JPH08252623A - ラミナーフロー用管状ノズル - Google Patents
ラミナーフロー用管状ノズルInfo
- Publication number
- JPH08252623A JPH08252623A JP5845995A JP5845995A JPH08252623A JP H08252623 A JPH08252623 A JP H08252623A JP 5845995 A JP5845995 A JP 5845995A JP 5845995 A JP5845995 A JP 5845995A JP H08252623 A JPH08252623 A JP H08252623A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- laminar flow
- small hole
- tubular
- cooling
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、鋼板の上面冷却用のラミナーフ
ロー用管状ノズルに関するもので、特に冷却水のオンオ
フ時の応答性に優れ、かつ安定したラミナーフローが得
られる小型で簡素な構造のラミナーフロー用管状ノズル
に関するものである。 【構成】 上に凸の湾曲をなす管状ノズルの頂部付近に
設ける小孔と前記管状ノズルの吐出口との高低差をＨ、
前記小孔と吐出口間のノズル長さをＬ、ノズル内径を
Ｄ、管内摩擦係数をλ、曲がり損失係数をζ、ノズル内
平均流速をｖとしたときに、（λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ2
／２ｇ−Ｈ≧０なる条件を満たすノズル形状としたこと
を特徴とするラミナーフロー用管状ノズルである。
ロー用管状ノズルに関するもので、特に冷却水のオンオ
フ時の応答性に優れ、かつ安定したラミナーフローが得
られる小型で簡素な構造のラミナーフロー用管状ノズル
に関するものである。 【構成】 上に凸の湾曲をなす管状ノズルの頂部付近に
設ける小孔と前記管状ノズルの吐出口との高低差をＨ、
前記小孔と吐出口間のノズル長さをＬ、ノズル内径を
Ｄ、管内摩擦係数をλ、曲がり損失係数をζ、ノズル内
平均流速をｖとしたときに、（λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ2
／２ｇ−Ｈ≧０なる条件を満たすノズル形状としたこと
を特徴とするラミナーフロー用管状ノズルである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鋼板の上面冷却用の
ラミナーフローノズルに関するもので、特に冷却水のオ
ンオフ時の応答性に優れ、かつ安定したラミナーフロー
が得られる小型で簡素な構造のラミナーフロー用管状ノ
ズルに関するものである。
ラミナーフローノズルに関するもので、特に冷却水のオ
ンオフ時の応答性に優れ、かつ安定したラミナーフロー
が得られる小型で簡素な構造のラミナーフロー用管状ノ
ズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱延鋼板のオンライン冷却におけ
る冷却ノズルはパスラインから相当に高くする必要があ
る。冷却ノズルが相当に高く位置するため、ラミナーフ
ローが極めて不安定になる。ラミナーフロー用ノズルの
形状は、管状ノズルおよびスリットノズルが一般的であ
るが、何れのノズルも安定したラミナーフローが得られ
る流量域が狭く、その全流量域に亘って滑らかで切れ目
のないラミナーフローを安定して確保することが困難で
ある。特に低水量域では安定したラミナーフローを得る
ことが困難である。しかしながら、冷却能力が強力であ
り、かつ設備費が低廉であることからラミナーフロー冷
却が一般的に用いられ、実操業においては広い範囲の冷
却条件を満足させるため、ラミナーフローのコントロー
ルに、主としてバンク毎、一部についてヘッダー毎のオ
ンオフ制御を用いるのが一般的である。上記のようなラ
ミナーフロー用ノズルは、オフ時にヘッダーバルブを閉
じてから水が停止するまでサイフォン現象により５秒〜
１分程度の時間を要し、オン時は、オフ時の水量損失の
ためとヘッダーバルブがヘッダーより離れた位置に設置
されていることが一因となって水が吐出するまで５秒程
度の時間を要する。つまり、オンオフ時の冷却水の噴射
及び停止の応答特性が悪く、不安定であるという問題が
ある。そして、鋼板の冷却開始温度及び停止温度または
冷却速度などのバラツキが、材質のバラツキの原因とな
