JP5746613B2 - 管壁の通路を有する調整オリフィス板 - Google Patents

Description

［０００１］ 本発明は、非対称プロファイル流れにてオリフィス板を横切る流体の差圧を平均化する、複数の開口部を有するオリフィス板式のプロセス流体の流量計に関する。

［０００２］ プロセス配管において、管エルボ、弁及びその他の流れを妨害する装置の下流にて流れ調整器が必要であることは、多くの先行技術の特許にて十分に説明されている。板を横切る差圧の低下を平均化することにより、妨害され且つ非線形の流れを自己調整するため多数の開口を有するオリフィス板流量計を使用することは、米国特許第７，２８４，４５０号の主題である。該米国特許第７，２８４，４５０号明細書において、平均化型オリフィス板により解決される問題点の背景が記載されており、その内容は参考として引用し含めてある。

米国特許第７，２８４，４５０号明細書

［０００３］ 米国特許第７，２８４，４５０号明細書に開示された平均化型オリフィス板流れ要素をかなりの期間使用した後、流れ要素のβ比の幾つかの設計のものは、流体を輸送する導管の壁に沿って妨害物を形成することが判明した。かかる妨害物は、さもなければ管壁に沿って移動するであろう研磨性の微粒子を流体流れの内部に偏向させ、その粒子がオリフィスの鋭角な上流の端縁を浸食させ、このため、流量の測定値の精度を劣化させることになる。上流の端縁は、鋭角であるのみならず、厚さが薄いため、特に浸食を受け易く、端縁の下流側部は、流体がオリフィスを通過した後、流体が膨張するのを許容するように斜角面付きとされている。

［０００４］ 従って、本発明の主目的は、オリフィス板の開口部を管壁に近接する位置に配置することにより、流体の妨害を防止することである。
［０００５］ 本発明の別の目的は、管内の流体流れが環状であるか又は層状であるかを問わずに、ガス適用例における液体のみならず、微粒子が板のオリフィスの鋭角な端縁に衝突するのを最小にして流量計を自由に通過することができるように、平均化型オリフィス板の開口部を配置することである。

［０００６］ 本発明の更なる目的は、浸食を受ける平均化型オリフィス板式の流量計のオリフィス端縁の長さを実質的に減少させることである。
［０００７］ 本発明のその他の目的及び更なる目的、特徴及び有利な効果は、図面と共に、本発明の以下の詳細な説明を読むことにより、明らかになるであろう。

［０００８］ 本発明は、オリフィス板式の差圧式流体流量計に関するものである。流量計の必要な部分である、静圧ポートは、それらの上流及び下流の配置位置及び構造の点にて従来型式のものである。

［０００９］ 本発明の好ましい形態は、管の接続フランジの間にて挟持された平坦なオリフィス板により具体化される。第二の実施の形態において、オリフィス板は、流体輸送導管の部分の間に挿入可能である環状体により支承されており、この場合、取り付け環状体の中央開口部は、その流量を測定すべき流体を輸送する円形の導管の内部断面と形状及び寸法の点にて相応する。平面状の流れ障害板は、中央開口部の長手方向軸線に対して垂直な面と一致して環状体の中央開口部内に配設されている。米国特許第７，２８４，４５０号明細書に開示されたもののような、１組みの円形のオリフィスを有することに代えて、本発明の双方の実施の形態の障害板には、該板の周囲に配設された複数の隔たった開口部又は切欠きが設けられている。好ましくは、周方向開口部は、円弧上の円のセグメントの形状とされ、各円の円弧は取り付け環状体の内周の円弧と一致する。上述したような形状とした、４つの等間隔のオリフィスを有する障害板は、十字形の形状にて形成されている。

平面状の流れ障害板が取り付け環状体により支承された、本発明の代替的な形態による主要な流れ要素の斜視図的な部分断面図である。 図１に示したオリフィス板及び取り付け環状体の断面側面図である。 本発明による平面状の流れ障害板の好ましい形態の正面図である。 流体を輸送する導管の端に固定した２つの隣接するフランジ間にて挟持することにより板が取り付けられる、本発明のオリフィス板の好ましい形態の分解斜視図である。 本発明のオリフィス板式流れ測定装置の上流にある、管エルボから生ずる非対称の流体プロファイルを示す、図４に示した、障害板の好ましい取り付け形態を示す、概略図的な断面側面図である。

