JPH06167367A

JPH06167367A - 渦流量計

Info

Publication number: JPH06167367A
Application number: JP21464592A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nakao; 雄一中尾; Katsuo Misumi; 勝夫三角; Naomoto Matsubara; 直基松原
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-06-14

Abstract

(57)【要約】【目的】配管影響を受けにくい渦流量計にする。【構成】流管１と接合する渦発生体２の基部面２ｃに
境界層厚さ程度の深さＨの開口溝３を形成し、渦発生体
２の中央部３ａのよどみ点の圧力を剥離点２ｂ下流の低
圧部３ｂ，３ｃに開口開放して渦発生体２の馬蹄渦発生
をなくし、旋回流偏流の有無，程度により変化する蹄渦
のカルマン渦への影響をなくし、配管影響を少なくす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、渦流量計に関し、より詳細に
は、配管形状によって流体の流速分布の変化があっても
器差影響の少ない渦流量計の形状に関する。

【０００２】

【従来技術】推測形流量計は、流体の流れに応じて生ず
る物理量を計測して流体流量又は流速を測定する流量計
である。流体の流れが対応する物理量と一定関係を持た
せるためには測定される流体の流れ状態が一定に保たれ
ていることが必要条件となっている。このため推測形流
量計においては流管の上流側に整流装置を介装すること
が流量計の精度を保証するための配管条件となってい
る。オリフィス流量計やタービン流量計等においては、
整流装置の構造や配管条件が国際規格、国内規格等によ
り規定されている。

【０００３】渦流量計は、周知のように、流路中に配設
された渦発生体から流出するカルマン渦が所定レイノル
ズ数の範囲内で略流量に比例していることを利用した推
測形の流量計である。この比例定数はストローハル数と
呼ばれるが、理想的な渦流量計は、ストローハル数がレ
イノルズ数が変化しても一定値、すなわち、広い流量範
囲で一定であり、しかも流体の物性や配管条件に影響さ
れない特性をもっている流量計である。しかし、実際の
渦流量計のストローハル数はレイノルズ数に依存する特
性をもっており、また配管影響も受ける。渦流量計は、
通常、円管状の本体内に流れ軸に直角に配設された渦発
生体を有する単純な構造をもっているが、レイノルズ数
に対しストローハル数を一定に近づけるために、渦発生
体の形状や渦発生体の数および渦流量計内部の構造等に
関し、多くの提案がなされている。例えば、渦発生体の
流れに直角な方向の幅ｄに対する本体の内径Ｄの比ｄ／
Ｄ及び渦検出位置等の改良もその一つである。特に、市
販されている殆んどの渦流量計では、渦発生体の幅ｄに
対する本体内径Ｄの比ｄ／Ｄを略０.２８前後に選び、
理想的なカルマン渦の２次元的な安定条件を満足する特
性を得ることを目標としている。

【０００４】しかし、実際の渦流量計は、２次元的な流
れによるカルマン渦を検出するのではなく、３次元的な
流れにより生ずるカルマン渦を検出している。この結
果、３次元流れが変化した場合、流れの変化に応じて特
性も変化する。例えば、エルボを有する曲りの配管，収
縮管，拡大管，弁装置，分岐管や合流管などの配管要素
により旋回流や偏流が発生し、渦流量計の器差変化をも
たらす。これを除くために、整流装置を介装するが、条
件によっては渦流量計に流入する流れには旋回成分や偏
流が残り渦流量計の器差に影響を与えた。

【０００５】

【目的】本発明は、上述の実情に鑑みなされたもので、
渦流量計が介装される配管形状により生ずる器差変化が
小さく、信頼性の高い渦流量計を提供することを目的と
するものである。

【０００６】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
流管と、該流管の流れに直角に配設された渦発生体とか
らなり、該渦発生体から流出する渦の単位時間に発生す
る数から流量を計測する渦流量計において、前記渦発生
体と流管とが接合する渦発生体の両端部に該渦発生体の
上流面中央部から剥離点より後流側の両側壁面に開口す
る開口溝を形成したこと、更には、（２）前記（１）に
おいて、開口溝を渦発生体上流面中央部に接して開口
し、両側面に開口する円弧としたこと、更には、（３）
前記（１）において、開口溝の深さを渦流量計の低流量
域において流管壁に形成される境界層厚さ程度としたこ
とを特徴とするものである。以下、本発明の実施例に基
いて説明する。

