JPH1038651A - 流体機械の流量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の流量測定方法では、検定実験に多大の
経費を要する。伝播時間差方式の超音波流量測定方法で
は、速度分布が不均一な場合に精度が低い。既設ポンプ
等の流量を高精度に計測できる低コスト流量測定方法を
提案する。 【解決手段】 測定断面の流速分布を測定できるパルス
ドップラ式流速計１３の超音波センサ１１を排水ポンプ
の吐出部に設置する。流路壁９ａに対して送受波面を角
度θだけ傾斜させ、くさび状取付具１２により流路壁９
ａに隙間なく接触させる。流速計１３から時間間隔Ｔで
発射された超音波１４は、測定線１５上の流体内の粒子
１６で散乱反射される。反射波を信号処理してドップラ
シフト周波数から求めた流速Ｖと既知の断面積とで流量
がわかる。測定断面の流速分布を容易に測定でき、乱流
解析により予め補正値を求めるので、測定精度が上が
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体機械の流量測
定方法に係り、特に上水道，下水道，雨水排水，農業用
水などで用いられるポンプの吐出し量のような各種流体
機械の流体流量を測定するのに好適な流体機械の流量測
定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いたポンプ流量測定方法の第
１従来例としては、特開平4−249716号公報に記載され
た超音波を用いたポンプ吐出し流量測定装置および測定
方法がある。この第１従来例では、ポンプの吐出エルボ
の側壁に設置された超音波流速計により、エルボ内の流
速を測定し、この流速と予め実測された流速対ポンプ吐
出し量との関係を示すデータから流量を算出する。

【０００３】ポンプ流量測定方法の第２従来例として
は、図１５に示すように、超音波伝搬方式の流速計をポ
ンプの流量計測に適用した例がある。第２従来例は、管
軸方向に所定間隔を隔てて一対の超音波センサをポンプ
管外壁に設置し、超音波を流れの順方向と逆方向とに送
波し、伝搬速度差から流速を求め、流速に測定断面の断
面積を乗じて流量を算出する方法である。超音波伝搬方
式の流速計は、例えば、日本機械学会発行の技術資料
『流体計測』(昭和60年４月発行)の第131頁に記載され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記第１従来例では、
エルボの流速とポンプの流量との関係を実測により求め
ておかねばならい。したがって、ポンプ製造所または現
地のポンプ機場で、その測定のためのポンプ試験を実施
せねばならず、多大の時間と経費とが必要になるという
問題がある。また、製造所内の実測試験では、現地のポ
ンプの吸込み流路や吐出流路の配設状態と完全に同一に
して試験することは困難であり、測定精度に誤差が生じ
る場合もある。

【０００５】一方、第２従来例では、図１５に示すよう
に、超音波センサ１１ａ，１１ｂを設置すべきポンプの
吐出エルボ８の出口断面においては、半径方向に大きな
速度分布がある。この方式の流速計では、超音波が通過
する測定線１５ａおよび１５ｂ上の流速の平均値しか求
められないから、平均速度に断面積を乗じて算出される
流量は、実際の流量との誤差が大きくなり、測定精度が
悪くなる。この問題を解決するには、超音波流速計の上
流側直管部９の長さを流路管径の１０倍位にとり、流れ
が整流されたところで測定する必要がある。

【０００６】しかし、実際のポンプが設置されている排
水機場などでは、ポンプの吐出エルボ８の出口下流に、
そのように長い直管部は、通常、存在しない。流れを整
流させるため、整流装置をポンプ出口に設ければ、短い
直管部でも測定精度を向上させることは可能であるが、
既存ポンプ配管に整流装置を新たに設置する必要があ
り、多大の経費を要する。

【０００７】また、図１６に示すように、図１５の測定
断面IX−IXの水平断面Ａの一断面のみではなく、断面
Ｂ，Ｃなど複数の断面について測定すれば、測定精度の
向上は期待される。しかし、各線上の平均流速の測定精
度自体は向上しないから、全体の測定精度は、大幅には
向上しない。

