JP3596961B2 - 容積型流量計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、容積型流量計に関し、より詳細には、計量室内で互いに噛合回転する一対の回転子は、各々の回転子の回転トルクが等しく回転トルクの和が一定なハスバ歯車である容積型流量計に関する
【0002】
【従来の技術】
従来、多用されている歯車を回転子とする容積型流量計として非円形歯車流量計(商品名:オーバル流量計),ルーツ式流量計,およびバイロータ(Bi−Rotor)流量計があげられる。非円形歯車流量計は、その名の通り一対の同形な非円形歯車を回転子としたもので流体の差圧により互いに噛み合い乍ら駆動力が主動,従動を繰り返し回転するのでパイロット歯車を必要とせず構造が簡単で、非円形歯車も高精度に歯切り可能であり、器差特性が優れ、器差の再現性もよいことから代表的な容積型流量計として知られている。
【0003】
ルーツ式流量計は、二葉の円エンブローブの回転子を所定位相差をもって一点接触し乍ら滑り回転する構造であり、この位相差を保つために、回転子間にはパイロット歯車が介在されている。また、バイロータ流量計は、三葉と四葉とからなる歯数の異なるハスバ歯車を回転子とし、該回転子の軸直角方向断面の歯形曲線は、主動側が従動側のピッチ円上の点が画くサイクロイド曲線であり、従動側は主動側歯車の外径上の点が画くトロコイド曲線であるから歯形の滑り率が無限大となるためパイロット歯車を必要としている。
【0004】
一対の歯形を回転子とする容積型流量計の理想的な形態は、歯車の形状からみると、歯車が小形でも理論吐出量が大きく、大流量計測を可能とし、一対の歯車を同形等大にして工作容易、パイロット歯車を要することなく簡易な構造で回転子自体で運動を伝えることができることである。また、運動エネルギーの面からみると、回転子は流体差圧により等しいトルクを発生し、歯面力をなくし、等回転し脈動を生ずることなく流体を流出することである。
また、流量計の利用面からみると、スラリーを含む多様の被計測流体流量を安定して計測できることである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一対の歯車を回転子とした従来の容積型流量計を上述した理想的な容積型流量計と比較した場合、非円形歯車流量計は、被測流体が流量一定で流れているとき回転子は面積速度一定の回転で回転し、不等速な回転となる。この回転は脈動流の原因となり、振動を発生する。このような脈動,振動は理論吐出量を大きくしようとすると大きくなる。しかも、非円形歯車は被測定流体内で噛み合い乍ら回転するのでスラリー流体の計測には不向きである。
【0006】
ルーツ式流量計は、回転子の構造上、パイロット歯車を必要とし構造が複雑になり、しかも脈動を伴う。パイロット歯車の装着は、回転子間の位相が正しく定まるように調整して行われるが、回転子に設けられたバックラッシュのあるパイロット歯車を正しい位相に調整することは困難であり熟練を要する。しかも、滑り接触する回転子間は摩擦を防ぐために僅かな隙を設けてあるが隙が大きければ流体のリークにより器差特性は劣化し、隙を小さくすれば、スリラー等の微粒子を含む流体の計測は不可能となるので、スリラーの流体計測には不向きである。
【0007】
また、バイロータ流量計の回転子は、一対のハスバ歯車で、形状寸法が各々異なり、しかもパイロット歯車を有するので、上述した容積型流量計に比べて最も複雑な形状をしており、製作コストが嵩み、しかも、従動側の負荷トルクは負となるのでパイロット歯車に過大な負担が加わる等の問題点がある。
【0008】
上述のように、従来の容積型流量計は、一定の流体の流れにより生ずる歯車の回転トルクは一定ではなく、且つトルクの和も一定でないなど、理想的な容積型流量計の条件の最も基本となる特性を備えておらず、スラリー流体の安定した計測は不可能であった。
本発明は、パイロット歯車を介在させることなく、定流量計測時の回転子が等トルクで、歯面力が作用せず、トルクの和が一定で等流量であり、しかも、スラリー流体を安定して計測可能とする容積形流量計を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、計量室内で互いに噛合回転する一対のハスバ歯車を回転子とする容積型流量計において、前記ハスバ歯車の軸直角断面の歯形曲線はアデンダムの歯先近傍が円弧歯形,ピッチ円近傍がインボリュート歯形,該円弧歯形とインボリュート歯形間がトロコイド歯形からなる連続曲線で、前記インボリュート歯形と連続接続するデデンダムの前記ピッチ円近傍が円弧歯形,歯元側がトロコイド歯形からなる連続曲線として、基本歯形をトロコイドとするにより理論吐出量を大きくし、トロコイド歯形が理論上滑り率無限大であり、パイロット歯車を必要とするのをトロコイド歯車の一部に設けられた滑り零の円弧(ノビコフ歯形)と滑りが比較的小さい範囲でのインボリュート歯形とすることにより回転伝達し、パイロット歯車を不要とするとともに前記トロコイド歯形によりスラリーを歯形噛み合い部より除去し、スラリー流体の計測も可能としたものである。