【０００７】まず、本発明の渦流量計の原理について述
べる。従来渦流量計は、渦発生体に流入する流れにより
生ずるカルマン渦を検出するものとしていたが、実際の
渦流量計においては、カルマン渦の他に、馬蹄渦が発生
し、この馬蹄渦とカルマン渦とが相互干渉を起して、相
互干渉した渦を検出している。馬蹄渦は、渦発生体上流
の流管壁の境界層内の渦発生体まわり円弧状に発生して
渦発生体の両側近傍を通って流出する渦管であり、流出
した馬蹄渦の渦管は渦発生体の側面から剥離し流出する
カルマン渦による渦管と相互干渉を起こす。

【０００８】図３は、馬蹄渦を説明するための一部斜視
図で、図中、１０は流管壁面、１１は渦発生体であり、
図の渦発生体１１は流れに面して底辺を有する断面二等
辺三角形状で、流管壁面１０は、平板状をした場合の部
分図である。流れ（Flow）は矢印の方向とすると、渦発
生体１１は流れに直角に取り付けられている。流れによ
り渦発生体１１に発生する圧力は、曲線Ｐ_A上流壁面１
１ａの主流においては中心軸Ｏ−Ｏ上で高く、渦発生体
１１の側面に向って低くなる。流れの速さＶ_Lは、流管
壁面１０に近傍の境界層に近づく程図示のように減少す
る。流速Ｖ_Lの変化に従って圧力も低下する。この結
果、主流による圧力Ｐ_Aは、渦発生体１１の上流面１１
ａから流管壁面１０に向けて減小し、流管壁面１０で
は、上流に向けて小さくなる圧力Ｐ_Fが作用する。この
結果、境界層剥離を起して馬蹄渦Ｈ_Vを生ずる。即ち、
平面片上の境界層中に置かれた三次元物体の周りには、
流れに直角な水平軸をもつ渦度が集中して馬蹄渦が形成
される。このような馬蹄渦Ｈ_Vは、渦発生体１１の上流
壁面の流速に依存するので、主流に偏流や、旋回流があ
ると馬蹄渦Ｈ_Vの大きさや対称性が変化し渦発生体１１
から発生するカルマン渦（図示せず）と干渉する干渉の
影響が変化する。この干渉影響は渦流量計の器差を変化
させる。即ち、ストローハル数が変化する。

【０００９】図４は、流管内に旋回流がある場合の渦発
生体近傍の流れを説明する部分斜視図で、矢印 Flow
（軸Ｏ−Ｏ）方向の流体流れが、例えば、左回りの旋回
流である場合、渦発生体２の両端近傍では、渦発生体２
の流入表面２ａに対しては一端では迎え角＋αの矢印Ｆ
₁方向、他端では迎え角−αの矢印Ｆ₂方向の流れが発生
する。この様に、任意の断面における迎え角が異なるた
め、旋回流の程度により器差変化が生じる。

【００１０】図５（ａ）,（ｂ）は、旋回流と偏流とを
有する実測速度分布の一例を説明するための図で、
（ａ）図は旋回速度に対する平均軸速度の比、（ｂ）図
は軸速度に対する平均軸速度の比を表わす［"旋回中心
の偏心機構に関する考察" の図４より引用；日本機械学
会論文集（Ｂ編）５１巻第４６１号（昭和６０年１月）
第６０〜６５頁］。（ａ）図に示すように、旋回速度は
流管内壁部で自由うず形の流れ分布が発達し、流管中心
部では強制うず形に近い分布になる。また、軸速度分布
は（ｂ）図に示すように、旋回中心近くでは低速とな
り、外周部に高速度域がとりまいている。旋回流がある
場合は、上記図４，図５に示すように、流管壁に近い部
分での周速度や軸速度が大きくなるので、迎え角による
器差変化とともに、境界層厚さが薄くなることによっ
て、渦発生体の基部に発生する馬蹄渦は小さくなる。即
ち、流れの旋回成分の程度により馬蹄渦が影響を受け、
流量計の旋回流による器差変化を助長する。

