JPH0441934B2 - - Google Patents
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- JPH0441934B2 JPH0441934B2 JP60215254A JP21525485A JPH0441934B2 JP H0441934 B2 JPH0441934 B2 JP H0441934B2 JP 60215254 A JP60215254 A JP 60215254A JP 21525485 A JP21525485 A JP 21525485A JP H0441934 B2 JPH0441934 B2 JP H0441934B2
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- elbow
- conduit
- mass flow
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- measuring device
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G17/00—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property
- G01G17/04—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property for weighing fluids, e.g. gases, pastes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/206—Measuring pressure, force or momentum of a fluid flow which is forced to change its direction
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は流量計に関し、特に微粉炭のための反
作用質量流量測定装置に関する。
作用質量流量測定装置に関する。
空気搬送系における固体粒子の質量流量の測定
に共通の方法は混合物の容積流量（Ｑ）もしくは
嵩速度（Ｖ）を測定し、混合物の嵩密度（ρ）を
測定し、その次に、これら２つの測定値を m〓＝ρQ＝ρVA （ただしＡは管の断面積である） に従つて組み合わせて混合物の質量流量（m〓）を
決定するというものであつた。ここで、嵩速度に
ついて簡単に説明する。２相および３相状態の混
合物の流れを記述する場合に、滑り速度の概念が
各相の相対速度を記述するのに使用されることが
多い。たとえば、空気流によつて搬送されている
石炭粒子は空気速度のわずか95％の速度で運動可
能である。この場合に、滑り速度は0.95であると
いう。ところで、混合物の流れは滑り速度を使用
せずに記述し得る。たとえば、断面積が0.2ft2（約
185.8×10-4m2）の管路中を100ft3／min（約2.83
m3／min）の速度で一緒に移動する2ft3（約5.66×
10-2m3）の石炭と118ft3（約3.34m3）の空気とから
成る混合物の流れは600ft／min（約182.9m／
min）、すなわち10ft／ｓ（約3.048m／ｓ）、の嵩
速度Ｖ（＝2ft3＋118ft3／0.2ft2×60s＝10ft／ｓ、
すなわちＶ＝5.66×10-2m3＋3.34m3／185.8×10-4
m2×60s＝3.048m／ｓ）を有するとして記述可能
である。
に共通の方法は混合物の容積流量（Ｑ）もしくは
嵩速度（Ｖ）を測定し、混合物の嵩密度（ρ）を
測定し、その次に、これら２つの測定値を m〓＝ρQ＝ρVA （ただしＡは管の断面積である） に従つて組み合わせて混合物の質量流量（m〓）を
決定するというものであつた。ここで、嵩速度に
ついて簡単に説明する。２相および３相状態の混
合物の流れを記述する場合に、滑り速度の概念が
