JP5195303B2

JP5195303B2 - 流体の温度測定装置およびそれに用いる保護管

Info

Publication number: JP5195303B2
Application number: JP2008281300A
Authority: JP
Inventors: 孝成稲田; 康寛野畑
Original assignee: Yamari Industries Ltd
Current assignee: Yamari Industries Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP2010107430A

Description

本発明は、配管内部等の流体流路内に挿入して流体の温度を測定する温度測定装置およびそれに用いる保護管に関する。

配管内部の流体温度を計測する温度測定装置は、サーモウエルと呼ばれるくり抜き形の保護管を、配管側壁に穿設した取付穴に取り付けた支持筒より流体流路内に挿入し、該保護管に温度計を内装してなる構造である（例えば、特許文献１、２参照。）。流体に晒される保護管には、下流側にカルマン渦が生じることによって常時振動が発生しており、その振動数と保護管の固有振動数とが近づくと共振が発生して大きく揺れ動くこととなる。その結果、外部の支持筒と干渉して破損したり、内部の温度計が保護管内面と干渉して破損するといった虞があり、更には、金属疲労等により保護管と支持筒の固定部が破損したり、支持筒を根元で配管取付穴に固定している溶接部分が破損して流体が外部に漏れるといった虞もある。

この保護管の共振現象を避けるためには、保護管の固有振動数が取付状態において大きくなるように設計し、カルマン渦によって生じる振動数と上記固有振動数との比（カルマン渦による振動数／保護管の固有振動数）を小さくすること（概ね０．８未満）が必要である。たとえば保護管の流体流路への挿入長（突出量）を短くすることも有効であるが、挿入長が短かくなると温度計測にも影響を与えてしまう。そこで従来は、図６（ａ），（ｂ）に例示するように、保護管３外周面上の支持筒２根元に対応する位置に、径方向外方に均等に突出する３つの当接片３１，・・・よりなる略正三角形状のカラー４を設け、これを支持筒内面２１に押し当てることにより当該カラー４よりも下側を振動する挿入長とみなして固有振動数を増大させるような取付構造が提案されていた。

しかしながら、このようなカラー４の寸法は、現地で配管壁Ｗにすでに設置された支持筒２に対して保護管３を挿着することを考慮して、支持筒２の内径よりも若干小さくして挿着作業のための隙間を設ける必要があるが、これら支持筒２の内径および保護管３のカラー４にそれぞれ公差があることもあって、上記隙間が大きすぎることにより各当接片３１が支持筒内面２１に接触せず、固有振動数を増大させる上記効果を発揮できないことや、上記隙間が小さすぎるかマイナス（カラーの寸法の方が大）となることにより、現地で挿入できないことが生じることが避けられない。すなわち、保護管３の挿着作業の容易性（可能性）を維持しつつ、カラー４の当接による上記効果を確実に発揮させることは非常に困難であった。

カラーの外径と支持筒の内径を嵌め合い公差で製作する方法もあるが、この場合は保護管と支持筒をあらかじめ嵌め合わせて組み合わせた製品として製作・納入し、これを現地で支持筒を配管の取付孔に溶接する必要があり、支持筒はそのままで保護管のみ交換するといった実際の使用態様を考慮すると現実的ではない。また、仮にカラーの外径寸法と支持筒内径とをそれぞれ厳密に管理して当接片の接触状態を確保できたとしても、使用により当接部位で焼付きが生じると交換のため保護管を支持筒から取り外すことが非常に困難になるという問題もある。

特開平１０−２２１１７８号公報特開平１１−２５８２５２号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、支持筒への取付作業を現場にて容易に行うことが可能であるとともに、カラー（当接片）により固有振動数を増大させて共振現象の発生を防止するという効果を確実に発揮させることができ、しかも当接片と支持筒との厳密な嵌め合いの寸法精度を管理する必要もなく、かりに焼付けが生じても保護管の取り外し作業を容易に行うことが可能な流体の温度測定装置およびそれに用いる保護管を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、流体流路壁に穿設した取付穴に固定される支持筒と、該支持筒の上端部から支持筒の内部を通じて流体流路側に向けて延設される保護管と、該保護管内に挿着される温度計とを備えてなる流体の温度測定装置であって、前記保護管外面の前記流体流路に近い軸方向所定の位置に、前記支持筒又は取付穴の内面に当接して固有振動数を増大させる当接片を周方向に沿って単又は複数突設してなり、各当接片による前記支持筒又は取付穴の内面の周方向に沿った各当接部分が、１８０度未満の所定の領域内にすべて含まれるように前記当接片を設けたことを特徴とする流体の温度測定装置を構成した。

