JPH08313312A

JPH08313312A - タービン式流量計

Info

Publication number: JPH08313312A
Application number: JP12258495A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tanaka; 豊田中; Fumihiro Niimi; 文啓新美
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】層流と乱流の遷移点付近にあらわれる器差特
性のピークを軽減して、流量計の器差を改善する。【構成】羽根車２４の羽根２４ｂの高さの中央付近
に、切欠２４ｃを形成する。切欠２４ｃは層流で生じる
流速分布のパターン「イ′」の最大流速部が羽根２４ｂ
に与える力を逃して器差特性のピークを軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタービン式流量計の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、気体用として好適なター
ビン式流量計として、図６に示す構造のものを先に提案
した（特願平２−２３７９１８、特開平４−１１６４２
０号公報）。

【０００３】同図において、６はメータケースで、流体
の流路１１を形成するために、全体がほぼ円筒形で、両
端に配管接続用のフランジ７と８がそれぞれ溶接固着さ
れている。

【０００４】１２は第１の整流器で、軸心が前記メータ
ケース６の軸心と同軸である砲弾形部分１２ａと、この
部分１２ａから半径方向へ放射状に延びる複数の整流羽
根１２ｂとからなり、両者１２ａと１２ｂとが一体的に
形成され、整流羽根１２ｂの端部をメータケース６の内
周部に固定することで整流器１２が装着されている。

【０００５】１３は第２の整流器で、軸心が前記メータ
ケース６の軸心と同軸である円筒形のベアリング受１３
ａと、このベアリング受１３ａから半径方向へ放射状に
延びる複数の整流羽根１３ｂとからなり、両者１３ａと
１３ｂとが一体的に形成され、整流羽根１３ｂの端部を
メータケース６の内周部に固定することで整流器１３が
装着されている。

【０００６】ベアリング受１３ａは二重円筒状で、外側
の円筒の外径は前記砲弾形部分１２ａの最大外径と同じ
である。１４は補助部材で、流量計を組み立てるとき
に、砲弾形部分１２ａとベアリング受１３ａとを同心状
態で結合するためのもので、この補助部材１４の左端は
砲弾形部分１２ａの右端に嵌入され、部材１４の右端は
ベアリング受１３ａの左端に嵌入されている。１４′は
ベアリング受１３ａの左端を砲弾形部分１２ａの右端に
結合するためのねじである。

【０００７】１６、１６はベアリング受１３ａの軸方向
端部に配置したボールベアリング、１５はボールベアリ
ング１６、１６に回転可能に軸承された軸、１７はマグ
ネット・ホルダでピン１８により軸１５の左端に固着さ
れている。

【０００８】１９はリング状のマグネットで、マグネッ
ト・ホルダ１７の左端凹部に嵌入固着され、軸１５と共
に回転可能である。２０は磁気センサで、マグネット１
９の回転を検知して電気信号に変換する。２１は磁気セ
ンサ・ホルダで、有底円筒形で、その内側底部に磁気セ
ンサ２０を内蔵している。

【０００９】ホルダ２１は、その上部がメータケース６
に気密的に固定されており、下部はメータケース６から
砲弾形部分１２ａ内に挿入されている。こうして、前記
磁気センサ２０がマグネット１９に近接配置されて、回
転磁界を検知する。

【００１０】２２は補助部材１４と磁気センサ・ホルダ
２１との間に設けたＯリング、２３はベアリング・ホル
ダ１３ａの下流端（図示右端）に装着した蓋である。２
４は羽根車で、前記両ベアリングの内、下流側のベアリ
ング１６から下流方向に延長された軸１５の端部に圧入
装着され、前記ベアリング受１３ａの外径とほぼ同じ外
径を有する円筒形部分２４ａと、この部分２４ａから半
径方向へ放射状に延びる複数の羽根２４ｂとからなり、
部分２４ａと羽根２４ｂとは一体的に形成されている。
また、羽根２４ｂは周知のように流れ方向に対して傾斜
している。

【００１１】２５は羽根車２４の下流に配置した出口整
流器で、メータケース６と同一軸心を有する砲弾形部分
２５ａと、この部分２５ａから半径方向へ放射状に延び
る複数の整流羽根２５ｂとからなり、両者２５ａと２５
ｂが一体的に形成され、整流羽根２５ｂの端部をメータ
ケース６の内周部に固定することで出口整流器２５が装
着されている。

【００１２】第１の整流器１２、第２の整流器１３、補
助部材１４、軸１５、羽根車２４及び出口整流器２５
は、何れもメータケース６の軸心と同軸に配設されてい
る。

【００１３】流体はメータケース６とベアリング受１３
ａとの間の環状の流路１１を右方向に向かって流れ、第
１と第２の整流器１２と１３で整流されたあと、羽根車
２４を回転させて、出口整流器２５から、図示されてな
い下流側の配管へと流れる。

【００１４】羽根車２４の回転はマグネット１９と磁気
センサ２０とで電気信号に変換され、この電気信号（流
量信号）を流量に変換する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術では、
流量計の器差特性が図７に示すように、低流量域で符号
Ｐで示すようにピークが発生し、広い流量計測範囲で高
い計測精度を得ること（つまり器差を小さくすること）
ができないという問題点があった。

