JPS6037885B2 - タ−ビンメ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービンメータに係り、流体軸受を用いて羽根
車を支承するとともに、該流体軸受に供給される流体に
より羽根車に対して所望の回転力を附与し、これにより
羽根車の回転反抗トルクを減少せしめ、被計測流体の流
速が極めて小さい極低流量城でも正確に流量を計測する
ことのできるタービンメータを提供することを目的とす
る。

一般に、羽根車を支承する軸受部にいわゆる静庄空気軸
受を用いたタービンメータが知られている。この種のタ
ービンメータはボールベアリング或いはスリーブベアリ
ング等を用いたタービンメータに比較して羽根車の回転
に伴なう機械的回転反抗トルクが小であるため、上記ベ
アリング等を用いていたのでは羽根車に対し充分な回転
トルクを与え得ないような低流量の流れについても流量
を計測することができる。しかるに、上記従来のタービ
ンメータは、比較的流量域での計測は可能であるが、羽
根車と空気との間に僅かながらも摩擦力が作用し、さら
には羽根車の機械加工上の不釣合に基付いて回転反抗ト
ルクが生ずるため、極低流量域の流量計測までは適用す
ることが困難である等の欠点を有していた。

本発明は上記欠点を除去したものであり、以下図面とと
もにその第１実施例につき説明する。

第１図中、被計測流体は大口径の管１中を例えば図中左
方から右方に流れる。管１１が例えば鰹道の場合は被測
流体は煙（空気）であるが、本発明タービンメータはそ
の他の気体、流体等の計測にも用いうる。管１の壁には
その１個所に孔が穿設されており、その孔にフランジ２
を有する管状突出部３が溶接等により固着されている。
管状の支持部４は、そのフランジ５をパツキン６を介し
てフランジ２と合わされ、ボルト７及びナット８により
、突出部３に気・液密に取付けられる。支持部４に固定
されたボス９にはパツキン１０を介して気・液密に筒状
のタービンメータ支持体１１が挿入されている。タービ
ン〆−タ支持体１１はポス９にボルト１３で取付けられ
たパッキン押え１２も挿適している。支持体１ １の下
端にはタービンメータ本体１４が取付支持されている。
タービンメータ本体１４は突出部３の下端より下方に管
１内に突出している。タービンメータ本体１４は、第２
図に示す如く大略、外殻１５に固定された支持腕１６と
、支持腕１６に一体的に形成された突出部１６ａ、該突
出部１６ａ先端に形成された小径軸部１６ｂと、該小径
軸部１６ｂ周囲に形成された環状凹部１７と、該凹部１
７において小径軸部１６ｂに鞠承された羽根車１８と、
小径軸部１６ｂの先端に取り付けられたコーン部材１９
とよりなる。

こ）において、環状凹部１７と羽根車１８との間で静圧
軸受部が形成される。支持腕１６の中央部には後述する
給気管２川こ連通する通気路２１が形成されており、軸
部１６ｂ内まで通気路２１ａとして蓮通延在している。

鞠部１６ｂには所定間隔をおいて一対の環状スラスト軸
受２２ａ，２２ｂが固定されている。そして上記スラス
ト軸受２２ａ，２２ｂ間の小径軸部１６ｂの外周面には
筒状のジャーナル軸受２３が鉄合させてある。軸部１６
ｂにはスラスト軸受２２ａ，２２ｂの間隔内において円
周上等間隔位置に、通気路２１ａ環状凹部１７とを互い
に蓮通させて複数の４・径の給気孔２４ａ，２４ｂが穿
設されている。ジャーナル軸受２３も円周上等間隔に複
数の小径の給気孔２３ａ，２３ｂを穿設されており、給
気孔２３ａが給気孔２４ａに、又給気孔２３ｂが給気孔
２４ｂに夫々互いに蓮適している。羽根車１８は複数の
磁性体よりなる羽根２５を有しており、これらの複数の
羽根２５は被支承部としての中空筒状のハブ２６の外周
面に互いに所定角度ねじらせて等間隔に楢設してある。

ハブ２６の内径は、前記ジャーナル軸受２３の外径より
も所定の寸法だけ大としてあり、このためジャーナル軸
受２３の外周面とハブ２６の内周面との間に鞠承空間２
７が形成される。

