JPS61280523A - バルク状物質の流れを計量する装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特許請求の範囲第１項の前文に記載されたバ
ルク状物質の流れを計測する装置に関する。

〔従来の技術〕

バルク状物質の流れ、即ちバルク流を直接計量するため
の多くの装置、即ちｆ量・時間ユニットが知られている
。これらの装置の１つの分類に属するものとしては、導
管内を直線状に流れるバルク流の特定方向の角速度又は
接線速度成分を生じるのに必要な力を測定すると言う原
理に基づくものがある。この必要な力は、バルク流に直
接比例する。次の関係式が成立する。

トルク＝ｋ・角速度・バルク流 この角速度が一定の場合、バルク流はトルクの一次関数
になる。

放射状のガイド羽根によって区切られたロータリプレー
トの上に、バルク状物質が軸方向に当たるバルク状物質
の流量を計量する装置も既に公知である。このロータリ
プレートは、一定のモータ速度と駆動トルクで同期モー
タによって駆動される。このトルクの変化は、バルク流
の変動の直接的な指標である。

このトルクを測定するのに別の手段が知られている。最
も簡単な解決策は、モータの動力消費を測定することで
ある。しかし、この方法は、モータとこれに続くギヤ列
の順次に又定常的に変化する全ての摩擦損失を含むので
、非常に不正確な結果しか得られない（ドイツ実用新案
第７０２３５０２号）。

ロークリプレートの駆動シャフトから直接トルクを測定
することも、あまり好ましくない。なぜならば、この測
定値はブラシ型接触子を介して回転シャフトからピンク
アップされるので、雑な作業条件下では外乱の影響を受
けやすい（ＵＳＰ第２９３４９５１号）。

ロークリプレート用の駆動モータを該プレートの直下に
、その駆動軸と同軸に枢着することも公知である。モー
タハウジングの捩じれは、可動コイルの中に突出した、
モータハウジングに固定されたアームによって監視され
る。駆動トルクに相当する反動トルクは、モータハウジ
ングを回転させようとする。この涙力は、アーム上のコ
イルによって発生する電磁力によって補償される。モー
タハウジングを所望の定位置に常に維持しようとするこ
の力は、可動コイルの電流消費量に比例する。従って、
この電流値はロークリプレートを単位時間内に通過する
バルク流の指標となる（ドイツ特許第１２１１４１５号
）。大量のバルク流を加速するのに必要なモータは大き
な質量を有し、これを　　。

所望の定位置に維持するためには大きな電磁力を　　。

発生することが必要なので、これ単独では実用的　　、
でない。しかし、制御トルクが大きい場合には、測定可
能な変数の小さな変動は最早観察されず、　　　！充分
な信顛性がある。更にこの公知の解決策においては、ギ
ア列を挿入することができない。

モータとロークリプレートとの間に設けられたギア列の
中間シャフトに作用するトルクを測定する装置も公知で
ある（　Ｕ　Ｓ　’Ｐ第２７７１７７３号）。平歯車の
中間シャフトはシャンクに取り付けられ、咳シャンクの
下端は、ギアの軸に垂直な方向を向き且つギアに平行な
面上に配置された軸を中心に旋回可能に、懸垂されてい
る。中間シャフトのシャンクの旋回軸は、中間シャフト
及び中間ギアと柊にピニオンによって歯の作用面から外
れるよう：こ傾斜して配列されている。この変位は、無
負荷トルクを補償するスプリングによって対抗されて、
）る。バルク流がロータリプレートに作用して大きなト
ルクが伝わると、シャンクは空気力によってその位置に
保持される。これに必要な圧力は、彦宜な測定器具によ
って判るが、これも又伝達ト・レフの指標となる。

この装置の欠点は、補償のための空気圧力が調査された
後、測定値が表示されるまでに必要なアイドル時間が長
過ぎることである。公知の装置を用いて、バルク状物質
の流れの脈動を規制することは不可能である。更に、こ
の規制装置は精巧なもので、トラブルが生じやすい。

極く最近く化学的及び冶金的方法が開発され、これによ
れば、連続工程中で精密に規定された粉末又は微粒子物
質が相互に反応したり、又は液体や気体と反応する。こ
の例としては、石炭のガス化と鉄鉱石の溶融還元がある
。これらの方法においては、計測と調整を予定している
数種の成分のバルク流を統合することが必要である。４
！トの如く、主な問題はトルクや制動モーメント（ｎ−
ｍ）の精密な測定に存する。回転エレメントのシャフト
は、バルク流のみでなく摩擦力によっても当然減速され
る。温度が変わるとシャフトのベアリングに必要な潤滑
剤の粘度が変化するので、これらの摩擦力はかなり変化
する。

