JPS6237141Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は流体流量を高感度に且つ大きな流量範
囲で測定しうるタービン式流量計の改良に関す
る。

一般に、タービン式流量計では流体の流量が比
較的小さい流量範囲からロータを回転させる（即
ち流量感度を向上させる）ためにロータとの摩擦
が少ないピボツト式軸受を用いることがある。こ
の場合ロータは軸の両端をピボツト軸受で受けて
いるが、このものにおいてはロータの低流量時の
感度特性は向上するもののピボツト軸受のみのた
め軸受の単位面積受圧値が大となり軸及び軸受の
摩耗が激しく耐久性がないという欠点があり、又
軸受に転がり軸受を用いた場合には逆に耐久性は
幾分向上するが感度特性は低下するという欠点が
あつた。又何れの従来例においても初期状態での
ロータの自重がそのままピボツト軸受にかかつて
いるため、流体の通過によるロータのスラスト力
の発生により大なる荷重がピボツト軸受に作用し
てピボツト軸受の耐久性には限度があるという欠
点があつた。尚後者の従来例で転がり軸受の代わ
りに空気を噴出する滑り軸受を使用した静圧空気
軸受により軸受の摩擦抵抗を小とすることも考え
られるが、構成が複雑になる上に都市ガスライン
等の空気の混入が許されない個所には使用しえな
いという欠点がある。

本考案は、縦型構造とするためにロータの上部
に磁気軸受を使用してロータに常時所定の浮力を
与えて自重を軽減しておき、低流量域ではロータ
を主にピボツト軸受で受けて流量感度特性を向上
せしめ、且つ高流量域では、ロータの変位に伴な
い主に転がり軸受で受けて軸受の耐久性を向上せ
しめ、これにより上記欠点を除去したタービン式
流量計を提供することを目的とする。

そのための構成は、上方の流入口より流入した
流体を下方の流出口から流出させる流量計本体
と、該本体内に回転自在に配されたロータと、該
ロータの流入口側に設けられ該ロータを上方へ吸
引する磁石と、該ロータの流出口側に設けられ該
ロータを重力方向に支持するピボツト軸受と、流
体流量の増加に応じて該ピボツト軸受の下方への
変位を許容せしめる変位許容手段と、該本体内に
設けられ該ピボツト軸受が所定量下方へ変位した
とき該ロータに接触してこれを支持する転がり軸
受とよりなるものである。

次に、その一実施例につき説明する。

第１図Ａ，Ｂは夫々本考案になるタービン式流
量計の一実施例の平面部分図及び縦断面図であ
る。図中、タービン式流量計１の円筒形流量計本
体２は上方を流入口、下方を流出口とする流路２
ａを有し、流入口に雌ネジ部２ｂを有する。

３は円板形固定磁石ホルダで同心に配したボス
部３ａ、リング部３ｂ（外周ネジ部３ｂ−１を有
する）をリブ部３ｃにより一体連結してなり、ボ
ス部３ａに環状固定磁石４が埋設され、且つボス
部３ａ及びリング部３ｂ間に形成された環状流路
３ｄ（下流側に行く程狭くなつている）に乱流発
生手段としての金網５が固設されている。このホ
ルダ３は本体２に対しネジ部３ｂ−１を雌ネジ部
２ｂに螺合させて取付固定される。

６は下流側ボスで、軸受収納孔６ａ、圧力導入
孔６ｂ、中央孔６ｃを有し、本体２内の略中間位
置で複数のステー７により本体２に固着される。

８はピボツト軸受変位許容手段で、プランジヤ
９及びコイルバネ１０、止めネジ１１よりなり、
プランジヤ９はボス６の中央孔６ｃに上下動自在
に嵌入され止めネジ１１との間に配したコイルバ
ネ１０により後述するロータ１４と共に上方へ付
勢されて鍔部９ａが中央孔６ｃの段部６ｃ−１に
当接している。

１２はピボツト軸受で、後述するピボツト２３
に適合した材質を有し、プランジヤ９上端に一体
的に埋設されている。

１３は転がり軸受で、該転がり軸受１３は無潤
滑で使用できるセラミツク球等を有するラジアル
型（スラスト力も受ける）であり（アンギユーラ
型又はスラスト型でもよい）、転がり軸受１３の
アウタレース１３ａはボス６の収納孔６ａに収納
固定される。そして前記転がり軸受１３のインナ
レース１３ｂ内には前記プランジヤ９が位置して
いる。