【０００８】本発明の目的は、従来の超音波測定方法で
は測定精度が低かった既設ポンプなどの流体機械の流量
計測を多大な経費を必要とせずかつ高精度に実施できる
ようにする流体機械の流量測定方法を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、流体機械および前記前後流路の少なくと
も一つの断面における流量を測定する流量測定方法にお
いて、前記断面における速度分布をパルスドップラ式超
音波流速計で測定し、その速度分布と断面積とから流量
を算出する。この測定方法では、パルスドップラ式超音
波流速計により超音波の進行方向の流速分布を求め、そ
の流速分布から流路方向の測定線上の流速分布が正確に
求められるので、流速分布と断面積とから流量を高精度
に算出できる。また、超音波の測定線の流路方向で必要
な長さは、流路径程度であり、測定部に長い直管部は必
要としない。そのため、従来の超音波流量計と比べて、
短い距離で精度の高い流量測定が可能となる。

【００１０】前記流路の外壁面周りに超音波センサを複
数個設置し、複数の測定線上の流速分布を測定すると、
測定断面の流速分布がさらに詳細に把握され、より高精
度に流量を測定できる。

【００１１】前記流路の外壁上の一定位置に配列形超音
波センサを設置し、超音波センサから測定流路断面内に
放射状に伸びる複数線上の流速分布を同時に測定する
と、測定面全体の流速分布を求められるので、各点の流
速に微小面積を乗じて各部の流量を求めて積分すれば、
断面全体にわたる流量が正確に測定される。

【００１２】前記流体機械の吐出エルボの入口側断面か
ら上流側に向かう複数線上の流速分布を測定すると、吐
出エルボ出口直後に、超音波の発射方向の流路形状が変
化する物体が存在する場合でも、吐出エルボの入口側は
流路形状は変化しないので、精度の高い流量測定が可能
となる。

【００１３】前記流速測定断面を含む流路の乱流解析を
行い、その解析から流速測定線上の流速分布を求め、流
速分布と流路断面積とから流量Ｑａを算出し、乱流解析
時に入口境界条件とした流量Ｑｂとの比α＝Ｑｂ／Ｑａ
を求め、このαを補正係数として超音波流速計から算出
した流量Ｑｃに乗じ、補正された流量を求める。この場
合は、乱流解析により予め補正係数αを求めておくの
で、精度の高い流量測定を容易に行うことができる。

【００１４】旋回流に対しても測定可能とするため、超
音波センサの超音波の送波方向が、流れの方向と基本的
に平行となるような位置にセンサを設定する。そうすれ
ば、ポンプ流路内の流れの方向は、超音波の進行方向と
同じであるから、測定精度が高まる。また、ポンプの低
流量域において発生する旋回流に対しても、旋回流の主
流方向は測定できるので、流路の軸方向の流速分布から
流量を求めるという本流量測定方法では、高精度の測定
が可能となる。

【００１５】流体機械の吸込流路壁または吐出流路壁面
上に超音波センサを設置し、そのセンサから送られる超
音波またはそのセンサで受ける超音波の方向が、吐出流
路の主流の方向と平行であるように超音波センサを設置
したことから、ドップラ効果による超音波の周波数変化
を捕らえやすく、測定精度が高くなる。また、ポンプの
小流量域で発生する旋回成分を持つ流れでも、主流方向
成分が常に存在するので、流速の測定精度が良くなり、
結果として、流量の測定精度も高くなる。

【００１６】流体機械の吸込または吐出流路において、
流路方向が３０度以上曲げられる流路壁面上に、超音波
を送受する超音波センサの軸を流路の上流または下流の
主流方向に対向する方向に、超音波センサを設置したの
で、超音波センサの取付けに便利である。

【００１７】吐出エルボに設置されている保守点検用ハ
ンドホールに、超音波センサを設置した棒状の測定治具
を流水方向と直交するように挿入し、その治具を治具の
軸方向に移動させ、流量を測定する。その際、測定治具
を軸方向に移動させるとともに、周方向にも移動させる
と、測定断面内の測定位置を非常に多くできるので、高
精度の流量測定が可能となる。

