KR100229220B1 - 터빈 유량계 - Google Patents

Abstract

터빈 유량계

본 발명은 회전할 수 있다록 관형장치에서 상류에 위치된 허브와 하류에 위치된 허브상이에 착설된 일펠러휠을 가지는 터빈유량계에 관한 것으로, 허브는 리브로 관형장치네에 고정적으로 착설되고, 제조공차로 기인된 측정에러를 보상하기 위한 조정수단이 적어도 하류에 위치된 허브상에 제공된다. 본 발명의 목적은 임펠러휠에 대한 비대칭 흐름을 제거할 뿐만 아니라 조정효과를 증가시키는 것이다. 본 발명에 따라, 이는 임펠러휠축에 대해 주축회전할 수 있는 조정부분(6)이 상류에 위치된 허브(1) 바로 뒤에 제공됨으로써 해결된다. 상기 조정부분은 상기 부분이 이탈 위치에서 리브(4)뒤 난류 영역내에 놓이고, 주축회전된 위치에서 주변둘레로 균일하게 분포된 흐름영역 내로 돌출하는 핀(9)을 가진다.

Description

터빈 유량계

제1.1-1.3도는 조정링의 다양한 위치와 흐름방향에 미치는 결과적인 효과를 개략적으로 도시한 도면으로 보다 상세하게 설명하면,

제1.1도는 임펠러휠의 회전속도가 증가하는 조정링의 정 위치를 도시한 도면.

제1.2도는 임펠러휠의 회전속도가 영향을 받지 않는 상태에 있게 되는 조정링의 부동작위치를 도시한 도면,

제1.3도는 임펠러휠의 회전속도가 감소되는 조정링의 부 위치를 도시한 도면,

제2도는 상류에 위치된 허브상에 조정링과 하류에 위치된 허브상에 조정링을 가지는 터빈 유량계의 세로단면도,

제3도는 상류에 위치된 허브로 유체가 흐르는 방향에서 본, 관형부재에 설치된 허브(다른 부분은 도시되지 않음)를 도시한 도면,

제4도는 제3도에 따라 설계된 허브에 적합한 조정링의 구조도,

제5도는 조정링의 세부도,

제6도는 유량계하우징내에 일체형으로 형성되고, 본 발명에 따른 조정시스템을 가지는 측정장치로 유체가 흐르는 방향에서 본 유랑계 단면도.

본 발명은 관형부재내 상류에 위치된 허브와 하류에 위치된 허브사이에 회전할 수 있도록 설치된 임펠러휠을 가지는 터빈 유량게에 관한 것으로서, 허브들은 관형부재내에 리브로 단단하게 설치되고, 그리고 제조공차로 부터 기인되는 측정에러를 보상하기 위한 조정수단(regulating means)이 적어도 상류에 위치된 허브에 제공된다.

제조공차 때문에, 표준터빈 유량계는 적절한 수단으로 조정, 즉 최소화되어야만 하는 적은 측정에러를 보인다.

현 기술 상태에 따라, 임펠러휠의 상류에 위치된 허브를 고정시키는 리브의 하나를 조정 날개(regulating Vane)로 형성시키는 것이 공지되었는데, 이 목적을 위해 상기리브는 방사상 축에 대해 회전할 수 있도록 설치된다. 부동작 위치(off position)에서 이 조정날개는 측정되는 유체의 흐름 방향으로 놓인다. 만일 조정날개가 흐름속으로 회전되게 되면, 조정날개는 방향의 변화를 겪게 된다. 이러한 방법으로 영향을 받은 흐름은 또한 임펠러 휠에 영향을 준다. 즉, 회전 속도는 조정날개가 회전하는 방향에 따라 증가하거나 또는 감소한다. 제조공정의 결과에 따라 야기된 지시계(indicator)편이는 이 영향제어(influencing control)의 도움으로 보상된다.

역류의 경우, 기술된 조정날개는 하류에 놓이는 위치로 이동되고, 따라서 임펠러휠의 회전속도에 아무런 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로 이 흐름 방향에서도 보상가능하게 하기 위하여, 부가적인 제 2 조정 날개가 임펠러휠의 타측에 비슷한 방법으로 형성된다. 따라서 터빈유량계의 측정에러는 양흐름 방향으로 보상될 수 있다.

