JPS62247216A - 超音波により浮遊物を含む流体の流量測定方法 - 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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は超音波により流路を流れる被Ｗｌ！Ｉ定流体の
流量測定中、この被測定流体に魚類、藻又はごみなどの
浮遊物を混入したとき、その浮遊物を混大した流体の流
量を測定する方法に関する。

ｂ、　従来の技術 超音波を利用して流路を流れる流量測定については、従
来より多くの方法が提案されているが、広く一最に実用
化されているシングアラウンド法について説明する。こ
こでは満管路に適用したものについて説明するが、この
種の超音波による流量測定方法は原理的には流体の面流
速を測定する方法であるので、自由表面を持つ開渠を流
れる流体の流Ｗｋ測測定も応用することができる。

第３図はシングアラウンド式超音波流星測定方法の基本
構成を示すもので、被測定流体１０２を通ず管ｌｏｔに
一組の超音波を送受波するトランスデユーサ１０３ａ、
　ｌ０３ｂを配設し、これに電気信号を送受する同軸ケ
ーブル１０５及び超音波流量計本体１０Ｇからなる。超
音波トランスデユーサ１０３ａ、　１０３ｂはそれを相
互に結ぶ超音波径路１０４が管１０１　の長軸方向と傾
斜するように、管１０１の直径方向の直線上に対向して
配設される。この超音波トランスデユーサｌ０３ａ、　
１０３ｂへの電気信号の送受及び処理は同軸ケーブル１
０５を経由して、流量計本体１０６内で行われ、被／Ｉ
］１定流体＋０２の測定された流星の電気信号が流量計
本体１０６から出力される。

第３図において彼７！ｌ１１定流体＋０２の流れと順方
向にトランスデユーサ１０３ａから超音波パルスを発射
すると、ある時間後に他方のトランスデユーサｌ０３ｈ
に受波される。ここで電気信号に変換された受信信号を
同軸ケーブル１０５を経て流量計本体＋０６内で電気的
に増幅した後、同軸ケーブル＋０５を経て前記トランス
デユーサ１０３ｄに加えて、再び超音波パルスを発射す
る。すなわら、超音波パルスと電気パルスがトランスデ
ユーサ１０３ａ−・流体＋０２−）ランスデューサ１０
３１１−’ｔｌＬＦＪ計本体１０６−１０３ａ　−−−
とシングアラウンド系を形成する。このシングアラウン
ド系を一巡するのに要する時間、すなわちシングアラウ
ンド周期はほとんど超音波パルスが流体１０２中を伝播
する時間で決まるのでその逆数のシングアラウンド周波
数も超音波パルスの流体１０２中の伝１！時間によって
決まる。

次に送受信を切り替えて、流体１０２の流れと逆方向に
トランスデユーサ１０３ｂがら超音波パルスを発射すれ
ばある時間（順方向のときより長い時間）後に他方のト
ランスデユーサ１０３ａに受波され、それを受信信号に
変換し前述と同じ動作をさせる。

斯くして流体１０２の流れと順方向のときと逆方向のと
きのシングアラウンド周波数をそれぞれ測定し、その差
の周波数を求めることにより流体１０２の流速が求めら
れる。この流速と管１０１　の断面積の積を流量として
求めることができる。この場合、流速は音速に関する項
を含まないので、流体の温度、塩分、圧力などの変化に
よる音速変化は測定誤差の原因にならないという利点が
ある。

一方、近年原子力及び火力発電所の建設に伴って、同発
電所に使用されているタービンの復水器用冷却水の流量
測定が、管理上重要な問題のひとつになっている。とく
に原子力発電所の配置は敷地の地盤、地形、炉形、取水
方式、安全性などを考慮して決定されるが、特にタービ
ンの復水器用冷却水の大量取水のためもあり、海岸又は
河川に而して配置されることが多い。そして、この冷却
水の取水のための流量測定に屡々前述の超音波による流
星測定方法が採用されている。又、火力発電所において
もほぼ同様である。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 超音波による流量測定方法は前述のように、−組の超音
波トランスデユーサにより被測定流体中に超音波パルス
を伝播させてその流体の流速を１１１１定しているが、
被測定流体のなかに魚類、藻又はごみなどの浮遊物が混
入し、これが前記超音波伝播経路に到るときは、超音波
パルスの伝播は遮断され、流量計本体は異常値を出力し
て流量測定が不能になるという問題点があった。

このような場合、通常、流量計本体内に異常値除去手段
を設けて異常値出方を除去し、異常値発生前の流＠測定
値をそのまま継続出方し、超音波パルスの遮断がなくな
ったとき正常測定に復帰する方法を採用している。実際
問題としては流体中にこのような浮遊物を混入したまま
流体を流路に沫すことは、流路がこの浮遊物のために詰
まり、例えば前記タービンの復水器の場合には十分な冷
加水が供給されず、このため復水器が過熱になる危険性
がある。