っている。このため、例えば実公昭６３−３７０２号公
報には、図６に示すようにノズル１より流下させる冷却
水２は、一定水量で連続させておき、この冷却水流を遮
蔽板３を用いてガター５に流入させ、遮断、開放するこ
とにより高応答性で鋼板の冷却を制御することが可能な
ことを記載している。また、図７、および図８に示すよ
うに、特開昭５２−８０２０９号公報には、上に凸の湾
曲をした管状のラミナーフロー用ノズル１の曲り部２の
頂部４付近に小孔５を設け、またヘッダー接続部とノズ
ル頂部の間に絞り部３を設けることにより、オフ時は小
孔５からの空気流入によりサイフォン効果が阻止されラ
ミナーフローを即座に停止し、オン時においても絞りに
よるヘッダー管圧力の増加のためにその応答性を良好に
できることが記載されている。なお、開閉弁６によって
オンオフ時以外は小孔５から空気が流入するのを防ぐよ
うにしている。
る冷却ノズルはパスラインから相当に高くする必要があ
る。冷却ノズルが相当に高く位置するため、ラミナーフ
ローが極めて不安定になる。ラミナーフロー用ノズルの
形状は、管状ノズルおよびスリットノズルが一般的であ
るが、何れのノズルも安定したラミナーフローが得られ
る流量域が狭く、その全流量域に亘って滑らかで切れ目
のないラミナーフローを安定して確保することが困難で
ある。特に低水量域では安定したラミナーフローを得る
ことが困難である。しかしながら、冷却能力が強力であ
り、かつ設備費が低廉であることからラミナーフロー冷
却が一般的に用いられ、実操業においては広い範囲の冷
却条件を満足させるため、ラミナーフローのコントロー
ルに、主としてバンク毎、一部についてヘッダー毎のオ
ンオフ制御を用いるのが一般的である。上記のようなラ
ミナーフロー用ノズルは、オフ時にヘッダーバルブを閉
じてから水が停止するまでサイフォン現象により５秒〜
１分程度の時間を要し、オン時は、オフ時の水量損失の
ためとヘッダーバルブがヘッダーより離れた位置に設置
されていることが一因となって水が吐出するまで５秒程
度の時間を要する。つまり、オンオフ時の冷却水の噴射
及び停止の応答特性が悪く、不安定であるという問題が
ある。そして、鋼板の冷却開始温度及び停止温度または
冷却速度などのバラツキが、材質のバラツキの原因とな
っている。このため、例えば実公昭６３−３７０２号公
報には、図６に示すようにノズル１より流下させる冷却
水２は、一定水量で連続させておき、この冷却水流を遮
蔽板３を用いてガター５に流入させ、遮断、開放するこ
とにより高応答性で鋼板の冷却を制御することが可能な
ことを記載している。また、図７、および図８に示すよ
うに、特開昭５２−８０２０９号公報には、上に凸の湾
曲をした管状のラミナーフロー用ノズル１の曲り部２の
頂部４付近に小孔５を設け、またヘッダー接続部とノズ
ル頂部の間に絞り部３を設けることにより、オフ時は小
孔５からの空気流入によりサイフォン効果が阻止されラ
ミナーフローを即座に停止し、オン時においても絞りに
よるヘッダー管圧力の増加のためにその応答性を良好に
できることが記載されている。なお、開閉弁６によって
オンオフ時以外は小孔５から空気が流入するのを防ぐよ
うにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のラ
ミナーフロー用ノズルにおいて、実公昭６３−３７０２
号公報のものは、鋼板を冷却しないときでも水を流出さ
せているため、無駄水が発生し送水ポンプ電力費の増加
や装置が複雑で大型化するため多大な設備投資を要する
といった問題点がある。また、特開昭５２−８０２０９
号公報のものは、ノズル頂部付近に設けられた小孔の空
気流入によりサイフォン効果を阻止するものであるか
ら、ノズル内に空気が流入するため、ラミナーフローの
状態が悪くなり冷却能が低下するという問題がある。そ
の対策として小孔に開閉弁を設け、オンオフ時のみ弁を
開けることで高い冷却能を維持する方式が述べられてい
るが、弁の駆動装置等を設けなければならず、装置が複
雑で大型化するため多大な設備投資を要するといった問
題点がある。
ミナーフロー用ノズルにおいて、実公昭６３−３７０２
号公報のものは、鋼板を冷却しないときでも水を流出さ
せているため、無駄水が発生し送水ポンプ電力費の増加
や装置が複雑で大型化するため多大な設備投資を要する
といった問題点がある。また、特開昭５２−８０２０９
号公報のものは、ノズル頂部付近に設けられた小孔の空
気流入によりサイフォン効果を阻止するものであるか
ら、ノズル内に空気が流入するため、ラミナーフローの
状態が悪くなり冷却能が低下するという問題がある。そ