〔発明の目的〕

本発明は、前述のタイプの装置を開発することを目的と
し、測定手段の表示が、温度に関連する粘度及びギヤの
内部摩擦とは無関係になり、測定された制動モーメント
が、較正曲線を用いなくても温度に無関係に、通過した
バルク流のサイズの指標となるように構成するものであ
る。

この問題点は特許請求の範囲第１項に述べられた本発明
によって解決される。

即ち、本発明は、ギアリング内の粘性力により、回転エ
レメントの駆動シャフトと中間シャフトに加えられる影
響を補償する手段を見出すことに基づいている。本発明
によれば、平歯車の半径は、中間シャフトのベアリング
に作用するアイ°ドル時の摩擦トルクが、中間シャフト
のアイドリング時の摩擦トルクの方向と反対方向に作用
するように撞択されている。これに基づいて、これらの
反対方向のアイドル摩擦トルクは、例えば、異なった所
定巾を有するギアを用いて、無負荷動作時に中間シャフ
トのベアリングを動かすモーメントが相互に中和され、
外乱のモーメントを完全に補償するように設定される。

ギアオイルの粘度が温度に応じて変化する場合には、ア
イドル摩擦トルクも変化するが、それは同じ程度に変化
するので、補償は持続される。

本発明の好適例は従属項に記載されている。

〔問題点を解決するための手段〕

図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

第１図によれば、バルク流は供給パイプ１０を経て回転
エレメント１２に到達する。

この例においては、回転エレメント１２はインペラとし
て設計され、案内翼１６を具えた水平ロークリプレート
１４からなっている。この回転エレメント即ちインペラ
１２に上方から作用するバルク流は、その軸方向から偏
向させられ、接線方向の速度成分を与えられる。インペ
ラ１２は多数の案内翼１６を具え、全てのバルク粒子は
インペラを離れる時角速度を与えられ、それによってイ
ンペラは駆動される。インペラを通過した粒子の運動経
路の概略を点線で示す。

インペラ１２はハウジング１８内で回転し、その内部チ
ャンバは、流れるバルク材料が鋭い縁になるべく当たら
ないように、又を氏抗ができるだけ少なくなるように、
構成されている。インペラから放射状方向に離れた後、
バルク材料はハウジング１８に流れ込み、出口２０に達
するが、この断面積はバルク流の供給パイプ１０の断面
積に等しいか、それよりも大きい。

インペラ１２はシャフト２２によって駆動されるが、こ
のシャフトは、ハウジングに固定されたシャンク２４内
のベアリングに、軸方向の力が吸収されるように回転自
在に支持されている。

シャフト２２の下端には、駆動用ギア２６がキー旧めさ
れ、中間シャフト２８に支持されたギア３０と噛み合っ
ている。このシャフトにはもう一つのギア３２が固定さ
れ、モータ３６のピニオン３４と噛み合い、該モータは
、装置の下部にフランジで取り付けられ、インペラの駆
動軸と連結されている。

ギアリング、即ち二つのギア３０．３２を具えた中間シ
ャフトは、装置の中心軸の周りに回転するギア用ハウジ
ング３８内に設置されている。図示の実施例においては
、ハウジングのフランジに挿入された比較的大径のボー
ルベアリングによって、ギア用ハウジング３８を支持す
ることによって、これを実現している。

伝達されるトルクによるギアハウジング３８の摸じれは
、力計測手段４０によって制限され、且つ測定される。

このような力測定手段は公知であり、市販されている。

この手段は、基本的に、アームの端部に作用する力によ
って生じる湾曲を、これに付着されたワイヤ型歪みゲー
ジによって検出する頑丈な湾曲アームからなっている。

適当に較正すれば、このワイヤ歪みゲージは、それに作
用する力を直接に表示する。

成る流量のバルク流がこの装置を流れる場合、成る値の
トルクが伝達されて、インペラ１２の角速度Ｗが一定値
に維持される必要がある。ギア用ハウジング３８は実質
的に摩擦が無いように取り付けられているが、反動トル
クの影響のために僅かな角度だけ回転し、力計測手段４
０の指針を変位させる。この指針の変位が大きい程、力
計測手段によって供給され且つ測定される反動は大きく
なり、この反動がインペラを通過するバルク流の直接の
指標となる。