各相の相対速度を記述するのに使用されることが
多い。たとえば、空気流によつて搬送されている
石炭粒子は空気速度のわずか95％の速度で運動可
能である。この場合に、滑り速度は0.95であると
いう。ところで、混合物の流れは滑り速度を使用
せずに記述し得る。たとえば、断面積が0.2ft2（約
185.8×10-4m2）の管路中を100ft3／min（約2.83
m3／min）の速度で一緒に移動する2ft3（約5.66×
10-2m3）の石炭と118ft3（約3.34m3）の空気とから
成る混合物の流れは600ft／min（約182.9m／
min）、すなわち10ft／ｓ（約3.048m／ｓ）、の嵩
速度Ｖ（＝2ft3＋118ft3／0.2ft2×60s＝10ft／ｓ、
すなわちＶ＝5.66×10-2m3＋3.34m3／185.8×10-4
m2×60s＝3.048m／ｓ）を有するとして記述可能
である。
容積流量の直接測定は、固体粒子の速度が空気
の速度と相違する（“滑る速度”として周知であ
る）ことにより複雑なものとなる。連行される固
体粒子のこの滑り速度は、同様の搬送システムに
おいては粒子の大きさおよび形状に主に依存す
る。しかしながら、どのような流れシステムにお
いても、個々の粒子すべての滑り速度を適当な正
確さで測定することはきわめて困難である。固体
粒子の“平均”の滑り速度を評価しようとする試
みが行われてきたけれども、この方法は粒度分布
について知る必要があり、現場では容易には行わ
れない。さらに、混合物の嵩密度決定は、固体粒
子の空間的・時間的な悪分布により込み入つた操
作となる。それゆえ、この総合的方法は好結果を
もたらさなかつた。
の速度と相違する（“滑る速度”として周知であ
る）ことにより複雑なものとなる。連行される固
体粒子のこの滑り速度は、同様の搬送システムに
おいては粒子の大きさおよび形状に主に依存す
る。しかしながら、どのような流れシステムにお
いても、個々の粒子すべての滑り速度を適当な正
確さで測定することはきわめて困難である。固体
粒子の“平均”の滑り速度を評価しようとする試
みが行われてきたけれども、この方法は粒度分布
について知る必要があり、現場では容易には行わ
れない。さらに、混合物の嵩密度決定は、固体粒
子の空間的・時間的な悪分布により込み入つた操
作となる。それゆえ、この総合的方法は好結果を
もたらさなかつた。
反作用質量流量計の初期の周知形態においては
流れの運動量により生ずる反力は、別のエルボ内
に同軸配置される90°エルボの屈曲点に取り付け
られる１つ以上の歪ゲージにより測定できる。こ
の反発する内側のエルボは、上流の端部で固定さ
れ、下流の端部は支持されないので、流れの運動
量に応答して並進運動でき、その固有振動数で自
由にに振動できる。歪ゲージの定常出力は、エル
ボ部分を通過する混合物の密度の関数である流れ
の運動量の測定値であり、変動成分は、その固有
振動数について分析できる。この種の装置は、比
較的に濃い混合物、たとえば水もしくは油の石炭
スラリなどには良好に動作すると考えられるが、
たとえば微粉炭の輸送ラインなどの軽負荷の空気
搬送システムには実用的でないと考えられる。こ
れは少くとも、密度の比較的小さい変化と比較し
てエルボの大きな質量のため、この種のシステム
が不感性となりすぎて役立たないという事実に一
部起因する。
流れの運動量により生ずる反力は、別のエルボ内
に同軸配置される90°エルボの屈曲点に取り付け
られる１つ以上の歪ゲージにより測定できる。こ
の反発する内側のエルボは、上流の端部で固定さ
れ、下流の端部は支持されないので、流れの運動
量に応答して並進運動でき、その固有振動数で自
由にに振動できる。歪ゲージの定常出力は、エル
ボ部分を通過する混合物の密度の関数である流れ
の運動量の測定値であり、変動成分は、その固有
振動数について分析できる。この種の装置は、比
較的に濃い混合物、たとえば水もしくは油の石炭
スラリなどには良好に動作すると考えられるが、
たとえば微粉炭の輸送ラインなどの軽負荷の空気
搬送システムには実用的でないと考えられる。こ