【００１８】この場合も、アレイ形超音波センサを測定
治具に設置すると、測定時間を短縮できる上に、コンパ
クトな形に収納して、測定治具を小形化できる。

【００１９】前記パルスドップラ式超音波流速計を構成
する超音波センサを前記流体機械の吸込流路に対向する
吸込槽底部に設けたことから、超音波センサを取り付け
る面が平面となるので、超音波センサの取付が容易で、
しかも、取り付けの精度を高められる利点がある。ベル
マウスにより流れが収縮・増速されて、一様で整流され
安定した流れとなっている。したがって、超音波流量計
の測定精度も高まるとともに、安定した測定が可能とな
る。特に、空気混入形先行待機運転方式では、下流側で
吸気するようにすれば、水だけの単相状態での流量が測
定可能となるとともに、多量の空気が混入したポンプ吐
出エルボ付近では、多量の気泡がノイズの発生源となる
ため、超音波による流量測定方法の測定精度が大幅に落
ちるかまたは測定不能に陥ることを回避できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図１７を参照して、
本発明による流体機械の流量測定方法および装置の実施
例を説明する。

【００２１】《第１実施例》図１は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第１実施例を示す断面図である。
第１実施例において、流量測定の対象となる流体機械
は、立軸の排水ポンプであり、その羽根車１は、ここで
は図示を省略した原動機の軸に結合されたポンプ軸２に
取り付けられている。吸込槽３内の雨水４は、ポンプ軸
２が回転して排水ポンプが作動すると、吸込ベルマウス
５，羽根車１，案内羽根６，吐出コラム７，吐出エルボ
８を経て、吐出管９に排出される。吐出管９の下流に
は、流量調節弁１０が設置されている。

【００２２】吐出エルボ８の出口端には、パルスドップ
ラ式超音波流速計１３の超音波センサ１１を設定してあ
る。パルスドップラ式超音波流速計１３は、超音波発信
器，パルス発信器，送信機，周波数追跡回路，複調器，
指示計などからなる。第１実施例の超音波センサ１１の
送受波面は、流路壁９ａに対して角度θだけ傾斜してい
る。くさび状取付具１２は、超音波センサ１１を流路壁
９ａに隙間無く接触させている。

【００２３】超音波センサ１１からは、超音波パルス１
４が時間間隔Ｔで発射される。発射された超音波パルス
１４は、流速測定線１５上の流体内の粒子１６で散乱反
射される。反射波は、一定時間だけ受波器として動作す
る超音波センサ１１に受信される。受信された超音波
は、パルスドップラ式超音波流速計１３内で信号処理さ
れ、ドップラシフト周波数と流速Ｖとを求められる。

【００２４】図２は、本発明におけるパルスドップラ超
音波流速計の送波信号と受波信号とドップラ信号との関
係を説明する図である。超音波センサ１１からは、超音
波のパルス列からなる送波信号すなわち超音波パルス１
４が、時間間隔Ｔで発射される。流速測定線１５上で、
超音波センサ１１から数式１に示す距離Ｘにある粒子に
おいて散乱反射される散乱反射波１７は、時間間隔Ｔで
超音波センサ１１で受信され、受波信号となる。送波信
号の周波数と受波信号の周波数との差異から、ドップラ
信号が得られ、流速Ｖに換算される。したがって、超音
波が進む流速測定線１５上のΔＸ間隔の位置における流
速が測定され、その線上における速度分布が求められ
る。なお、数式１において、Ｃは水中における音速，Ｔ
は超音波パルス列の時間間隔，ｎは整数である。

【００２５】

【数１】

【００２６】図３は、測定位置Ｐにおける流速Ｖの速度
ベクトルを示す断面図である。ドップラ式超音波流速計
１３によって測定される流速Ｖは、超音波の進行方向の
成分Ｖｘである。したがって、流路に平行な速度Ｖは，
数式２で表され、流路方向流速の流速測定線１５上の分
布が求められる。

【００２７】

【数２】

【００２８】測定断面における流量は、各点の流路方向
の流速に微小面積を乗じて流路断面全体に亘り積分して
得られるから、数式３で与えられる。数式３で、Ｂ(ｒ)
は、図３に示す流路幅である。