又、ハフ２６の麹方向の長さはスラスト軸受２２ａ，２
２ｂ間の寸法よりも所定寸法だけ小としてあり、このた
めハブ２６の両端面とスラスト軸受２２ａ，２２ｂの端
面との間に夫々上記筒状の軸承空間２７に蓬適する環状
の軸承空間２８ａ，２８ｂが形成される。２９は上記ハ
ブ２６の例えば上流側端面に形成した溝部で、本実施例
の場合４個、ハブ２６の回転方向（第３図中反時計方向
）とは逆方向に頃斜させハブ２６の内周側から外周側に
かけて断面略コ字状に穿設してある。

ここで、上記憶部２９は回転力附与機構を構成し、鞠承
空間２７内に供給された気体は軸承空間２８ａを通過す
る際その一部が綾部２９を通過し、そのとき溝部２９よ
り排気される圧空気の推進力を利用してハブ２６に対し
回転方向の回転力を附勢する。羽根車１８の羽根２５に
対向する位直においてピックアップコイル３０が外殻１
５の上部に一部を埋め込まれている。

ピックアップコイル３０は支持体１１内を延びる導線３
１を介して回路収納部３２内の前暦増幅器に接続されて
いる。ピックアップコイル３０は羽根車１８の回転に応
じて譲導起電力を生ずる電磁ピックアップコイルの構成
としてもよく、或いは、高周波発振コイルの構成として
もよい。後者の場合、高周波発振コイルより羽根車１８
の回転に応じて変調された高周波信号が取り出され、こ
れを回路系において検波、増幅、整形して羽根車の回転
数に応じたパルス信号を得、これを計数する。給気管２
０支持体１１内を延びる給気管３３に蚤適している。

給気管３３には外部より圧気源３４からの圧空気がフィ
ル夕３５、減圧弁３６を介して供給される。上記構成の
タービンメータにおいて、圧気源３４からの圧空気はフ
ィル夕３５で浄化され、減圧弁３６で被計測流体の圧力
よりも高い適宜の圧力に減圧された後、給気管３３に供
給される。

給気管３３に供給された圧空気は給気管２０、通気路２
１，２１ａ通り、給気孔２３ａ，２４ａ及び給気孔２３
ｂ，２４ｂより軸承空間２７内に噴射給気される。給気
された空気は、鞠承空間２７より軸承空間２８ａ，２８
ｂを通て、環状凹部１７外に出る。ここで、圧気源３４
の吐出圧、減圧弁３６の設定圧、ハブ２６の寸法、給気
孔２３ａ，２４ａ（２３ｂ，２４ｂ）の孔径、孔数、轍
承空間２７，２８ａ，２８ｂの寸法は、環状凹部１７で
の給気圧による浮力が羽根車１８の重量より充分大なる
様に設定してある。

このため、羽根車２５はハブ２６環状凹部１７との間に
形成される静圧軸受により非接触の状態で回転できる態
とされ、軸受部での回転抵抗は極めて小とされる。上記
の如く、給気孔２３ａ，２４ａ及び給気孔２３ｂ，２４
ｂより軸承空間２７内に噴射給気された圧空気は、鞠承
空間２８ａ，２８ｂに夫々略等分に供給されるが、軸承
空間２８ａ側に分流された圧空気が轍承空間２８ａを通
過する際、その一部はハブ２６の溝部２９に沿って環状
凹部１７外に排出される。

ここで、上記溝部２９は前記の如くハブ２６の回転方向
とは逆方向に形成してあるため、溝部２９を圧空気が通
過する際にハブ２６は圧空気から回転方向に適宜の回転
力を附与される。ここで上記回転力は羽根車１８と圧空
気との間に作用する摩擦力や羽根車１８の機械加工上の
不釣合に基付く回転反抗トルクを僅かに上回る程度の値
に設定してあり、このため管１１非計測流体が流れてい
ない場合でも該回転反抗トルクは打消されて羽根車１８
は極めて小さい回転速度でゆっくり回転せしめられるか
、或いはまさに回転を始めんとする状態におかれる。

第４図中、横軸ぬは被計測流体の流速（流量）を、縦軸
ｆはピックアップコイル３０に発生するパルスの周波数
を表わし、実線は上記タービンメーク本体１ １による
流量計測結果、点線は従釆のタービンメータによる流量
計測結果を表わす。

尚本図においては、非計測流体が流れていない場合に羽
根車１８がゆっくりと回転せしめられる状態を示す。第
４図からも判るように、タービンメータ本体１４によれ
ば、従釆計測できなかったような低流量域Ｑ＜Ｑ２まで
被計測流体の流量を正確に計測することができる。