이 공지된 장치에서, 조정날개가 회전하면, 흐름 방향의 바람직한 변화이외에도 임펠러휠에 대해 흐름에서 원치않은 비대칭이 일어난다. 이는 임펠러휠과 베어링 상에 흐름을 가로지르는 일정 방향의 부가적인 힘이 되어서, 베어링은 이 방향으로 일방적이고 급격한 마모를 격게 된다. 이와는 별도로, 이 장치로 터빈유량계가 조정되는 량은 유체의 흐름속도에 따른다. 특히, 효과가 완전히 사라지기까지 흐름률이 감소함에 따라 조정 효과는 지속적으로 저하된다.

본 발명의 목적은 제조공정으로 부터 기인되는 터빈 유량계의 측정에러의 조정시, 상기 언급된 단점을 피하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 임펠러휠축에 대해 주축회전(pivot)을 할 수 있는 조정부분을 상류에 위치된 허브뒤에 직접 제공함으로서 달성될 수 있는데, 상기 조정부분은 상기 조정부분의 부동작 위치에서는 허브를 고정하는 리브 뒤 관형 영역내에 놓이고, 상기 부분의 주축회전된 위치에서는 원주둘레로 균일하게 분포된 흐름영역내로 돌출하는 핀(fin)을 가진다.

부동작 위치에서, 조정부분은 임펠러휠의 회전속도에 아무런 영향을 주지않는다; 말하자면, 조정부분의 핀은 허브리브의 신장부를 형성하고 그리고 흐름은 교란되지않게 된다. 측정에러를 조정하기 위하여, 조정부분은 그의 핀이 허브리브의 덮개를 벗어나 이동해 흐름내로 돌출되게끔 임펠러 휠축에 대해 주축회전된다. 따라서, 임펠러휠의 날개에 부딪치는 흐름의 방향은 영향을 받는다.

임펠러휠의 회전속도는 조정부분이 각각 일측 또는 타측으로 회전되는가에 따라 증가 또는 감소된다. 조정부분이 주축회전된 위치에서, 리브와 리브에 할당된 핀은 유체역학적 관점으로 부터 하나의 유니트를 형성하도록 연속한다. 리브와 핀의 이 상호작용은 비행기날개와 날개에 일체화된 승강타에 비유될 수 있다.

흐름이 영향을 받는 지점에서 횡방향힘이 임펠러휠에 가해지지만 그러한 힘들은 흐름영역 주변둘레에서의 핀의 균일한 분포 때문에 서로 상쇄되어 베어링에 손상을 줄수 있는 결과적인 횡방향 힘이 생기지 않는다. 예컨대 단순한 경우에 있어서, 대각선 방향으로 대향하여 위치된 두 개의 허브리브와 이들에 할당된 핀이면 충분하다. 그러나, 상호작용은 다수의 리브와 핀들이 큰 조정효과를 이룰수 있다는 것은 명백하다. 여기에서 핀의 수에 리브의 수를 맞추는 것은 절대적으로 필수적인 것은 아니다. 리브의 수보다적은 핀을 제공하는 것은 가능하고, 유일한 기준은 존재하는 핀들이, 조정부분이 부동작위치에 있을 때 관련된 리브 뒤쪽 관형 영역에 놓이고 그리고 주변둘레에 균일하게 분포되어야 한다는 것이다. 여기에서는 핀을 리브와 정확히 같게 일치시키는 것은 절대적으로 필수적인 것은 아니다. 예컨대 핀은 리브보다 짧거나 또는 가늘게 될 수 있다.

또다른 장점은 모든 흐름률 측정 범위에 거쳐 시종일관된 조정효과가 나타날 수 있다는 것이다 ; 즉 저 흐름률의 경우 현 기술상태의 단점을 피할 수 있다. 게다가 공지된 조정장치보다 몇배나 크게 조정효과가 달성될 수 있다 ; 큰 측정에러가 보상될 수 있다. 역 흐름의 경우 조정을 위해, 동일한 기능을 가진 동일한 구조의 조정부분이 하류에 위치된 허브에 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 장치에 있어서, 조정부분은 중앙림, 핀, 및 외측림으로 구성된 링 형태로 설계된다. 상기 기술된 조정날개로 부터 알수 있는바와 같이 조정링은 외부에서 가해진 조절운동을 가압된 측정영역내로 전송하는 드라이브 수단으로 조절된다. 유량계하우징 또는 하우징의 상부 플랜지를 각각 관통하는 드라이브의 통로는 측정영역에 대해 밀봉된다.

