JP6020492B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計に係り、特に、測定管内を覆うライニング材の変形抑制技術に関する。

電磁誘導を利用して導電性の流体の流量を計測する電磁流量計は、堅牢で精度もよいことから工業的用途に広く用いられている。電磁流量計は、直交方向に磁界がかけられた測定管内に導電性の被測定流体を流し、発生した起電力を計測する。この起電力は、被測定流体の流速に比例するため、計測された起電力に基づいて被測定流体の体積流量を得ることができる。

電磁流量計では、起電力測定用の電極等が取り付けられた測定管をプラント等に設置された配管に接続するが、接続形態によってフランジ型とウェハ型とに大別される。フランジ型は電磁流量計の測定管に大型のフランジが形成され、配管のフランジとともに測定管のフランジにもボルトを通して配管のフランジと接続する形式であり、ウェハ型は電磁流量計の測定管に小型のフランジが形成され。測定管のフランジにはボルトを通さずに配管のフランジと接続する形式である。

図１３は、フランジ型の電磁流量計における配管との接続形態を示す図である。本図に示すように、電磁流量計２００は、変換器２１０と測定管２２０とを備えており、測定管２２０の両端にはフランジ部２２１が形成されている。それぞれのフランジ部２２１は、配管側フランジ部３１１とボルト３２１およびナット（不図示）によって接続される。

電磁流量計側のフランジ部２２１と配管側フランジ部３１１との接続の際には、アースリング２２２とガスケット３１２とを挟んだ状態で、ボルト３２１とナットで締め付ける。ガスケット３１２は接続箇所の液密性を確保するために用いられる。アースリング２２２は、管の大きさに対応した丸い穴の開いた円形の金属板（リング板）であり、被測定流体のアースとコモン電位との同一化のために用いられる。

ウェハ型の電磁流量計では、図１４に示すように、測定管２４０のフランジ部２４１は径が小さく形成されており、測定管２４０のフランジ部２４１にはボルト３４２は通さない。このため、測定管２４０はボルト締結される両方の配管側フランジ部３４１から挟み付けられることで固定される。この際に、位置決め用のセンタリングデバイス３４４が用いられることもある。

ウェハ型の電磁流量計においても、電磁流量計側のフランジ部２４１と配管側フランジ部３４１との接続の際には、アースリング２４２とガスケット３４３とを挟んだ状態でボルト３４２とナットで締め付けを行なう。

図１５は、電磁流量計側のフランジ部２２１と配管側フランジ部３１１との接続箇所の断面図である。ここでは、フランジ型の電磁流量計を例に説明する。本図に示すように、電磁流量計２００の測定管２２０の内側には、フランジ部２２１の接続側の一部の領域を含めてライニング材２２３が接着あるいは溶着等されている。ライニング材２２３は、起電力に対する測定管２２０の絶縁性の確保に加え、被測定流体に対する測定管２２０の耐食性、耐摩耗性を確保するために用いられる。ライニング材２２３の材料は、被測定流体に合わせて選択されるが、例えば、フッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ）、ポリウレタンゴム、軟質天然ゴム等である。

ライニング材２２３は、フランジ部２２１の接続側の所定の径の内周領域まで覆っているため、アースリング２２２は、ライニング材２２３の上から取り付けられ、電磁流量計側のフランジ部２２１と配管側フランジ部３１１とを接続すると、アースリング２２２とライニング材２２３とが密着することになる。

特開２０１０−１５１６４８号公報

ゴム等のように延性が大きいライニング材２２３を用いている場合、被測定流体の圧力が高いと図１６に示すように、内圧によりライニング材２２３が外周方向に広がるように変形する。ライニング材２２３が外周方向に膨らむと、その分ライニング材２２３の厚さが薄くなるため、アースリング２２２とライニング材２２３との面圧が低下し、液密性に影響を与えるおそれがある。

安全性の観点からは、仮に非測定流体の圧力がスペック上の制限を超えて印加された場合でも、液密性が維持できるように、ライニング材２２３の変形は抑えることが望ましい。

そこで、本発明は、電磁流量計において、被測定流体の圧力によるライニング材の変形を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である電磁流量計は、配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングとを備え、前記アースリングは、リング板部と、前記リング板部の外周に沿って形成された壁部とを備えることを特徴とする。
ここで、前記壁部の内径は、前記ライニング材の前記フランジ部の締結側面における前記所定径よりも大きくすることができる。
このとき、前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された際に、圧縮による変形により前記壁部に接触することができる。
あるいは、前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された後に、被測定流体からの圧力による変形により前記壁部に接触するものであってもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である電磁流量計は、配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングと、前記フランジ部と前記アースリングとの間に取り付けられ、前記ライニング材の前記フランジ部の締結側面における前記所定径よりも大きい内径を有する環状の壁リングとを備えることを特徴とする。
ここで、前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結された際に、圧縮による変形により前記壁リングに接触することができる。
あるいは、前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された後に、被測定流体からの圧力による変形により前記壁リングに接触するものであってもよい。
また、前記フランジ部のアースリング側の面あるいは前記アースリングのフランジ側の面に、前記壁リングを嵌め込む溝が形成されていてもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様である電磁流量計は、配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングとを備え、前記フランジ部の締結側の面に、前記ライニング材を囲む突起が円周状に形成されていることを特徴とする。
いずれの態様においても、前記アースリングは、前記ライニング材側の面について、厚さが変化しているものであってもよい。
このとき、前記アースリングの厚さは、外周部分が内周部分より厚くすることができる。
あるいは、前記アースリングに形成された溝あるいは突起により前記厚さが変化しているものであってもよい。

