JPH06500639A - タービン流量計 - 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】 タービン流量計 発明の背景 本発明は、一般的に流量計に関する。より具体的には、本発明はタービン流量計 及びローターアセンブリーに関する。

タービン流量計は、液体の流量を測定するために使用される装置である。そのよ うな流量計は、一般的に、それが取り付けられる導管に適した寸法とした外側本 体を含む。該外側本体内には、該本体内の液体流によって回転するローターが配 置されている。ローター゛　の回転速度は、理論的には流れの速さすなわち流速 に直接比例する該ローターは一般に、液体流が刃に当たってローターを回転させ るよう、複数の曲がった又は角度を付けた羽根を有する。ローターが回転すると 、羽根は、磁気ピックアップ・アセンブリー中の永久磁石によって生み出される 磁場を通過する。該磁気ピックアップ・アセンブリーは、磁石に加えてコイルを 含む。

ローター羽根がピックアップ・アセンブリーの先端を通過するたびに、交流電圧 パルスがコイル中に誘導される。こうして、６枚の羽根を有するローターは、１ 回転あたり６個のパルスを発生し、これらのパルスは、回転速度を、そしてこれ により流れの速さすなわち流速を測定するために計数される。

典型的な小型の流量計は、流れの上限において約１１０００Ｏｒｐで回転できる 。そのような回転速度は、周波数１０００Ｈｚを有する連続的パルスを発生する 。

理論上、ローターは、曲がった又は角度をつけた羽根が液体流の作用を受けるよ う、液体流中に自由に懸架されている。理論的には、ローターはいかなるエネル ギーをも受け取ったり液体流中へ与えたりしないことから、ローターは液体流よ り速くも遅くもなく回転する。

実際は、しかし、ローターを自由に懸架することはできない。その代わり、ロー ターは一般に、その軸端において種々の配列又は懸架装置によって懸架されてい る。加えて、ローター懸架装置は、他の機能をも満足しなければならない。懸架 装置は、流れる液体の動圧によってローターが下流へと押し遣られることを阻止 しなければならない。それはまた、ローターを液体流に向かい合うように正しく 配置且つ配向させなければならない。

これらのことを達成するに際して、ローター懸架装置は、液体環境の厳しさに耐 えなけれならない。そのような厳しさには、極端な温度：過剰速度：腐食：摩耗 ；圧力、温度及び流速の一過性変化：及び衝撃が含まれる。

更に、タービン流量計は、特に、例えば薬剤又は食品の充填ラインにおいて使用 するとき等には、しばしば高度な衝撃及び間欠的使用に付される。結果として、 タービン流量計は、間欠的操作及び摩擦力の結果としての摩耗、裂は傷のため故 障する。

典型的には、タービン流量計ローターを軸方向に支持する３つのタイプの懸架装 置又は配列が使用されている。すなわち、（ａ）ジャーナル軸受システム、（ｂ ）ボール軸受システム、及び（Ｃ）ピボット軸受システムである。ジャーナル軸 受システムは、滑り摩擦に基づいて作動する。ボール軸受は、転がり摩擦を利用 する。ピボット軸受システムには、滑り及び転がり摩擦の組合せが働く。

これらのシステムは異なった利点を提供するが、それらのシステムには欠点もあ る。これらのシステムの軸受は、典型的には、ローター回転に対抗する引きずり 又は遅延力を発生する。ジャーナル軸受は、比較的堅牢な設計を提供するが、ボ ール軸受よりも高い回転の遅れがある。ピボット軸受は、低い始動遅れを提供す るか、しかし、他の２つのタイプの軸受よりも低い最高作動速度を有する。

発明の概要 本発明は、改良されたタービン流量計を提供する。この目的のためには、本発明 は、一体となったスラスト及びラジアル軸受を含むローター懸架アセンブリーを 提供する。

具体例の一つにおいては、本発明は、ローターが、部分的に貫いて延びるシャフ ト穴を有する軸受上に支持されており、該軸受か今度は先夫シャフト上に取り付 けられているものである、タービン流量計を提供する。