１４はロータで、該ロータ１４は軽量化及び慣
性モーメント低減のためAl，Ti等の非磁性材料
より形成されており、外周に複数の羽根１５が溶
接又はロー付けにより固着される。羽根１５は非
磁性材料であるが、対向する２枚（又は４枚）の
み回転数計測用に磁性材料とする。ロータ１４は
更に上面に環状磁石２１が埋設されて環状磁石２
１の上面にはダストカバー２２が固着され、下面
中央１４ａは下面外周１４ｂに比して第１図Ｂ中
下方に若干突出しており、前記下面中央１４ａに
超硬合金又はセラミツクス製のピボツト２３が打
込固定される。ロータ１４はホルダ３及びボス６
間にピボツト２３をピボツト軸受１２に軸承させ
且つ環状磁石２１，４どうしを対向させて配さ
れ、ロータ１４の下面中央１４ａは転がり軸受１
３のインナレース１３ｂに対し所定寸法対向離間
される。磁石２１，４は互いに異極が向き合つて
吸引し合い磁気軸受２４を構成し、その吸引力は
磁石２１，４の磁力及び離間寸法の調整によりロ
ータ１４の自重の0.7〜0.95倍になるよう設定さ
れる。従つてロータ１４は下部が単にピボツト的
に受けられているのにかかわらず、本体２軸方向
に倒れなく調心的に保持される。従つて、ロータ
１４はその自重の５〜30％がピボツト軸受１２に
作用するのみでしかもロータの回転抵抗のモーメ
ントの腕長さも小なるため、極めて微少な回転ト
ルクで回転しえ、通常のタービン式流量計ではロ
ータの始動不可能な低流速でも容易に始動しうる
状態となる。

２５は一の磁気センサで、磁気抵抗素子又はホ
ール素子等よりなり、本体２の周壁に固設され、
所定の回路に接続されている。この磁気センサ２
５はロータ１４の磁性の羽根１５が横切つたとき
その磁気を検出して信号を出力しロータ１４の回
転数を検出する。尚磁石４又は２１のＮ極の磁力
線が羽根１５を介して磁石２１のＳ局に入るよう
にした場合は羽根１５は磁化されるものでなくて
もよい。又磁気センサ２５を一対分本体２の周壁
に羽根１５のピツチに対し位相をずらせて配設し
た場合は、一対のセンサ２５が交互に信号を出力
した場合のみこれを上記回路により流量信号とし
て処理させることもでき、これによれば上記の如
くきわめて回転し易いロータ１４が単に外部振動
等により不規則に回転する場合には流量信号とし
て処理されず誤計測が防止される。例えば流体が
下方から上方への逆流を生じたときにロータ１４
は逆転してしまうが、一対のセンサ２５により流
れ方向が容易に判別され積算流量に誤差を生ずる
ことはない。

次に上記タービン式流量計１の動作に付き説明
する。流量計本体２の上方より流路２ａに流入し
た都市ガス等の流体はまずホルダ３の流路３ｄを
通過してロータ１４の羽根１５に至り、ロータ１
４を回転させ、ボス６外周を通つて下方へ流出す
る。

このとき流量はその流速が低流量であつても、
ロータ１４はピボツト軸受１２、磁気軸受２４に
支えられて高感度に回転始動しえ、上記の如く磁
気センサ２５によりロータ１４の回転数が検出さ
れ流量が求められる。

ここで、流体は本来かかる低流量の場合は層流
となつて流量計測時のメータ常数が増大してしま
うという不都合があるが、本実施例の場合上記層
流流体はホルダ３の金網５を通過する際に乱流と
されるため上記不都合は生じないようになつてい
る。