외측림의 외측부분은 드라이브에 제공된 워엄기어와 맞물리는 톱니 래크로 구현된다. 톱니 래크와 워엄기어의 상호작용을 가능하게 하기 위해 관형부재의 벽이 이 지점에서 관통된다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 드라이브는 두 개의 활주 신축자재부분으로 구성되는바, 부분중 하나로 부터의 뒤틀림운동은 이 부분의 가능한 신축자재식 세로축 운동을 방해함이 없이 다른 부분에 전송될 수 있다. 스프링이 두 부분사이에 설치되어 세로축 방향으로 부분들이 분리되도록 힘을 가한다.

이러한 방법으로 형성된 드라이브는 조절운동을 조정부분에 회전으로 전송시키는 반면 그의 세로축 이동성 때문에-스프링력과 내부압력에 의해 작용됨-드라이브가 관통해 측정영역 내로 들어가는 지점에서 밀봉에 반대하는 힘을 받는다. 드라이브는 밀봉부가 들어올려져 공기가 유량계로 부터 방출되도록 드라이브를 가볍게 쳐서(tapping) 내부압력과 스피링력에 반대해 만원경과 같이 눌려질 수 있다.

이러한 장치 때문에, 조정 기능외에도 드라이브는 또한 동시에 유량계를 탈기시키기 위해 유익하게 역할하는바, 탈기는 예컨대 볼펜의 도움으로 드라이브를 아래로 누름으로서 장치 없이 간단한 방법으로 수행될 수 있다.

물론 조정링을 다른 방법으로 조절하기 위한 드라이브를 실현하는 것이 가능하다. 예컨대 회전할 수 없도록 고정된 너트가 유량계 하우징내 밀봉된 구멍을 관통하는 나사와 맞물리도록 외측림상에 위치될 수 있다. 따라서 조정링은 나사를 너트의 내, 외측으로 돌림으로써 조정되는바, 나사와 너트 사이의 나사 유극(the play in the thread)은 충분하여서 허브리브 뒤 난류 영역 으로부터 조정링 핀의 약간의 수평 방향 움직임(sweep)을 달성할 수 있으며 따라서 흐름에 소망된 방법으로 영향을 준다. 조정링 조절을 위한 이 드라이브는 제조관점에서 보면 매우 간단하지만, 이 변형에서 상기 언급된 드라이브의 탈기기능이 없어진다.

현 기술 상태에서, 조정 수단을 위한 드라이브는 유량계 구조의 간결한 구성 때문에 유용한 공간이 유량계 기계장치에 의해 주로 차지되는 지점에서 유량계의 상부에 주로 설치된다. 이러한 이유 때문에, 조정기 드라이브는 유량계 기계장치 아래에 설치되고 그리고 유량계 기계장치가 제거된 후에만 접근 가능하다.

이러한 구성 형태의 장점은 조정기의 드라이브는 특별한 납밀봉-즉, 유량계 기계장치의 납 밀봉의 필요성 없이 변조 불가능하게 만들어진다. 단점은 미터 기계장치의 제거 또는 분해 후에만 접근 가능하다는 것이다.

본 발명의 또 다른 장치에 있어서, 유량계 기계장치로부터 수평적으로 회전될 수 있는, 조정기 드라이브를 가동시키기 위한 수단이 제공된다. 예컨대, 이는 레버가 조정기 드라이브에 부착되는 곳에 관절 조인트를 가지고, 사용되지 않을시 유량계 기계장치내 자유공간속으로 접혀지고, 작동을 위해 유량계 기계장치로 부터 펼쳐 나오는 레버로 실현될 수 있다. 또한 회전될 수 있는 기어휠 쌍이 가능하다. 그러한 장치의 장점은 조정기 드라이브를 동작시키는 것을 가능하게 하기 위해 지금까지의 경우와 같이 유량계 기계장치가 제거될 필요가 없다. 이러한 구조 형태에서, 조정기 드라이브를 위한 부가적인 납 밀봉이 필요치 않다 ; 유량계 기계장치의 납 밀봉이 사용될 수 있다.