この構造は、タービン流量計に、高い耐衝撃性、低いローター回転摩擦、作動の 長期一貫性、容易な修理可能性、及び長い耐久性を提供する。更にこの構造は、 好ましくは、卓越した清浄化可能性及び高い耐熱性を提供する無毒の材料が使用 されるようなものである。従って、この構造は、薬剤及び食品産業において特に 有用であるシャフト穴とシャフトとの関係は、好ましくは、ローターの支持又は 均衡点が、軸受の中点の上流に配置され、それによって従前の設計よりも一層の 安定性を提供するようなものである。

別の具体例においては、シャフトと軸受との間の協力が卓越した耐衝撃性を提供 するよう、スラスト軸受が高性能プラスチックで作られており、そして液体流に よる軸受の圧力が、下流側の弁衝撃その他に対する高められた耐性を提供する。

別の具体例においては、ローターには上流側末端に出液孔が備えられており、該 出液孔は軸受の洗い流しと冷却を提供する。

具体例の一つにおいては、液体が流される導管に結合させるよう適合させた内部 流路を有する本体よりなる、タービン流量計が提供される。該本体内には、磁気 ピックアップが、作動的に取り付けられている。ローターアセンブリーは、該本 体内に配され、該アセンブリーは、その上にローターが取り付けられるものであ る一体となったスラスト及びラジアル軸受を含む。

具体例の一つにおいては、一体となったスラスト及びラジアル軸受上に支持され るローターよりなる流量計ローターアセンブリーが提供される。

具体例の一つにおいては、スラスト及びラジアル軸受表面の双方を有するタービ ン流量計ローター軸受が提供される。

別の具体例においては、タービン流量計は、液体の流れを中に有する導管と結合 するために適合させた流路を有する本体よりなる。

支持部材が本体内に備えられている。該メーターは、該支持部材から上流へ延び る先夫シャフト及び該シャフト上に取り付けられた実質的に円筒状の色形軸受を 含み、該軸受は、その上流側末端に端壁と円周状のラベットを育する。ローター は、軸受上に取り付けられており該ラベット内に座している。

具体例の一つにおいては、それを通る液体の流れを提供する導管と液体連通して 結合するに適合させた流路を有する本体よりなるタービン流量計か提供される。

支持部材が該本体内に配されている。

該メーターは、該支持部材から上流へ延びる先夫シャフト及び該シャフト上に取 り付けられた実質的に円筒状の釘形軸受を含み、該軸受は、端壁を上流側末端に 有しそして該軸受の外周の周囲から延びる放射状のフランジを有する。ローター は、軸受上に取り付けられており、該フランジに当接関係において受けられてい る。

本発明の更なる特徴及び利点は、目下好ましい具体例の詳細な説明及び図面に記 載され、及びこれらから明らかであろう。

図面の簡単な説明 ＩＮＮは、一体となったスラスト及びラジアル軸受を有するローターを備えた第 １のタービン流量計の断面図を示す。

図２は、図１のローターアセンブリーの分解図を示す。

図３は、図１の流量計のローターの断面図を示す。

図４は、一体となったスラスト及びラジアル軸受を備えた第２のタービン流量計 ローターの断面図を示す。

図５は、図４のローターのアセンブリーの分解図である。

目下好ましい具体例の詳細な説明 本発明は、タービン型の流量計のための、改良されたローター軸受システムを提 供する。本発明は、タービン流量計ローターにおけるスラスト軸受及びラジアル 軸受の一体化を提供する。その結果としての構造は、清浄化及び保守点検が容易 であり且つ摩耗及び裂は傷が、仮に起こったとしても、最少限である、タービン 流量計ローターを提供する。

図面を参照して、特に図１乃至３を参照して、一体となったスラスト及びラジア ル軸受１４を備えたローター１２を有する、第１のタービン流量計１０が示され ている。流量計１０は、好ましくはステンレス鋼で作られた流量計本体１６を含 み、その中にはローター１２に加えて磁気ピックアップ１８が収容されている。

磁気ピックアップ１８は、流量計本体１６の適当なウェル２ｏ中に作動的に配置 されている。

ローター１２は、磁気ピックアップがローター１２の回転を検出するために作動 するよう、流量計本体１６内の軸方向の導管２２内に配置されている。検出は、 ローター１２に配置されている角度を持った羽根の動きを検出することによって 達成される。液体が流量計ｌＯの上流側末端２６から流量計１０の下流側末端２ ８へと流れるとき、液体は角度を持った羽根２４とかみ合いローター１２の回転 を生じる。