れは少くとも、密度の比較的小さい変化と比較し
てエルボの大きな質量のため、この種のシステム
が不感性となりすぎて役立たないという事実に一
部起因する。
本発明によれば、オリフイス流量計が、固体の
濃度と関係なく空気流量を測定するために使用さ
れ、ロードセルが、反力を検出するために使用さ
れる。ここでロードセルについて簡単に説明す
る。ロードセルとは荷重（重力、力）を加えられ
ると、それに比例した電気量、液圧、空気圧など
の信号を発生する変換器の総称である。本発明に
よる反作用質量流量測定装置によれば、エルボで
の反力およびオリフイス流量計を横切る差圧が測
定され、その後それが混合物の質量流量と空気の
質量流量と微粉炭もしくは他の固体の質量流量を
計算するために使用される。
濃度と関係なく空気流量を測定するために使用さ
れ、ロードセルが、反力を検出するために使用さ
れる。ここでロードセルについて簡単に説明す
る。ロードセルとは荷重（重力、力）を加えられ
ると、それに比例した電気量、液圧、空気圧など
の信号を発生する変換器の総称である。本発明に
よる反作用質量流量測定装置によれば、エルボで
の反力およびオリフイス流量計を横切る差圧が測
定され、その後それが混合物の質量流量と空気の
質量流量と微粉炭もしくは他の固体の質量流量を
計算するために使用される。
オリフイス流量計は、搬送システムにおける固
体粒子を無視して空気流量を測定するよう企図さ
れる。エルボで測定される反力は、エルボから射
出される空気および石炭粒子が生成する合計の全
運動量の指示値である。大部分の石炭粒子は、空
気よりも低速で移動し得ると考えられ、石炭粒子
の実速度と空気の速度との差は、データを減ずる
のに使用され、以下に述べられるように、校正因
子（もしくは誤差）により補償されることができ
る。
体粒子を無視して空気流量を測定するよう企図さ
れる。エルボで測定される反力は、エルボから射
出される空気および石炭粒子が生成する合計の全
運動量の指示値である。大部分の石炭粒子は、空
気よりも低速で移動し得ると考えられ、石炭粒子
の実速度と空気の速度との差は、データを減ずる
のに使用され、以下に述べられるように、校正因
子（もしくは誤差）により補償されることができ
る。
ａ 空気の速度Vaは、
Ｑ＝Ｃ√a (1)
（ここで、Ｑは流れの容積流量であり、ΔP
はオリフイス流量計を横切る差圧であり、ρaは
空気の密度であり、Ｃはメートル係数（＝cA）
である）および Va＝Ｑ／Ａ (2) （Ａは管の断面積） により決定することができる。
はオリフイス流量計を横切る差圧であり、ρaは
空気の密度であり、Ｃはメートル係数（＝cA）
である）および Va＝Ｑ／Ａ (2) （Ａは管の断面積） により決定することができる。
ｂ エルボで測定される反力Ｆは、
Ｆ＝ρnQVn (3)
である。
ここで、ρnは混合物の密度であり、Vnは混
合物の速度である。
合物の速度である。
ｃ 混合物の質量流量m〓nは、
m〓n−Ｆ／Va＝ρnQVn／Va (4)
により計算できる。
Vn／Va≠１と考えられ、校正因子（Ｋ）は
KVn／Va＝１であるよう実験データに基づい
て導出することができ、その結果、質量流量
m〓nは、 m〓n＝KF／Va (5) により決定できる。
KVn／Va＝１であるよう実験データに基づい
て導出することができ、その結果、質量流量
m〓nは、 m〓n＝KF／Va (5) により決定できる。
ｄ 石炭の質量流量m〓cは、
m〓c＝m〓n−m〓a (6)
により計算できる。ここで空気の質量流量ma
は ma＝ρaＱ である。
は ma＝ρaＱ である。
すなわち、混合物の質量流量は、２つのかな
り簡単な測定値および校正因子もしくは誤差に
より決定できる。
り簡単な測定値および校正因子もしくは誤差に
より決定できる。
本発明の反作用質量流量測定装置の重要な利益
は、測定の困難な粒子の大きさ、滑り速度もしく
は混合物の密度の詳細な知識を必要としないこと
である。２つの基本的な測定値、すなわち空気の