しかしながら、現在まで流体中に魚類、藻又はごみなど
の浮遊物が含まれる流体の流量を測定できる方法がなく
、専ら作業員の目視等に頼っていたという問題点があっ
た。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前
記問題点を解消し、通常は流体導通路を流れる被測定流
体の流量を測定中、被測定流体のなかに魚類、藻又はご
みなどの浮遊物が含まれた場合もその浮遊物を含んだ流
体の流量を超音波により測定する方法をｔｉ　Ｚするこ
とにある。

ｄ、　問題点を解決するための手段 前記目的を達成するための本発明の構成は、流体導通体
の壁面に該導通体の長軸方向に対して斜め方向に超音波
ビームを送出するトランスデユーサを配設し、該超音波
ビームが到着する対向壁面の位置にこの超音波ビームを
受信する他のトランスデユーサを配設する。そして前記
両トランスデユーサ間に通す超音波パルスの方向を周期
的に反転さ一ロ、該超音波パルスが流体の流れに順方向
の場合と逆方向の場合との該超１３波パルスの伝り市速
度に比例するシングアラウンド周波数の差から流体の）
Ａ連を測定する超音波による１■す定方性において、 前記ｉ！ｌＬ体導通体の壁面を深さ方向に複数の範囲に
区分し、この区分された複数の範囲ごとに前記１紺のト
ランスデユーサをそれぞれ配設する。これらの配設され
た複数組のトランスデユーサの送受信信号を切替スイッ
チにより順次切替えて１１ｉ記複数の範囲ごとにおける
流体の流速を測定して出力させると共に記ｔαさせてお
き、前記複数の範囲のいずれを流れる流体中に浮遊物を
含まないときは前記？Ｕ数の範囲ごとの出力流速値を演
算して被測定流体の流量を出力する。しかし、前記複数
の範囲のいずれかを流れる流体中に浮遊物を含み、それ
により該範囲における超音波パルスの伝播が遮断された
ときは、該範囲の超音波パルスの伝播遮断直前に測定記
憶された流速値と該範囲の断面積と超音波パルスの伝播
が遮断されている時間とから該範囲の浮遊物を含む流体
の流量を演算する。

更に、他の同様な範囲における浮遊物を含む流体の流量
の総和を求めることにより、流体中に浮遊物が含まれる
流体の流量を測定することを特徴とする超音波により浮
遊物を含む流体の流量測定方法である。

ｅ、　作用 本発明において、流路断面を深さ方向に複数範囲に区分
し、その区分されたＰＡ数の各範囲を流れる流体の流速
を測定して被測定流体のｆｉ看を演算出力する。この測
定中、前記複数の範囲のいずれかを流れる流体中に浮遊
物が混入して、それにより該範囲における超音波パルス
の伝播が遮断されたときはｊｆ範囲の超音波パルス遮断
直前に記憶回路に記憶された流速値を読み出し、それが
以後一定値と考えて、それに該範囲の断面積を乗じてｊ
ｉｉ位時開時間の流量とし、その単位時間の流鼠値に超
音波パルスが遮断されている時１■積分して浮遊物を含
む流体の流量とする。更に他の同様な範囲があったとき
は、該範囲における浮遊物を含む流体の流星を同様に測
定し、その総和を求めて流路を流れる浮＃物を含む流体
の流量としたものである。

「、　実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、自由表面を持つ開渠
又は流路を３つの層に区分し、それぞれの層に超音波ト
ランスデユーサを配設した超音波により浮遊物を含む流
体の流量測定ブロック図である。

同図において、被測定流体２が流れる断面方形の開渠１
を深さ方向に３つの範囲（層）に区分して、第１．第２
．第３範囲とする。開渠ｌのそれぞれの範囲における両
側の壁面１ａ、　Ｉｂに３　ｋ、１１の超音波トランス
デユーサ３−１ａ、　３−１ｂ；　３−２ａ、　３−２
ｂ；３−３ａ、　３−３ｂを、該範囲断面を流れる流体
２中で、開渠Ｉの捕手方向に対して斜め方向に形成する
超音波伝播径路４を経て超音波パルスを送受波できるよ
うにそれぞれ配設する。これら第１．第２゜第３範囲に
配設された３組の超音波トランスデユー４ノ３−１ａ、
　３−１ｂ；　３−２ａ、　３−２ｂ；　３−３ａ、　
３−３ｂへの信号は、超音波流速計′又は、流鼠計）本
体６から切替スイッチ７及び同軸ケーブル５を通じて送
受される。送受１３信号は流速８１本体６で発生及び処
理され、記憶回路８及び演算回路９を経て電気信号とし
て出力される。なお、記憶回路８は１１ｉ記第１、第２
．第３範囲に対応する記憶素子群を備え、演算回路９は
前記それぞれの範囲と全体範囲についての演算等を行な
う。流速計本体６から記ｊｇ回路８及び演算回路９へ送
出される検知信号は、開渠ｌを流れる流体２中に混入さ
れた魚類、藻又はごみなどの浮遊物ＩＯによって、超音
波パルスの伝播が遮断されたときに発生される信号で、
前記各範囲ごとに発生される。又、切替スイッチ７は前
記超音波トランスデユーサ３−１ａ、　３−１ｂ；　３
−２ａ、　３−２ｂ；　３−３ａ、　３−３ｂへの送受
信信号を順次切替えるためのスイッチで、流速計本体６
によって切替制御される。