ロータ−１２自体は、好ましくは、軸受１４と、羽根２４がそれから突出してい るところの実質的に環状のローター本体３２とからなる。羽根２４は、軸受１４ の下流側末端の周囲に形成された円周状のラベット又は窪み４４内において軸受 Ｌ４上に受けられている、環状のローター本体３２の外周に配置されている。羽 根２４は、好−ましくは本体３２と一体的に形成される。好ましくは、羽根２４ は、ステンレス鋼で作られている。

軸受１４は、実質的には円筒状の釘形（「シルクハツト」形）を有する。軸受１ ４は、一般的に環状部３４、上流側末端の端壁３６、及び環状部３４を形成する ために部分的に貫いて延びるシャフト穴３８を含む。軸受１４は、軸受１４が支 持部材４２から十分に離れているように、支持部材４２上に支持された軸方向に 配置された先史シャフト４０上に受けられている。この方法により、ローター１ ２は、ローター１２が回転するとき支持部材４２を擦ることがない。

穴３８の内部は、環状部３４内にラジアル軸受表面を、モして端壁３６の内側表 面上にスラスト軸受表面を提供する。シャフト４０の先夫形状は、端壁３６によ り最少限に接触される平滑な表面を提供する。こうして摩耗及び裂は傷及び摩擦 は減少される。更に、該スラスト軸受表面は、ラジアル軸受表面の上流に維持さ れており、これは作動における一層大きな安定性を提供する。

従前のローター懸架装置とは対照的に、本発明の構造においては、ローター１４ は、一つの支持部材すなわち支持部材４２によってのみ支持されている。これは 、ローターを２個のそのような支持部材によって支持することが必要である従前 のローター構造とは、際立った対照をなしている。

支持部材４２はまた、本体１６を通る液体の流れをまっすぐにさせるよう働く複 数の直線状羽根６０をも含む。好ましくは、支持部材４２は、３枚の直線状羽根 ６０を含む。該直線的羽根６０は、ローター１２の羽根２４を通して液体の流れ を導くように働く。

ローター１２の上流に配置されているのは、流れ直線化部材６２である。該流れ 直線化部材６２は、支持部材４２の直線状羽根６０に構造上類似の直線状羽根６ ４を含む。しかし、該流れ直線化部材６２は、ローター１４を支持していない。

しかしながら、支持部材４２と同様に、該流れ直線化部材６２もまた、ローター 羽根２４を通して液体の流れを導く働きをする。

図示したように、出液孔又は穴５０及び５２が、軸受Ｉ４の上流側末端に隣接し て設けられている。これらの出液孔５ｏ及び５２は、内部軸受表面に液体の流れ を供給する。特に、液体流はシャフト４０及びシャフト穴３８の内壁に供給され る。この液体の流れは、軸受表面を冷却し、洗い流し、そして潤滑する働きをす る。液体の流れのために、軸受表面の摩耗および裂は傷は減少し、耐久性が向上 する。

軸受１４は、好ましくは、高性能プラスチック材料、例えば、３０μの仕上げを 有するＺＹＴＲＥＸ　４５５　（登録開襟）で作られる。

例示として、そして限定としてではなく、十分に機能することの見出された具体 例の一つを提示する。特に断らない限り、許容誤差は次の通りであ６：　、ｘｘ ＋０．０１．及び、ｘｘｘ　＋　０．００５゜軸受１４は、好ましくは、約０． ５４９インチの全長と約０．３６０インチの外径を有する。ラベット４４は、好 ましくは、軸方向に約０゜３４４インチの長さを存し、約０．０５５インチの半 径方向深さを有する。

軸受１４の上流縁には、軸方向の約０．０３０インチと半径方向の約０．０３６ インチが上流縁から除去されるよう、軸に対し約４０°の食付き部５４が設けら れている。出液孔５ｏは、約０．０２４インチの直径を有し且つ食付き部表面か ら垂直に延びるようにあけられており、すなわち、それもまた軸受の軸に対し約 ４０’に配置されている。出液孔５ｏは互いに１８０’離れて配置される。