【００２９】

【数３】

【００３０】超音波センサ１１から発射される超音波の
流速測定線の流路方向に必要な長さは、流路の直径程度
の長さであり、測定部に長い直管部を必要としない。し
たがって、従来の超音波流量計と比べて短い距離でも、
流量を高精度に測定できる。

【００３１】《第２実施例》図４は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第２実施例を示す断面図である。
吐出エルボ８の出口部に、パルスドップラ式超音波流速
計１３の複数個の超音波センサ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，１１ｄ，…を設置し、それぞれの線上の流速分布を
求め、数式４により流量を算出する。数式４において、
Ｒは測定断面の半径、Ｖａｘ，Ｖｂｘ，…，ＶNｘは各
超音波センサａ，ｂ，…，Ｎで測定される測定線方向の
流速成分，ｒは測定位置の流路中心からの半径，Ｎは測
定線の数である。

【００３２】

【数４】

【００３３】超音波センサは、各流速測定線１５上に設
置することが望ましいが、定常的な流量を測定する場合
は、一個の超音波センサの設置位置を順次変えて測定し
てもよい。このようにすると、測定断面の流速分布がよ
り詳細に把握され、より高い精度の流量測定が可能とな
る。

【００３４】《第３実施例》図５は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第３実施例を示す断面図である。
超音波センサ１１としては、小さな複数の超音波センサ
が配列されたアレイ形超音波センサを採用している。各
要素の超音波センサからは、特定の流速測定線の方向
に、パルス状の超音波が発射され、測定断面に多くの測
定線が設定されるようにしてある。第１実施例と同様に
して、各測定線上の流速分布が求められて、測定面全体
の流速分布が求められる。上記各実施例と同様に、各点
の流速に微小面積を乗じると各部の流量が求められ、断
面全体に亘り積分して流量が求められる。

【００３５】《第４実施例》図６は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第４実施例を示す断面図である。
第４実施例は、基本的には第１実施例と同様であるが、
測定位置を立軸ポンプの吐出エルボ８の入口部として、
超音波の発射方向すなわち流速測定線を上流に向かわせ
てある。吐出エルボ８の出口の直後には、流量調節弁１
０が設置されている。超音波の発射方向に流路形状が変
化する物体が存在する場合、吐出エルボ８の出口部で
は、精度の高い流量測定は困難である。しかし、吐出エ
ルボ８の入口側の流路形状は変化しないので、第４実施
例のように、吐出エルボ８の入口部に超音波センサ１１
を設置すると、高い精度の流量測定ができる。

【００３６】《第５実施例》図７は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第５実施例の処理手順を示すフロ
ーチャートである。第５実施例は、流量を測定すべきポ
ンプ流路系全体に亘り乱流解析を実行し、流速測定線上
の流速分布をその乱流解析から求めて、その流速分布と
流路断面積とから流量Ｑａを算出し、乱流解析時に入口
境界条件とした流量Ｑｂとの比α＝Ｑｂ／Ｑａを求め、
超音波流速計から算出した流量Ｑｃにこのαを補正係数
として乗じて測定流量を補正し、高い精度の流量測定を
実現する。第５実施例によれば、乱流解析により予め補
正係数αを求めておくので、高い精度の流量測定を容易
に実施できる。

【００３７】なお、以上の説明では、立軸の排水ポンプ
について述べたが、本発明の流量測定方法は、これに限
定されるものではなく、流体が流路を流れる機械であれ
ば、横軸のポンプ，ポンプ以外の水車や送風機などに広
く適用できる。

【００３８】以上の本発明実施例によれば、多大な経費
を必要とせず、従来の超音波測定方法では測定精度が低
かった既設ポンプの流量計測を高精度に実施できる。

【００３９】図１７は、本発明の第１〜４実施例でも解
決できなかった課題を説明する図である。第１〜４実施
例で説明したパルスドップラ式超音波流量計では、ポン
プ流路の測定線上の流速分布を求めることができ、しか
も測定にあたっては超音波センサをポンプ流路外壁に設
置すればよく、使い勝手が非常に優れているという特長
がある。