流量および反力が、混合物および空気の流量だけ
でなく石炭の質量流量をも提供する。
は、測定の困難な粒子の大きさ、滑り速度もしく
は混合物の密度の詳細な知識を必要としないこと
である。２つの基本的な測定値、すなわち空気の
流量および反力が、混合物および空気の流量だけ
でなく石炭の質量流量をも提供する。
図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
例示の通り、本発明による反作用質量流量測定
装置は、第１図で略示的に参照番号１０で示され
る反力測定要素および第２図で略示的に参照番号
１２で示される差圧測定要素との組合せにより構
成される。
装置は、第１図で略示的に参照番号１０で示され
る反力測定要素および第２図で略示的に参照番号
１２で示される差圧測定要素との組合せにより構
成される。
第１図を参照すると、反力測定要素１０は、た
とえば微粉炭と空気のような混合物を輸送する管
系、すなわちコンジツトの一部分であるエルボ部
材１４を有する。このエルボ部材は、外側エルボ
１６と内側エルボ１８を有する。内側エルボは、
点２０で外側エルボに係留され、自由端部２２を
有する。湾曲点もしくはヒンジが、内側エルボの
分離部分を結合する弾性シール２４の形態でこの
内側エルボと一体に形成される。前述のロードセ
ル２６が、外側エルボ１６と内側エルボ１８に接
続される。この種の装置の周知の特性よれば、流
体がエルボ部材１４を貫流するに従い出合う方向
の変化は反力Ｆを招来し、この反力Ｆは、第１図
に矢印で示され、内側エルボ１８に作用し、混合
物の密度および速度に比例し、ロードセル２６に
より測定される。
とえば微粉炭と空気のような混合物を輸送する管
系、すなわちコンジツトの一部分であるエルボ部
材１４を有する。このエルボ部材は、外側エルボ
１６と内側エルボ１８を有する。内側エルボは、
点２０で外側エルボに係留され、自由端部２２を
有する。湾曲点もしくはヒンジが、内側エルボの
分離部分を結合する弾性シール２４の形態でこの
内側エルボと一体に形成される。前述のロードセ
ル２６が、外側エルボ１６と内側エルボ１８に接
続される。この種の装置の周知の特性よれば、流
体がエルボ部材１４を貫流するに従い出合う方向
の変化は反力Ｆを招来し、この反力Ｆは、第１図
に矢印で示され、内側エルボ１８に作用し、混合
物の密度および速度に比例し、ロードセル２６に
より測定される。
ある種の状況下では、内側エルボは過度の振動
が発生し得る。それゆえ、本発明では、この種の
振動を弱めるために、内側エルボと外側エルボと
の間の環状空間に液体を用意する。内側エルボの
被拘束端部では、エルボ間の接続は、たとえば溶
接などにより、固定接続とすることができ、内側
エルボの自由端部２２は、可とう性のシール部材
３２という手段により、外側エルボに接続され
る。膨脹を補償するために、溜め３３が、ろ過器
３６を有する圧力平衡ライン３４により、環状空
間３０とエルボ部材１４の出口間に接続される。
ここで上述の圧力平衡ライン３４について説明す
る。圧力平衡ラインは２つまたはそれ以上の空間
における異なる圧力レベルを均等にするのに使用
されるものである。本発明による反作用質量流量
測定装置においては、外側エルボと内側エルボと
の間の環状空間は振動を弱めるために液体で満た
されている。この液体で満たされた環状空間と管
系との不均等な圧力が、この管の外側および内側
の温度の変化または管内の作動静圧の変化によつ
て生じ得る。圧力平衡ライン３４は、環状空間の
圧力を管内の圧力と等しくし、ロードセルにより
感知される反力がこれら２つの空間の不均等な圧
力によつて歪まないようにする。換言すれば、圧
力平衡ライン３４は、自動的な圧力補償したがつ
て温度補償部材としての機能を有するものであ
る。過度の振動振幅の場合に、内側エルボ１８を
物理的に拘束するために、複数の（たとえば７〜
８個）の拘束部材３８が、内側エルボと外側エル
ボ間に配置される。これら拘束部材の実際の形態
は、本発明にとつて重要ではないが、外側エルボ