【００１６】特に軸受の摩擦抵抗や、流体の粘性に基因
する回転抵抗を減少させて、低流量域まで計測範囲を広
げる程、このピークが目立って大きくなり、流量計測範
囲の拡大と、精度向上（つまり器差低減）の障害となっ
ていた。

【００１７】そこで、本発明はこのような障害を減らす
ために、器差特性曲線の前記ピークを低減できるタービ
ン式流量計を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】発明者等は前記目的を達
成するために、先ず、器差特性線図で前述のようなピー
クがなぜ発生するのかを追求することから、鋭意研究を
重ねたところ、流れが層流になる低流量域と、流れが乱
流になる中〜大流量域では、流路内における流速分布の
パターンが大幅に相違しておって、かつ前記ピークが、
層流と乱流の遷移点付近で発生することを突き止めた。

【００１９】層流量域では、断面が円形の直線管絡路内
を流れる流体の流速ｖは、流路の中心からの距離をｒ、
流路断面の半径をＲ、流量をＱとすると、

【００２０】

【数１】であらわされ、、流速分布のパターンは図８のようにな
ることが周知である。また、同じ流路でも、乱流領域で
は、流体の流速ｖは

【００２１】

【数２】であらわされ、流速分布のパターンは図９のようになる
ことが周知である。但し、レイノルズ数をＲｅ、管内平
均流速をＶａとし、ｎ＝２．１ｌｏｇＲｅ−１．９Ｖａ＝Ｑ／（πＲ²）としている。

【００２２】両図を比較して判ることは、層流領域で
は、最大流速が管路の中心にあって、平均流速に比較し
て大幅に大きく、乱流領域では流速ｖが平均流速とあま
り違いはないということである。

【００２３】タービン式流量計は本来流路の計測部にお
ける平均流速に羽根車の回転数が比例することを基本原
理としており、この基本原理が成り立つ流量範囲では、
流量と羽根車の回転数が比例して器差が小さくなり、高
い精度が得られる。

【００２４】ところが、低流量域では層流になるから、
図１（ａ）に符号イ′で示すように、流路１１内の流速
分布が不均一なパターンになって、流路１１の中央部付
近つまりメータケース６の内周と、ベアリング受１３ａ
と円筒形部分２４ａの外径の間の中央付近で最大流速に
なり、この最大流速の値は平均流速より大幅に大きくな
る。

【００２５】その結果、層流域では、この最大流速に支
配されて羽根車の回転数が影響を受けて、遷移点付近で
器差にプラス傾向が出て、これが器差特性曲線のピーク
になると推定した。

【００２６】そこで、この現象に基づく前記ピークを軽
減して前記目的を達成するために、請求項１の発明は、
層流領域における流速分布パターンの最大流速部分の流
体が当たる付近の羽根（２４ｂ）の部分に切欠（２４
ｃ）を設けたことを特徴とするタービン式流量計であ
る。

【００２７】請求項２の発明は、羽根（２４ｂ）の高さ
（Ｈ）の中央付近に切欠（２４ｃ）を形成したことを特
徴とするタービン式流量計である。請求項３の発明は、
請求項１又は２記載のタービン式流量計において、切欠
（２４ｃ）が羽根（２４ｂ）の上流端（２４ｄ）に形成
された円弧状の切欠であることを特徴とするものであ
る。

【００２８】そして、請求項４の発明は、請求項３記載
のタービン式流量計において、切欠（２４ｃ）の中心位
置が羽根（２４ｂ）の高さ（Ｈ）の中央よりわずかに外
径側であることを特徴とするものである。

【００２９】

【作用】羽根に設けた切欠（２４ｃ）が、層流領域にお
ける流速分布パターンの最大流速付近の流体を逃すた
め、最大流速の影響が羽根車の回転数に出にくくなる。

【００３０】

【実施例】図１は本発明の一実施例を説明する略図で、
（ａ）は要部縦断面図、（ｂ）は羽根車を下流側（同図
（ａ）の右側）からみた部分図、図２は図１の実施例の
流路や羽根車の要部寸法を示す縦断面略図、図３は図
１、図２の実施例の流量計としての構造を示す縦断面図
である。

【００３１】これらの図において、図６で説明した前記
従来技術と同じ符号の部品は、前記従来技術の部品と同
一の機能を果たすので、説明を省略することもある。図
１（ａ）においてイ′はメータケース６とベアリング受
１３ａの間の環状の流路１１を流れる流体の層流時の流
速分布のパターンを示す図である。流路は流路１１の中
央付近（つまりメータケース６の内周とベアリング受１
３ａの外周との中央付近）で最大値となり、平均流速と
大幅に異なっている。

【００３２】２４は羽根車で、前述のように外径がベア
リング受１３ａの外径とほぼ同じ寸法の円筒形部分２４
ａと流れ方向に対して傾斜する複数の羽根２４ｂとから
なる。そして流路１１の羽根２４ｂを設けたいわゆる計
測部における層流時の流速分布のパターンも前記パター
ン「イ′」と同じである。なお、図１（ｂ）では、羽根
２４ｂは２枚しか図示しておらず、他の羽根は図示する
のを省略してある。

