JPH03504893A - タービン流量変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 タービン流量変換器 産業分野 本発明は、機械工学に関し、一層詳しくはタービン流量変換器に関する。

先行技術 タービン流量変換器（ＪＰ　、　Ａ　；　５２−２５．７４８）は周知であり、 その円筒形本体内には第１の整流器、流れの軸線方向力を平衡化する軸線方向力 平衡化手段、ロータおよび第２の整流器が並流方向に順次配置される。各整流器 は円筒形本体に対して共軸位置で接近して来る流れに対面するようになった流線 形構造体として構成され、しかも該円筒形本体に固定された半径方向フィンを備 える。軸線方向力平衡化手段は截頭円錐形構造体として構成され、その小さい方 の基部は第１の流線形構造体の端面と相互作用するようになっている。軸線方向 力平衡化手段の側面には複数の通路が設けられ、これら通路はその周囲全体に亘 って等間隔に配置され、かつその母線に対して平行に延在する。ロータは円筒形 本体内でそれと共軸位置で回転するようになっている。羽根の先端部が通過する 度毎にパルスを発生するようになったピックアップが円筒形本体にロータの領域 において設けられる。

かかる従来技術のタービン流量変換器にあっては、粘度変動でもって流量が測定 される。しかしながら、軸線方向力平衡化手段に設けられた直線通路には次のよ うな不利点がある。

すなわち、完全に展開された速度プロフィールが形成され得ず、またタービン流 量変換器の静的特性の線型化が得られた際にロータを自己相似条件下で作動させ る遷移レイノズル数を生じさせるような乱流が発生するということである。その 結果、測定精度が低下し、測定範囲が狭められるということになる。

発明の開示 本発明の主要な目的は、流れの線軸方向力を平衡化する軸線方向力平衡化手段の 設計的特徴のために広範囲に亘る流量および粘度の変動条件下で比較的高い測定 精度が保証される得るようになったタービン流量変換器を提供することにある。

この目的は次のような構成を持つタービン流量変換器によって実現される。すな わち、円筒形本体に組み込まれたタービン流量変換器であって、前記円筒形本体 内には、該円筒形本体に対して共軸位置で接近して来る流れに対面するようにな った流線形構造体として構成され、かつ該円筒形本体に固定された半径方向フィ ンを備えた第１の整流器と、流れの軸線方向力を平衡化すべく截頭円錐形構造体 として構成され、かつその小さい方の基部を前記流線形構造体の端面と相互作用 させ、しかもその周囲側面全体に亘って等間隔に設けられた複数の通路を備えた 軸線方向力平衡化手段と、前記円筒形本体内にそれに対して共軸位置で設けられ たロータと、このロータの回転軸線に対して直角に延在する軸線に関し対象に置 かれ、かつ前記第１の整流器と同一構造となった第２の整流器と、前記円筒形本 体に前記ロータの領域において設けられ、かつ該ロータの羽根の通過の度毎にパ ルスを発生するピックアップとが亜流方向に順次配置されるタービン流量変換器 において、前記軸線方向力平衡化手段に設けられた前記通路のすべての向きにつ いては、その長手軸線が前記ロータの回転軸線を含む平面上で該ロータの回転軸 線と７°から２０゜までの範囲内の角度αを成すようにされ、該角度αの頂点が ロータの羽根の傾斜角度γの頂点に向けられ、前記軸線方向力平衡化手段の大き い方の基部の領域での総横断面積が前記ロータへの入口における流量断面積の２ ないし６％とされることを特徴とするタービン流量変換器である。

ロータの羽根の抗力を最小化して、該ロータへの本流の無衝撃な流入を保証し、 かつ該ロータの入口での粘性摩擦力のモーメントを減少させるためには、互いに ２／３（９０°−γ）および（９０°−γ）間の角度を成す２つの平面によって 該ロータの羽根のそれぞれの前縁を形成することが好ましい。なお、角度γはロ ータの羽根と該ロータの回転軸線との成す角度とされる。

図面の簡単な説明 次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施態様について説明する。

第１図は本発明によるタービン流量変換器の縦断面図、第２図は第１図の■−■ 線に沿う断面図、第３図は流れの軸線方向力を平衡化する軸線方向力平衡化手段 に設けられた通路の配置図である。

発明の好ましい実施態様 図示されたタービン流量変換器は円筒形本体１　（第１図）内に組み込まれ、こ の円筒形本体１内には第１の整流器２、流れの軸線方向力を平衡化する軸線方向 力平衡化手段３、ロータ４および第２の整流器５が並流方向に順次配置される。

各整流器２．５は円筒形本体１に対して共軸位置で配置された流線形構造体６． ７として構成され、かつ円筒形本体１に固定された半径方向フィン８．９を備え る。流線形構造体６．７はロータ４の回転軸線に対して直角に延びる軸線に関し 対象に配置される。ロータ４はスピンドル４ａ上に装着され、このスピンドル４ ａの両端は流線形構造体６．７に固定される。軸線方向力平衡化手段３は截頭円 錐体体として構成され、その小さい方の基部が流線形構造体６の端面と相互作用 する。

軸線方向力平衡化手段３には通路１０（第２図）が設けられ、これらの通路１０ はその周囲全体に沿って等間隔に配置される。各通路１０の向きはその長手軸線 １１（第３図）がロータ４の回転軸線１２を含む平面上で該回転軸線１２と７° から２０°までの範囲内の角度αを成すようにされ、これにより該角度の頂点が ロータ４の羽根１３の傾斜角度γの頂点に向けられる。角度αが７°未満あるい は２０°を越える場合には、低流量条件下でのタービン流量変換器の線形化に流 量変動および粘度変動が与える影響が増大あるいは減少する。これは測定の精度 を損ねる。