を貫通し、これへ接続されるロツド４０およびこ
のロツドの端部へ接続し、通常内側エルボから離
間されるプレート４２の形態とすることができ
る。
が発生し得る。それゆえ、本発明では、この種の
振動を弱めるために、内側エルボと外側エルボと
の間の環状空間に液体を用意する。内側エルボの
被拘束端部では、エルボ間の接続は、たとえば溶
接などにより、固定接続とすることができ、内側
エルボの自由端部２２は、可とう性のシール部材
３２という手段により、外側エルボに接続され
る。膨脹を補償するために、溜め３３が、ろ過器
３６を有する圧力平衡ライン３４により、環状空
間３０とエルボ部材１４の出口間に接続される。
ここで上述の圧力平衡ライン３４について説明す
る。圧力平衡ラインは２つまたはそれ以上の空間
における異なる圧力レベルを均等にするのに使用
されるものである。本発明による反作用質量流量
測定装置においては、外側エルボと内側エルボと
の間の環状空間は振動を弱めるために液体で満た
されている。この液体で満たされた環状空間と管
系との不均等な圧力が、この管の外側および内側
の温度の変化または管内の作動静圧の変化によつ
て生じ得る。圧力平衡ライン３４は、環状空間の
圧力を管内の圧力と等しくし、ロードセルにより
感知される反力がこれら２つの空間の不均等な圧
力によつて歪まないようにする。換言すれば、圧
力平衡ライン３４は、自動的な圧力補償したがつ
て温度補償部材としての機能を有するものであ
る。過度の振動振幅の場合に、内側エルボ１８を
物理的に拘束するために、複数の（たとえば７〜
８個）の拘束部材３８が、内側エルボと外側エル
ボ間に配置される。これら拘束部材の実際の形態
は、本発明にとつて重要ではないが、外側エルボ
を貫通し、これへ接続されるロツド４０およびこ
のロツドの端部へ接続し、通常内側エルボから離
間されるプレート４２の形態とすることができ
る。
本発明では、たとえば微粉炭を含む摩耗性混合
物が測定される時に、内側エルボの内面の浸食を
補償するための手段を有する。この種の手段は、
内側エルボ１８の内側に固定され内側エルボの早
い摩耗を阻止する摩耗板４４を備える。内側エル
ボの重量の変化は反力測定値に影響を与えるの
で、負荷セル２６は、流れが遮断される時はいつ
でもこの測定値をゼロに再設定するための手段を
有する。
物が測定される時に、内側エルボの内面の浸食を
補償するための手段を有する。この種の手段は、
内側エルボ１８の内側に固定され内側エルボの早
い摩耗を阻止する摩耗板４４を備える。内側エル
ボの重量の変化は反力測定値に影響を与えるの
で、負荷セル２６は、流れが遮断される時はいつ
でもこの測定値をゼロに再設定するための手段を
有する。
圧力差は、周知の手段により、エルボ部材の上
流もしくは下流で測定できる。好ましい実施例に
よれば、第２図に例示のように、第１および第２
のダイヤフラム形の密封圧力栓４６が、エルボ部
材１４がその一部を構成する管系、すなわち上述
のコンジツト、の水平管５０にある分離用オリフ
イス板４８の対向側部に配置される。この圧力栓
は、周知の圧力差読出し要素５２に接続される。
流もしくは下流で測定できる。好ましい実施例に
よれば、第２図に例示のように、第１および第２
のダイヤフラム形の密封圧力栓４６が、エルボ部
材１４がその一部を構成する管系、すなわち上述
のコンジツト、の水平管５０にある分離用オリフ
イス板４８の対向側部に配置される。この圧力栓
は、周知の圧力差読出し要素５２に接続される。
動作的には、質量流量は、式(1)〜式(6)を使用し
て、詳細は先に述べたように、反力測定要素１０
が決定する反力測定値および差圧測定要素１２が
測定する圧力差を使用して決定される。
て、詳細は先に述べたように、反力測定要素１０
が決定する反力測定値および差圧測定要素１２が
測定する圧力差を使用して決定される。
本発明の技術思想から逸脱することなく様々な
応用・変更が可能であることは当業者には明らか
であろう。たとえば、本発明は、第１図と第２図
に例示の方向とは反対方向の流れについても同様
