JPS61212730A - 流体流量モニタ用プローブ及び流体流量モニタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体の流量をモニタするのに使用するプローブ
に関する。本発明は限定的ではないが特に分配用パイプ
内の天然ガスの流量をモニタするのに使用するプローブ
に関する。

いわゆるピトー静圧力管は周知のプローブである。かか
るチューブはＬ字形であり、モニタされる流れの方向に
延長する下方端部分を有する。下方端部分の先端は進入
する流れに向かうよう設けられ、第１検出ポートを有す
るが、このポートの平面はモニタされる流れに対し横方
向にある。下方端部分の壁内の第１ポートの下流には第
２検出ポートまたは第２ポートのアレイの各々が設けら
れる。第２ポートまたはその各々の平面はモニタされる
流れに平行である。第１ポートの圧力と第２ポートの圧
力の差は先端における流体の速度の２乗に比例する。

実用的目的ではモニタされる流れを閉じ込める壁内のバ
ルブにプローブを挿入したり抜き取ることができるよう
プローブは垂直にしなければならないので、Ｌ字形のか
かるプローブは一般的使用ができない。真っすぐな構造
のプローブはすでに英国特許第２０１２０５６Ａ号（デ
ィートリ・７ヒ・スタンダード・コボーレーション）の
明細書に提案されている。この提案例では、細長い本体
はその横方向表面に長手方向延長エツジを有する。各エ
ツジにて本体から境界層が分離し、本体のまわりで２つ
のエツジを通って流れる流体の２つの流れのあとにて本
体の下流側に下流を向いた検出ポートが位置する。した
がって２つのエツジから着干離れてポートが位置し、こ
れらエツジは本体上に正確かつ対称的に配置しなければ
ならない。

本発明の目的はこれら２つのエツジが不要である検出ポ
ートを有するプローブを提供することにある。

本発明に係る流体の流量をモニタするのに使用する抜き
取り自在なプローブは先端部分を含む細長い円筒形本体
を含み、先端部分は先端部分の上流側および下流側に交
差する壁を有し、先端部分は上流側にエツジ形成部分を
有し、このエツジ形成部はモニタされる流れの方向に対
して横方向に延長すると共に前記エツジ形成部の前記壁
の下流から流体の流れ分離を発生させるよう作用し、先
端部分は前記壁内に検出ポートを有し、この検出ポート
は前記流れに対して下流を向くよう前記方向に傾斜する
かまたは前記方向に平行であり、前記検出ポートは前記
流れ分離が前記エツジ形成部に隣接して発生する位置に
位置する。

本発明の一例では壁は先端部分の端に設けられる。

本発明の別の例では壁は先端部分を貫通する通路の境界
壁である。

例えばこの境界壁は前記流れ分離によって生じる縮流を
完全に囲み、エツジ形成部は例えば円形エツジである。

これとは異なり、壁を先端部分の端に設け、通路はチャ
ンネル形状であり、通路を通る流れを部分的にしか囲ま
ず、エツジ形成部は例えば平らなまたはわん曲したベー
スを有する半円形または■字形またはＵ字形にする。

本発明の一例では、モニタされる流れを閉じ込めるパイ
プまたは導管の壁に開口する第２検出ポートが設けられ
る。

本発明の好ましい例では、第２ポートは先端部分に設け
られ、この第２ポートはモニタされる流れの方向に平行
であり、この第２ポートは前記流れに対し先端部分の上
流側に隣接して位置する。

特に先端部分は２つの部分によって画定されるステップ
形状とすることが好ましく、第１面は進入するモニタ流
れに向かって設けられ、第２面は第１面に横方向にあり
、第２ポートは第１面に隣接する第２面に開口する。

第１面は平面状にするかまたは本体の長手方向中心軸に
平行な曲率の軸を有する凹面状の円筒形の一部とするこ
とが好ましい。

以下、添付図面を参照して例により本発明の実施態様を
説明する。

本プローブは、ステンレス鋼のチューブ１０から構成さ
れた細長い円筒形本体から成り、チューブ１０の上端は
ろう付けによって真鍮の丁字形コネクタ本体（図示せず
）に接合され、下端は下記の先端部分１８に接合されて
いる。チューブ１０はカップリング１２およびボールバ
ルブ１４を貫通している。このバルブ１４は、天然ガス
の流れる分配パイプ１６の壁内の円形孔に下端が嵌合さ
れており、チューブ１０の下端は真鍮の先端部分１日に
ろう付けされて接合されている。