出液孔５２は、好ましくは、約０．０３０インチの直径を有するようにあけられ 且つ上流側末端から約０．０１２インチだけ離して設けられている。これらの孔 ５２は、次いて軸受３ｏの軸に対して垂直に配向される。出液孔５２もまた、互 い同士は１８０’、そして出液孔５０からは９０″′離される。

シャフト穴３８は、好ましくは、約０．４２３インチの長さであり且つ、組立前 は最初は約０．１５６インチに粗削りし、次いでリーマをかけ、押しこみ嵌めの 後０．１５８乃至約０．１５９インチとなるようにする。

ローター本体３２は、こうして、ラベット４４内に嵌まるよう、好ましくは約０ ．２５４インチの内径と約０．３６０インチの外径を有する。本体３２の軸方向 長さは約０．３４４インチである。

今や図４及び５を参照して、タービン流量計ローターアセンブリー１００の別の 具体例が開示される。該アセンブリー１００は、一体となったスラスト及びラジ アル軸受！０４を備えたローター１０２を含む。この流量計アセンブリー１００ においては、軸受１０４は、実質的に円筒状の釘形の本体を含む。該本体は、中 心環状部１０６、閉じた上流側端壁１０８、及び放射状の下流側フランジ１１Ｏ よりなる。軸受１０４は、図１乃至３に示した流量計の軸受に類似の仕方で先夫 シャフト１１２上に受けられている。

ローター１０２は好ましくは、図１乃至３に示したローター１４に類似である。

この目的のため、ローター１０２の羽根１３２は、本体１３４がフランジ１１０ に当接するよう、軸受１０４の環状部１０６の外周の周囲に受けられた環状の本 体１３４に固定され又はこれとともに形成されている。軸受１０４への環状本体 １３４の接着又は圧着に加えて、液体流によって加えられる力が環状本体１３４ を軸受１０４に固定する働きをするということが認識できる。

例えば、満足に機能することの見出された具体例は次のとおりである。好ましく は、軸受１０４は、約０．５４９インチの全長と約０゜２５４インチの中心環状 部１０６の外径を有する。フランジｌｌＯは、好ましくは、約０．３６０インチ の外径を有する。軸受ｌＯ４にはまた、その上流縁に約４０°の食付き部が設け られている出液孔１２０及び１２２は、孔１２０が軸受１０４の回転軸に対して 垂直にドリルされるように設けられている。出液孔１２２は、軸受１０４の軸に 平行にドリルされている。孔１２０及び１２２は、好ましくは、約０．０３イン チの直径である。出液孔１２２の中心は、好ましくは、対角線に沿って、軸受１ ０４の環状部１０６の外周から約０．０６２５インチに配置されている。

出液孔５０及び５２に関しては、出液孔裟２０は互いに１８０’離して配置され 、一方孔１２２は互いに１８０離してそして孔１２０から９０°離して配置され ている。

上述の流量計は、＃脈内液を収容するための容器のような医療用の液体容器を充 填する装置に使用するのに特に適している。そのような容器を充填するための操 作において必要とされるオン／オフのサイクルのために、そのような操作におけ る流量計は、故障率が高い。上述のローター支持アセンブリーは、軸受の摩耗及 び裂は傷による故障を減らし又はなくならせる。

ここに記述の目下好ましい具体例に対する種々の変更及び修正が当業者に明らか であることは理解されねばならない。そのような変更及び修正は、本発明の精神 及び範囲から外れることなく且つその伴う利点を損なうことなく行うことができ る。従って、そのような変更及び修正は、添付の請求の範囲に包含されることが 意図されている。