の対策として小孔に開閉弁を設け、オンオフ時のみ弁を
開けることで高い冷却能を維持する方式が述べられてい
るが、弁の駆動装置等を設けなければならず、装置が複
雑で大型化するため多大な設備投資を要するといった問
題点がある。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、装置が簡素で小型なオンオフ
時の応答性に優れ、安定した状態のラミナーフローを得
ることができるラミナーフロー用管状ノズルを得ること
を目的とする。
めになされたものであり、装置が簡素で小型なオンオフ
時の応答性に優れ、安定した状態のラミナーフローを得
ることができるラミナーフロー用管状ノズルを得ること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るラミナーフ
ロー用管状ノズルは、上に凸の湾曲をなす管状ノズルの
頂部付近に小孔を設けたものに関し、ノズル内平均流速
ｖと小孔の位置からノズル吐出口までの高低差Ｈに下記
(1) 式に示す制約条件を付加するものである。これによ
り吐出時は小孔を通してラミナーフローノズルに空気が
流入せず、吐出口から流下するラミナーフローを安定し
た整流にすることができる。さらに、止水時は小孔を通
してノズルに空気が流入するからサイフォン現象が防止
できる。
ロー用管状ノズルは、上に凸の湾曲をなす管状ノズルの
頂部付近に小孔を設けたものに関し、ノズル内平均流速
ｖと小孔の位置からノズル吐出口までの高低差Ｈに下記
(1) 式に示す制約条件を付加するものである。これによ
り吐出時は小孔を通してラミナーフローノズルに空気が
流入せず、吐出口から流下するラミナーフローを安定し
た整流にすることができる。さらに、止水時は小孔を通
してノズルに空気が流入するからサイフォン現象が防止
できる。
【０００６】 （λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ2 ／２ｇ−Ｈ≧０………(1) Ｈ ：小孔の位置からノズル吐出口までの高低差 Ｄ ：ノズル内径 Ｌ ：小孔の位置からノズル吐出口までのノズル長さ λ ：ノズルの管内摩擦係数 ｖ ：ノズル内平均流速 ζ ：ノズルの曲がり損失係数
【０００７】
【作用】本発明に関わるラミナーフロー用管状ノズル
は、小孔を設けている位置において吐出時に圧力が負圧
にならず、空気が小孔を通してノズル内に流入しないか
らラミナーフローが乱れることはない。ノズルの吐出口
と小孔のある位置点における圧力の関係は下記(2) 式で
表される。
は、小孔を設けている位置において吐出時に圧力が負圧
にならず、空気が小孔を通してノズル内に流入しないか
らラミナーフローが乱れることはない。ノズルの吐出口
と小孔のある位置点における圧力の関係は下記(2) 式で
表される。
【０００８】 Ｐｂ＝Ｐａ＋（λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ2 ／２ｇ−Ｈ………(2) Ｐｂ：小孔のある位置（点Ｂ）の圧力 Ｐａ：ノズルの吐出口（点Ａ）の圧力［大気圧］
【０００９】ノズルの摩擦による損失水頭（λ・Ｌ／Ｄ
・ｖ2 ／２ｇ）と曲がりによる損失水頭（ζ・ｖ2 ／２
ｇ）の和が小孔部からノズル吐出口までの高低差（Ｈ）
より小さくなるとき、圧力Ｐｂも圧力Ｐａ（大気圧）よ
り小さくなり小孔部では負圧となり（Ｐｂ−Ｐａ＜
０）、ノズル内に空気が流入することとなる。逆に損失
水頭の差が高低差より大きくなったとき、小孔部で正圧
となり、小孔を通してノズルから外に水が流出すること
となる。このとき、ノズル吐出口までの直管部で整流さ
れる程度の乱れであり、ノズル吐出口での流れは乱れる
ことはなくなり、冷却能の低下を防止することが出来
る。また本発明に関わるラミナーフローノズルにおいて
は、小孔を設けていない同径のノズルよりもノズルの頂
部付近で流れが乱れ、曲がり損失係数ζが増大し、ノズ
ル頂部付近の圧力損失が増大する。従って同一流量の場
合、ヘッダー管圧力がより大きくなり、オン時の応答性
は絞りを入れずとも向上する。また、ヘッダーバルブを
閉じた瞬間に流量が低下し上記(2) 式を満足しなくなる
からノズル内に空気が流入し、サイフォン現象が起きな
いためオフ時の応答性も向上することとなる。
・ｖ2 ／２ｇ）と曲がりによる損失水頭（ζ・ｖ2 ／２
ｇ）の和が小孔部からノズル吐出口までの高低差（Ｈ）
より小さくなるとき、圧力Ｐｂも圧力Ｐａ（大気圧）よ
り小さくなり小孔部では負圧となり（Ｐｂ−Ｐａ＜
