JPS6364729B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 測定しようとする流体の流れに角運動量を加
える旋回発生器３３と、該旋回発生器より下流側
にあつて、通抜けの少なくとも１つの流体の流路
６１を持ち、軸線の周りに回転する様に軸支４
１，４２された回転子３７と、該回転子より下流
側にあつて、回転子から吐出された流体から角運
動量を取去る拘束形反動タービン４０とを持つ質
量流量計に於て、前記通路６１の各々が前記発生
器からの流体の流れを受取る収斂形入口部分６２
と流体の流れを吐出する発散形出口部分６３とを
持つことを特徴とする質量流量計。

２ 請求の範囲１に記載した質量流量計に於て、
各々の前記通路６１の発散形出口部分６３の略中
心にあつて、該出口部分に沿つて伸びる分割翼７
０を持つことを特徴とする質量流量計。

３ 請求の範囲１に記載した質量流量計に於て、
前記回転子がハブ６０及び外側環状部材４５を持
ち、前記収斂形入口部分６２が前記ハブ及び前記
環状部材の互いに収斂する面で構成され、前記発
散形出口部分６３が前記ハブ及び前記環状部材の
互いに発散する面によつて構成されていることを
特徴とする質量流量計。

４ 請求の範囲３に記載した質量流量計に於て、
前記通路６１が円周方向に相隔たつて縦方向に伸
びる様に複数個設けられ、前記複数個の通路を画
成する円周方向に相隔たつて半径方向に伸びる複
数個の分割板７４を設けたことを特徴とする質量
流量計。

５ 請求の範囲４に記載した質量流量計に於て、
各々の前記分割板７４は前記出口部分に縦方向の
溝孔７６を持ち、中空円筒体７７が前記溝孔に入
つて、各々の前記通路６１内の前記分割板の間を
伸びる分割翼７０を形成することを特徴とする質
量流量計。

６ 請求の範囲１乃至５のいずれか１項に記載し
た質量流量計に於て、流量計のハウジング１０と
前記回転子及び前記タービンの内の少なくとも一
方との間に２重ラビリンス封じ手段８１，９７を
設けたことを特徴とする質量流量計。

７ ハウジング１０と、該ハウジング内にあつ
て、測定しようとする流体の流れに角運動量を加
える旋回発生器３３と、該旋回発生器より下流側
にあつて、前記ハウジング内でそれから隔たつて
回転する様に軸支され、前記旋回発生器からの流
体によつて回転する回転子３７と、該回転子より
下流側にあつて、前記ハウジング内で、それから
隔たつて回転する様に軸支され、回転子から吐出
された流体から角運動量を取去る拘束形反動ター
ビン４０とを持ち、前記ハウジング１０と前記回
転子３７及び前記タービン４０の内の少なくとも
一方とによつて形成されて、前記ハウジングと前
記回転子及び前記タービンの内の少なくとも一方
の間の流体の流れを阻止する２重ラビリンス封じ
手段８１，９７を設けたことを特徴とする質量流
量計。

発明の背景 この発明は測定しようとする流体の流れに角運
動量を加える旋回発生器と、流体の流れによつて
回転させられる回転子と、加えられた角運動量を
取去る拘束形反動タービンとを持つ角運動量形の
質量流量計に関する。

この様な流量計が米国特許第4056976号（発明
者ヒルデブラント他）に記載されている。この米
国特許には、旋回発生器が測定しようとする流体
に角運動量を加える質量流量計が記載されてい
る。旋回発生器の直ぐ下流側に無拘束の回転子が
ある。旋回発生器からの旋回する流体が、多重円
筒形管によつて構成された回転子内の通路に通さ
れ、無拘束の回転子を流体の流れの平均角速度で
回転させる。拘束形反動タービンは回転子と同様
であり、多重管によつて形成された通路を持つて
いて、その中を回転子からの流体が流れる。流体
の流れの角運動量が、拘束用ばねの偏圧がタービ
ンにかかるトルクと釣合うまで、タービンを角変
位させ、質量流量を測定出来る様にするが、その
手段はこの発明にとつて重要ではない。