チューブ１０には２本のステンレス鋼のチューブ２０．
２２が貫通し、これらチューブの下端は部分１８の上端
内のボア内に収容され、ろう付けによりこの部分に接合
されている。チューブ２０．２２の上端はＴ字接続体（
図示せず）内のボアに収容され、ろう付けによりこの接
続体に接合されている。

先端部分１８は、本例では一般に１２．７　ｔ。

（０，５インチ）の外径の中実ロンドから機械加工され
る。チューブＩＯの下端の下方およびバルブ１４の差込
み部２４の下端の下方にて、部分１８は矢印の示すパイ
プ１６内でのガス流れ方向に平行に延長する下方を向い
た水平面２６によって画定されるステップ形状を形成す
るよう流れ方向に対して上流側が機械加工される。

面２６の下方にて部分１８を機械加工すると、更にステ
ップ形状を画定する凹面２８が残る。第３図に示すよう
にこの面２８の曲率の中心は３０にあるので、面２８は
３０で対称の垂直中心軸を有し、例えば１２龍の径を有
する観念上の中空の右側シリンダの内側表面の一部とな
っている。

機械により面２８の下端より下に平面状垂直面３２が形
成される。面３２は、部分１８の下端まで下方に延長し
、部分１８には円形水平孔が穿孔され、貫通通路３４を
形成する。この通路３４は、面３２に入口を画定する鋭
い前方円形エツジ３５と部分１８の円筒形下流面に鋭い
エツジの出口を脩える。図示するように通路３４の中心
軸は、パイプ１６の中心軸３７と一致することが好まし
い。

従って、通路３４は、バイブロ内のモニタされる流れ方
向に平行に延長する。本例では一般に通路３４の径は６
龍である。

部分１８内には垂直圧力タッピングが穿孔され、第１タ
ツピング３６は下端がチューブ２０内に開口し、下端が
貫通通路３４の壁の上方部分内の検出ポート３８で開口
している。通路３４の鋭い前方エツジ３５は、通路３４
の壁から離間するようにガスを流れ分離させ、通路３４
内に縮流を形成する。ポート３８は、この縮流まわりの
流れ分離部に位置するよう配置される。

ポート３８は、ポート３８で検出される圧力ができるだ
け低くなるように第３図に示すように部分１８の凹面の
下流側よりも面３２に若干近くに位置することが好まし
い。ポート３８の最適位置および貫通通路３４の最適寸
法は、正確に規定できないが、実験で容易にチェックで
きる。

第２タツピング４０は、上端がチューブ２２に開口し、
下端が面２６内の検出ポート４２に開口する。ポート４
２は、凹面２８の上端に密に隣接する。

Ｔ字接続体（図示せず）は、差動パイロットバルブ、例
えばパイプ１６内の圧力をパイプを通る流れに関連でき
るシステムの一部を形成する高利得型のパイロットバル
ブに接続する小径チューブにカンプリングで接続される
。この場合のプローブは、カバナーバルブの下流側に位
置し、カバナーバルブのセッチングは高利得バイロフト
バルブの作動によって制御される。プローブは、他のシ
ステムでは異なる部品、例えばマノメータゲージまたは
他の装置に接続できる。

作−軌 ポート３８での圧力はパイプ１６内のガスの静圧力より
も低く、上記構造例では、縮流まわりでの通路３４の壁
から離間するガスの流れ分離効果によりポート３８での
圧力は動圧力の２倍に低い値だけ静圧力より低いことが
判っている。

凹面２８は、この面のすぐ上流およびポート４２で停滞
ゾーンを発生するよう作用し、このゾーンでは圧力は動
圧力に等しい値だけ静圧力よりも高い。従って、２つの
ポート３８．４２における圧力差は、別に速度ヘッドと
も称される動圧力の３倍に等しい。パイプ１６を通るガ
スの平均流量の変化は、容易にモニタされる。その理由
は、ポート３８または４２で検出される圧力は、それぞ
れポート３８に接近するガスまたはポート４２を通るガ
スの速度の二乗に依存するからである。

