JPS603617B2 - 気体の流速を測定する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガスダクト内を遜る流体の流速を測定する方
法に関し、特に鉄鋼プラントにおける高炉の炉頂ガス等
の含粉塵ガス体の流速の測定方法に関するものである。

高炉等の操業を最適状態に制御するためには、炉内のガ
ス流速の分布を測定し把握しておく必要がある。しかし
、高炉内のガス流速を測定することは非常に困難である
。

即ち、炉頂ガスには製鉄原材料の微細な粒子や固体状の
粉塊物を含んでおり、極めて汚れている。また高炉内は
高温であり、圧力の変動も激しいという悪条件でもある
。このような条件のもとで流体の流速測定では、ダスト
による影響や温度及び圧力の変動による影響をなくなけ
ればならず、従来の、ピトー管による流速の測定方法で
は、ダストが詰って測定が困難であった。

又、熱線式流速計による測定でも、前記ダストに依って
熱嫌泉センサー部が汚染し、測定感度が鈍ったり、ダス
トによる摩耗で熱線が断線する等、測定不能になること
があった。更に、プロペラ式の流速計やレーザー流速計
も、高炉の如く高温でダストの多い条件の流体の測定は
不可能であった。このようなダストの影響が有る流体の
流速測定方法としては、従来からアメリカ、ＨＡＳＴＩ
ＮＧ社のへイステイングス・フローフローブというピト
ー管と熱線式流速計とを組合せたものに、連続的にパー
ジガスを流入せしめて測定する方式が知られている。

これは、ダクト内の流体の流れによりピトー管に差圧が
生じ、ピトー管の総圧側及び静圧側のそれぞれに導管か
ら流出するパージガの量に差ができる。このパージガス
流出量の差により、総圧側と静庄側とを結んだ導管に、
ダクト内の流速に対応するパージガスの流れが生じる。
そのパージガスの流速を熱線式流速計で測定し、ダクト
内のガス流速を求めるものである。この場合、ガスパー
ジが連続であるため、ダクト内のガス圧力変動に同調さ
せて、パージガスの圧力を制御しなければならなかった
。そのため、圧力が一定（大気圧）と言った、例えば煙
突等には使用できるが、高炉等の如く圧力変動の大きい
（大気圧〜４ｋｇ／地）ガス流体の流速測定においては
、特殊な調節機を必要とし、一般の実施は困難であつた
。又、導管を通る流体の流速を測定する方法として、導
管に配置された第１電気抵抗装置、及び流体を実質的に
停滞した状態で供給される部屋に配置された第２の電気
抵抗装置の、両電気抵抗装置の相対的電気パラメーター
に機能的に関係して、前記流速を表わすような出力を発
生する段階と、この電気的出力を利用して、前記流速の
制御を行ないあるいはその双方を行なう段階とを含むこ
とを特徴とする流体の流速を測定する方法と装置、およ
び／またはそれによって制御する方法と装置に関する発
明が、特開昭５０−１１７４５８号公報にて公知である
。

然しながら、前記特開昭５０一１１７４５８号公報にて
示された流体の流速測定方法は、ガスダクト内にプロー
ブを突出せしめて配し、該プローブの入口を通って流量
センサ−のある導管へと連続したガス体の流れを生じ、
該ガス体の流れはプローブの出口を経てガスダクトへと
戻っている。従って、流量センサーにはガスダクトを通
るガス体そのものが流れることになり、流量センサーが
ガスダクト内のガス体により腐食される恐れがある。ま
た、流量センサーが特殊な装置であるための構造が複雑
である。なお、この流速計の出力は、流速に対してリニ
ヤでなく、リニヤライザーなどの装置が必要である。ま
た測定ガスの圧力変動も考慮していない。この発明は、
上述した如く粉塵を含んで汚れ、更に圧力及び温度変動
が大きいガス体の流速を測定するための新規な方法を提
供することを目的とするものである。

上記目的を効果的に達成することができるこの発明方法
の構成要旨は、熱線流速計を用いたピトー管方式の気体
流速測定方法において、ピトー管路を熱線流速計が装着
された測定導管とパ−ジガス供給管が接続された連絡導
管に区分し、測定前にあらかじめ熱線流速計の測定導管
を閉じて、連絡導管のガスパ−ジを行なって前記連絡導
管をパージガスで満たし、ついでパージガス供給を停止
して測定導管を開き、被測定気体流によって生ずるピト
ー管の差圧により、測定導管中を流れるパージガスの流
速を前記熱線流速計で測定することによって気体の流速
を測定する方法にある。