この様な流量計を使つて航空機の燃料の流量を
測定する時、燃料も流量計も広範囲の動作温度に
さらされる。燃料に対する影響は、１つには、燃
料の粘度の変化となつて現われ、これが流量測定
値の下正確な表示を招く惧れがある。更に具体的
に云うと、回転子に加えられる運動量並びに回転
子及びタービンを通越す時の流量計の中での漏れ
が、粘度、従つて温度に関係すると思われる。

最初に運動量の変化について説明すると、従来
の流量計は、回転子の通路を形成する為に、複数
個の円筒形の管を利用している。この構成が米国
特許第2148156号（発明者コーネル）に記載され
ている。粘度が一定の場合、流体の流れのパター
ン、又は流れのプロフイールは流量の広い範囲に
わたつて殆んど一定になり、回転半径が定まる。
即ち、回転半径が略一定にとゞまるので、流量計
を較正することが出来る。然し、粘度が変化する
と、流れのプロフイール並びに回転半径も変化
し、こういう変化が読みの誤差となつて現われ
る。

流量計の漏れについて説明すると、タービン及
び回転子が出来るだけ少ない摩擦で動くことが望
ましい。こうすれば、回転子の角速度を、回転子
を出て行く燃料の角速度だけの関数にすることが
出来る。更に拘束ばねによつて、タービンの変位
を測定することが出来る。従つて、回転子及びタ
ービンの外周はハウジングの内面と接触してはな
らない。更に、摩擦を出来るだけ小さくする必要
から、特に流量の小さい時、漏れを防止する為に
使うことの出来る密封方法が制約される。これま
で、ハウジングとタービン及び回転子の各々との
間に小さな環状のすき間を設けた流量計が構成さ
れている。若干の漏れはこのすき間を介して起る
が、従来較正の際に、これを補償していなかつ
た。

こういう流量計を用いた場合、この漏れが流量
の表示に不正確さを導入することがある。燃料の
粘度が変化すると、すき間を介して漏れる流体の
百分率も予測し難い形で変化する。更に、燃料の
流量が小さい時、すき間を通過し、その為測定に
かゝらない燃料が、流量計を通過する合計燃料の
かなりの百分率になることがある。この様な漏れ
の変化は補償が容易ではなく、不正確な読みが出
る可能性がある。

発明の要約 この発明では、測定しようとする流体の流れに
角運動量を加える旋回発生器３３と、旋回発生器
より下流側にあつて、通抜けの少なくとも１つの
流体の通路６１を持ち、軸線の周りに回転する様
に軸支４１，４２された回転子３７と、回転子よ
り下流側にあつて、回転子から吐出される流体か
ら角運動量を取去る拘束形反動タービン４０とを
持つ質量流量計で、前記通路６１の各々が、前記
発生器からの流体の流れを受取る収斂形入口部分
６２と、流体の流れを吐出する発散形出口部分６
３とを持つことを特徴とする質量流量計を提供す
る。

通路をこの様に構成すると、回転子から吐出さ
れた流体中に、動作温度の広い範囲にわたつて一
層一定に近い流れのプロフイールが得られる。

この発明の別の面として、流量計のハウジング
と回転子及びタービンの内の少なくとも一方との
間のすき間が２重ラビリンス封じを含む。これら
の封じが、回転子及びタービンの固有摩擦を変更
せずに、ハウジングと回転子及びタービンの各々
との間の漏れを最小限に抑える。

次に例として、この発明の実施例を図面につい
て説明する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した質量流量計の縦断
面図である。

第２図は第１図の流量計の回転子の一部分の断
面図である。

第３図は第２図に示した回転子の一部分の斜視
図である。

第４図は第１図の流量計の別の部分の断面図で
ある。

図示の実施例の説明 第１図はこの発明の流量計を示す。これはハウ
ジング１０を持ち、ハウジング１０の両端に入口
部分１１及び出口部分１２があつて、これらが流
量計の他の要素と共に、航空機燃料の様な流体に
対する全体的に環状の通路を構成する。この通路
は全体的に縦軸線１３に沿つて配置されている。
第１の感知コイル集成体１４は第１のタイミン
グ・パルスすなわち開始パルスを発生するもの
で、ハウジング１０に固定されている。集成体１
４は縦軸線が軸線１３に対して垂直であり、遮蔽
体１５の中に固定されている。

