JPH11258252A - 耐振型温度計 - Google Patents

耐振型温度計

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JPH11258252A
JPH11258252A JP6242498A JP6242498A JPH11258252A JP H11258252 A JPH11258252 A JP H11258252A JP 6242498 A JP6242498 A JP 6242498A JP 6242498 A JP6242498 A JP 6242498A JP H11258252 A JPH11258252 A JP H11258252A
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well
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piping
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Shigeru Asakawa
茂 朝川
Toshio Ogauchi
俊雄 小河内
Koji Yamamoto
晃二 山本
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】カルマン渦等の加振源との共振によるウエルの
折損やねじ部の金属疲労による破壊を防止し、かつ、温
度計の温度計測時定数が大きくなることがなく、温度検
出精度を維持することが可能な耐振型温度計を提供す
る。 【解決手段】ウエル100とサーモカップル30とジャ
ンクションヘッド40とからなり、振動する配管10に
取り付けて配管10内の温度を測定する耐振型温度計に
おいて、ウエル100は配管内ウエル101と配管外ウ
エル102とからなり、配管外ウエル102の質量を配
管内ウエル101の質量と同等以上にし、かつ配管10
のウエル取付面103内にあってウエル100の中心を
通る任意の軸に関する配管外ウエル102の慣性モーメ
ントを上記軸に関する配管内ウエル101の慣性モーメ
ントよりも小さくして固有振動数を高くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配管内の温度を測
定する温度計に関し、特に振動する配管内の温度測定に
好適な耐振型温度計に関するのである。
【0002】
【従来の技術】図2は、配管内の温度を測定する従来の
温度計の概略図である。図に示す温度計は、ウエル1
と、ニップル2と、サーモカップル3とジャンクション
ヘッド4とを含んでなる。
【0003】ウエル1は、配管10に設けられたねじ部
5によって配管10に取り付けられ、ねじ部5を通って
配管10内に突出している。配管10のウエル取付面6
より内部にあるウエル1の部分を配管内ウエル1aと呼
ぶ。ウエル取付面6の外側のウエル1の端には、ニップ
ル2を取り付けるためのねじが設けられている。
【0004】ニップル2の一端は、ウエル1にねじで取
り付けられ、メンテナンス時等にサーモカップル3の取
り付け、取外しを容易にするため、ねじ込み構造の取付
部7が設けられている。ニップル2の他端には、サーモ
カップル3からの信号を外部に接続するジャンクション
ヘッド4が取り付けられている。
【0005】サーモカップル3は、ニップル2内とウエ
ル1内とを通って配管内ウエル1aの先端まで挿入さ
れ、その先端が感温素子3aを構成している。
【0006】ウエル1の材質は、一般に配管10と同等
の材質である。
【0007】このようなタイプの温度計は、例えば大型
のボイラプラントにおいては、80本程度取り付けられ
ている。
【0008】配管10の寸法は、例えば外径約600m
m、肉厚約20mmであり、配管10の外表面は、厚さ
約150mmに巻かれた保温材11で覆われている。
【0009】配管10内には、例えば、高温(例えば6
00℃)、高圧(例えば25MPa)の蒸気が高速(例
えば275m/s)で流れており、その流れは一般に乱
流である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような温
度計においては、配管10内を高速の乱流が流れると、
配管内ウエル1aの後方で流れが剥離し、カルマン渦等
が生じて、振動現象が生じ、その振動数がウエル1の固
有振動数に近い場合には共振が発生し、ウエル1が折損
するおそれがあるという問題がある。
【0011】また、ニップル2の先端にはジャンクショ
ンヘッド4の質量が付加されており、ニップル2とウエ
ル1とは、先端に質量が付加され、ねじ部5で支持され
た片持ち梁を構成する。このため、カルマン渦等の加振
源によって曲げ振動が励起されると、ねじ部5に疲労限
を超える応力集中が生じ、金属疲労による破壊が生じる
という問題がある。
【0012】更に、ウエル1とカルマン渦等の加振源と
の共振現象を回避する目的で、ウエル1の固有振動数を
カルマン渦等の加振源の周波数よりも充分高くするため
に、ウエル1の外径を太くし、長さを短くした場合に
は、流体温度が配管内ウエル1aを介してサーモカップ