次に、流量が増大し、ロータ１４の回転数が大
になると共にロータ１４に第１図Ｂ中下方へロー
タ自重の数倍〜数十倍のスラスト力が発生する。
従つてロータ１４はプランジヤ９をコイルバネ１
０に抗して押動しつつ下動し、例えば流量が流量
計１の定格流量の50％に達したときロータ下面中
央１４ａが転がり軸受１３のインナレース１３ｂ
に衝接し、インナレース１３ｂと一体的に回転を
始め、同様にして回転数が検出される。かくして
ロータ１４は転がり軸受１３によつてラジアル力
及びスラスト力の相当部を受けられ、ピボツト軸
受１２の破損、ロータ１４の偏芯回転等を生じな
い。尚このとき当然ロータ１４の回転方向摩擦抵
抗は転がり軸受１３により増大するが、ロータ１
４自体の駆動力が大なる範囲であるため、メータ
器差に対する影響は生じない。又転がり軸受１３
は流量が一定値以上にならないと動作しないため
それだけ寿命を向上しうると共に、転がり軸受１
３は、高速回転中のロータ１４により起動される
ため軸受１３自体の始動抵抗はさして問題になら
ず転がり軸受１３を比較的大型のものとしえ一層
耐久性を向上しうる。

ロータ１４を通過した流体がボス６の下部へ至
ると、流路断面積が増大するので流体の静圧も大
なる値に回復するため、この流体は圧力導入孔６
ｂを介して転がり軸受１３へ導入されピボツト軸
受１２、転がり軸受１３に付着した塵埃を吹き飛
ばし除去し、両軸受１２，１３の性能劣化を防止
する。

尚流体が再び低流量になると、ロータ１４はそ
のスラスト力が低減されてコイルバネ１０により
上方へ押上げられ、再び転がり軸受１３から離間
して回転する。

又上記何れの場合においても、流体中に磁性ダ
ストが混入している場合は、磁性ダストはロータ
１４の磁石２１により吸引されて一旦ダストカバ
ー２２に付着されるが、しかる後ロータ１４の回
転により2G〜30Gの遠心力で吹き飛ばされ下流側
へ流出される。尚ダストカバー２２は磁性ダスト
が磁石２１に直接付着するのを防止する。

第２図は上記ボス６の変形例であり、同図中第
１図Ｂと同一部分には同一符号を付す。同図中、
３１は延長管３１ａを有するフイルタケースで、
ガラスウール等の繊維製フイルタ３２が収納され
てボス６下端にネジ等により固着されている。こ
れによれば、延長管３１ａがボス６の渦発生域よ
り更に下流側から流体をフイルタケース３１内に
導入し、流体中の塵埃がフイルタ３２で除去され
て清浄となり、更に上記の如く圧力導入管６ｂに
導かれ軸受１２，１３の塵埃を除去する。従つて
このフイルタケース３１は特に流体の汚れが著し
い場合に用いて好適なものである。

尚上記各実施例中、流体は気体に限らず、液体
又は気液混合流体でもよい。

上述の如く、本考案になるタービン式流量計に
よれば、ロータの流入口側及び流出口側に夫々磁
気軸受及びピボツト軸受を設けて予めロータに磁
気軸受により浮力を与えて自重を軽減させている
と共にロータが変位許容手段を介在して転がり軸
受に離間対応されているため、低流量域ではロー
タを上記磁気及びピボツト軸受で受けて始動トル
クを小とし流量感度特性を向上しうると共に、高
流量域ではロータが変位して更に転がり軸受によ
りそのスラストを受けられピボツト軸受の損傷が
防止され、従つて流量計測範囲を大巾に大とでき
て便利であり、又器差変化の要因が少ないのでメ
インテナンスの必要が殆どなく、又転がり軸受は
流量がある一定値以上にならないと動作しないた
めそれだけ寿命を向上しうる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは夫々本考案になるタービン式流
量計の一実施例の平面部分図及び縦断面図、第２
図は上記流量計の変形例の縦断面部分図である。 １……タービン式流量計、２……流量計本体、
３……磁石ホルダ、４，２１……磁石、８……ピ
ボツト軸受変位許容手段、１２……ピボツト軸
受、１３……転がり軸受、１４……ロータ、２３
……ピボツト、２４……磁気軸受、３２……フイ
ルタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 上方の流入口より流入した流体を下方の流出口
   から流出させる流量計本体と、該本体内に回転自
   在に配されたロータと、該ロータの流入口側に設
   けられ該ロータを上方へ吸引する磁石と、該ロー
   タの流出口側に設けられ該ロータを重力方向に支
   持するピボツト軸受と、流体流量の増加に応じて
   該ピボツト軸受の下方への変位を許容せしめる変
   位許容手段と、該本体内に設けられ該ピボツト軸
   受が所定量下方へ変位したとき該ロータに接触し
   てこれを支持する転がり軸受とより構成してなる
   タービン式流量計。