ここで、前記当接片先端の保護管軸心からの高さ寸法（当接片の外径）を、前記支持筒又は取付穴の同じく軸心から内面までの寸法（内径）より大きな値に設定したものが好ましい。

また、前記保護管外面の前記当接片を設けた位置よりも基端側の位置であって、周方向の位置が前記当接片が当接する所定領域とは軸に対して反対側になる位置に、同じく前記支持筒又は取付穴の内面に当接する突片を設けたものも好ましい。

また本発明は、上記の流体の温度測定装置に用いる保護管であって、外面の前記流体流路に近い軸方向所定の位置に、前記支持筒又は取付穴の内面に当接して固有振動数を増大させる当接片を周方向に沿って単又は複数突設してなり、各当接片による前記支持筒又は取付穴の内面の周方向に沿った各当接部分が、１８０度未満の所定の領域内にすべて含まれるように前記当接片を設けたことを特徴とする保護管をも提供する。

ここで、基端部に前記支持筒の上端部にボルト止めされるフランジ部を設けたものが好ましい実施例である。

以上にしてなる本願発明に係る流体の温度測定装置によれば、各当接片による支持筒内面又は取付穴内面の周方向に沿った各当接部分が１８０度未満の所定の領域内にすべて含まれるように前記当接片を設けたので、１８０度より広い範囲の非当接領域が維持されることにより固定されていない状態においては保護管と支持筒の軸をずらすことが可能となり、各当接片の外径寸法（当接片先端の保護管軸心からの高さ寸法）と支持筒の内径（支持筒の軸心から内面までの寸法）とをほぼ同じ寸法としても、保護管を支持筒に挿入する際、両者の軸を若干ずらせることで当接片先端と支持筒内面との間に隙間が生じ、その状態で容易に挿入作業を行うことができ、支持筒への取付作業を現場にて容易に行うことが可能となる。そして、保護管を固定する際には軸を合わせるだけで当接片の先端が支持筒内面に当接した状態となるため、当接片により固有振動数を増大させて共振現象の発生を防止するという効果を確実に発揮させることができる。

また、このような構造であれば、保護管側の当接片の外径寸法が支持筒内径よりも若干大きくなったとしても、固定状態で両者の軸がその分若干ずれるとしても、上記良好な取付作業性を維持しつつ当接片と支持筒内面との当接状態をより確実なものとすることができるのであり、当接片と支持筒との厳密な嵌め合いの寸法精度を管理する必要もなく、保護管と支持筒をあらかじめ嵌め合わせて組み合わせた製品として製作・納入し、これを現地で支持筒を配管の取付孔に溶接する必要もなく、寸法精度の許容度がふえ（当接片を大きめに設定すればよい）、生産管理が容易化するとともに、支持筒はそのままで保護管のみ交換するといった実際の使用態様に十分対応することができる。さらに、使用により当接片先端と支持筒内面とが焼付きを生じたとしても、当接片の当接部分が１８０度未満の所定領域に限定されているため少しの衝撃を与えるか、こじるだけで容易に離間させることができ、取り外し作業も容易となる。

また、保護管外面の当接片を設けた位置よりも基端側の位置であって、周方向の位置が前記当接片が当接する所定領域とは軸に対して反対側になる位置に、同じく前記支持筒又は取付穴の内面に当接する突片を設けたので、保護管を支持筒に挿入する時には、支持筒に対して保護管を若干傾斜させることで当接片、突片の双方とも支持筒内面との間に隙間が生じ、その状態で容易に挿入作業を行うことができ、支持筒への取付作業を現場にて容易に行うことができるとともに、保護管を固定する際には、保護管の基端部を突片のある側方に押さえながら取付穴に固定することで、突片を支点とした梃子の原理により先端側の当接片を支持筒内面に確実に当接した状態で保護管を固定することが可能となり、当接片による共振防止効果をより確実に発揮させることができる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明に係る温度測定装置の全体構成を示す縦断面図であり、図１、２は第１実施形態、図３、４は第２実施形態、図５は第３実施形態を示し、図中符号１は温度測定装置、２は支持筒、３は保護管、Ｐは流体流路をそれぞれ示している。