ＦｆＧ、　３　ＦＩＧ、　４ 国際調査報告 、　、−＋　ＰＣＴ／ＵＳ　９２１０４７２１

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．タービン流量計であって、 液体を通して流す導管と結合させるよう適合させた内部流路を有する本体と、 該本体内に作動的に配置された磁気ピックアップと、該本体内に配置されたロー ターアセンブリーよりなっており、該アセンブリーが、ローターがその上に取り 付けられるものである一体となったスラスト及びラジアル軸受を含むものである 、タービン流量計。
2. ２．その上に軸受が取り付けられるものである先丸シャフトを含み、該軸受が部 分的にのみ貫いで延びるシャフト穴を有するものである、請求項１に記載のター ビン流量計。
3. ３．該軸受がシャフト穴と連通した出液孔を含み、それらを通って液体の一部が シャフト及び軸受の孔を洗い流し且つ冷却しつつ流れるものである、請求項２に 記載のタービン流量計。
4. ４．該軸受がプラスチックから構成されているものである、請求項１に記載のタ ービン流量計。
5. ５．その上に軸受が取り付けられるものである先丸シャフトを含み、該軸受が部 分的にのみ貫いで延びるシャフト穴を有する、実質的に円筒状の缶形を有するも のである、請求項１に記載のタービン流量計。
6. ６．該ローターが環状のローター本体を含み且つ該軸受がその中にローター本体 が座す円周状のラベットを含むものである、請求項１に記載のタービン流量計。
7. ７．該ローターが環状のローター本体を含み且つ該軸受が一端においてローター が当接して座している放射状のフランジを含むものである、請求項５に記載のタ ービン流量計。
8. ８．一体となったスラスト及びラジアル軸受上に支持されたローターよりなる、 流量計ローターアセンブリー。
9. ９．その上に軸受が取り付けられるものである先丸シャフトを含み、該軸受が部 分的にのみ貫いで延びるシャフト穴を有するものである、請求項８に記載の流量 計ローターアセンブリー。
10. １０．該軸受がシャフト穴と連通した出液孔を含み、それらを通って液体の一部 がシャフト及び軸受の孔を洗い流し且つ冷却しっつ流れるものである、請求項９ に記載の流量計ローターアセンブリー。
11. １１．該軸受がプラスチックから構成されているものである、請求項８に記載の 流量計ローターアセンブリー。
12. １２．軸受がその上に取り付けられるものである先丸シャフトを含み、該軸受が 部分的にのみ貫いで延びるシャフト穴を有する、実質的に円筒状の缶形を有する ものである、請求項８に流量計ローターアセンブリー。
13. １３．該ローターが環状のローター本体を含み且つ該軸受がローター本体がその 中に座す円周伏のラベットを含むものである、請求項１２に記載の流量計ロータ ーアセンブリー。
14. １４．該ローターが環状のローター本体を含み且つ該軸受が一端においてロータ ーが当接して座している放射状のフランジを含むものである、請求項１２に記載 の流量計ローターアセンブリー。
15. １５．スラスト及びラジアル両軸受表面よりなるタービン流量計ローター軸受。
16. １６．実質的に円筒状の缶形を含み部分的にのみ貫いで延びるシャフト穴を有す る、請求項１５に記載のタービン流量計ローター軸受。
17. １７．該軸受がシャフト穴と連通した出液孔を含み、それらを通って液体の一部 が軸受の孔を洗い流し且つ冷却しつつ流れるものである、請求項１６に記載のタ ービン流量計ローター軸受。
18. １８．該軸受がプラスチックで構成されているものである、請求項１５に記載の タービン流量計ローター軸受。
19. １９．該軸受がその中にローター本体が座すことのできる円周状のラベットを含 むものである、請求項１に記載のタービン流量計ローター軸受。
20. ２０．該軸受が一端にローターがそれに当接して座することのできる放射状フラ ンジを含むものである、請求項１６に記載のタービン流量計ローター軸受。
21. ２１．タービン流量計であって、 液体の流れをその中に有する導管と結合させるために適合させた流路を有する本 体と、 該本体内に配置された支持部材と、 該支持部材から上流へと延びる先丸シャフトと、該シャフト上に取り付けられた 実質的に円筒状の缶形の軸受であって、その上流側末端に円周状のラベットを有 する軸受と、そして該軸受上に取り付けられ該ラベット内に座しているローター とからなるものであるタービン流量計。
22. ２２．タービン流量計であって、 液体の流れをその中に有する導管と液体連通して結合させるに適合させた流路を 有する本体と、 該本体内に配置された支持部材と、 該支持部材から上流へと延びる先丸シャフトと、該シャフト上に取り付けられた 実質的に円筒状の缶形の軸受であって、その上流側末端に端壁及び該軸受の外周 から延びる放射状フランジを有するものである軸受と、そして該軸受上に取り付 けられ、該フランジに当接関係にて受けられているローターよりなるものである 、タービン流量計。