ここで、１タービンメータ本体１４のピックアップコイ
ル３川ま、実際の流量が零の場合でも周波数ｆ，なるパ
ルスを発信してしまうが、大流量計測時にはこのｆ，が
計測精度に及ぼす影響は小さいので、本実施例では、低
流量城における圧空気の影響を補正する方法として例え
ば予め適正なキヤリブーションを施すが、或し、は圧空
気の影響を無視しえない流量範囲（第４図中０≦Ｑ＜Ｑ
，）ではピックアップコイル３０の出力をハイパスフイ
ルタを用いて遮断し、周波数ｆ，以上のパルス信号だけ
を正規の信号として検出する構成としてある。

尚、この低流量域における圧空気の影響を補正する方法
としては他にも種々考えられ、例えば計測した流量を指
示する指示部（図示せず）に於いて、適正な補正演算を
施して真の流量を指示させる構成としてもよい。次に、
本発明の他の実施例につき第５図〜第７図を併せ説明す
る。

第５図Ａ，Ｂは夫々本発明になるタービンメータの第２
実施例の一部切戦側面図及びその要部の拡大縦断正面図
を示す。第５図中、タービンメータ本体５１の羽根車５
２は、羽根５３の上流側端面をハプ５４の上流側端面よ
り上流側に突出させて構成してある。

そして、この羽根５３の突出部分５３ａは、環状凹部１
７の外部に排気される圧空気の流路中に斜めに突出して
り、このため圧空気は流体軸受から排気される際上記突
出部５３ａに衝突し、羽根車５２に対し回転方向の回転
力を附与する。このように、上記夕−ビンメータ本体５
１は前記タービンメータ本体１４と同様、流体軸受用の
圧空気を用いて羽根車５２に対して所望の回転力を附与
することができ、これにより極低流量域に於ける流量正
確に計測することができる。

第６図は本発明になるタービンメータの第３実施例の要
部の縦断正面図を示す。

第６図中、タービンメータ本体６１の給気孔６２ａ，６
３ａ及び給気孔６２ｂ，６３ｂは羽根車６４の回転方向
に額斜ごせてある。

このため、給気孔６２ａ，６３ａ及び給気孔６２ｂ，６
３ｂを介して藤承空間６５内に噴射された圧空気は、ハ
ブ６６の内周面に対して斜めに衝突し、その際に羽根車
６４に対して回転方向の回転力を附与する。さらに、ハ
ブ６６の内周面に噴きつけられた庄空気は、ハブ６６の
内周面に沿って羽根車６４の回転方向に流れるから、羽
根車６４はこの流れに引きずられる。このように、上記
タービンメー夕本体６１は静圧軸受内部で羽根車６４に
対して適宜の回転力を附与する構成としているから、被
計測流体による直接の影響を考慮することなく、例えば
給気孔の孔数、孔径、傾斜角度等を変えることにより回
転力を随意所望の値に設定することができる。

第７図は本発明になるタービンメータの第４実施例の要
部の縦断側面図を示す。第７図中、タービンメータ本体
７１は上流側の給気孔７２ａ，７３ａの径を下流側の給
気孔７２ｂ，７３ｂの径よりも大径としてあり、このた
め上流側の袖承空間から排気される空気量は下流側の軸
承空間から排気される空気量よりも大である。

このため、羽根車７４の羽根７５の前後に上記空気量の
差に応じた圧力差が発生し、羽根車７４はこの圧力差に
応じた回転力で回転せしめられる。このタービンメータ
本体７１も前記タービンメータ本体６１同様、流体軸受
内で羽根車７４に対して所望の回転力を附与することが
でき、さらに給気孔７２ｂ，７３ｂに対する給気孔７２
ａ，７３ａの孔蓬比を変えることにより、極めて簡単に
上記回転力を適宜の値とすることができる。

尚、上記各実施例に於いて、タービンメータは気体に限
らず液体の計測にも適用でき、あらゆる被計測流体の計
測に適用できる。又静圧軸受部に用し、る圧空気の代り
に加圧された液体を用いてもよく、さらには被計測流体
と同種の気体又は液体であればなおよい。又、筋圧流体
軸受の型式も、上記各実施例で挙げた目成絞り型、ポケ
ット絞り型の他に、多孔質スリーブ型等の他型式のもの
でもよい。上述の如く、本発明になるタービンメータは
、羽根車の羽根に衝突する被計測流体だけの力では羽根
車をその回転反抗トルクに抗して回転させることができ
ないような低流量域においても、回転力附与機構の附与
する回転力により上記回転反抗トルクを相殺して被計測
流体の流速に応じた回転速度で羽根車を回転させること
ができ、これにより例えば静圧流体軸受を用いても計測
しえなかつたような極低流量域でも被計測流体の流速を
正確に計測することができ、さらに羽根車に対して回転
力を附与するのに羽根車支承用の流体を用いているため
回転力附与用の特別な装置を用いることなく極めて簡単
に構成することができる等の特長を有する。