次に本実施例の動作を説明する。流路又は開渠Ｉを’Ｉ
ＡＬれる流体２に前記浮遊物１０が含まれていないとき
は、前記第１．第２．第３範囲における超音波トランス
デユーサ間の超音波パルスの伝播はスムースごあり、流
速計本体６はシングアラウンド方式により前記各範囲を
流れる流体２の流速を測定し、各範囲ごとにその結果を
一時、記憶回路８に記憶させる。同時に、その測定結果
を演算回路９で開渠１のなかの流速分布などを勘案して
演算し、平均化した流速又は流量値を電気１３号として
出力し、表示又は記録する。

一方、前記流路又は開渠１を流れる流体２中に浮遊物１
０が混入するときは、それにより超音波パルスの伝播は
遮断されるので流体２の流速測定が不能となる。このた
め流速計本体６内において超音波遮断検知信号を発生し
て流体２の流量測定を中断し、通常の流星測定から切替
えて、流体２中に浮遊物が含まれる流体の流量測定の動
作を行なう。

第１図において、今、開渠ｌの第２範囲を流れる流体２
に浮遊物１０が混入し、該範囲における超音波パルスの
伝播が遮断されたときは、流速計本体６内で直ちに浮遊
物を含む流体の流星測定動作に切替えられ、該範囲につ
いての超音波遮断検知（３号を記憶回路８及び演算回路
９に送出する。そして該範囲の超音波遮断直前に該範囲
を測定記憶した流速値を記憶回路８から読み出し、演算
回路９において予め記憶しである該範囲の断面積との積
に対し更に、時間について積分をはじめ、超音波パルス
の遮断が解除されるまで継続して浮遊物１０の混入した
流体２の流量を演算する。演算回路９は同時に他の同様
な範囲、本実施例では第１範囲についても浮遊物ＩＯが
混入した流体２の流量を演算し、更に、開渠ｌのなかの
該範囲の流速分布などを勘案しながらこれらの総和を演
算して出力する。浮遊物ｌＯを混入した流体２の流量測
定中、すなわち超音波パルス遮断中はその範囲、本実施
例では第１．第２範囲を流れる流体２の流速は遮断直前
に測定された流速が一定として演算出力する。これを表
示又は記録し、場合によっては基準値と比較し警報を発
するようにしてもよい。そして流体２中に混入した浮遊
物ｌＯがなくなれば、再び流体２中にて超音波パルスの
送受が行われ流速計本体６からの超音波遮断検知信号が
解消され、通常の流星１１１１１定状態に復帰する。

第２図は本発明を原子力又は火力発電所のタービンの復
水器冷却のため、海水を利用した冷却用水水路に実施し
た説明図である。同図において、？）ｉ　Ｉ　１へ開口
した海水取水口１４からうす巻きポンプ１３にて海水１
２を取水し、導管１５を経て第１沈殿池１６にいったん
貯水して砂利などの沈殿物を沈殿させる。海水１２はそ
こから並列した複数の堰堤１８．１８を有する断面が方
形の並列した複数の水路１７．１７を通り除しん装置１
９．１９により海水１２中に混入した魚Ｋｎ、＆、　ご
みなどの浮遊物を除去して第２沈殴池２０に導入される
。そしてこの第２沈殿池２０に開口する取水口２２から
うず巻きポンプ２１にて浮遊物を除去した海水１２を取
水し、導管２含にて図示しないタービンの復水器へ海水
１２を４人して復水器の冷却に供し、冷却後温水１２は
海ｌ■に排出される。

このような冷却水路系において、断面が方形の複数の水
路１７．１７のそれぞれの水路１７の途中に、深さ方向
に前記実施例と同様に３つの範囲（実際はそれ以上の数
でもよい）に区分しそれぞれ第１゜第２．第３範囲の水
路壁面に、本発明に係る浮遊物を含む流体の流量測定の
ための超音波トランスデユーサを配設したものである。

なお図示しない同軸ケーブル及び流速計本体等は測定水
路ごとに計器室などに配設される。超音波トランスデユ
ーサの配置及び浮遊物を混入した海水１２の流星測定の
動作は前記実施例と同様である。