ル3の先端の感温部まで伝導する時間が長くなり、温度
計測の時定数が大きくなるので、温度変化に対する追随
性が悪くなり、温度検出精度が下がるという問題があ
る。
【0013】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、カルマン渦等の加振源との共振によるウエ
ルの折損やねじ部の金属疲労による破壊を防止し、か
つ、温度計の温度計測時定数が大きくなることがなく、
温度検出精度を維持することが可能な耐振型温度計を提
供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、ウエルとサーモカップルとジャ
ンクションヘッドとを含んでなり、振動する配管に取り
付けて配管内の温度を測定する耐振型温度計において、
上記ウエルは配管内ウエルと配管外ウエルとからなり、
上記配管外ウエルの質量を上記配管内ウエルの質量と同
等以上にし、かつ上記配管のウエル取付面内にあって上
記ウエルの中心を通る任意の軸に関する上記配管外ウエ
ルの慣性モーメントを上記軸に関する上記配管内ウエル
の慣性モーメントよりも小さくして固有振動数を高くす
る。
【0015】この場合、上記ウエルは円筒状をなし、上
記配管外ウエルの外径寸法は上記配管内ウエルの最大外
径寸法よりも大とし、上記ジャンクションヘッドは上記
ウエルから構造的に切離して設置する。
【0016】またこの場合、上記配管外ウエル内に位置
する上記サーモカップルのシースに突起を設け、上記配
管外ウエルの上端部に設けた押えねじとスプリングとに
より上記突起に押力を加えることによって、上記サーモ
カップルの先端を上記配管内ウエルの先端に押しつける
構造を設ける。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る耐振型温度
計の概略図である。
【0018】図に示すように、本発明の1実施の形態で
ある耐振型温度計は、配管内ウエル101と配管外ウエ
ル102とからなる一体構造のウエル100と、シース
付きサーモカップル30と、ジャンクションボックス4
0とを含んで構成する。
【0019】ウエル100は、配管10に設けられたね
じ部5によって配管10に取り付ける。配管10のウエ
ル取付面103より配管外部に突出しているウエル10
0の部分を配管外ウエル102、配管10のウエル取付
面103より配管内部にあるウエル100の部分を配管
内ウエル101と定義する。ウエル取付面103の近傍
の溶接部104において配管外ウエル102を配管10
に溶接し、配管10の内部からの管内流体の漏洩を防止
する。配管外ウエル102は、配管10の外表面を覆っ
て巻かれた保温材11を貫通し、その端部は保温材11
の表面から突出している。
【0020】サーモカップル30は、配管外ウエル10
2の上端部から挿入され、配管外ウエル102と配管内
ウエル101とを通って、その先端の感温素子30aは
配管内ウエル101の先端に達している。サーモカップ
ル30のシースの配管外ウエル102内に位置する適当
な個所に突起60を溶接し、配管外ウエル102の上端
部に設けた押えねじ80によりスプリング70を介して
突起60に押力を加えることによって、サーモカップル
30の先端を配管内ウエル101の先端に常に押しつけ
る。メンテナンス時等には、押えねじ80を取り外すこ
とによって、容易にサーモカップル30を取り出すこと
ができる。サーモカップル30は、ウエル100から構
造的に切離して設置したジャンクションボックス40内
と接続する。
【0021】上記構造のウエル100は、一体構造であ
るので剛性が高く、かつ、配管外ウエル102の外径を
配管内ウエル101の外径よりも大にし、配管外ウエル
102の胴の長さを配管内ウエル101の胴の長さより
も小とすることにより、固有振動数を高くすることが可
能である。以下、この点について説明する。
【0022】図3は、本発明に係る耐振型温度計の振動
系を近似的に示す図である。図において、矢印は回転振
動の方向を、渦巻状図形は回転バネを、縦棒は分布質量
をそれぞれ表す。この振動系において、慣性モーメント
をI0、回転バネ定数をK0とすれば、固有角振動数ω0
は、
【0023】
【数1】ω0 2=K0/I0 固有振動数f0は、
【0024】
【数2】f0=ω0/(2π) で与えられる。
【0025】図4は、慣性モーメントI0の計算方法を
説明する図である。図において、斜線を施した微小部分
の質量をdm、微小部分と特定の軸A−Aとの距離をa
とした場合、慣性モーメントI0は、
【0026】
【数3】I0=∫a2dm である。従って、耐振型温度計の慣性モーメントI0
値は、耐振型温度計の質量と形状を変更することによっ
て、任意に設定することができる。すなわち、慣性モー
メントI0の値は、配管外ウエル102の外径を太く
し、長さを短くすることによって小さくすることがで
き、従って固有振動数f0の値を高くすることができ
る。反対に、配管外ウエル102を細長くした場合には
慣性モーメントI0の値は大となり、固有振動数f0の値
は低くなる。本実施の形態においては、従来技術におけ
る外径21.7mmのニップル2に代えて、外径54m