第２の感知コイル集成体１６は第２のタイミン
グ・パルスすなわち停止パルスを発生するもの
で、やはりハウジング１０に固定されている。集
成体１６は縦軸線が軸線１３と一致し、出口部分
１２の所でフランジ２０に当てゝ配置された感知
コイル１７を含む。第１の感知コイル集成体１４
及び第２の感知コイル集成体１６の両方からの導
体がコネクタ集成体（図に示してない）で終端す
る。両方のコイル集成体１４，１６は、ハウジン
グ１０の中を通る流体の流れから隔離されてい
る。

第１の内側集成体すなわちタービン集成体２２
が、末端フランジ２０の固有のはめ合せによつ
て、ハウジング１０内で半径方向に位置ぎめされ
ると共に、末端フランジ２０及び押えリング２１
によつて軸方向に位置ぎめされている。集成体２
２はばね機構２３をも支持している。入口ポート
１１の所で、第２の内側集成体すなわち回転子集
成体が流れ直線化装置を含み、これは円周方向に
相隔たつて縦方向に伸びる複数個の翼２５で構成
されている。流れ直線化装置がテーパつきの中孔
２６の中に配置され、不動軸３０Ａの１端に取付
けられている。それと整合した回転自在の軸３０
Ｂが集成体２２によつて支持され、縦軸線１３上
にある。

回転子集成体の前側支柱要素が、不動の環３１
と、環３１から内向きに伸びて旋回発生器３３を
支持する複数個の支柱３２とで構成される。環３
１が回転子集成体を半径方向に位置ぎめすると共
に、押えリングと協働して、ハウジング内で回転
子集成体を軸方向に位置ぎめする。旋回発生器３
３が軸３０Ａを支持する。フランジつきリング３
４が翼２５の外面に支持されていて、可変直径導
管３５の１端を支持する。この導管は旋回発生器
３３を取囲む複数個のばねフインガを持つてい
て、流れ応動弁として作用する。第２のリング３
６が導管３５及びリング３４を翼２５に締付け
る。このリング３６はハウジング１０と協働し
て、軸３０Ａを半径方向に位置ぎめする。

回転子３７が軸３０Ａ上に軸支されていて、ス
ラスト軸受４１，４２によつて該軸上で支持され
且つ位置ぎめされている。タービン４０が回転子
３７から軸方向に隔たり、回転自在の軸３０Ｂに
固定されている。軸３０ｂはスラスト軸受４３，
４４により、集成体２２内で回転する様に軸支さ
れている。ばね機構２３にある平たい帯の螺旋ば
ね（図に示してない）がタービン軸３０Ｂと集成
体２２との間に締付けられ、軸線１３の周りのタ
ービン４０の回転を拘束する。

回転子３７に設けられた外側の環４５が回転子
３７の周縁に１群の永久棒磁石４６を支持する。
磁石４６が回転して感知コイル集成体１４を通越
す度に、回転子３７上の予定の点（即ち、磁石４
６の場所）がハウジング１０上の予定の点（即ち
コイル集成体１４の位置）を通越したことを表わ
す開始パルスがコイル集成体１４に誘起される。

別の１群の永久棒磁石４７が回転子３７の外側
の環４５に装着されている。具体的に云うと、環
４５が環状延長部５０を持ち、これがタービンの
一部分、具体的に云うと、タービンに設けられた
タービン羽根５１の端に向つて伸び且つそれと重
なる。延長部５０の外面に溝５２が切込まれて棒
磁石４７を担持する。これらの棒磁石は互いに密
な間隔で配置されている。

タービン４０は、タービン羽根５１の他に、透
磁性材料の励磁羽根５３と、直径上で向い合つた
非透磁性の釣合い羽根（図に示してない）とを含
む。外側リング・バンド又はシユラウド５４がタ
ービン羽根５１、励磁羽根５３及び釣合い羽根に
はめられる。バンド５４がバンド５４とタービン
４０の半径方向延長部５６との間の透磁性材料の
磁束収集リング５５に係合する。リング５５が励
磁羽根５３からの突片５７及び釣合い羽根からの
同様な突片に接する。