に良好に動作する。
応用・変更が可能であることは当業者には明らか
であろう。たとえば、本発明は、第１図と第２図
に例示の方向とは反対方向の流れについても同様
に良好に動作する。
第１図は本発明の反力測定要素の断面図であ
る。第２図は、本発明の差圧測定要素の概念図で
ある。 図中の各参照番号が示す名称を以下に挙げる。
１０……反力測定要素、１２……差圧（圧力差）
測定要素、１４……エルボ部材、１６……外側エ
ルボ、１８……内側エルボ、２０……点、２２…
…自由端部、２４……弾性シール、２６……ロー
ドセル、３０……環状空間、３２……可とう性の
シール部材、３３……溜め、３４……圧力平衡ラ
イン、３６……ろ過器、３８……拘束部材、４０
……ロツド、４２……プレート、４４……摩耗
板、４６，４６……ダイヤフラム形の密封圧力
栓、４８……オリフイス板、５０……水平管、５
２……圧力差読出し要素。
る。第２図は、本発明の差圧測定要素の概念図で
ある。 図中の各参照番号が示す名称を以下に挙げる。
１０……反力測定要素、１２……差圧（圧力差）
測定要素、１４……エルボ部材、１６……外側エ
ルボ、１８……内側エルボ、２０……点、２２…
…自由端部、２４……弾性シール、２６……ロー
ドセル、３０……環状空間、３２……可とう性の
シール部材、３３……溜め、３４……圧力平衡ラ
イン、３６……ろ過器、３８……拘束部材、４０
……ロツド、４２……プレート、４４……摩耗
板、４６，４６……ダイヤフラム形の密封圧力
栓、４８……オリフイス板、５０……水平管、５
２……圧力差読出し要素。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ コンジツトを流れる固体と空気の混合物の質
量流量を測定するための装置において、 当該コンジツト内のオリフイス流量計と、 当該オリフイス流量計を横切る圧力差を測定す
るための手段と、 当該コンジツトに接続された第１の入口端部と
自由出口端部とを有する内側エルボと、 当該内側エルボを包囲し、前記第１の入口端部
近傍にて一方の端部が当該内側エルボに接続され
ており、且つ、反対側の端部が当該コンジツトに
接続されている外側エルボと、 前記エルボを貫流するに従い方向が変化する流
体により内側エルボへ印加される反力を検出する
ため適所にて内側エルボに接続された検出要素を
有するロードセルとを備え、前記コンジツトに接
続された反作用質量流量計とから構成される質量
流量測定装置。 ２ 圧力差を測定するための手段は、オリフイス
板の対向側部に配される第１・第２のダイヤフラ
ム形の密封圧力栓を有する特許請求の範囲第１項
記載の質量流量測定装置。 ３ 前記内側エルボと前記外側エルボとの間に画
成される環状空間を封止するための手段を有し、
当該環状空間は振動抑制用の流体で満たされる特
許請求の範囲第１〜２項のいずれかに記載の質量
流量測定装置。 ４ 前記外側エルボは前記第１の入口端部近傍で
前記内側エルボへ固定接続され、そして当該内側
エルボの自由端部に、当該外側エルボと当該内側
エルボ間の可とう接続を有する特許請求の範囲第
３項記載の質量流量測定装置。 ５ 前記環状空間と当該環状空間に関して下流側
のコンジツト間を接続しており、膨張用の溜めが
接続された圧力平衡ラインを有する特許請求の範
囲第４項記載の質量流量測定装置。 ６ 前記内側エルボは前記第１の入口端部近傍で
区分されており、そして前記コンジツトに接続さ
れる第１の部材と第２の共軸部材と、当該第１お
よび第２の部材とを結合する可とう性手段を備え
る特許請求の範囲第１項記載の質量流量測定装
置。 ７ 少なくとも屈曲領域の内側エルボの内側部分
に接続される磨耗板を備えた特許請求の範囲第１
項記載の質量流量測定装置。 ８ 前記外側エルボに接続されており、前記内側
エルボが予じめ決定した量を超えて撓む場合には
内側エルボと接触するように配置される拘束手段
を備える特許請求の範囲第１項記載の装置。
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