mの配管外ウエル102を採用し、慣性モーメントI0
の値を2.0×104kg・mm2にした。
【0027】一方、回転バネ定数K0の値は、耐振型温
度計を取り付ける配管10の外径と肉厚とに大きく左右
される値であり、特定の配管10に取り付けるので、慣
性モーメントI0の値に比し、その増減の範囲は狭い。
(本実施の形態に用いた外径600mm、肉厚約20m
mの配管10に、外径54mmの配管外ウエル102を
有する耐振型温度計を取り付けた場合の回転バネ定数K
0の値は、1.6×108kgf・mm/radであっ
た。)以上のことから、配管内ウエル101の形状を変
えることなく、配管外ウエル102の外径をを太くして
長さを短くすることにより、ウエルの固有振動数を高い
値に容易に設計することが可能である。
【0028】図5は、本発明に係る耐振型温度計を薄肉
配管に取り付けて実験した場合のウエル100の挙動を
示す図である。本発明の1実施の形態である耐振型温度
計を薄肉配管に取り付けて加振した場合、耐振型温度計
の配管外ウエル102の上端が図の矢印aの方向に変位
すると、配管内ウエル101の下端は矢印dの方向に変
位し、配管外ウエル102の上端が矢印bの方向に変位
すると、配管内ウエル101の下端は矢印cの方向に変
位し、倒立振り子状に運動することが確認できた。これ
により、耐振型温度計取付部の配管の剛性に比し、耐振
型温度計の剛性が充分大であることが分かる。本発明
は、この特性を利用したものである。
【0029】打撃試験による固有振動数の測定結果によ
れば、従来技術の耐振型温度計の固有振動数が185H
zであるのに対し、本願発明の実施の形態の耐振型温度
計の固有振動数は1200Hzであり、固有振動数の値
を顕著に高められたことが確認できた。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る耐振
型温度計においては、固有振動数の値をカルマン渦その
他の加振源の加振振動数に比して充分高くすることがで
きるので、共振によるウエルの折損や温度計取付部の破
壊を防止することが可能となるという効果がある。ま
た、配管内ウエルの外径を太くすることはないので、温
度計の温度計測時定数が大きくなることがなく、温度検
出精度を維持することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る耐振型温度計の概略図である。
【図2】従来の温度計の概略図である。
【図3】本発明に係る耐振型温度計の振動系を近似的に
示す図である。
【図4】慣性モーメントの計算方法を説明する図であ
る。
【図5】本発明に係る耐振型温度計を薄肉配管に取り付
けて実験した場合のウエルの挙動を示す図である。
【符号の説明】
1、100…ウエル 1a、101…配管内ウエル 102…配管外ウエル 6、103…ウエル取付面 104…溶接部 10…配管 11…保温材 2…ニップル 3、30…サーモカップル 3a、30a…感温素子 4、40…ジャンクションヘッド 5…ねじ部 60…突起 7…取付部 70…スプリング 80…押えねじ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウエルとサーモカップルとジャンクション
    ヘッドとを含んでなり、振動する配管に取り付けて配管
    内の温度を測定する耐振型温度計において、上記ウエル
    は配管内ウエルと配管外ウエルとからなり、上記配管外
    ウエルの質量を上記配管内ウエルの質量と同等以上に
    し、かつ上記配管のウエル取付面内にあって上記ウエル
    の中心を通る任意の軸に関する上記配管外ウエルの慣性
    モーメントを上記軸に関する上記配管内ウエルの慣性モ
    ーメントよりも小さくして固有振動数を高くしたことを
    特徴とする耐振型温度計。
  2. 【請求項2】上記ウエルは円筒状をなし、上記配管外ウ
    エルの外径寸法は上記配管内ウエルの最大外径寸法より
    も大とし、上記ジャンクションヘッドは上記ウエルから
    構造的に切離して設置したことを特徴とする請求項1記
    載の耐振型温度計。
  3. 【請求項3】上記配管外ウエル内に位置する上記サーモ
    カップルのシースに突起を設け、上記配管外ウエルの上
    端部に設けた押えねじとスプリングとにより上記突起に
    押力を加えることによって、上記サーモカップルの先端
    を上記配管内ウエルの先端に押しつける構造を設けたこ
    とを特徴とする請求項1記載の耐振型温度計。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013504062A (ja) * 2009-09-03 2013-02-04 ローズマウント インコーポレイテッド サーモウェルの振動数診断装置
EP2141471A4 (en) * 2007-04-16 2017-01-04 Denso Corporation Temperature sensor

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