磁石４７が励磁羽根５３を通越す度に、鎖交磁
束が励磁羽根５３及び磁束収集リング５５を介し
てコイル１７に結合され、回転子３７上の別の予
定の点（即ち、磁石４７の場所）がタービン上の
予定の点（即ち、励磁羽根５３の位置）を通過し
たことを表わす電気停止パルスを感知コイル１７
に誘起する。開始パルス及び停止パルスの間の時
間が質量流量を表わす。

第２図は無拘束の回転子３７及びハウジング１
０の上側部分の断面図である。回転子に入る流体
に較べて、回転子から吐出される流体に他の場合
に起る様な流れのプロフイールの変化を少なくす
ることにより、広い温度変動にわたつて、流量計
の性能を改善する様に回転子の通路が構成されて
いる。

無拘束の回転子３７が外側の環４５及びハブ６
０を持ち、その間に通路６１の様なテーパつきの
通路を介して流体の流れが運ばれる。これらの通
路は円形に配置されており、こうして回転子３７
の周りに通路の環体を形成する。各々のテーパつ
き通路は入口部分６２が旋回発生器からの流体の
流れを受取り、出口部分６３を介して流体が拘束
形反動タービン４０に向つて流れる。

テーパつき通路６１の入口部分６２は、ハブ６
０の一部分６５に対し収斂する外側の環４５の一
部分６４により形成される。テーパつき通路６１
の出口部分６３は、ハブ６０の一部分６７に対し
て発散する外側の環４５の一部分６６によつて形
成される。分割翼７０をテーパつき通路の発散形
出口部分の中に配置することが出来る。翼７０は
テーパつき通路６１の出口部分６３の中心に設け
られ、流れの安定性を保つ。

第３図について説明すると、円周方向に相隔た
つて半径方向に整合した溝７１，７２が外側の環
４５及び内側のハブ６０に夫々加工されている。
回転子の入口側の端では、各々の溝７２を切欠い
て半径方向の溝孔７３を形成する。半径方向に整
合した各対の溝７１，７２が、各々の通路の円周
方向の限界を定める分割板７４を支持する。

各々の分割板７４は突片７５を持ち、それが対
応する１つの半径方向の溝孔７３にはまる。各々
の分割板７４には縦方向に伸びる溝孔７６も形成
されている。全ての板７４が取付けられた時、溝
孔７６の各位置が円筒体７７に対する円周方向の
支持体を構成する。円筒体７７の内、隣合つた分
割板７４の間にある部分が、通路内の翼７０を構
成する。

入口部分６２が第２図の８０に示す様な小さな
直径に減少することにより、全ての流体は、一定
の回転半径を一層正確に限定する区域を通過する
様にされる。更に８０に示す狭い通路を通る流体
の流れは、粘度が変化しても、一様で一定の流れ
のプロフイールを損う様な渦又はその他の影響を
最小限に抑える傾向を持つ。発散形の出口部分６
３は、流体が膨張出来る様にし、タービン４０に
送られる流体の一様な速度を下げる。分割翼７０
は、流れのプロフイールが一層変化するのを防止
することにより、流れの安定性を保つのを助け
る。この結果、回転子３７の角速度が粘度に対し
て持つ依存性が小さくなり、この為、この誤差原
因の影響が著しく減少する。

第４図に示す２重ラビリンス封じを使うことに
より、漏れを少なくする。２重ラビリンス封じは
２組の封じで構成され、その各々が２つの平行な
ずれたチヤネルと、その間にある相互接続用の垂
直方向のチヤネルとを含む。この為、流体は、封
じを通過する為には、90゜をなす２つの屈曲部を
通らなければならない。この為、２重ラビリンス
封じでは、流体は４個の90゜をなす屈曲部を通過
しなければならない。