本発明によれば、電磁流量計において、被測定流体の圧力によるライニング材の変形を抑制することができる。

本発明の第１実施例に係る電磁流量計の測定管のフランジ部と配管側フランジ部との接続箇所の断面図である。 第１実施例のアースリングを示す図である。 アースリングの壁により、ライニング材の外周方向への変形が抑制されることを示す図である。 本発明をウェハ型の電磁流量計に適用した場合を説明する図である。 本発明の第２実施例に係る電磁流量計の測定管のフランジ部と配管側フランジ部との接続箇所の断面図である。 壁リング固定用の溝を示す図である。 本発明の第３実施例に係る電磁流量計の測定管のフランジ部と配管側フランジ部との接続箇所の断面図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 フランジ型の電磁流量計における配管との接続形態を示す図である。 ウェハ型の電磁流量計における配管との接続形態を示す図である。 電磁流量計側のフランジ部と配管側フランジ部との接続箇所の断面図である。 被測定流体の圧力によるライニング材の外周方向への変形を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る電磁流量計１００の測定管１２０のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１との接続箇所の断面図である。なお、電磁流量計１００と配管との接続形態は、図１３に示した従来の形態と同様とすることができる。

本図に示すように、電磁流量計１００の測定管１２０の内側には、フランジ部１２１の接続側の一部の領域を含めてライニング材１２３が接着あるいは溶着等されている。電磁流量計側のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１との接続の際には、アースリング１２２とガスケット３１２とを挟んだ状態で図示しないボルトとナットにより締め付ける。このとき、アースリング１２２とライニング材１２３とが面で接触することになる。

第１実施例では、図２に示すように、アースリング１２２は、リング板部１２２ｘの外周に沿って壁部１２２ｙが形成されている。アースリング１２２は、壁部１２２ｙの側をライニング材１２３方向に向けて、壁部１２２ｙがライニング材１２３を外周側から覆うように取り付けられる。

このようなアースリング１２２は、例えば、壁部１２２ｙの高さを有する円柱状の金属材料の内部を削ったり、リング板部１２２ｘと壁部１２２ｙとを別々に形成し、接着剤や溶接等により一体化することで形成することができる。

図３に示すように、ライニング材１２３が被測定流体の圧力よって外周方向に膨らもうとしても、アースリング１２２の壁部１２２ｙに接触することにより変形が抑制されるため、ライニング材１２３とアースリング１２２との面圧を高い状態で保つことが可能となる。これにより、液密状態の耐圧性が向上することになる。

壁部１２２ｙの内径のサイズは、電磁流量計側のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１とを接続する前においては、ライニング材１２３に接しない程度の大きさであることが望ましい。これは、接続時のボルトとナットによるボルト締結の際にライニング材１２３が両フランジ（１２１、３１１）からの圧力により圧縮した場合に、ライニング材１２３が外周方向に変形する余地を残しておくことにより、被測定流体の流れに影響を与える内周方向への変形を軽減させるためである。すなわち、このような外周方向に変形する余地がないと、ライニング材１２３が、被測定流体が流れる内周方向に大きく変形してしまうおそれがあり、好ましくない。

一方で、ライニング材１２３の外周方向への変形によるアースリング１２２との面圧低下を適切に防止するため、壁部１２２ｙの内径のサイズは、ボルト締結の締め付けによる圧縮でライニング材１２３と接する程度の大きさ、あるいは、締め付け後に、被測定流体からの圧力を受けてライニング材１２３が僅かに外周方向に変形した段階でライニング材１２３と接する程度の大きさとする。被測定流体からの圧力は、例えば、通常想定される圧力や電磁流量計１００が仕様上許容する最高圧力であってもよいし、これを超える圧力であってもよい。

また、壁部１２２ｙの高さは、ボルト締結の締め付けの初期段階でフランジ部１２１と接触してしまい、ライニング材１２３とアースリング１２２との面圧が確保できなくなることを避けられる高さとする。すなわち、図３に示すように、ボルト締結の締め付け前において、アースリング１２２の壁部１２２ｙの頂上部分がフランジ部１２１に接触しないような高さとする。

