JPH0634406A

JPH0634406A - 渦流量計

Info

Publication number: JPH0634406A
Application number: JP21464492A
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: 1994-02-08

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と渦発生体２との接合部分に渦発生体
２と一体な支持部材３を形成し、支持部材３を流管１の
表面を流れる境界程度の厚さＨで渦発生体２の抵抗係数
よりも小さい抵抗係数として、配管による旋回流や偏流
の影響を受け易い馬蹄渦を渦発生体２まわりに発生させ
ないようにする。

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、前記流管
と、断面形状が一様な渦発生体とを該渦発生体の抵抗係
数よりも小さい抵抗係数を有する形状の支持部材を介し
て取り付けたこと、更には、（２）前記（１）におい
て、支持部材の形状は、流れ方向に長い板状としたこ
と、更には、（３）前記（１）において、支持部材の形
状は、流れに面した面が流れに面して突起する円弧状と
したこと、更には、（４）前記（１）において、支持部
材の形状は、流れに面した面が渦発生体のエッジ部を流
れ方向に対して対称となるよう削除し、くさび形状とし
たこと、更には、（５）前記（１）乃至（４）の何れか
において、渦発生体と支持部材とを一体形成し、支持部
材の渦発生体の軸方向長さを渦流量計本体内を流れる流
体の境界層の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６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、境界層剥離を起した流れ馬蹄渦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】本発明に係る公知文献として、「透過壁立
方体周りの層流馬てい形渦[日本機械学会論文集（１３
編）第５１巻４６７号（昭和６０年７月）]がある。上
記文献には、平面壁上の層流境界層流中に流体を透過す
る開口を有する立方体を置いたとき、流れ方向に対し開
口軸が一致した場合、開口していない立方体を置いた場
合に発生していた馬蹄渦は、開口比が０.５を越えると
消滅し、また流れ方向に対し開口軸が４５°傾斜した場
合においても同様に、開口比が０.４８を越えると馬蹄
渦は消滅することが記載されている。更に、同文献には
馬蹄渦の消滅する理由として三次元物体前方の逆圧力こ
う配（図６のＰ_F）の減少をあげている。

【００１０】図１（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、本発明にお
ける渦流量計を説明するための図で、（ａ）図は流れ方
向からみた正面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂ線
断面図、（ｃ）図は（ｂ）図の矢視Ｃ−Ｃ線断面図であ
り、図中、１は流管、２は渦発生体、３は支持部材であ
る。

【００１１】流管１は筒状体で、配管（図示せず）のフ
ランジ間に介装される。渦発生体２は、流管１の直径上
で流れ（Flow）に直角に配設される断面一様な柱状体
で、流管１とは支持部材３を介して両端支持固定され
る。支持部材３は、流れ方向に対して抵抗係数が渦発生
体２よりも小さい断面形状をしており、流管１と渦発生
体２の端面２ａとの間が境界層の厚さ程度の高さＨに選
ばれている。この場合の境界層の厚さは、流量範囲の低
流量域において、流管１内に発生する境界層厚さとす
る。渦発生体２の断面は（ｃ）図で三角形状としたが、
三角形の他の形状、例えば、台形や円形等すべての渦発
生体に適用される。

【００１２】図２は、図１に示した渦発生体２の支持部
材３の部分斜視図である。図示のように、矢印 Flow 方
向に流体が流れると、渦発生体２の上流面２ａに向けて
流れる流れは、渦発生体２の側面より剥離してカルマン
渦（図示せず）を発生するが、同時に渦発生体の抵抗の
ため、上流面２ａに向けて増大する圧力こう配を生ず
る。しかし、支持部材３の抵抗係数は、渦発生体２の抵
抗係数よりも小さく、境界層内の支持部材３の上流側圧
力、すなわち、淀点の圧力は小さいので、渦発生体２の
上流側面２ａと流管１が接する部分に生ずる前記圧力こ
う配は消える。この結果、渦発生体２からは馬蹄渦が発
生することはなく、カルマン渦と相互干渉し、旋回流や
偏流による器差影響は小さくなり、配管影響の小さい渦
流量計を得ることができる。

【００１３】図３は、本発明における渦流量計の支持部
材の、他の実施例を説明するための部分斜視図で、図
中、５は支持部材である。支持部材５は、渦発生体２の
上流面２ａと両側面となすエッジ部２ｂの一部分を消除
して、厚さＨ，半径Ｒの円弧状面５ａを形成したもの
で、Ｒの大きさや中心位置は、支持部材５の抵抗係数が
渦発生体２の抵抗係数よりも小さくする形状であればよ
い。図示の支持部材５の前面は、流れに面して突起する
円形となっている。

【００１４】図４は、本発明における渦流量計の、更
に、他の実施例を説明するための支持部材の部分立体斜
視図であり、図中、６は支持部材で、支持部材６は渦発
生体２のエッジ部２ｂを含み、渦発生体２の軸に平行で
高さがＨの部分を削除し、傾斜面６ａを形成し、高さが
Ｈで、流れ方向に対して対称形をなすくさび形状となっ
ている。図においては、渦発生体２の上流面２ａを一部
残しているが、左右の傾斜面６ａが交叉する線状とした
方が支持部材６の抵抗係数は小さくなり、より効果的に
馬蹄渦を消滅させることができる。

【００１５】図５は、本発明における渦流量計の、更
に、他の実施例を説明するための支持部材の部分立体斜
視図であり、図中、７は支持部材で、支持部材７は渦発
生体２の軸に傾斜してエッジ部２ｂを高さＨで削除した
傾斜面７ａを有しており、支持部材７は簡易な形状で抵
抗係数を小さくすることができる。

【００１６】

【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部に渦発生体の抵抗係数よ
りも小さい抵抗係数の支持部材を流管の壁面を流れる流
体の境界層程度の厚さで形成することにより、渦発生体
の上流のまわりから下流側に伸びる馬蹄渦の発生をなく
すことができるので、配管影響により大きく変化し、カ
ルマン渦と相互干渉して器差影響を与える馬蹄渦がなく
なるため、配管影響の小さ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を説明するための図
である。

【図２】図１に示した渦発生体２の支持部材３の部分
斜視図である。

【図３】本発明における渦流量計の支持部材の、他の
実施例を説明するための部分斜視図である。

【図４】本発明における渦流量計の、更に、他の実施
例を説明するための支持部材の部分立体斜視図である。

【図５】本発明における渦流量計の、更に、他の実施
例を説明するための支持部材の部分立体斜視図である。

【図６】馬蹄渦を説明するための一部斜視図である。

【符号の説明】

１…流管、２…渦発生体、３…支持部材、５…支持部
材、６…支持部材、７…支持部材。

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、前記流管と、断面形状が一様な渦発生体とを該渦発
生体の抵抗係数よりも小さい抵抗係数を有する形状の支
持部材を介して取り付けたことを特徴とする渦流量計。
【請求項２】支持部材の形状は、流れ方向に長い板状
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】支持部材の形状は、流れに面した面が流
れに面して突起する円弧状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４】支持部材の形状は、流れに面した面が渦
発生体のエッジ部を流れ方向に対して対称となるよう削
除し、くさび形状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５】渦発生体と支持部材とを一体形成し、支
持部材の渦発生体の軸方向長さを渦流量計本体内を流れ
る流体の境界層の厚さ程度としたことを特徴とする請求
項１乃至４の何れかに記載の渦流量計。