【００１１】図１（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、本発明にお
ける渦流量計の一実施例を説明するための図で、（ａ）
図は流れの方向からみた正面図、（ｂ）図は（ａ）図の
矢視Ｂ−Ｂ線図、（ｃ）図は（ｂ）図の矢視Ｃ−Ｃ線図
であり、図中、１は流管、２は渦発生体、３は開口溝で
ある。

【００１２】渦発生体２は、円筒状の流管１の直径を通
る線上で矢印 Flow で示した流体の流れに直角に流管１
の両端（基部）２ｃを固着したもので、渦発生体２の基
部面２ｃには、上流表面２ａ中央から流体の剥離部であ
るエッジ部２ｂの後流に開口する開口溝３が形成されて
いる。すなわち、開口溝３は、渦発生体３の基部中央３
ａから後流側両側面２ｄ，２ｄの３ｂ，３ｃに開口し、
溝の深さＨは渦流量計の下限流量での流管壁１ａの境界
層厚さと略々等しい大きさである。

【００１３】以上の如く、渦発生体２の基部面２ｃに形
成された開口溝３は、流管壁面１ａで開止されて流路と
なり、渦発生体２のよどみ点の圧力を中央部３ａから開
口溝３内に導入して渦発生体２の剥離面２ｄの低圧側に
開放する。渦発生体２の基部面２ｃに形成された境界層
の高圧部分は、前記よどみ圧力であるから、馬蹄渦の形
成条件である渦発生体２の上流側の圧力が低下し、馬蹄
渦の発生を防ぐことができる。この結果、旋回流，偏流
がある場合の馬蹄渦の変化の絶対量が少くなる。カルマ
ン渦との干渉の程度が小さくなるので、旋回流，偏流を
生じさせる配管影響も小さくなる。

【００１４】図２は、本発明における渦流量計の開口溝
の他の実施例を説明するための図で、図中、４は開口溝
である。開口溝４は、渦発生体２のよどみ点４ａに開口
する半径Ｒの円弧状溝で、渦発生体２の剥離点であるエ
ッジ部２ｂの下流面２ｄに開口する。開口溝４の溝の深
さＨは、図１同様、流量計の小流域での流管壁面１ａに
おける境界層厚さ程度とする。開口溝４を円弧状にする
ことにより溝形成が簡単になる。

【００１５】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、渦発生体と流管との接合する渦発生体の基部面に境
界層厚さ程度の深さの開口溝を形成し、渦発生体の中央
部よどみ点の圧力を剥離点下流の低圧部分に開放したの
で、旋回流，偏流の程度により変化する馬蹄渦がなくな
り、カルマン渦との相互干渉もなくなるので、配管影響
の少ない渦流量計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における渦流量計の一実施例を説明す
るための図である。

【図２】本発明における渦流量計の開口溝の他の実施
例を説明するための図である。

【図３】馬蹄渦を説明するための一部斜視図である。

【図４】流管内に旋回流がある場合の渦発生体近傍の
流れを説明する部分斜視図である。

【図５】旋回流と偏流とを有する実測速度分布の一例
を説明するための図である。

【符号の説明】

１…流管、２…渦発生体、３…開口溝、４…開口溝。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流管と、該流管の流れに直角に配設され
た渦発生体とからなり、該渦発生体から流出する渦の単
位時間に発生する数から流量を計測する渦流量計におい
て、前記渦発生体と流管とが接合する渦発生体の両端部
に該渦発生体の上流面中央部から剥離点より後流側の両
側壁面に開口する開口溝を形成したことを特徴とする渦
流量計。
【請求項２】開口溝を渦発生体上流面中央部に接して
開口し、両側面に開口する円弧としたことを特徴とする
請求項１記載の渦流量計。
【請求項３】開口溝の深さを渦流量計の低流量域にお
いて流管壁に形成される境界層厚さ程度としたことを特
徴とする請求項１又は２に記載の渦流量計。