温度測定装置１は、図１（ａ）に示すように、流体流路壁Ｗに穿設した取付穴１０に固定される支持筒２と、該支持筒２の上端部２０から支持筒内部を通じて流体流路Ｐ側に向けて延設される保護管３と、該保護管３内に挿着される図示しない温度計とを備えている。保護管３の外面の流体流路Ｐに近い軸方向所定位置には、支持筒２の内面２１（又は取付穴１０の内面１１）に当接することにより保護管３の固有振動数を増大させる当接片３１が、周方向に沿って単又は複数突設されている。特に、当接片３１は、支持筒内面２１（又は取付穴の内面）における周方向に沿った各当接片３１による当接部分２１ａが、１８０度未満の所定角度（α）の範囲内である所定領域Ｒ１内にすべて含まれるように設けられており、これにより各当接片の外径寸法と支持筒の内径とをほぼ同じ寸法としても、保護管と支持筒の軸を若干ずらせて容易に脱着作業を行うことができるとともに、当接片先端を支持筒内面に確実に当接させ、共振現象発生を防止することができるものである。

支持筒２は、従来と同様、内径が取付穴１０の内径と略同一の筒状部材よりなり、下端部２２を取付穴１０の開口端１０ａに溶接固定することにより配管等の外方に突設されている。また、保護管３についても、従来と同様、基端部３２が支持筒２の上端部２０に一端固定され、そこから支持筒２の内部を通じて下方に延設されており、内部に温度計を装着するための中空部３０が形成され、中空部の上端部に温度計取付用のネジ溝からなる取付部３０ａが形成されている。なお、支持筒２の外径寸法を取付穴１０の内径に一致させ、該支持筒２を取付穴１０の内部に挿着されるものでもよい。

温度測定装置１は、工場等であらかじめ支持筒２と保護管３を組み合わせておき、当該組み合わせたセットを現地に持ち込んで取付穴１０に固定することも勿論可能であるが、本例では、現地の取付穴１０に支持筒２をあらかじめ溶接固定し、その支持筒２に対し保護管３をボルト等で取り付けるものであり、保護管３の基端部３２と支持筒２の上端部２０には、それぞれフランジ部３３、２３が設けられ、これらフランジ部３３、２３をガスケット５を介して取付ボルト６により着脱可能に固定できるように構成されている。なお、このようなボルト止め構造のかわりに、溶接止めや支持筒２の上端部に保護管を捩じ込んで固定するような構造でもよい。

当接片３１は、図６に示した従来例と同様、保護管３外面の流体流路Ｐに近い軸方向所定位置に付設されるカラー４により構成されているが、図１（ｂ）に示すように、その当接片３１の数は従来例と異なり１つのみ設けられ、しかもその先端部３ａの外径寸法と支持筒２の内径とをほぼ同じ寸法にして固定状態で確実に支持筒２内面に当接するように構成されている。当接片３１が当接する支持筒内面２１における当接部分２１ａは、本例では１つのみからなる当接片３１の先端部３ａと同じ幅となり、具体的には角度範囲（α）が２０〜３０度程の領域Ｒ１となり、当該領域Ｒ１を除く３３０〜３４０度の範囲で非接触領域が維持されることにより、固定される前の保護管３は支持筒２内で軸がずれる径方向に移動可能な状態とされている。

当接片３１を有するカラー４は、保護管３の外面を膨出変形させたものでもよいし、リング状に別に形成したカラー部材を保護管３に外嵌したものでもよい。また、カラー４とせずに当接片３１のみを保護管３外面に溶接等で突設したものでもよい。図１（ｂ）の例では、当接片３１の先端部３１ａの形状が支持管内面２１とほぼ同じ曲率半径の曲面であり、これにより上記のとおり接触角度範囲が２０〜３０度維持されているが、たとえば図２（ａ）のように、曲率半径を支持管内面２１の曲率よりも小さく設定し、ほぼ点接触になるように構成してもよい。これにより当接部分２１ａは角度範囲（α）が１０度以下の小さい領域Ｒ１となり、焼付き後にも剥がし易くなり、取り外し作業がより容易となる。