본 발명이 첨부도면을 참조로하여 이하 상세히 설명될 것이다.

제 2 도에 도시된 터빈 유량계는 일반적인 방법으로 만들어진다. 임펠러휠(3)은 회전할 수 있고 그리고 축 방향으로 이동할 수 있도록 상류에 위치된 허브(1)와 하류에 위치된 허브(2)사이에 설치된다. 허브(1, 2)는 각각 리브(4)에 의해 흐름 영역을 한정하는 관형부재(5)에 고정적으로 설치된다. 상기 허브들은 이들 부분에 일체로 형성된다.

리브(4)의 위치 배열을 제 3 도와 제 6 도에서 잘 볼수 있다. 리브(4)들은 흐름 영역 주변둘레에 균일하게 배열되어 있고 그리고 각 하나가 동일한 경사각으로 허브의 표면과 접촉한다는 것을 알 수 있다. 리브(4)의 경사 위치시킴은 허브(1)의 만곡된 표면과 상호작용시 도입유체의 꼬임(twist)을 야기시킨다. 하류에 위치된 허브(2)의 리브(4)들은 비슷하게 형성된다.

조정링(6)은 허브(1)뒤에 바로 위치된다. 이 조정링(6)은 중앙림(7)과 외측림(8) 및 이들 사이로 연장되는 핀(9)으로 구성된다. 중앙림(7)은 총검방식(bayonet)고정으로 허브(1)에 연결된다. 이 고정은 조정링(6)이 허브(1)상에 지지되게 하는 동시에 상기링이 흐름에 영향을 주기 위해 필요한 만큼 임펠러 휠축에 대해 주축 회전할 수 있도록 해준다. 조정링(6)의 외측림(8)은 관형부재(5)내 홈에 놓인다.

제 3 도와 제 4 도를 비교하면, 조정링(6)의 핀(9)은 리브(4)의 위치와 부합해 조정링(6)의 부동작위치에서, 핀(9)들은 리브(4)뒤에 정확히 놓인다. 이 부동작위치는 제 1.2도에 잘 설명되어 있다. 이 경우 흐름은 아무런 영향을 받지 않고, 흐름 방향에서 직선화살표로 기호화 된다. 임펠러휠(3) 위쪽 화살표는 임펠러휠(3)의 회전 방향을 나타낸다. 제1.1도와 제 1.3도에서도 비슷하다.

만일 측정에러를 보상하기 위해 임펠러휠(3)의 회전속도를 증가시킬 필요가 있다면, 조정링(6)은 - 흐름의 방향으로 보았을 때 - 임펠러 휠 축에 대해 오른쪽으로 주축회전되어 핀(9)들은 제 1.1도에 도시된 바와 같이 리브(4)뒤 난류 영역 바깥으로 돌출한다. 따라서, 흐름은 오른쪽으로 편향된다. 즉 회전속도가 증가하게 되는 임펠러 휠(3)의 회전 방향으로 편향된다.

만일 임펠러 휠(3)의 회전속도가 감소될 필요가 있다면, 조정링(6)은 왼쪽으로 주축회전되어야만 한다. 이 위치는 제 6 도 뿐만 아니라 제 1.3도에 잘 도시되어 있다. 이때 흐름은 임펠러휠(3)의 회전 방향의 반대방향으로 편향되어서 결과적으로 임펠러 휠의 회전속도는 감소한다.

이 해결방법의 장점은 단일 조정 이동으로 모든 영역이 일관된 방법으로 차단되고, 따라서 측정에러를 조정할 때 임펠러휠 베어링에 가해지는 횡방향힘이 발생하지 않는다.

제 5 도는 조정링(6)상에 외부적으로 가해된 조정운동의 전달을 도시한 것이다. 조정링(6)의 외측림(8)의 한 부분(10)은 톱니래크로 형성된다. 톱니래크와 같이 형성된 이부분(10)의 영역에서 관형부재(5)의 벽은 가이드(11)가 꼭 끼워지는 개구를 가진다. 두 부분(12, 13)으로 구성되는 조정링(6)을 위한 드라이브는 이 가이드(11)에 수용된다. 두 부분(12, 13)은 결합되고 그리고 망원경과 같이 서로 맞물려 이들은 서로에 대해 상대적으로 세로 방향으로 이동될 수 있고, 한 부분에서 다른 부분으로 회전운동을 전달할 수 있다. 두 부분(12, 13)사이에는 상부 플랜지(16)상의 밀봉부(15)에 반대해 부분(13)에 힘을 가하는 코일 스프링(14)이 놓여진다. 상부 플랜지(16)를 관통하는 부분(13)의 단부는 스크류 드라이버용 홈을 가진다.