最初に回転子３７について説明すると、２重ラ
ビリンス封じ８１が、回転子３７の外側の環４５
とハウジング１０との間のすき間に配置されてい
る。更に具体的に云うと、外側の環４５が最大の
半径を持つ外面８２，８３を有する。これらの面
はハウジング１０の対応する内面８４，８５から
すき間８６，８７によつて隔てられている。円周
方向のチヤネル９０が外側の環４５に加工され、
半径方向に伸びる封じリング９１がハウジング１
０に形成される。チヤネル９０及び封じリング９
１の半径方向の深さは、半径方向のすき間８７よ
り大きく、大体半径方向のすき間８６に近い。こ
の為、チヤネル９０の外面と封じリング９１との
間には縦方向のすき間通路９２が形成される。通
路９２は通路８７と平行であるが、それから半径
方向にずれており、半径方向に伸びる通路９４に
よつてそれと相互接続されている。通路９２は通
路８６と平行であり、通路９３によつてそれと相
互接続されている。第４図で、通路８６，９３，
９２が１つのラビリンス封じを構成する。通路９
２，９４，８７が２番目のラビリンス封じを構成
する。この為、回転子の２重ラビリンス封じ８１
が軸方向にずれた２つのラビリンス封じによつて
形成される。更に、回転子３７の外側の環４５に
は、円周方向のチヤネル９０より半径方向の深さ
の大きい環状の切欠き１１０が加工される。

切欠き１１０を別にすると、タービン４２も同
様な構造がある。ハウジング１０内の半径方向に
伸びる封じリング９５とリング５４の外面に設け
られたチヤネル９６が２重ラビリンス封じ９７を
構成する。具体的に云うと、封じリング９５が縦
方向の通路１００，１０１を中断する（通路１０
０，８７は相互接続されている）。縦方向の通路
１０３が封じリング９５とチヤネル９６の間に形
成され、通路１００，１０１と平行であつて、通
路１０１から半径方向にずれている。通路１０２
が通路１００，１０３を相互接続する。半径方向
の通路１０４が通路１０３，１０１を相互接続す
る。流体は通路１００から通路１０２を介して通
路１０３に流れなければならない。流体は通路１
０３からは、半径方向の通路１０４を介して通路
１０１へ流れる。

各々の２重ラビリンス封じ８１，９７は、回転
する回転子３７及びタービン４０とハウジング１
０との間の軸方向又は縦方向の漏れを遮る。これ
自体が、タービン４０が不動である時でも、漏れ
を減少する傾向がある。回転子３７が回転する
と、すき間にある流体が回転子と一緒に回転する
傾向を持ち、漏れの流れに対して障壁の様な区域
を作るから、縦方向の流れに対して一層大きな障
害が出来る。これらのすき間に於ける漏れの減少
は重要である。この漏れは、流量が小さい時で
も、流量の百分率として小さくなる。更に、漏れ
は燃料の粘度に略無関係になる。その結果、漏れ
の変化が燃料流量の測定値に悪影響を与えること
がない。

回転子３７の外側の環４５に設けられた切欠き
１１０は、軸方向の漏れを付加的に遮ることによ
つて、更に漏れを少なくする。即ち、通路９２内
の幾らかの流体は、通路９２を軸方向に流れる代
りに、切欠き１１０へ方向転換される。更に、切
欠きが流体の流れに乱流を生じさせ、これも漏れ
を少なくする。回転子３７が回転すると、切欠き
１１０は、溜つている流体が障壁の様な作用を持
つ別の区域を提供することにより、軸方向の流れ
に対して追加の障害を作る。

この２重ラビリンス封じの構造は、流量計の組
立てをも容易にする。第４図について説明する
と、通路８６の所での回転子３７の半径は、回転
子が密封リング９１に触らない様に選ばれる。こ
の為、回転子３７をハウジング１０内の所定位置
に軸方向に挿入するのは容易である。別々に密封
された２つの回転体がハウジング内に挿入される
時、同じ組立て易さが実現される。第４図で、回
転子３７及びタービン４０は別々の回転体を構成
する。通路８７の所に於ける回転子３７の半径が
密封リング９５に於ける半径より小さいから、回
転子３７はタービン４０に関連した密封リング９
５に触らない。同様に、通路１００の所に於ける
タービン４０のシユラウド５４の半径は密封リン
グ９５の半径より小さい。従つて、回転子３７も
タービン４０も密封リングに触れず、両方の要素
をハウジング１０に組立てるのが容易になる。

以上説明した流量計が、動作温度の変化並びに
流量の変化に感度を小さくして動作する。