請求項2の発明は、前記一対のハスバ歯車は、各々歯車丈と歯数および軸直角方断面の歯形曲線が等しく、歯車丈間の捩れが整数ピッチにすることにより、両回転子間のエネルギー授受をなくし無脈動で回転するようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による容積型流量計の回転子歯形の実施の形態を説明するための部分断面図であり、図中、1は第1回転子(以後O1歯車と記す)、2は第2回転子(以後O2歯車と記す)、3はO1歯車の歯先円、4はO2歯車の歯先円、5はO1歯車のピッチ円、6はO2歯車のピッチ円、Pはピッチ点、R0は歯先円半径、Rはピッチ円半径、Zは歯数である。
【0011】
図1に示した歯形曲線は、軸O1を軸とする歯先円半径R0のハスバ歯車であるO1歯車1と、O1歯車1と同形等大のO2歯車2とが噛み合った状態における軸O1,O2に対し直角方向の部分断面図である。O1歯車1およびO2歯車2は、ピッチ円4,6上のP1,P2点を境としてアデンダムとデデンダムが形成される。以下、O1,O2歯車1,2の歯形曲線の構成について述べる。なお、O1歯車1と,O2歯車2とは同形等大であり、O1歯車1の歯形曲線はA1B1C1D1E1F1G1とO2歯車2の歯形曲線はA2B2C2D2E2F2G2とは同一であるから歯形曲線の説明は一方のO1歯車1について述べる。
【0012】
アデンダムの歯形曲線はA1B1C1D1P1で示す曲線で、曲線A1B1は歯先円半径R0である歯先円弧、曲線B1C1はピッチ円上に中心を有する半径Rの円弧歯形であり、曲線C1D1はE1点の画く動径Rc1(後述する)のトロコイド曲線、曲線D1P1は動径Rc3(後述する)からなる圧力角αのインボリュート曲線である。
【0013】
デデンダムの歯形曲線はE1F1G1H1からなる曲線で、曲線P1E1は前記D1P1に連続する圧力角αのインボリュート曲線、曲線E1F1は前記円弧歯形B1C1に対応する円弧歯形であり、曲線F1G1は、動径をRc2(後述する)とするB1点の画くトロコイド曲線で、曲線G1H1は歯底円半径(2R−R0)を半径とする円。
【0014】
上述した歯形曲線においてアデンダムにおけるトロコイド曲線(C1D1=C2D2)の動径Rc1,およびデデンダムにおけるトロコイド曲線(F1G1=F2G2)の動径Rc2,インボリュート曲線(D1E1=D2E2)動径Rc3は下記の関係式であらわされる。
【0015】
【数1】
【0016】
このようにして得られたO1歯車1とO2歯車2の接触点を静止座標系であらわした接触点の軌跡は、ピッチ点をPとして点線であらわした10,11,12,13,P,14,15,16,17,18,19,P,20,21,10のレムニスケート曲線となる。
【0017】
図2は、図1に示したハスバ歯車の軸方向における噛合シール線の展開図を示し、図2(A)はO1歯車、図2(B)はO2歯車の噛合シール線の展開図で、O1歯車,O2歯車は共に歯車丈L,捩れ角βで、歯車丈L間の捩れが1ピッチであり、
【0018】
【数2】
【0019】
の関係にある。図中、X1−X1,X2−X2は両端面である。アルファベットは図1のアルファベットのサフィックスを除いたもので( )で示した部分は仮想位置である。
【0020】
ここで、流入側圧力P1と流出側圧力P2の作用するシール線は図の太線内であり、O1歯車1に作用する回転トルクT1とO2歯車2に作用するトルクT2は等しい。また、この作用線を固定し端面X1−X1,X2−X2を平行移動した場合も、この関係が保たれるので、O1歯車1とO2歯車2とに作用するトルクには変化がない。即ち、T1=T2=一定である。この関係は、図から明らかなように歯車丈L間での捩れが整数ピッチであるときのみ成立する。即ち、iを整数としたとき、
【0021】
【数3】
【0022】
であればよい。T1=T2=一定であるからT1+T2=一定、即ち、等速回転等流量で脈動がない。又、T1−T2=0であるから、歯車間の歯面力は零で無負荷で回転する。
【0023】
図3は、図1に示した歯形をもった回転子の噛合状態を説明するための軸直角方向断面図であり、図1と同様の作用をする部分には図1の場合と同じ符号を付してある。
【0024】
図示のO1歯車1,O2歯車2は、歯車全体の形状を明確にするためのもので、図1に示した歯車と同じ歯形曲線をもったハスバ歯車で、静止座標上の接触点の軌路は図1の点線で示した接触点の軌跡と同じ軌跡である。歯先による円弧11〜12,16〜17、円弧歯形による円弧11〜12,15〜16,17〜18,21〜22およびインボリュート歯形による直線13〜P〜14,19〜P〜20を有している。このO1歯車1,O2歯車2は容積型流量計の回転子として用いられる場合は、流体の流入口,流出口を有するケーシングに納められる。
【0025】