０）、ノズル内に空気が流入することとなる。逆に損失
水頭の差が高低差より大きくなったとき、小孔部で正圧
となり、小孔を通してノズルから外に水が流出すること
となる。このとき、ノズル吐出口までの直管部で整流さ
れる程度の乱れであり、ノズル吐出口での流れは乱れる
ことはなくなり、冷却能の低下を防止することが出来
る。また本発明に関わるラミナーフローノズルにおいて
は、小孔を設けていない同径のノズルよりもノズルの頂
部付近で流れが乱れ、曲がり損失係数ζが増大し、ノズ
ル頂部付近の圧力損失が増大する。従って同一流量の場
合、ヘッダー管圧力がより大きくなり、オン時の応答性
は絞りを入れずとも向上する。また、ヘッダーバルブを
閉じた瞬間に流量が低下し上記(2) 式を満足しなくなる
からノズル内に空気が流入し、サイフォン現象が起きな
いためオフ時の応答性も向上することとなる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明の１実施例のノズルの正面図である。
図示される様にノズルは上に凸の湾曲をさせた状態に立
ち上がっており、ノズル頂部２付近に小孔３を設けら
れ、ヘッダー接続部１を介して、ヘッダー管５へ接続さ
れている。この小孔３からノズル吐出口４までの長さ
は、前記(1) 式の条件を満たすものである。オフ時には
サイフォン現象が阻止され、ラミナーフローを即座に停
止し、オン時においても小孔から外に流れ出す水量が少
ないことと、ヘッダー管圧が増加するため応答性が優れ
たものとなる。そのため応答時間については先行発明の
ノズルと同様の図２の様な結果が得られる。なお、ヘッ
ダー管圧は、前記のように小孔３による曲り損失に伴う
圧力損失分だけ増大する。冷却能に関しては、図４に同
一流量におけるノズル径と冷却速度の関係を示している
が前記(1) 式の条件を満たしていれば小孔３を設けた場
合でもラミナーフローが乱れることがなく、小孔３がな
いノズルと同等の冷却能力が得られる。なお、上述の
(1)式および (2)式において、係数λ、ζは何れも工学
便覧等に記載された図表から知ることができるから、ノ
ズル形状等を特定する各諸元Ｌ，Ｄを与えればＨを知る
ことができる。また、係数λ、ζは (2)式からｖまたは
Ｐを変化させて求めることもできる。すなわち、図５に
おいて、ヘッダー管の圧力Ｐ1 を２水準にしたときのノ
ズル内平均流速ｖを測定すれば、Ｐ1 ＝Ｐａ＋（λ・Ｌ
／Ｄ＋ζ）・ｖ2 ／２ｇ−Ｈ1 から容易に求まる。
る。図１は本発明の１実施例のノズルの正面図である。
図示される様にノズルは上に凸の湾曲をさせた状態に立
ち上がっており、ノズル頂部２付近に小孔３を設けら
れ、ヘッダー接続部１を介して、ヘッダー管５へ接続さ
れている。この小孔３からノズル吐出口４までの長さ
は、前記(1) 式の条件を満たすものである。オフ時には
サイフォン現象が阻止され、ラミナーフローを即座に停
止し、オン時においても小孔から外に流れ出す水量が少
ないことと、ヘッダー管圧が増加するため応答性が優れ
たものとなる。そのため応答時間については先行発明の
ノズルと同様の図２の様な結果が得られる。なお、ヘッ
ダー管圧は、前記のように小孔３による曲り損失に伴う
圧力損失分だけ増大する。冷却能に関しては、図４に同
一流量におけるノズル径と冷却速度の関係を示している
が前記(1) 式の条件を満たしていれば小孔３を設けた場
合でもラミナーフローが乱れることがなく、小孔３がな
いノズルと同等の冷却能力が得られる。なお、上述の
(1)式および (2)式において、係数λ、ζは何れも工学
便覧等に記載された図表から知ることができるから、ノ
ズル形状等を特定する各諸元Ｌ，Ｄを与えればＨを知る
ことができる。また、係数λ、ζは (2)式からｖまたは
Ｐを変化させて求めることもできる。すなわち、図５に
おいて、ヘッダー管の圧力Ｐ1 を２水準にしたときのノ
ズル内平均流速ｖを測定すれば、Ｐ1 ＝Ｐａ＋（λ・Ｌ
／Ｄ＋ζ）・ｖ2 ／２ｇ−Ｈ1 から容易に求まる。
【００１１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば小
孔を設け、（λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ2 ／２ｇ−Ｈ≧０な
る条件を満たすノズル形状及び水量を選択することで安
定したラミナーフローを得られ、かつオンオフ応答性に
優れたラミナーフローノズルが得られるから従来の技術
に比べコンパクトとなり安価な設備費で実機化が可能と
なる。