除しん装置Ｉ９は復水器に導入する冷却用海水１２に混
入する浮遊物を事前に除去するためのもので、一種のバ
ケットエレベータ方式の除しん装置である。この除しん
装置１９のバケットは水切りのよい金属製かごて、水路
１７の底から海水１２中に混入した浮遊物をこのバケッ
トで掬い、上端にてコンヘア上にＩＪＩ出する。この除
しん装置の駆動装置は上部にあって速度制御される電動
機によって運転される。

従って、本実施例のように前記除しん装置の前段の水路
に本発明を実施し、その流体中にｌ１９人した）７遊物
を含り冒）ＩＩ水の流星出力によって前記除しん装置の
駆動用電動機を制御すれば、復水器冷却のための取水管
理を極めて効率的に行なうことができる。

なお、本発明の技術は前記実施例における技ｉネ１に限
定されるものではなく、同様な機能を果す他の態様の下
段によってもよく、又本発明の技術は前記構成の範囲内
において種々の変更、（・ｊ加が可能である。

ｇ、　発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、超音波
による流体の流量測定において、流体導通路を流れる被
測定流体の流計を測定中、この被ｄｌｌ＋定流体中に角
類、藻又はごみなどの浮遊物が含まれた場合も、超音波
パルスの伝播遮断検知信号によりその浮遊物を含んだ流
体の流量を測定することができる。従って、その浮遊物
を含む流体の流■測定値を基準（ａと比較し警報を発す
ることもでき、又関連機器を制御することもできる。

特に原子力発電所又は火力発電所におけるタービンの復
水器冷却用の取水路などに実施することにより、取水路
が前記浮遊物によって詰まるのを防ぐと共に復水器の過
熱を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、自由表面を持つ開渠
に実施した超音波により浮遊物を含む流体の流量測定方
法の説明ブロック図、第２図は本発明の他の実施例を示
し、原子力又は火力発電所のタービンの復水器用冷却水
導入水路へ実施した説明図、第３図は従来のシングアラ
ウンド式超音波流計測定方法の基本構成図である。 １．１７・・・開渠又は流路、ｌａ、　ｌｂ・・・壁面
、２・・・被測定流体、 ３−１ａ、　３−１ｂ；　３−２ａ、　３−２ｂ；　３
−３ａ、　３−３ｂ・＝超音波トランスデユーサ ４・・・超音波伝ｔ！経路、　５・・・同軸ケーブル、
６・・・超音波流速計本体、７・・・切替スイッチ、８
・・・記憶回路、　　　　９・・・演算回路、ｌＯ・・
・（ｒＡ人浮遊物、　　　１１・・・海、１２・・・海
水、　　　　　　１３．２１・・・うず巻ポンプ１４、
２２・・・取水口、　　　１５．２２・・・導管、１６
、　　２０　　・・・　ζ」二　殿　ンｌ巨　、　　　
　　　　　　　１８　・・・　堰　堤　、１９・・・除
しん装置。 特許出願人　　日本エヌ・ニー・ニス株式会社（ばか２
名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体導通体の壁面に該導通体の長軸方向に対して斜め方
   向に超音波ビームを送出するトランスデューサを配設し
   、該超音波ビームが到着する対向壁面の位置にこの超音
   波ビームを受信する他のトランスデューサを配設し、前
   記両トランスデューサ間に通す超音波パルスの方向を周
   期的に反転させ、該超音波パルスが流体の流れに順方向
   の場合と逆方向の場合との該超音波パルスの伝播速度に
   比例する周波数の差から流体の流速を測定する超音波に
   よる流量測定方法において、 前記流体導通体の壁面を深さ方向に複数の範囲に区分し
   、この区分された複数の範囲ごとに前記１組のトランス
   デューサをそれぞれ配設し、これらの配設された複数組
   のトランスデューサの送受信信号を順次切替えて前記複
   数の範囲ごとにおける流体の流速を測定して出力させる
   と共に記憶させておき、前記複数の範囲のいずれを流れ
   る流体中に浮遊物を含まないときは前記複数の範囲ごと
   の出力流速値を演算して被測定流体の流量を出力し、前
   記複数の範囲のいずれかを流れる流体中に浮遊物を含み
   、それにより該範囲における超音波パルスの伝播が遮断
   されたときは、該範囲の超音波パルスの伝播遮断直前に
   測定記憶された流速値と該範囲の断面積と超音波パルス
   の伝播が遮断されている時間とから該範囲の浮遊物を含
   む流体の流量を演算し、かつ他の同様な範囲における浮
   遊物を含む流体の流量の総和を求めることにより流体中
   に浮遊物が含まれる流体の流量を測定することを特徴と
   する超音波により浮遊物を含む流体の流量測定方法。