【００４０】しかし、第１〜４実施例の測定方法では、
超音波を送波する方向は、流路の主流方向とある角度を
なすように設定する必要があった。ポンプの定格点付近
での測定は問題はないが、定格点より流量がかなり少な
い低流量域においては、図１７に示すように、ポンプ出
口に旋回ら旋流２６が残存し、測定線の方向と測定され
るべき流れの方向とが、直交する場合がある。パルスド
ップラ方式では、流れの超音波を送波する方向の成分し
か原理的に測定できないため、その方向の速度成分が存
在しない流れに対しては測定できなくなる。送波する方
向を種々変化させて、測定可能な方向に設定すればよい
が、それを実現するには、機構が複雑となる。

【００４１】以下の第６〜１１実施例は、第１〜４実施
例でも解決できなかった課題すなわち測定線と流れ方向
とが直交することを根本的に無くした流体機械の流量測
定方法を提案するものである。

【００４２】《第６実施例》図８は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第６実施例を示す断面図である。
図８(ａ)は第６実施例を上から見た平面図、図８(ｂ)は
第６実施例の縦断面図、図８(ｃ)はポンプ内の流速の測
定面Ａ−Ａの断面図である。第６実施例においても、第
１実施例と同様に、流量測定の対象となる流体機械は、
立軸の排水ポンプであり、その羽根車１は、ここでは図
示を省略した原動機の軸に結合されたポンプ軸２に取り
付けられている。ポンプ軸２が回転すると、吸込槽３の
雨水４は、吸込ベルマウス５，羽根車１，案内羽根６，
吐出コラム７，吐出エルボ８を経て、吐出管９に排出さ
れる。吐出管９の下流には、流量調節弁１０が設置され
ている。

【００４３】第６実施例においては、吐出エルボ８の外
径側の壁に、パルスドップラ式超音波流速計１３の超音
波センサ１１が設置されている。超音波センサ１１の送
受波面は、送受波面から送波される超音波の方向がポン
プ回転軸２に対して平行である。くさび状取付具１２ａ
は、超音波センサ１１ａを曲面の吐出エルボ８の外壁に
隙間無く接触させている。

【００４４】超音波センサ１１からは、超音波パルス１
４が時間間隔Ｔで発射される。発射された超音波パルス
１４は、流速測定線１５上の流体内の粒子１６で散乱反
射される。反射波は、一定時間だけ受波器として動作す
る超音波センサ１１に受信される。受信された超音波
は、パルスドップラ式超音波流速計１３内で信号処理さ
れ、ドップラシフト周波数と流速Ｖとを求められる。

【００４５】すなわち、上記図２の場合と同様に、超音
波センサ１１からは、超音波のパルス列からなる送波信
号すなわち超音波パルス１４が、時間間隔Ｔで発射され
る。流速測定線１５上で、超音波センサ１１から上記数
式１で示す距離Ｘにある粒子において散乱反射される散
乱反射波１７は、時間間隔Ｔで超音波センサ１１で受信
され、受波信号となる。送波信号の周波数と受波信号の
周波数との差異から、ドップラ信号が得られ、流速Ｖに
換算される。したがって、超音波が進む流速測定線１５
上のΔＸ間隔の位置における流速が測定され、その線上
における速度分布が求められる。

【００４６】より具体的には、図８(ａ)および図８(ｂ)
において、まず、超音波センサ１１ａからＬ１の距離に
ある断面Ａ−Ａの点Ａａにおける流速が求められる。次
に、超音波センサ１１ａからポンプ軸芯の回りに４５度
回転させた位置に設置された超音波センサ１１ｂについ
て、上記と同じ手順で、断面Ａにおける点Ａｂの流速が
得られる。周方向の測定位置１１ｃ,１１ｄ，…，１１h
について測定すると、図８(ｃ)に示すポンプ流路断面に
おける周方向の流速分布が求められる。

【００４７】流速分布が得られたら、数式５により断面
Ａ−Ａについて流速を積分すると、その流路を流れる流
量Ｑが求められる。ｄ₂はポンプ吐出コラム７の内径、
ｄ₁はポンプ軸２の外径である。