軸線方向力平衡化手段３の大きい方の基部の領域での総横断面積はロータ４の入 口における流量断面積の２ないし６％となる。このような条件が満たされないと 、ロータ４の上流側および下流側での流速の最適な再分布が妨げられて、その流 体力学的平衡は速度水頭によって乱される。その結果、通路ＩＯの総断面積がロ ータ４への入口での流量断面積の２％未満である場合、ロータ４は流線形構造体 ７に対し押圧される。また、かかる百分率が６％を越えると、ロータ４は流線形 構造体６に対して押圧される。いずれにしても、測定の線形特性および測定精度 は損なわれる。

ロータ４の各羽根１３の前縁は互いに２／３（９０°−γ）および（９０°−γ ）間の角度を成す２つの平面によって形成される。このような構成により、羽根 １３の抗力が最小にされ、ロータ４に主流が無衝撃状態で流入され、ロータ入口 での粘性摩擦力のモーメントが減少させられる。

かくして、線形特性が改善され、また低流量条件下での粘度変動によってもたさ れる変換係数に＝ω／Ｑ　（ωは角速度、Ｑは流量）の偏差が最小にされる。こ れは測定精度および測定範囲に対し積極的な影響を持つ。

各羽根１３の前縁を形成する上述の２つの平面の間の角度が（９０°−γ）を越 えるとき、並進速度の追加成分が低流量条件下で作用して、ロータ４の回転運動 を遅延させる。これによっても、タービン流量変換器の線形特性および測定精度 が損なわれる。かかる２つの平面間の角度を２／３（９０°−γ）未満にするこ とは、線形特性に著しい改善が見られない点で実際的ではない。

カウンタ１５に接続されたピックアップ１４（第１図）は円筒形本体１内にロー タ４の領域において設けられる。

作動において、円筒形本体１に導入された流れは第１の整流器２に沿って進み、 次いで軸線方向力平衡化手段３の通路１０（第３図）を通過すると、ロータ４の 羽根１３に作用する。このときロータ４は流量によって直接的に変化させられる 角速度でもって回転運動する。

軸線方向力平衡化手段３の側面に設けられた傾斜通路１０を通る噴流には回転運 動が付与され、このため脈動速度が得られて、流れの乱れが増大する。積層状境 界層が乱流層に遷移する箇所はシフトし、該積層状境界層の厚みが減少し、かく して乱流境界層によって取り囲まれることになるロータ４の羽根１３の面積が増 大する。その結果、遷移レイノルズ数は小さくなって、自己相似条件（タービン 流量変換器の静的特性の線形化をもたらし、かつ測定精度および測定範囲に対す る粘度変動の影響を軽減する）がロータ４の一層拡大された面積に亘って及ぶこ とになる。

ピックアップ１４（第１図）は回転子４の羽根１３がそこを次々通過する度毎に パルスを発生し、これらパルスはカウンタ１５に伝えられる。

本発明に従って開示されたタービン流量変換器によれば、従来のタービン流量変 換器に比べて一層高い測定精度が得られる。また、ロータの流体力学的負荷か軽 減されるので、作動上の信頼性も高められる。更に、本発明によるタービン変換 器にあっては、製造、点検および補修上の問題もない。

産業上の利用可能性 本発明は、オイル、石油化学、化学およびその他の業界において粘度変動でもっ て流体流量を測定する手段として利用され得る。

国際調査報告 ｍ　“１１１ｍ　ｐｒＴ、ｑ、、　ｐｑ、ｎｎ、に１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．円筒形本体（１）に組み込まれたタービン流量変換器であって、前記円筒形 本体（１）内には該円筒形本体（１）に対して共軸位置で接近して来る流れに対 面する流線形構造体（６）として構成され、かつ該円筒形本体（１）に固定され た半径方向フィン（８）を備えた第１の整流器（２）と、流れの軸線方向力を平 衡化すべく截頭円錐形構造体として構成され、かつその小さい方の基部を前記流 線形構造体（６）の端面と相互作用させ、しかもその周囲側面全体に亘って等間 隔に設けられた複数の通路（１０）を備えた軸線方向力平衡化手段（３）と、前 記円筒形本体（１）内にそれに対して共軸位置で設けられたロータ（４）と、こ のロータ（４）の回転軸線に対して直角に延在する軸線に関し対象に置かれ、か つ前記第１の整流器（２）と同一構造となった第２の整流器（７）と、前記円筒 形本体（１）に前記ロータ（４）の領域において設けられ、かつ該ロータ（４） の羽根（１３）の通過の度毎にパルスを発生するピックアップ（１４）とが並流 方向に順次配置されるタービン流量変換器において、前記軸線方向力平衡化手段 （３）に設けられた前記通路（１０）のすべての向きについては、その長手軸線 （１１）が前記ロータ（４）の回転軸線（１２）を含む平面上で該ロータ（４） の回転軸線（１２）と７°から２０°までの範囲内の角度（α）を成すようにさ れ、該角度（α）の頂点がロータ（４）の羽根（１３）の傾斜角度（γ）の頂点 に向けられ、前記軸線方向力平衡化手段（３）の大きい方の基部の領域での総横 断面積が前記ロータ（４）への入口における流量断面積の２ないし６％とされる ことを特徴とするタービン流量変換器。 ２．請求項１に記載されたタービン流量変換器において、前記ロータ（４）の羽 根（１３）のそれぞれの前縁が互いに２／３（９０°−γ）および（９０°−γ ）間の角度を成す２つの平面によって形成され、ここで角度γが該ロータ（４） の羽根（１３）と該ロータ（４）の回転軸線との成す角度とされることを特徴と するタービン流量変換器。