부분(12)의 하단부에는 조정링(6)의 외측림(8)의, 톱니 래크와 같이 만들어진, 부분(10)과 맞물리는 워엄기어(17)가 있다. 상부부분(13)을 스크류드라이버로 회전시킴으로서, 회전은 저부부분(12)에 전달되고 따라서 조정링(6)에 전달된다. 동시에, 이러한 방법으로 구성된 드라이브는 유량계를 탈기시키기 위한 역할을 한다. 이를 행하기 위해 드라이브의 부분(13)을 아래로 누름으로써 밀봉부(15)가 들어올려지고 그리고 가압된 영역과 대기 사이의 연결이 만들어진다.

역류의 경우, 다른 조정링(18)이 제 2 도에서 알 수 있는 바와 같이 임펠러휠(3)의 타측에 제공된다.

이 조정링(18)의 구조 및 작동은 상류에 위치된 조정링(6)과 동일하여 여기에서 또 다른 설명이 불필요하다.

Claims (6)

1. 관형부재(5)내 상류에 위치한 허브(1)와 하류에 위치된 허브(2) 사이에 회전할 수 있도록 설치된 임펠러휠(3)을 가지며, 허브(1, 2)들은 리브(4)로 관형 부재(5) 내에 고정되게 설치되고, 또한 제조공차에 기인되는 측정에러를 보상하기 위한 조정 수단이 적어도 상류에 위치된 허브(1) 상에 제공되는 터빈 유량계에 있어서, 임펠러 휠축에 대해 주축 회전될 수 있고, 상류에 위치된 허브(1) 바로 뒤에 위치되며 핀(9)을 갖는 조정 부분(6)이 제공되되 핀(9)은 조정 부분(6)의 부동작 위치에서는 리브(4) 뒤 난류영역에 놓이고, 조정부분(6)의 주축회전된 위치에서는 주변둘레로 균일 분포된 흐름영역 내로 돌출되는 것이 특징인 터빈 유량계.
2. 제 1 항에 있어서, 역류의 경우를 위해 조정부분(18)이 하류에 위치된 허브(2) 상에 제공되는 것이 특징인 터빈 유량계.
3. 제 1 항에 있어서, 조정부분(6, 18)은 중앙림(7), 외측림(8) 및 핀(9)으로 구성된 링으로 형성되되 외측림(8)은 관형부재(5)의 벽상에 설치되고 중앙림(7)은 허브(1, 2)상에 설치되는 것이 특징인 터빈 유량계.
4. 제 3 항에 있어서, 조정부분(6)의 외측림(8)의 외측부분은 드라이브상에 제공된 워엄기어(17)와 맞물리는 톱니래크로 형성되고 관형부재(5)의 벽은 이 지점에서 드라이브를 위해 구멍이 뚫려 있는 것이 특징인, 조정부분에 외부적으로 가해진 조절운동을 밀봉부를 통해 가압된 측정영역 내로 전달하는 드라이브를 가진 터빈 유량계.
5. 제 4 항에 있어서, 드라이브는 서로에 대해 상대적으로 망원경같이 움직일 수 있고 동시에 서로에 대한 회전에 거역하도록 고정된 두 부분(12, 13)으로 구성되되 한 부분(12)은 조정링(6)과 맞물리고, 다른 부분(13)은 밀봉부(15)를 통해 외측으로 통과하고, 외측으로 통과하는 부분(13)이 밀봉부(15)에 반대해 눌려지도록 두 부분(12, 13)사이에 스프링이 설치되는 것이 특징인 터빈 유량계.
6. 제 5 항에 있어서, 유량계 기계장치로부터 수평으로 회전될 수 있는 드라이브의 가동을 위한 수단이 제공되는 것이 특징인, 조정부분을 위한 드라이브의 출구가 유량계 기계장치 아래에 놓여지는 터빈 유량계.