［００１５］ 従来型のオリフィス板式流量計が首尾よく作用することは、ベルヌーイの定理に基づいている。ベルヌーイによれば、単位質量当たりの総エネルギは移動する流体中の任意の流線形の任意の箇所に沿って一定であり、流体の位置エネルギ、圧力エネルギ及び運動エネルギから成ると説明されている。このため、流体が阻害管板のオリフィスを通過するとき、該オリフィスを通る流体の速度は増加する。この流体速度の増加のため、オリフィス板の直ぐ下流の流体の動圧は上昇し、これと同時に、同一の点にて流体の静圧を低下させる。オリフィス板の上流及び下流の側部の静圧を感知することにより、下流側部の静圧の低下の結果、オリフィス板の上流側と下流側との間にて圧力差ｄＰの測定値が得られる。流体の流量ｑは、√ｄＰに比例する。

［００１６］ 流体の速度プロファイルが放物線線状であるとき、従来の先行技術のオリフィス型の流量形は良好に機能する。すなわち、流体の速度プロファイルは、その内部を流体が流れる管の長手方向軸線の回りにて対称的である。かかる場合、最高速の流体は、阻害する管板の中央に位置するオリフィスと同軸である、管の中心軸線に沿ったものである。従来のオリフィス板のオリフィスを通って移動するとき、最高速の流体は、流量の値を提供するよう板を渡って差圧を生じさせる流体である。

［００１７］ しかし、速度プロファイルが傾斜している場合、より低速度の流体は、中央オリフィスを通過し、下流の静圧はその遅い速度の流体を反映するであろう。このように、阻害する板を渡って発生された差圧は、流体の流量を正確に表示するものではない。

［００１８］ 本発明は、２つの相違する取り付け形態に適応可能であるが、これらの形態の双方において、周縁の切欠きオリフィスの機能及び作用は同一である。複数のオリフィスは、速度プロファイルにて隔たった位置にある板を渡る圧力低下を平均化するが、管壁に隣接するそれらの位置は、流体の閉塞を防止し、また、本発明のその他の目的を提供する。

［００１９］ 本発明の１つの形態によれば、主要な流れ要素３の障害板２は、環状の取り付けリング５の中央開口部内に一体的に組み込まれる。上流及び下流の静圧測定ポート６、８がリング５内に配設されている。これらのポートは、リング５の外面から突き出す軸部１４内に配置されたそれぞれのボア１０、１２を通じて流体輸送管の外側に配置された、弁作用マニホルド２３、圧力変換器、及び信号送信機と連通している。

［００２０］ 取り付け方法に関係なく、障害板２、２ａは、複数の周方向に配置したオリフィス４、４ａを含む。複数の周方向に配置したオリフィスの各々は、導管２１、２７及び２８内の全流体の流れの一部分を伝達する。ベルヌーイの定理に従い、オリフィスの各々を通る流体の速度は増加する一方、阻害板２、２ａの各オリフィスの下流側に作用する流体の静圧は低下する。別個のオリフィスに起因する静圧は、流体内にて平均化され、別個の形態のポート８又は図４の実施の形態のフランジ２４のポート３２のような、下流の圧力ポートにて平均的な下流の静圧を提供する。平均的な下流の静圧は、環状体５のポート６又はフランジ２５のポート３４のような、上流の圧力ポートにて得られる上流の静圧と比較されて、多数のオリフィス板２、２ａに対しどんな速度プロファイルが提供されようとも、平均的な差圧を提供し、その結果、速度プロファイルが非対称であるにもかかわらず、管内の流体の流量の正確な測定値を得ることができる。

［００２１］ 上述したように、本発明の目的は、オリフィスが導管２１の内面に隣接し（図３及び図４の実施の形態の場合）、また、図１及び図２の実施の形態では環状体５に隣接するように、オリフィス４、４ａを平均化型オリフィス板２、２ａ内に配置し、これにより管内の流体の流れが環状であるか又は層状であるかを問わず、ガス適用例における液体のみならず、微粒子が板のオリフィスの鋭角な端縁に衝突するのを最小にして、流量計のオリフィスを自由に通過するようにすることである。

［００２２］ 環状の湿ったガス流は、ガスの流量が大きく、ガス中のすべての液体が管壁を液体にて被覆する環状の形状のリングに強制的に押し込まれる場合に生ずる。環状の流れは、水平に配置した管及び垂直に配置した管内にて生ずる。他方、層状の湿ったガスの流れは、ガスの流量が比較的小さく、ガス中の液体が水平な管の底部分に沿って流れるのを許容する場合に生ずる。板状のオリフィスを管壁に隣接する位置に配置し、最下方のオリフィスを管の底部分に隣接させることは、本発明の目的を実現することになる。

［００２３］ このように配置されたとき、オリフィスは、最早、円形とすることはできず、流れ障害板の開放した領域を導管２１又は環状体５の何れかの内面に近接する位置に配置し得るように細長としなければならず、該環状体の内部は、導管２１の壁の内面と等価的である。この目的を実現するため、図１及び図２の実施の形態の各オリフィスの外周は、環状の取り付けリング５の内周面１３により形成され、該内周面１３は、流体輸送管の内面と一致する。