次式において、Ｒ１は回転エレメントに達するシャフト
２２上のギア２６の半径を表し、Ｒｔ。

Ｒ３はそれぞれシャフト２８上のギア３０．３２の半径
を表し、Ｒ，はＲ１と噛み合い、Ｒ５はピニオン３４と
噛み合う。

ギア用ハウジング３８の測定トルクＭ、は二つの反対向
きの成分Ｍｓ、とＭ、２からなっている。前者は駆動シ
ャフト２２からもたらされ、次ぎの値を有する。

Ｉ ここでＭＡは駆動シャフトの負荷モーメントである。第
２の部分はピニオン３４からもたらされ、次の値を有す
る。

この結果、次の式が成り立つ。

Ｍ！ｌ！Ｍ、、＋Ｍ、。

この測定トルク、従って測定装置の感度は、ＲｓをＲ２
よりも大きく選び、Ｒ，をＲ２よりも小さく選ぶことに
よって、大きくなる。回転エレメントに達する駆動シャ
フトが無負荷の時は、摩擦のためのアイドリングモーメ
ントＲＭＡだけが残り、これは初期トルクＭＡのためで
ある。この摩擦は、式（１）によって、箪ア用ハウジン
グ３８の反動モーメントＲＭＳ　となる。

第２の反対方向成分ＲＭ’；は中間シャフト２８の摩擦
トルクＲＭ　ｚから生じる。同じような考えに従って、
次式が導かれる。

両成分の和ＲＭ　ｓ　”’　ＲＭ　ｓ　＋　ＲＭ　ｓは
、摩擦損失によって生じる外乱変動である。これは次の
条件が成立する場合には、零となる。

又は 式（ＩＩ）が満足されると、本発明によって摩擦の影響
は精密に補償され、温度の変化によって変わるギアリン
グの内部摩擦に無関係な測定が可能となる。

Ｒｆｆ＜Ｒ２の場合、測定信号ＭＳは負の値（式ｒ参照
）をとる。即ち、負荷モーメントＭＡと反対になる。中
間シャフトの摩擦トルクもＭＡ’と反対なので、摩擦ト
ルクを補償することは不可能である。従って、本発明に
おいては、Ｒ３は常にＲ２よりも大きいことが必要であ
る。

次ぎの説明においては、事を簡単にするためにＲｚ　＝
　Ｒ＋　＝　２　Ｒｚの場合を取り扱う。

式（Ｉ）の最初の括弧内の項は０．５に等しい。

両方の条件を満足し、且つＯ〜２ＯＮｍの範囲のトルク
の測定に適した簡単な計測装置が第１図に示されている
。この場合には、式（ＩＩ）はとなり、即ち中間シャフ
ト２８の摩擦トルクは、出力シャフト２２の摩擦トルク
の半分であることが必要である。

この要求に合致するためには、ギアの巾を適当に選択す
ればよい。−２０℃から＋５０℃までの温度範囲内で、
測定信号に対する摩擦の影響が０．５％以下になること
が実験によって確かめられた。

計測手段の感度は、ギアリングを第２図の実施例のよう
に設計することによって、かなり増大できる。

回転エレメントに達している駆動シャフト上のギア２６
の直径Ｒ，は、可能な限り小さく選ばれることが好まし
く、これによって、与えられた出力速度において、ギア
の周速度及び摩擦を全体として最小にすることができる
。これによって、Ｒ３〉Ｒ２の条件のみでなく、Ｒｚ＞
Ｒ＋の条件を満足させることができ、式（１）による高
感度を蓮成することも可能となった。

上述の条件を満足させるために、ギア３２は内歯を具え
ていることを要する。一つの例では、Ｒ２”２Ｒ＋、及
びＲｉ　−２Ｒｚ　＝　４　Ｒ＋となっている。この結
果、式（ＩＩ）は次のようになった。

中間シャフト２８の摩擦トルクは、２２の出力シャフト
の摩擦トルクの２倍なければならない。

これは、例えば第２図の実施例において、プレート４２
をギア３２の面から僅かに離して平行に滑動自在に設置
し、油圧ブレーキとして機能させることによって可能で
ある。