図4は、本発明による容積型流量計の実施の形態の例を説明するための図で、図中、30は容積型流量計、31はケーシング、32は接続フランジ、33,34は端面板、35はボルト、36は計数部である。
【0026】
図4は、図3に示したように噛合した一対のハスバ歯車,O1歯車1,O2歯車2を回転子として、該回転子を歯先円と微小な隙間をもち回転子軸と直角方向に開口する開口32aを有する流入,流出例(図示せず)のフランジ32を有するケーシング31の計量室31a内に納められ、端面板33,34に回転可能に支持された容積型流量計の本体であり、第1,第2の回転子1,2の一方側、図においては、回転子1の軸の回転を磁気接手(図示せず)等により液シールして外部に取り出し計数部36を駆動して流量演算を施し、流量表示,流量信号の伝送等がなされる。
【0027】
本出願人の実験によると石炭粉と重油の混合燃料であるCOM(Coal Oil Mixture)を計量試験したところ、従来の歯車、例えば、オーバル歯車を回転子とする容積型流量計では、回転子間への石炭粉の噛み込みにより瞬時に回転停止した。また、これに対し、図4に示した本発明によるハスバ歯車の軸直角方向の断面の歯形曲線として、トロコイド曲線の一部に円弧歯形とインボリュート歯形からなる回転子を有する容積型流量計では、長時間正常な連続計測が可能で異常の生ずことがなかった。これは、円弧歯形とインボリュート歯形の間で形成されるトロコイド歯形間の空隙に収容されたCOMの微粉炭を歯先とトロコイド曲線の噛み合い部分で石炭粉を排出しクリーニングが行われるためと推定される。
【0028】
【発明の効果】
請求項1に対応する効果:計量室内で互いに噛合回転する一対のハスバ歯車を回転子とする容積型流量計において、前記ハスバ歯車の軸直角断面の歯形曲線はアデンダムの歯先近傍が円弧歯形,ピッチ円近傍がインボリュート歯形,該円弧歯形とインボリュート歯形間がトロコイド歯形からなる連続曲線で、前記インボリュート歯形と連続接続するデデンダムの前記ピッチ円近傍が円弧歯形,歯元側がトロコイド歯形からなる連続曲線としたので、スラリー流体の計測が可能となった。
請求項2に対応する効果:前記一対のハスバ歯車は、各々歯車丈と歯数および軸直角方断面の歯形曲線が等しく、歯車丈間の捩れが整数ピッチにしたので、歯車間の歯面力が零で脈動のない等流量の回転をするようにできた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による容積型流量計の回転子歯形の実施の形態を説明するための部分断面図である。
【図2】図1に示したハスバ歯車の軸方向における噛合シール線の展開図を示すものである。
【図3】図1に示した歯形をもった回転子の噛合状態を説明するための軸直角方向断面図である。
【図4】本発明による容積型流量計の実施の形態の例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…第1回転子(O1歯車)、2…第2回転子(O2歯車)、3…O1歯車の歯先円、4…O2歯車の歯先円、5…O1歯車のピッチ円、6…O2歯車のピッチ円、10〜21…レムニスケート曲線、30…容積型流量計、31…ケーシング、32…接続フランジ、33,34…端面板、35…ボルト、36…計数部、P…ピッチ点、R0…歯先円半径、R…ピッチ円半径、Z…歯数、L…歯車丈、β…ねじれ角。
Claims (2)
- 計量室内で互いに噛合回転する一対のハスバ歯車を回転子とする容積型流量計において、前記ハスバ歯車の軸直角断面の歯形曲線はアデンダムの歯先近傍が円弧歯形,ピッチ円近傍がインボリュート歯形,該円弧歯形とインボリュート歯形間がトロコイド歯形からなる連続曲線で、前記インボリュート歯形と連続接続するデデンダムの前記ピッチ円近傍が円弧歯形,歯元側がトロコイド歯形からなる連続曲線であることを特徴とする容積型流量計。
- 前記一対のハスバ歯車は、各々歯車丈と歯数および軸直角方断面の歯形曲線が等しく、歯車丈間の捩れが整数ピッチであることを特徴とする請求項1に記載の容積型流量計。
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JPH09145443A JPH09145443A (ja) | 1997-06-06 |
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CN104048717B (zh) * | 2014-07-01 | 2017-05-10 | 重庆耐德工业股份有限公司 | 一种双转子流量计 |
-
1995
- 1995-11-29 JP JP31041295A patent/JP3596961B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH09145443A (ja) | 1997-06-06 |
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