【００４８】

【数５】

【００４９】第６実施例の場合には、超音波センサ１１
から発射される超音波の方向すなわち流速測定線が、流
れの主流方向(ポンプ軸方向)と一致しするために、ドッ
プラ効果による超音波の周波数変化を捕らえやすく、測
定精度が高くなる。したがって、ポンプの小流量域で発
生する旋回成分を持つ流れでも、主流方向成分が常に存
在するので、流速の測定精度が良くなり、結果として、
流量の測定精度も高くなる。

【００５０】《第７実施例》図９は、本発明による流体
機械の流量測定方法の第７実施例を示す断面図である。
超音波センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，…は、
吐出エルボ８の外径面で、送波される超音波が下流側の
断面Ｂ−Ｂに向けて、しかも吐出管９の軸芯に平行にな
るように設置されている。測定原理や流速から流量を求
める手順は、第６実施例と同じである。

【００５１】第７実施例においては、図９(ｂ)から明ら
かなように、吐出エルボ８の左側の空間を利用できるの
で、吐出エルボ８への超音波センサの取付作業や測定作
業が、第６実施例と比較して容易になる。ただし、ポン
プ軸２が測定断面Ｂ−Ｂに平行して存在しており、ポン
プ軸２の影となる領域には超音波が届かないから、測定
できない。

【００５２】《第８実施例》図１０は、本発明による流
体機械の流量測定方法の第８実施例を示す外観図であ
る。第８実施例において、吐出エルボ８の外壁曲面に、
例えば接着剤により、超音波センサ１１を隙間無く設置
できる測定座１８イ，１８ロ，１８ハなどを階層状に設
けてあり、各測定座１８の上面は、測定断面Ａ−Ａに平
行な平面となっている。各測定座１８の上には、複数の
超音波センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄなどが取
り付けられている。このようにすれば、超音波センサを
取り付ける面が平面となるので、超音波センサの取付が
容易で、しかも、取り付けの精度を高められる利点があ
る。

【００５３】《第９実施例》図１１は、本発明による流
体機械の流量測定方法の第９実施例を示す断面図であ
る。ポンプ吸込槽３のポンプの直下部の底面に超音波セ
ンサを設けた流量測定方法である。底面の一部である３
ａは、鋼板などで作られ、その板の下部には、空間１９
が設けられ、板の下面には複数の超音波センサが取り付
けられている。超音波センサへの信号ケーブルは、吸込
槽３のコンクリート壁に設けられたケーブルダクト２０
を経て、ポンプ設置床面まで導かれ、超音波流量計本体
１２に接続されている。流量の測定断面Ｃ−Ｃはベルマ
ウス５の端面５ａと羽根車１の入口端面１ａとの間の吸
込槽底面３ａからＬの距離の位置に設定されている。上
述の第１実施例と同様の原理により、Ｃ−Ｃ断面の流速
分布が求められ、それらを数式２により積分すると、流
量が求められる。

【００５４】測定断面のＣ−Ｃ断面では、ベルマウスに
より流れは収縮・増速されて、一様で整流され安定した
流れとなっている。したがって、超音波流量計の測定精
度も高まるとともに、安定した測定が可能となる。特
に、空気混入形先行待機運転方式では、Ｃ−Ｃ断面より
下流側(上部位置)で吸気するようにすれば、水だけの単
相状態での流量が測定可能となるとともに、多量の空気
が混入したポンプ吐出エルボ付近では、多量の気泡がノ
イズの発生源となるため、超音波による流量測定方法の
測定精度が大幅に落ちるか、または測定不能に陥ること
を回避できる。

【００５５】なお、信号ケーブルを吸込槽３のコンクリ
ート壁面に沿って垂らしてもよい場合は、ケーブルダク
ト２０を設ける必要はない。

【００５６】《第１０実施例》図１２は、本発明による
流体機械の流量測定方法の第１０実施例を示す断面図で
ある。ポンプ吐出流路の第２吐出エルボ２１の外径の外
側壁面に、複数の超音波センサ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，…を設置してある。超音波センサの取付けに便利な
ように、コンクリート壁には空間２２が形成されてい
る。超音波センサの設置状況は、第６実施例と基本的に
同じである。超音波センサ１１ａからＬａの距離にある
測定断面であるＤ−Ｄ断面の流速が測定され、各超音波
センサからの測定結果からＤ−Ｄ断面の流速分布が求め
られる。それを数式２と同様に積分すると、測定流量が
求められる。