部分１８の下流側の凹面形状は、流れはプローブおよび
孔３４を通過する速さを容易に高く維持する。

図面を参照して上記したプローブは、次の利点を有する
。

＋ａ）　　ポート３８．４２のいずれもパイプ１６内の
モニタされている流れ方向に平行であるので、ガス流れ
内の粒状物、例えばゴミによってポートが詰まる危険が
なくなるか大幅に少なくなる。

〜）　匹適する条件での圧力差は、ピトー静圧管のホー
ドで利用できる圧力差またはエルボタッピングから利用
できる圧力差よりも大きい。

（Ｃ１プローブの径は、ベンチュリーを内蔵した抜き取
り可能なタイプの改善されたピトー型プローブの径より
も比較的小さく、モニタされる流れを閉じ込めるパイプ
１６の径が増加するときにプローブ径を増加する必要は
ない。パイプ壁内にプローブを取付けるのに比較的小さ
なボール弁または他の取付具しか必要でない。特にプロ
ーブの長手方向に延長する圧力タッピングしか必要でな
い。

（ｄ）　　プローブは制御システム内のオリフィスプレ
ートと交換できるよう充分な圧力差を生じる。

これによって大巾に簡略化された設備に関して主な利得
が得られ、オリフィスプレートによって生じる圧力ロス
と流れの乱れの主な部分がなくなる。プローブはモニタ
ーされる流れの流量の有効レンジで作用できる。

（ｅ）　　ブローフ゛はパイプブが適当なバルフ゛アセ
ンフ゛リー１２．１４によって全圧力でガス流れを搬送
している際に取付けまたは取りはずしできるので、これ
によりプローブの適用および効果範囲が大巾に広くなる
。

プローブの改変例（図示せず）では、面２８は凹面でな
く平面である。この場合、プローブから利用できる圧力
差はおそらく若干低下することになる。圧力差は中心長
手方向軸回りのわずかな角度配置誤差には影響されない
ので、わん曲した面が好ましい。上記のような誤差はパ
イプ１６へ取付けている際に生じ得る。

別のプローブの改変例（図示せず）では、ポート４２、
タッピング４０およびチューブ２２は不要とするか使用
しない。そのかわり、ガス流れの静圧力はプローブの上
流にあるパイプ１６の壁内のタッピングによって得られ
るポートによって検出される。この場合タフピングポー
トとポート３８の間で得られる圧力差は同圧力のほぼ２
倍に等しい値まで低下する。しかしながらこのプローブ
の別の利点は影響されないことである。

孔３４の寸法は満足できる結果が得られるように実験に
よって発見された。同一の寸法のプローブは少なくとも
内径３００ｎ＋（１２インチ）までのパイプに適用でき
る。変更例では孔の寸法は使用するのに充分低い圧力を
発生する流れ分離が生じることを条件に上記寸法と異な
ってもよい。

更に別の変更例（図示せず）ではチューブ２０．２２の
一方を不要とし、それぞれの検出ポートはチューブ１０
の内部を介してＴ字接続体に連通ずる。

別の変更例（図示せず）では先端部分１８は上記のよう
にステップ状であるが、面２８は先端部分１８の端まで
またその近くまで直角に延長し、端と貫通通路の間にス
テップ形状が位置し、貫通通路は例えば孔３４に類領す
る円形孔であるが部分１８の全直径を貫通する。この場
合面２８はタッピングおよびポート（ポート４２に対応
する）がずれてこのためタッピングが貫通通路をよける
ように第３図に示す中心平面５ｏからずれた曲率の軸を
有することが好ましい。

別の変更例（図示せず）では貫通通路は下流側端部に圧
力回復部分を有する。このような変更例は通過によって
与えられる有効抵抗を減少させることによって通路を通
る流れの速度を増加する。

このことはプローブから利用できる全圧力差を同圧力の
約６倍まで増加できる。例えばこの場合の貫通通路は円
形孔であって、この孔は流体流れ方向に円錐形に発散す
る断面を下流側端部に有する。

別の変更例（図示せず）では、例えばモニターされる流
れの方向に長手方向に延長するチャンネルを先端部分の
端部壁内に機械加工することによって先端部分１８の端
部に貫通通路が形成される。