［００２４］ 本発明の主要な流れ要素の好ましい実施の形態３ａは、流体輸送管の２つの部分２７、２８の接続フランジ２４、２５の間に取り付けられた拡大直径の障害板２ａを備えている。板の開口部４ａは、外側円弧２０の全てが管２７、２８の内周と一致する円曲線上にある状態にて、円形のセグメント１７の形状に切ってある。板の拡大直径は、該板を取り付けのため、フランジ２４、２５の間にて挟持することを許容する。上流及び下流の圧力ポート３１、３２は、フランジ２４、２５に含まれている。

［００２５］ オリフィスの外側と流体輸送導管の内面とが一致することは、２つの重要で且つ非自明の機能を果たす。第一に、このことは、管内の流体及び取り込んだ微粒子が詰まらずに、周縁切欠き４を形成するオリフィスを通って流れるのを許容する。第二に、各切欠きオリフィスの外側周縁部分は、管壁の内部により又は、代替的な形態にて、環状リング１５の内周１３により形成されるため、複数のオリフィスを備える端縁１４の合計長さは、実質的に短くなる。

［００２６］ 流れ障害板２、２ａの周方向切欠き４、４ａの好ましい形状は、円の円弧２０上の円のセグメント（面積）として説明することができ、この円弧は、環状リング１５の内面１３により、又は、導管２１の内面により形成される。

Claims (9)

1. 導管内の流体の体積流量を測定する平均化型オリフィス板式流体流量計において、
   流体を上流の位置から下流の位置まで輸送する内周を有する導管と、
   前記導管の内部を横方向に横切り且つ前記流体の流れに対して垂直に配設される平面状の流れ障害板と、
   前記板に配設された複数の隔たったオリフィスであって、各オリフィスの円弧状の半径方向外周は、前記導管の内周の内面によって形成される、前記複数の隔たったオリフィスと、
   前記平面状の流れ障害板の上流にて且つ該平面状の流れ障害板に近接して配設された第一の静圧感知要素と、
   前記平面状の流れ障害板の下流にて且つ該平面状の流れ障害板に近接して配設された第二の静圧感知要素と、を備える、平均化型オリフィス板式流体流量計。
2. 請求項１に記載の流量計において、前記流体の流れに対して垂直な前記平面状の流れ障害板の形は、十字形の形状である、流量計。
3. 請求項２に記載の流量計において、前記障害板は、等間隔に隔たった４つの前記オリフィスを有する、流量計。
4. 流体を輸送する導管の部分の間に挿入可能な平均化型差圧式流量計の主要な流れ要素において、
   前記円形の導管の内部断面と形状及び寸法において相応する中央開口部を有する環状体と、
   該環状体の中央開口部内に適合するように取り付けられた円形、平面状の流れ障害板であって、その円周に隣接して複数の隔たった開口部を有する前記円形、平面状の流れ障害板とを備え、
   各開口部の円弧状の半径方向外周は、前記環状体の前記中央開口部の内面によって形成される、主要な流れ要素。
5. 請求項４に記載の流量計の要素において、前記流体の流れに対して垂直な前記板の形は、十字形の形状である、主要な流れ要素。
6. 請求項５に記載の流量計の要素において、前記板は、等間隔に隔たった４つの前記開口部を有する、主要な流れ要素。
7. 導管の内周内において輸送される流体の体積流量を測定するため、前記導管の部分の間に挿入可能である、平均化型オリフィス板式流体流量計の障害要素において、
   円形の形状とした平面状の板と、
   前記板に形成された、複数の隔たった切欠きオリフィスであって、各切欠きオリフィスの円弧状の半径方向外周は、前記導管の内周の内面によって形成される、前記切欠きオリフィスとを備える、障害要素。
8. 請求項７に記載の障害要素において、
   取り付け環状体であって、該環状体の内部開口部の直径が前記導管の内径と等しく、前記板は、該内部開口部内に取り付けられ、前記板の平面は、前記環状体の長手方向軸線に対して垂直である、前記環状体を更に備え、
   前記環状体の内部開口部の内面は、前記導管の内周の内面の一部を構成し、各切欠きオリフィスの円弧状の半径方向外周は、前記環状体の内部開口部の内面によって形成される、障害要素。
9. 導管の内周内において輸送される流体の体積流量を測定するため、前記導管の部分の間に挿入可能である、平均化型オリフィス板式流体流量計の障害要素において、
   円形の形状とした平面状の板と、
   前記板に形成された、複数の隔たった切欠きオリフィスであって、各切欠きオリフィスの円弧状の半径方向外周は、前記導管の内周の内面によって形成される、前記切欠きオリフィスとを備え、
   前記板の円周から半径方向に突き出すハンドルを更に含む、障害要素。

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