当接片３１の数は、各当接片による支持管内面２１の当接部分２１ａのすべてが１８０度未満の角度（α）範囲内の所定領域Ｒ１内にすべて含まれるようなものであれば、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように２つ以上設けることも勿論できる。図２（ｂ）は２箇所に当接片３１、３１を設けたものであり、これによる各当接部分２１ａの角度範囲は上記図１（ｂ）と同様２０〜３０度程度であるが，すべての当接部分２１ａ，２１ａについても１８０度未満の角度α内に収まるように構成されている。図２（ｃ）は３箇所に当接片３１，３１，３１を設けたものであり、これによる当接部分２１ａ，２１ａ，２１ａも１８０度未満の角度α内にすべて収まるように構成されている。また、図２（ｄ）は独立の当接片３１を４つ設けたものであり、これら当接片３１，…による当接部分２１ａ，…も１８０度未満の角度α内にすべて収まり、保護管３は支持筒２内を径方向に移動可能に構成されている。その他、５つ以上の当接片を設けることも勿論できる。

図２（ａ），（ｄ）に示すように当接片先端３１ａの曲率半径を小さくして当接部分２１ａの角度範囲を小さくすることも好ましいが、反対に１つあたりの当接片３１による当接部分２１ａの角度範囲を大きくしてもよく、例えば、１８０度未満の接触部分を有する１つの部分扇型の当接片を設けることも可能である。当接片３１の先端部３１ａの保護管軸心からの高さ寸法は、支持筒又は取付穴の同じく軸心から内面までの寸法より大きな値に設定しておけば、固定状態で保護管と支持筒の軸が若干ずれる可能性があるが確実に当接するようにできる点で好ましい実施例である。

次に、図３、４に基づき第２実施形態を説明する。

本実施形態は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、保護管３外面の前記当接片３１の位置より基端側の位置、本例では支持筒２の上端部２０に近い位置であって、当接片３１が当接する角度領域と軸に対し反対側の適当な位置に、同じく支持筒内面２１に当接する突片７を設けたものであり、保護管３を固定する際、基端部３２を突片７のある横方向に押さえながら当接片３１を支持筒内面２１に確実に当接した状態に固定することが可能となるものである。この突片７が軸方向で当接片３１に近い位置にあると、従来のカラーと同様、挿着の際に隙間がなく作業が困難となるため、軸方向に所定距離離間させ、支持筒２内で保護管３を若干倒して当接片３１、突片７の双方とも支持筒内面２１との間に隙間を生じさせ、挿入作業を容易に行うことができるように構成される。

図４（ａ）は当接片３１が２つ以上の場合に、これら当接片３１、３１が当接する所定領域Ｒ１と反対側のほぼ中央の角度位置に、同様の突片７を設けた例を示している。また、図４（ｂ）は、同じく当接片３１が２つ以上の場合に、各当接片３１の位置と軸に対して対称な角度位置に、それぞれ突片７、７を設けた例を示している。本実施形態の場合、とくに取付ボルト６ではなく溶接止めにより固定するものの場合に基端部３２を押さえつけながら溶接することで当接片３１を確実に当接させた状態に固定できる点で有効である。

次に、図５に基づき第３実施形態を説明する。

本実施形態は、保護管３の基端側に支持筒２の上端部２０の開口内面に密着状態で嵌合する膨出部８を設けたものであり、これにより保護管３と支持筒２の軸を容易に合わせることができ、当接片３１の当接をより確実に行うことができる。膨出部８は、本例では外周の一部を拡径して構成されているが、たとえば周方向にのびるリング状突条を単又は複数設けたものや複数の軸方向にのびる突条を周方向に複数設けたものでもよい。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。たとえば上記実施形態ではいずれも当接片３１を先端側の所定位置に設けたが、これに加えて、さらに少しずれた位置にも当接片を設けてもよい。ただしこの追加した当接片もあわせて全ての当接片が所定の角度範囲内の領域内に含まれるようにする必要がある。また、上記実施形態では支持筒２と保護管３を別体で構成したが、一体的に構成してもよい。この場合、本発明は当接片が取付穴１０の内面に当接するような構造の場合にとくに有効に機能する。

次に、保護管当接片による固有振動数の増大を確認する振動試験の結果を説明する。

（試験体）
図１に示す構造の温度測定装置の支持筒および保護管を用いた。支持筒内径、当接片の外径をそれぞれ４９．２２ｍｍとし、支持筒の長さが２０９．５ｍｍ、保護管のフランジ面から先端までの長さが３５０ｍｍ、同じくフランジ面から当接片の先端側端面までの寸法が２００．５ｍｍ、当接片の厚みが１２ｍｍである。