【００５７】《第１１実施例》図１３は、本発明による
流体機械の流量測定方法の第１１実施例を示す断面図で
ある。吐出エルボにはポンプ軸に垂直で出口フランジ面
に平行して、ポンプ内部の点検用孔すなわちハンドホー
ルが設置されている場合がある。第１１実施例は、その
ようなポンプに好適な実施例である。ハンドホール２４
ａおよび２４ｂには、棒状の測定治具２５が貫通してい
る。測定治具２５には、図１４に示すように、超音波セ
ンサ１１が埋設されており、超音波センサの表面中心１
１イは、測定治具２５の表面２５ａから突出しないよう
にしてある。測定治具２５は、図１３の軸Ｙ方向および
図１４の周θ方向に可動となっている。

【００５８】図１４は、第１１実施例の測定治具２５周
りの詳細を示す断面図である。このような構成におい
て、超音波センサの表面中心１１イからＬの距離にある
Ｅ−Ｅ断面の流速分布を測定する。図１４(ａ)に示すよ
うに、測定治具２５を軸Ｙ方向にトラバースすれば、Ｅ
−Ｅ断面の軸Ｙ方向の速度分布が測定される。また、Ｙ
方向の各位置において、図１４(ｂ)に示すように、測定
治具２５を測定治具の軸芯回りのθ方向に回動させ、各
θの角度位置で測定すると、測定断面のＸ方向の速度分
布が測定される。このようにしてＥ−Ｅ断面の速度分布
が求められると、数式２によりその速度分布を断面に亘
り積分して、流量が求められる。本実施例の場合、測定
断面内の測定位置を非常に多くできるので、高精度の流
量測定が可能となる。

【００５９】本実施例の拡張として、測定治具２５にた
だ１個の超音波センサだけでなく、小さな超音波センサ
を軸Ｙ方向や周θ方向に複数個配列すると、測定時間を
短縮できる。特に、アレイ形超音波センサを用いれば、
コンパクトな形に収納でき、測定治具２５を小形化でき
る。

【００６０】以上の説明では、立軸の排水ポンプに本発
明を適用した例について述べたが、本発明は、横軸のポ
ンプやポンプ以外の水車，送風機などの流体機械にも適
用できる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、各種流体機械の流体流
量を高精度に測定できる。特に、上水道，下水道，雨水
排水，農業用水などで用いられるポンプの吐出し量を低
コストで高精度に測定できる。

【００６２】また、従来の超音波測定方法では低い流量
測定精度しか得られなかった既設のポンプについて、わ
ずかな費用のパルスドップラ超音波流速計を設置するの
みで流体流量を高精度に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流体機械の流量測定方法の第１実
施例を示す断面図である。

【図２】本発明におけるパルスドップラ超音波流速計の
送波信号と受波信号とドップラ信号との関係を説明する
図である。

【図３】測定位置における流れの速度ベクトルを示す断
面図である。

【図４】本発明による流体機械の流量測定方法の第２実
施例を示す断面図である。

【図５】本発明による流体機械の流量測定方法の第３実
施例を示す断面図である。

【図６】本発明による流体機械の流量測定方法の第４実
施例を示す断面図である。

【図７】本発明による流体機械の流量測定方法の第５実
施例の処理手順を示すフローチャートである。

【図８】本発明による流体機械の流量測定方法の第６実
施例を示す断面図である。

【図９】本発明による流体機械の流量測定方法の第７実
施例を示す断面図である。

【図１０】本発明による流体機械の流量測定方法の第８
実施例を示す外観図である。

【図１１】本発明による流体機械の流量測定方法の第９
実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明による流体機械の流量測定方法の第１
０実施例を示す断面図である。