前記、この発明の測定方法では、ピトー管と熱線流速計
との、一般に知られている装置を使用して、気体の流速
を測定する方法であるので、測定に要する装置は簡単な
もので良い。また、熱線流速計の特性を、その出力が気
体の流速と圧力の平方根に比例する定温度型のもののよ
うにすれば、流速と圧力に対してリニャな流速計出力が
容易に得られる。又、この発明の方法では、熱線流速計
の熱線センサーには清浄なパージガスしか流さないため
、熱線センサーの腐触と言った問題はない。

更に、高炉等の如く、圧力変動の大きいガスダクトに使
用しても、圧力補正を簡単に行なうことによって、この
発明の測定方法を適用することができる。

前記構成にてなるこの発明の方法ではピトー管内のガス
パージは、流速測定中には行なわれないため、パージガ
スの圧力はピトー管に附着するダストを吹き飛ばせるだ
けの大きさで良い。

また、測定時間を、ピトー管内の熱線流速計の熱線セン
サー部に、ガスダクト内の被測定ガスが流れ込まないだ
けの時間に設定すれば、この熱線センサーには清浄なパ
ージガスだけが流れ、測定ガスの汚れや湿りによる影響
は受けない。

更に、熱線センサー部を流れるガス成分が一定なので、
熱伝導率の変化もなく、より正確な測定ができる。

また、熱線センサー部を陣温槽内に納めることで、熱線
センサーに流れ込むパージガスの温度を一定に保てば、
ダクト内の被測定ガスの温度が変動しても熱線式流速計
出力には影響しない。この発明の、ピトー管と熱線式流
速計を粗合せて流体の流速を測定する方法において、熱
線式流速計の出力が流速と圧力の平方根に比例する後述
の定温度型のごとき熱線式流速計と組合せたピトー管熱
線式流速計（ピトー管と熱線式流速計を粗合せたもの）
において、出力が流速と圧力に対して比例の関係になり
、ダクト内の流速と流速計の出力がリニャな関係として
得られる。

依って、ダクト内のガス圧力がわかれば簡単な補正によ
り真のガス流速が求められる。

以下、この発明の測定方法を実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図は、この発明方法を実施するに当り測定機器の配
置状態を示す説明図であり、１はガスダクトであって、
ガス体は矢印Ａ方向に流入する。

該ガスダクト１内には図示する如くピトー管２が挿入さ
れていて、該ピトー管２は総庄側連絡導管３と静圧側連
絡導管４とに分岐し、かつループ状に形成されている。
前記連絡導管３及び４にはパージガス供給管５及び６が
連絡されている。７，８，９，１川まそれぞれ電磁弁を
示す。

１ １は熱線式流速計、１２は熱線センサー、１３は鉄
ブロック、１４は恒温槽を示す。

この発明の流体の流速測定方法においては、先づ電磁弁
７及び１０を開状態にし、電磁弁８及び９は閉状態にな
される。

この状態では、パージガスは総圧側連絡導管３及び静圧
側連絡導管４をそれぞれ矢印１５及び１６の方向へ流れ
てピトー管２の先端までのガスパージを行なう。次いで
、電磁弁７及び１０を閉じ、ピトー管２及び連絡導管３
，４内にパージガスが滞留した状態にする。

このとき、ガスダクトー内の流体の圧力と、ピトー管２
及び連絡導管３，４内に滞留したパージガスの圧力とは
静圧において等しくなる。その後、電磁弁８及び９を開
放すると、ピトー管２によって生じる差圧により、測定
導管１７内に矢印１８方向のパージガスの流れを生じる
。この測定導管１７内の流れの流速は低流速で、かつ層
流である。このパージガスの流れが、熱線流速計１１の
熱線センサー１２に接する。ここでピトー管熱線式流速
計の出力がリニャになることについて述べる。

まず、ピトー管内の流体の流速Ｖとピトー管の差圧△Ｐ
との関係は、前記のようにピトー管内の流れが層流であ
るので、公知のハーゲン・ポアズィュの法則により、‘
１｝式のような関係にある。

△ＰのＶ …｛１）またピ
トー管の差圧△Ｐとガスダクト内の流体の流速Ｖ及び圧
力Ｐとの間には‘２）式のような関係式が成立する。△
ＰのＰＶ２ …【
２｝ダクト内流体の流速ｖとピトー管内の流体の流速Ｖ
との関係は、上記｛２｝式に示すピトー管の差圧と流速
・圧力との関係から、前記‘１｝式の条件が成立する層
流域では、ピトー管内の流体の流速Ｖとダクト内流体の
流速ｖ及び圧力Ｐとの間には‘３ｌ式の関係があり、そ
の関係を第４図に示す。