さらに、本発明になるタービンメ−外ま、羽根車の被支
穣部端面に羽根車の回転方向と逆方向に傾斜させて軸受
用流体排出路の一部となる溝部を設けて回転力附与機構
を構成することができ、この溝部を軸受用流体が通過す
るときに羽根車に対して回転方向に回転力を附与するの
で、極めて簡単な構成で羽根車に対して所望の回転力を
附与すことができる等の特長を有する。

又、本発明になるタービンメー夕は、静圧流体軸受から
排出される流体を、羽根車が回転方向に回転力を附与さ
れる方向に羽根に衝突させる流路を設けて回転力附与機
構を構成することができ、これにより流体軸受を通過し
た流体が羽根に衝突した際羽根車を回転させることがで
きるので、極めて簡単な構成で羽根車に対して所望の回
転力を附与することができる等の特長を有する。

又、本発明になるタービンメータは、流体軸受内に羽根
車の被支承都内壁に対して軸受用流体を羽根車回転方向
に斜めに噴射させる流路設けて回転力附与機構を構成す
ることができ、これにより流体軸受内に噴射流体の噴射
ェネルギと粘性を利用した回転力附与機構を極めて簡単
に構成でき、被計測流体の流れに関係なく例えば上記流
路の傾斜方向等を変えるだけで、羽根車に附与する回転
力を適宜所望の値に調節することができる等の特長を有
する。

又、本発明になるタービンメータは、流体軸受内に羽根
車上流側に分流される流体の流量が羽根車下流側に分流
される流体の流量よりも大となるような流路を設けて回
転力附与機構を構成するこができ、これにより羽根に作
用する上流側流体と下流側流体の圧力差により極めて簡
単に羽根車に対して所望の回転力を附与することができ
、さらに羽根車に附与する回転力は、流体軸受内部に於
ける稀路変更だけで極めて簡単に調節しうる等の特長を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるタービンメータの第１実施例の一
部切裁側面図、第２図及び第３図は夫々その要部の縦断
側面図及び縦断正面図、第４図は上記タービンメータに
よる流量計測結果の一例を表す図、第５図Ａ，Ｂは夫々
本発明になるタービンメータの第２実施例の一部切教側
面図及びその要部の拡大縦断面図、第６図は本発明にな
るタービンメータの第３実施例の要部の縦断正面図、第
７図は本発明になるタービンメータの第４実施例の要部
の縦断側面図である。 １４…タービンメータ本体、１７・・・環状凹部、１８
・・・羽根車、２０・・・給気管、２１…通気路、２１
ａ・・・通気路、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ．．
．給気孔、２５・・・羽根、２６・・・ハブ、２７，２
８ａ，２８ｂ・・・鞠承空間、３３・・・給気管、３４
…圧気源、５１…タービンメータ本体、５３・・・羽根
、５３ａ・・・突出部分、６１・・・タービンメータ本
体、６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ・・・給気孔、７
１…タービンメータ本体、７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７
３ｂ・・・給気孔。 第１図 第２図 第４図 第６図 第７図 第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンメータ本体に形成された軸受部を静圧流体
   軸受となし、該軸受部により羽根車を支承するようにし
   たタービンメータにおいて、該軸受部に供給される流体
   を用いて該羽根車に回転方向の回転力を附与する回転力
   附与機構を設けて構成してなることを特徴とするタービ
   ンメータ。 ２ 回転力附与機構は、羽根車の被支承部端面に羽根車
   の回転方向と逆方向に傾斜させて軸受用流体排出路の一
   部となる溝部を設けて構成してなることを特徴とする特
   許許請求の範囲第１項記載のタービンメータ。 ３ 回転力附与機構は、静圧流体軸受から排出される流
   体を、羽根車が回転方向に回転力を附与される方向に羽
   根に衝突させる流路を設けて構成してなること特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のタービンメータ。 ４ 回転力附与機構は、流体軸受内に羽根車の被支承部
   内壁に対して軸受用流体羽根車回転方向に斜めに噴射さ
   せる流路を設けて構成してなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のタービンメータ。 ５ 回転力附与機構は、流体軸受内に羽根車上流側に分
   流される流体の流量が羽根車下流側に分流される流体の
   流量よりも大となるような流路を設けて構成してなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタービンメ
   ータ。