孔を設け、（λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ2 ／２ｇ−Ｈ≧０な
る条件を満たすノズル形状及び水量を選択することで安
定したラミナーフローを得られ、かつオンオフ応答性に
優れたラミナーフローノズルが得られるから従来の技術
に比べコンパクトとなり安価な設備費で実機化が可能と
なる。
【図１】本発明の一実施例に係る一実施例のノズルを正
面図である。
面図である。
【図２】小孔を設けたノズルのオフ応答性を示すグラフ
図である。
図である。
【図３】小孔の有無によるヘッダー管内圧力と流量の関
係を示したグラフ図である。
係を示したグラフ図である。
【図４】小孔の有無による冷却能と流量の関係を示した
グラフ図である。
グラフ図である。
【図５】ヘッダー管の圧力Ｐ1 を複数水準にしてｖを測
定し係数λ、ζを求めるための説明図である。
定し係数λ、ζを求めるための説明図である。
【図６】従来技術の一実施例を示す説明図でる。
【図７】従来技術の他の実施例を示す説明図でる。
【図８】従来技術の他の実施例を示す説明図でる。
１ ヘッダー接続部 ２ ノズル頂部 ３ 小孔 ４ ノズル吐出口 ５ ヘッダー管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 義郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 大友 隆広 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 池宗 省三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 宮本 明 広島県福山市鋼管町一番地 福山共同機工 株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 上に凸の湾曲をなす管状ノズルの頂部付
近に設ける小孔と前記管状ノズルの吐出口との高低差を
Ｈ、前記小孔と吐出口間のノズル長さをＬ、ノズル内径
をＤ、管内摩擦係数をλ、曲がり損失係数をζ、ノズル
内平均流速をｖとしたときに、（λ・Ｌ／Ｄ＋ζ）・ｖ
2 ／２ｇ−Ｈ≧０なる条件を満たすノズル形状としたこ
とを特徴とするラミナーフロー用管状ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5845995A JPH08252623A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | ラミナーフロー用管状ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5845995A JPH08252623A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | ラミナーフロー用管状ノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08252623A true JPH08252623A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13085018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5845995A Pending JPH08252623A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | ラミナーフロー用管状ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08252623A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113543902A (zh) * | 2019-03-18 | 2021-10-22 | 首要金属科技奥地利有限责任公司 | 在没有头部的随后流出的情况下对于扁平的轧件的冷却 |
-
1995
- 1995-03-17 JP JP5845995A patent/JPH08252623A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113543902A (zh) * | 2019-03-18 | 2021-10-22 | 首要金属科技奥地利有限责任公司 | 在没有头部的随后流出的情况下对于扁平的轧件的冷却 |
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