ＶのＰ・Ｖ２ …｛３｝一
方、第２図に示す如き回路の定温度型熱線式流速計を用
いた実験により、メーターの読みである熱線式流速計の
出力Ｅは、｛４’式に示すよう、熱線センサーに流れる
流体の流速Ｖと圧力Ｐの平方根に比例した形で得られる
ことが確認された。

ＥのノＰ・Ｖ …【４｝この【
４｝式の熱線式流速計の出力Ｅとピトー管内の流体の流
速Ｖとの関係は、第５図に示す如き特性となる。この発
明の測定方法では、ピトー管と熱線式流速計とを紐合せ
るので、前記（３’，【４｝式よりＥのＰ・ｖ
…｛５｝の関係式‘５）が得られ
る。

又、第４図と第５図よりピトー管熱線式流速計の出力Ｂ
とダクト内流体の流速ｖとの関係は第６図に示すごとく
なる。即ち、ピトー管熱線式流量計の出力Ｅはガスダク
ト内流体の流速Ｖと圧力Ｐに比例していることにより、
ピトー管熱線式流速計の出力特性はリニヤなものになる
。よって、流体の圧力がわかれば簡単に圧力補正ができ
、ガスダクト内の流体の如く圧力変動のある流体の流速
の真値を測定することができる。この発明の流体の流速
測定方法によれば、流速測定中にパージガスが移動する
。

それに伴い、ダクト内の流体がピトー管内に流入するが
、その流入が、第１図に示す電磁弁８の手前に達するま
でを測定時間として設定し、電磁弁８及び９を閉にし、
電磁弁７及び１０を開いてピトー管のパージを行なう。
第３図に電磁弁開閉とガスパージ及び流速測定のタイム
チャートを示す。

このように、この発明の測定方法によれば、熱線式流速
計では、常にパージ用の清浄なガスだけを測定するよう
になるので、熱線センサーは常に清浄なガスに接し、感
度の低下を防止できるとともに、安定した熱伝導度をも
つパージ用ガス体を測定対象とすることができ、正確な
計測が可能である。

更に、パージガスの温度変化の対策として、熱線センサ
−を熱容量の大きい鉄ブロック内に収め、その鉄ブロッ
クの温度を恒温槽で一定に保つことにより、そこを流れ
るパージガスの温度を一定に保っている。

上述した実施例ではＬ型ピトー管の使用例について説明
したが、その外、例えばウェスタン型等の他のピトー管
を使用しても差支えない。

また、この発明の方法では、ピトー管の差圧によるパー
ジガスの移動を介して流体の流速を測定するものである
から、応答性が早く、又熱線センサーをピトー管から遠
く離すことができ、かりに、ピトー管が高温下にあって
も、検出部は常温の箇所に配することができ、保守上で
も極めて優れた方法である。

なお、前記この発明の詳細な説明は高炉での使用例を中
心にして述べているが、この発明の流速測定方法は高炉
のみに限定されることなく、塚絹やフレアスタック、そ
の他圧力変動があり、粉塵の多いガス管路における流体
の流速測定にも実施できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明方法の実施例を示すもので、第１図は流定
機器の配置例を示す説明図、第２図は、定温度型熱線式
流速計の回路図を示し、第３図は電磁弁開閉とガスパー
ジ及び流速測定のタイムチャートを示す。 第４図乃至第６図はこの発明方法における各測定要素と
ダクト内流体の圧力との関係を示す線図であって、第４
図はダクト内流体の流速とピトー管内流体の流速の関係
を示し、第５図はピトー管内流体の流速と熱線式流速計
の出力Ｅとの関係を示し、第６図はダクト内流体の流速
とピトー管熱線式流速計出力との関係を示す。１……ガ
スダクト、２……ピトー管、３，４…・・・ピトー管連
絡導管、７，８，９，１０…・・・電磁弁、１ １・・
・・・・熱線式流速計、１２・・・・・・熱線センサー
、１７・…・・測定導管。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱線流速計を用いたピトー管方式の気体流速測定方
   法において、ピトー管路を熱線流速計が装着された測定
   導管とパージガス供給管が接続された連絡導管とに区別
   し、測定前にあらかじめ熱線流速計の測定導管を閉じて
   、連絡導管のガスパージを行なって前記連絡導管をパー
   ジガスで満たし、ついでパージガス供給を停止して測定
   導管を開き、被測定気体流によって生ずるピトー管の差
   圧により、測定導管中を流れるパージガスの流速を前記
   熱線流速計で測定することによって気体の流速を測定す
   る方法。