図示の装置は、感度を１０倍のオーダーで増加させるこ
とができ、測定可能なトルクの範囲もＯ〜２Ｎｍであり
、一方、精度は第１図のものと同一に保持される。勿論
、この結果は、全てのベアリングがギア用向３８内に収
容されており、温度に依存するギアオイルの粘度が、全
てのベアリングについて同じと言う条件下においてのみ
、達成可能である。第２図に示す実施例において、駆動
シャフト２２は非常に長く形成され、それによって第２
ベアリング４４がギア用ハウジング３８の外に設けられ
ている。このベアリングは作動中に、不可避的にギア用
ハウジングと異なる温度とならざるを得ないので、摩擦
の影響の温度依存性と、それによる零点の変動はかなり
大きい。この問題は、外のベアリング４４を、圧縮気体
によって実質的に無摩擦状態でシャフトを担持する公知
のガスベアリングとして設計することによって、解決す
ることができる。装置を導管内で使用してシャフトの空
隙のシーリングが純粋な圧縮気体によって清掃され、塵
埃を除去するようにすれば、この設計はあまり困難でな
く実現可能である。

装置の零点調節は次のように行われる。装置を、−２０
℃での標準オイル粘度に相当する非常に粘度の高いオイ
ルで充たす。このオイルを用いて、標準オイルに変更し
た後、通常起こり得るあらゆる温度の下で、零点が維持
されるように油圧ブレーキ又はプレート４２を調整すれ
ば、零点は非常に精密に調整可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略側断面図、 第２図は第１図の装置を改変した別の実施例の側断面図
である。 １０−・−供給バイブ　　　　１２−回転エレメント１
４−・−ロークリプレート　１６−・案内羽根１８−・
ハウジング　　　　２（Ｌ−出口２２−［ＩＪ］シャフ
ト　　　２４−・−シャンク２６．３０．３２・・−ギ
ア ２８−・中間シャフト　　　３６−・モータ３８・−・
ギア用ハウジング　４０−・力計測手段以下余白 図面の浄譜内容に変更なＬ） 手続補正書（方式ン 昭和６１年６り〃日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定の速度で駆動され、軸方向に作用するバルク流
   を放射状に偏向し、バルク流に接線方向の速度成分を付
   与するための回転エレメント（１２）を、シャフト（２
   ２）に固定して設け、バルク流に依存するトルクを前記
   シャフト（２２）の位置で測定するように構成し、更に
   担持エレメント（３８）内に配置された二段ギアと、そ
   れぞれＲ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３、Ｒ＿４の半径を有する
   ４個のギア（２６、３０、３２、３４）を有し、第１ギ
   ア（２６）はシャフト（２２）に取り付けられ、中間シ
   ャフト（２８）に取り付けられた第２ギア（３０）と噛
   み合い、又第３ギア（３２）は同じく中間シャフト（２
   ８）に取り付けられ、駆動シャフトに取り付けられた第
   ４ギア（３４）と噛み合うように構成されてなるバルク
   流計量装置であって、運動方向がシャフトに作用する反
   動の方向と同じになるように前記担持エレメント（３８
   ）内に可動に取り付けられた前記中間シャフト（２８）
   は、力計測手段（４０）によって所定位置に保持され、
   又前記シャフト（２２）のアイドリング摩擦トルクＲＭ
   ＿Ａと中間シャフト（２８）のアイドリング摩擦トルク
   ＲＭ＿Ｚが、絶対値においてＲ＿３がＲ＿２よりも大き
   い初期条件の下で、次式を満足することを特徴とするバ
   ルク流計測装置。 （Ｒ＿３−Ｒ＿２）／Ｒ＿１＝ＲＭ＿Ｚ／ＲＭ＿Ａ２、
   半径Ｒを有するギア（３２）が内歯を有し、且つＲ＿３
   ＞Ｒ＿２及びＲ＿２＞Ｒ＿１であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載された装置。 ３、摩擦トルクが、異なった巾のギアを使用することに
   よって変更可能であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載された装置。 ４、摩擦トルクが、ギア（３０、３２）に作用する油圧
   ブレーキによって調節可能であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載された装置。 ５、前記油圧ブレーキが、ギア（３２）の前面から一定
   の距離だけ離れて設けられたプレート（４２）を具え、
   該プレートとギア（３２）との距離が可変に構成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載され
   た装置。