可能性
があるが、タービンメータ１は器差性能の再現性
が極めて良いので、流量較正曲線をマイクロコン
ピユータで記憶してリニヤライズすることは極め
て容易であり、全体として流量計測精度の向上を
図ることが可能である。

第４図は本考案の別の実施例の接線流型のター
ビンメータ３０を示す。

同図中、３１はハウジング半体３２，３３を組
合わせてなるハウジング、３４は羽根車、３５は
流入管、３６は流出管である。

３７は筒体であり、羽根車３４を囲繞してい
る。３８は隔壁を構成する円環形状のダイヤフラ
ムであり、内周縁が筒体３７に、外周縁がハウジ
ング３１に固定してあり、流路３９を上流室４０
と下流室４１とに仕切つている。筒体３７は矢印
Ｃ，Ｄ方向に変位可能であり、圧縮コイルばね４
２により矢印Ｃ方向に付勢されている。筒体３７
と筒状リブ４３との間に流体を羽根車３４に導く
通路（開口）４４が形成される。

通常の流量を計測している場合には、筒体３７
はばね４２に抗して矢印Ｄ方向に変位しており、
筒状リブ４３より遠く離れており、通路４４の面
積は大となつている。流量が減少すると、筒体３
７がばね４２により押されて矢印Ｃ方向に変位
し、通路４４が狭くなる。流量が微小となつた場
合には、筒体３７は筒状ブ４３に近接し、通路４
４は極く狭くなり、流体はこゝを通つて速い速度
の噴流となつて羽根車３４に当たり、羽根車３４
は前記の場合と同様に十分な駆動力を付与されて
回転する。

これにより、タービンメータ３０は、流量範囲
が低流量側に拡大されたものとなり、上記のター
ビンメータ１と同様の効果を有する。

なお上記ダイヤフラム２２の代わりに、内周側
にスリーブ２０が固定されハウジング２の内周面
に嵌合して矢印Ａ，Ｂ方向に摺動可能な円環状の
ピストン構造の部材を使用することも出来る。ま
たダイヤフラム３８に変わつて上記と同様なピス
トン構造の部材を使用することも出来る。

上述の如く、本考案になるタービンメータによ
れば、流量の大小に拘らず、常に全流量が羽根車
を通るため、流量計測を精度良く行うことが出
来、及び、従来は流量計測不可能な低流量域にお
いても流量を正常に計測することが出来、微小流
量の計測にも適用出来、また流量計測範囲の拡大
を図ることが出来、流量変動幅の大なる管路にも
適用することが出来、また隔壁は羽根車と流量計
本体との間にあつて羽根車に対向する位置より外
れた位置にあるため、流体の流れを妨害すること
はなく、流量計測精度の向上を図ることが出来る
等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービンメータの器差特性を示す図、
第２図は本考案のタービンメータの一実施例の縦
断正面図、第３図は第２図中−線に沿う断面
矢視図、第４図は本考案のタービンメータの別の
実施例の縦断面図である。 １，３０……タービンメータ、２，３１……ハ
ウジング、５，３４……羽根車、６，３５……流
入管、７，３６……流出管、８，３９……流路、
９……ボス、１１ａ〜１１ｄ……小流量用のテー
パ状通路、１２ａ〜１２ｄ……通常流量用のテー
パ状通路、１１ａ−₁〜１１ｄ−₁，１２ａ−₂〜
１２ｄ−₂……出口開口、１２ａ−₁〜１２ｄ−₁
……入口開口、２０……スリーブ、２１，４２…
…圧縮コイルばね、２２，３８……ダイヤフラ
ム、２４，４０……上流室、２５，４１……下流
室、３７……筒体、４３……筒状リブ、４４……
通路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 内部に被測流体の流路が形成された流量計本体
   と、該流量計本体に支承され、該流路を流れる被
   測流体により回転される羽根車と、該羽根車の外
   周を囲んで被測流体を該羽根車に案内するように
   前記流路中に配設された筒部と、前記筒部の上流
   側開口を閉塞するように設けられた閉塞部材と、
   該筒部外壁と前記流路内壁との間の前記流路を閉
   塞するように前記筒部又は閉塞部材に接続されて
   設けられ、前記羽根車に対する上流側と下流側と
   の被測流体の差圧により可動する隔壁とよりな
   り、 該被測流体の流量が増すと該被測流体を該羽根
   車に導く上記上流側開口の面積が大となり、該被
   測流体の流量が減ると上記上流側開口の面積が小
   となる構成のタービンメータ。