【図１３】本発明による流体機械の流量測定方法の第１
１実施例を示す断面図である。

【図１４】第１１実施例の測定治具周りの詳細を示す断
面図である。

【図１５】従来の流体機械の流量測定方法を説明する断
面図である。

【図１６】図１５のIX−IX断面を示す図である。

【図１７】本発明の第１〜４実施例でも解決できない課
題を説明する図である。

【符号の説明】

１ 羽根車 ２ ポンプ軸 ３ 吸込槽 ４ 雨水 ５ 吸込ベルマウス ６ 案内羽根 ７ 吐出コラム ８ 吐出エルボ ９ 吐出管 １０ 流量調節弁 １１ 超音波センサ １２ くさび状取付具 １３ パルスドップラ式超音波流速計 １４ 超音波パルス送信波 １５ 流速測定線 １６ 粒子 １７ 散乱反射波 １８ 超音波センサ取付座 １９ 吸込側測定スペース ２０ ケーブルダクト ２１ 第２吐出エルボ ２２ 吐出側測定スペース ２３ 吐出槽 ２４ ハンドホール ２５ 測定治具 ２６ 旋回ら旋流れ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 景義 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 加藤 雄二 茨城県土浦市神立東二丁目28番４号 日立 テクノエンジニアリング株式会社土浦事業 所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体機械およびその前後の流路の少なく
   とも一つの断面における流量を測定する流体機械の流量
   測定方法において、 前記断面における速度分布をパルスドップラ式超音波流
   速計により測定し、 前記速度分布と前記断面積とから前記流量を算出するこ
   とを特徴とする流体機械の流量測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 前記流路の外壁面周りに前記パルスドップラ式超音波流
   速計を構成する超音波センサを複数個設置し、 複数の測定線上の流速分布を測定することを特徴とする
   流体機械の流量測定方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 前記流路の外壁上の所定位置に前記パルスドップラ式超
   音波流速計を構成するアレイ形超音波センサを設置し、 前記アレイ形超音波センサから前記測定流路断面内に放
   射状に伸びる複数線上の流速分布を同時に測定すること
   を特徴とする流体機械の流量測定方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 前記流体機械の吐出エルボの入口側断面から上流側に向
   かう複数線上の流速分布を測定することを特徴とする流
   体機械の流量測定方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 前記流速測定断面を含む流路の乱流解析を実行し、 前記解析結果から流速測定線上の流速分布を求め、 前記流速分布と流路断面積とから流量Ｑａを算出し、 前記乱流解析時に入口境界条件とした流量Ｑｂとの比α
   ＝Ｑｂ／Ｑａを求め、 前記αを補正係数として前記パルスドップラ式超音波流
   速計から算出した流量Ｑｃに乗じて補正された流量を求
   めることを特徴とする流体機械の流量測定方法。
6. 【請求項６】 流体機械およびその前後の流路の少なく
   とも一つの断面における流量を測定する流体機械の流量
   測定方法において、 前記流体機械の吸込流路壁または吐出流路壁面上にパル
   スドップラ式超音波流速計の超音波センサを前記超音波
   センサの送受波方向が吐出流路の主流の方向と平行であ
   るように設置し、 前記断面における速度分布を測定し、 前記速度分布と前記断面積とから前記流量を算出するこ
   とを特徴とする流体機械の流量測定方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 流体機械の吸込または吐出流路の流路方向が３０度以上
   曲げられる流路壁面上に、超音波を送受する超音波セン
   サの軸を流路の上流または下流の主流方向に対向する方
   向に、超音波センサを設置したことを特徴とする流体機
   械の流量測定方法。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 吐出エルボに設置されている保守点検用ハンドホール
   に、流水方向と直交し、超音波センサを設置した棒状の
   測定治具を挿入し、その治具を治具の軸方向に移動さ
   せ、流量を測定することを特徴とする流体機械の流量測
   定方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の流体機械の流量測定方
   法において、 前記測定治具が軸方向および／または周方向にも可動で
   あることを特徴とする流体機械の流量測定方法。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の流体機械の流量測定
    方法において、 アレイ形超音波センサを測定治具に設置したことを特徴
    とする流体機械の流量測定方法。
11. 【請求項１１】 請求項１に記載の流体機械の流量測定
    方法において、 前記パルスドップラ式超音波流速計を構成する超音波セ
    ンサを前記流体機械の吸込流路に対向する吸込槽底部に
    設けたことを特徴とする流体機械の流量測定方法。