（試験方法）
タッピング試験法（打撃試験法）を採用した。タッピング試験では、試験体の保護管の先端部に振動を検出するセンサ（加速度計）を取り付けた状態で、保護管先端部に打撃を与え、そのときに生じる振動をセンサで検出後、増幅し、増幅された電気信号に対し、周波数分析あるいは減衰比分析を行い、振動特性を求めた。なお、試験は、保護管当接片が支持筒内面に接触している場合（軽く接触させた場合と、強く接触させた場合）と、ボルト調整等により非接触にした場合とについて測定した。結果は図７および下記表１のとおりである。

図７および表１の結果が示すように、非接触の場合の固有振動数が２１２．５〜２１５Ｈｚであるのに対し、当接片により接触（強く／軽く）させた場合の固有振動数が５２２．５〜７７７．５Ｈｚであり、固有振動数の増大効果を確認できた。これにより、共振現象の発生を防止できることが分かる。また、接触により減衰比も２桁ほど増大することが分かる。減衰比は、共振が生じた際の共振倍率と関係しており、共振倍率Ｑと減衰比ζの関係は、Ｑ＝１／２ζである。したがって、本発明のように当接片により接触させて減衰比ζが増大すれば、それに反比例の関係にある共振倍率Ｑは減少し、かりに共振が生じたとしてもその振動は小さくなり、振動による各部破損を回避できることが分かる。なお、当接片を軽く接触させた場合の方が強く接触させた場合よりも減衰比が大きくなっている。これは、当接片を軽く接触させた場合、接触による拘束力が弱くなり、固有振動数はその分低下するものの接触点においてすべりや軽微な衝突が生じやすくなり、そのため減衰比が大きくなったものと考えられる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る温度測定装置を示す縦断面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図。（ａ）〜（ｄ）は同じく温度測定装置の変形例を示す断面図。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る温度測定装置を示す縦断面図、（ｂ）はＹ−Ｙ断面図。（ａ），（ｂ）は同じく温度測定装置の変形例を示す断面図。本発明の第３実施形態に係る温度測定装置を示す縦断面図。（ａ）は従来の温度測定装置を示す縦断面図、（ｂ）はＺ−Ｚ断面図。振動試験の結果を示すグラフ。

符号の説明

１温度測定装置
２支持筒
３保護管
４カラー
５ガスケット
６取付ボルト
７突片
８膨出部
１０取付穴
１０ａ開口端
１１内面
２０上端部
２１内面
２１ａ各当接部分
２２下端部
２３フランジ部
３０中空部
３０ａ取付部
３１当接片
３１ａ先端部
３２基端部
３３フランジ部
Ｐ流体流路
Ｒ１所定領域
Ｗ流路壁

Claims

流体流路壁に穿設した取付穴に固定される支持筒と、
該支持筒の上端部から支持筒の内部を通じて流体流路側に向けて延設される保護管と、
該保護管内に挿着される温度計とを備えてなる流体の温度測定装置であって、
前記保護管外面の前記流体流路に近い軸方向所定の位置に、前記支持筒又は取付穴の内面に当接して固有振動数を増大させる当接片を周方向に沿って単又は複数突設してなり、
各当接片による前記支持筒又は取付穴の内面の周方向に沿った各当接部分が、１８０度未満の所定の領域内にすべて含まれるように前記当接片を設けたことを特徴とする流体の温度測定装置。
前記当接片先端の保護管軸心からの高さ寸法を、前記支持筒又は取付穴の同じく軸心から内面までの寸法より大きな値に設定してなる請求項１記載の流体の温度測定装置。
前記保護管外面の前記当接片を設けた位置よりも基端側の位置であって、周方向の位置が前記当接片が当接する所定領域とは軸に対して反対側になる位置に、同じく前記支持筒又は取付穴の内面に当接する突片を設けてなる請求項１又は２記載の流体の温度測定装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載の流体の温度測定装置に用いる保護管であって、外面の前記流体流路に近い軸方向所定の位置に、前記支持筒又は取付穴の内面に当接して固有振動数を増大させる当接片を周方向に沿って単又は複数突設してなり、各当接片による前記支持筒又は取付穴の内面の周方向に沿った各当接部分が、１８０度未満の所定の領域内にすべて含まれるように前記当接片を設けたことを特徴とする保護管。
基端部に前記支持筒の上端部にボルト止めされるフランジ部を設けてなる請求項４記載の保護管。