【００３３】２４ｃは羽根２４ｂの上流側の端縁２４ｄ
の中央付近に形成した切欠で、図示のように円弧状に切
り欠いてある。この実施例の要部の寸法を図２に示す。
ベアリング受１３ａと羽根車２４の羽根２４ａの外径は
φ２８、メータケース６の内径はφ４２．８で、流路１
１内の流速ｖの分布パターンはイ′のようになり、流速
ｖの最大の位置はφ３６．２のところにあり、流路１１
の中央つまり円筒形部分２４ａの外周とメータケース６
の内周の中央よりわずかにメータケース寄りに位置して
いる。この位置は羽根２４ｂの高さＨの中央よりわずか
に外径側になる。

【００３４】そこで、円弧状の切欠２４ｃは、切欠の深
さが最大値２ｍｍとなる部分つまり切欠の中心を前記流
速最大のφ３６．２の位置に合わせて形成した。なお、
流速ｖの分布パターン「イ′」で、最大流速は６．６ｍ
／ｓとなり、平均流速４．４ｍ／ｓの１．５倍である。
そして、この条件の場合の流量は１３ｍ³／ｓである。

【００３５】図３はこの実施例の全体の縦断面図で、従
来技術の図５と比較して、羽根２４ｂの上流側の端縁に
深さ２ｍｍの円弧切欠２４ｃを形成した点だけが異な
る。図４はこの実施例の器差特性と、図６の従来技術の
器差特性を図示したもので、本実施例の器差特性は符号
ロで示すように、従来技術の器差特性ハと比較して従来
技術にみられた大きなピークＰが軽減され、器差特性が
改善されていることが明らかである。

【００３６】図５は切欠２４ｃの形状の違ういくつかの
例を示す。同図（ａ）は図１〜図３で説明した実施例と
同じもので、羽根２４ｂの上流側の端縁に円弧状の切欠
２４ｃを形成したものである。

【００３７】同図（ｂ）は羽根２４ｂの下流側の端縁２
４ｅに円弧状の切欠２４ｃを形成したものである。ま
た、同図（ｃ）は羽根２４ｂの上流側の端縁２４ｄにＶ
字形の切欠２４ｃを形成したもの、同図（ｄ）は同様の
Ｖ字形の切欠２４ｃを羽根２４ｂの下流側の端縁２４ｅ
に形成した例である。

【００３８】いずれの例も羽根の前記高さＨのほぼ中央
または中央よりわずか外径寄りに切欠の中心（つまり切
欠の深い部分）がくるようにしてあり、このように切欠
２４ｃを形成することで、層流時の最大流量の影響を少
なくして、器差特性のピークを抑制している。

【００３９】

【発明の効果】本発明のタービン式流量計は上述のよう
に構成されているので、切欠（２４ｃ）が最大流量位置
付近の流れを逃すように作用して、流れの最大流速部が
羽根に加える力をやや弱め、層流と乱流の遷移点付近で
の器差特性のピークを軽減して器差を小さくできる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する略図で（ａ）は要
部縦断面図、（ｂ）は羽根車を下流側からみた部分図で
ある。

【図２】図１の実施例の流路や羽根車の要部寸法を示す
縦断面略図である。

【図３】図１、図２の実施例の流量計としての構造を示
す縦断面図である。

【図４】図１〜図４の実施例と、図６の従来技術の器差
特性を比較図示した線図である。

【図５】本発明による羽根車の羽根に形成する切欠の各
種の形状例を示す略図で、同図（ａ）は図１〜図３の実
施例と同じもの、同図（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）はそれ
ぞれ異なる他の例を示す。

【図６】従来技術の縦断面図である。

【図７】従来技術の器差特性を示す線図である。

【図８】断面が円形の円筒形流路を流れる層流の流速分
布のパターンを説明する略図である。

【図９】断面が円形の円筒形流路を流れる乱流の流速分
布のパターンを説明する略図である。

【符号の説明】

６…メータケース１１…流路２４…羽根車２４ｂ…羽根２４ｃ…切欠２４ｄ…羽根２４ｂの上流端（上流側の端縁）Ｈ…高さＰ…ピークｖ…流速イ′…流速分布のパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】層流領域における流速分布パターンの最
大流速部分の流体が当たる付近の羽根（２４ｂ）の部分
に切欠（２４ｃ）を設けたことを特徴とするタービン式
流量計。
【請求項２】羽根（２４ｂ）の高さ（Ｈ）の中央付近
に切欠（２４ｃ）を形成したことを特徴とするタービン
式流量計。
【請求項３】切欠（２４ｃ）が羽根（２４ｂ）の上流
端（２４ｄ）に形成された円弧状の切欠であることを特
徴とする請求項１又は２記載のタービン式流量計。
【請求項４】切欠（２４ｃ）の中心位置が羽根（２４
ｂ）の高さ（Ｈ）の中央よりわずかに外径側であること
を特徴とする請求項３記載のタービン式流量計。