一般に端部壁は本体の長手方向に垂直な平面壁であり、
チャンネルの横方向横断面は平らまたはわん曲したベー
スを有する半円形またはＶ字形またはＵ字形である。（
流れ方向に対して）チャンネルの前方エツジはチャンネ
ルの壁から離間するようにガスの流れ分離を発生させる
。すなわち前方エツジは充分鋭いのでたとえば必要な流
れ分離を発生させる。チャンネル内では部分的な縮流が
形成される。ポート３８に対応する検出ポートは流れ分
離によって生じる最大圧力低下位置またはそれに隣接し
て配置される。すべての貫通通路側では、モニターされ
る全流れのうちの比較的少数量しか通路を通過しない。

別の変更例（図示せず）では、先端部分１８には貫通通
路はなく、この部分の端部壁の前方エツジは端部壁から
流れ分離を生じさせる。流れ分離部および流れ分離によ
って生じる最大圧力低下位置またはそれに隣接する位置
に壁内の検出ポートが位置する。端部壁はポートがモニ
ターされる流れの一般的方向に平行になるように本体の
長手方向に垂直にするかまたはポートが傾斜して流れの
一般的方向に関して下流側を向くよう、流れ方向に傾斜
される。

このプローブは天然ガス以外のガスの流れをモニターす
ることにも適用できるし、液体および例えば蒸気を含む
流体混合物の流れをモニターすることにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプを通るモニター流れの方向に見たガスパ
イプの壁に挿入された作動位置にあるプローブの部分側
面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線上の垂直断面図、第３
図は第１図中のｌｌｌ−ｌ１１線上の拡大水平断面図で
ある。 １０・・・本体、 １８・・・先端部分、 ２８・・・凹面、 ３２・・・垂直面、 ３４・・・貫通通路、 ３Ｇ・・・第１タツピング、 ３８・・・検出ポート、 ４０・・・第２タツピング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）流体の流量をモニタするのに使用する抜き取り自
   在なプローブであって、 先端部分を含む細長い円筒形本体を含み、先端部分は先
   端部分の上流側および下流側に交差する壁を有し、先端
   部分は上流側にエッジ形成部分を有し、このエッジ形成
   部はモニタされる流れの方向に対して横方向に延長する
   と共に前記エッジ形成部の前記壁の下流から流体の流れ
   分離を発生させるよう作用し、先端部分は前記壁内に検
   出ポートを有し、この検出ポートは前記流れに対して下
   流を向くよう前記方向に傾斜するかまたは前記方向に平
   行であり、前記検出ポートは前記流れ分離が前記エッジ
   形成部に隣接して発生する位置に位置する抜き取り自在
   プローブ。 （２）壁は先端部分の端に位置する特許請求の範囲第１
   項記載のプローブ。 （３）壁は先端部分を貫通する通路の境界壁である特許
   請求の範囲第１項記載のプローブ。 （４）境界壁は前記流れ分離によって生じる縮流を完全
   に囲み、エッジ形成部は円形エッジである特許請求の範
   囲第３項記載のプローブ。 （５）壁は先端部分の端にあり、貫通通路はチャネル状
   であって通路を通る流れを部分的にしか囲まず、エッジ
   形成部は平らなまたはわん曲したベースを有する半円形
   またはＶ字形またはＵ字形である特許請求の範囲第３項
   記載のプローブ、（６）貫通流路は下流端に向って発散
   し流体圧力を回復するよう作用する断面を下流端に隣接
   して有する特許請求の範囲第４項記載のプローブ。 （７）第２検出ポートが先端部分に設けられると共に前
   記方向に平行であり、ポートは前記方向に対して先端部
   分の上流側に隣接して位置する特許請求の範囲第１〜６
   項のいずれかに記載のプローブ。 （８）先端部分は２つの面によって画定されたステップ
   形状をしており、第１の面は進入モニタ流れに向って設
   けられ、第２の面は第１面に横方向にあり、第２ポート
   は、第１面に隣接する第２面にて開口する特許請求の範
   囲第７項記載のプローブ。 （９）貫通通路は前記第１面と先端部分の端の中間にあ
   る特許請求の範囲第８項記載のプローブ。 （１０）前記第１面は先端部分の端と貫通通路の中間に
   ある特許請求の範囲第８項記載のプローブ。 （１１）第１面は凹面状の円筒形の一部であり、第１面
   の曲率の軸は本体の中心長手方向軸に平行である特許請
   求の範囲第８、９または１０項記載のプローブ。 （１２）第１面は平面である特許請求の範囲第８、９ま
   たは１０項記載のプローブ。