さらに、十分な締め付けを行ない、ライニング材１２３がある程度圧縮した段階で壁部１２２ｙの先端がフランジ部１２１と接触する高さとして、壁部１２２ｙを過剰締め付けのストッパとして用いるようにしてもよい。

なお、第１実施例では、フランジ型の電磁流量計を例に説明したが、本発明は、ウェハ型の電磁流量計にも同様に適用することができる。図４に示すように、ウェハ型の電磁流量計１０１においても測定管１４０の内側に、フランジ部１４１の接続側の一部の領域を含めてライニング材１４３が接着あるいは溶着等されている。

ここで、フランジ部１４１は、フランジ型の電磁流量計１００のフランジ部１２１に比べて小さく形成されており、フランジ部１４１の外側にボルトが通されることになるが、配管側のフランジ部３４１とボルト締結により接続されることにおいてはフランジ型と同様である。

そして、ウェハ型の電磁流量計１０１においてもライニング材１４３の変形を抑えるために、アースリング１４２に壁部１４２ｙを形成すればよい。以下に説明する実施例、変形例についてもウェハ型の電磁流量計に適用することができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。図５は、本発明の第２実施例に係る電磁流量計１００の測定管１２０のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１との接続箇所の断面図である。第２実施例では、リング板部１２２ｘと壁部１２２ｙとを独立させ、従来と同様のリング板状のアースリング１２４と環状の壁リング１２５とを用い、壁リング１２５でライニング材１２３の外周方向への変形を抑制するようにしている。壁リング１２５の内径と厚さは、壁部１２２ｙの内径と高さと同様の扱いとすることができる。

壁リング１２５として種々の厚さを用意しておくことで、ライニング材１２３の厚さのばらつきやバリエーション等に容易に対応できるようになる。また、ライニング材１２３の経年による摩耗、クリープ等による厚さに変化にも、適切な厚さの壁リング１２５に交換することで容易に対応することができる。さらには、壁部と一体となったアースリング１２２よりも安価に製造することができる。壁リング１２５の材質は、十分な強度と耐久性（耐腐食性等）とを有しておれば足り、アースリング１２４の材質と同一でなくてもよい。

第２実施例では、電磁流量計側のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１との接続の際に、壁リング１２５の位置を固定するために、図６（ａ）に示すように、アースリング１２４のライニング材１２３と接する側の面に、壁リング１２５を嵌める円周状の溝を形成してもよい。

あるいは、図６（ｂ）に示すように、測定管１２０のフランジ部１２１のライニング材１２３被膜側の面に、壁リング１２５を嵌める円周状の溝を形成してもよい。溝の幅は、壁リング１２５が嵌れば足りるため、壁リング１２５の幅と同等であってもよいし、壁リング１２５の幅より大きくてもよい。なお、この場合、壁リング１２５の厚さは溝の深さを考慮して定めるようにする。

次に、本発明の第３実施例について説明する。図７は、本発明の第３実施例に係る電磁流量計１００の測定管１２０のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１との接続箇所の断面図である。第３実施例では、ライニング材１２３の外周方向への変形を抑制する壁を、測定管１２０のフランジ部１２１に形成している。

すなわち、フランジ部１２１のライニング材１２３被膜側の面に、ライニング材１２３を囲むような突起１２１ａを円周状に形成する。突起１２１ａのサイズ、内径、高さは、実施例１におけるアースリング１２２の壁部１２２ｙと同様の扱いとすることができる。

次に、本発明の変形例について説明する。以下に示す変形例は、実施例１に適用した場合を例に説明するが、実施例２、実施例３に適用することも可能である。

上述の実施例では、アースリング１２２のリング板部１２２ｘのライニング材１２３と接触する面は平らで、一律の厚さであったが、変形例では、ライニング材１２３と接触する面について、リング板部１２２ｘの厚さを径方向で変化させる。

ライニング材１２３と接触する面について、アースリング１２２の厚みを変化させることで、電磁流量計側のフランジ部１２１と配管側フランジ部３１１とを接続する際にボルト締結による締め付けを行なうと、ライニング材１２３の圧縮率が場所によって変化することになる。

例えば、図８に示したアースリング１２２では、壁部１２２ｙを除いたリング板部１２２ｘでは、外周部分の厚さを厚くし、内周部分の厚さを薄くしている。この場合、ライニング材１２３の外周部分の圧縮率が高く、内周部分の圧縮率が低くなる。

一般に、ライニング材１２３の圧縮率を高くすることで、液密性が高まる反面、過大な力が加わるため劣化の進行が速くなる。ライニング材１２３が劣化することにより、弾性力が低下し、当初の液密性能の維持が困難となるおそれがある。そこで、変形例では、アースリング１２２の厚さを変化させることにより、ライニング材１２３の圧縮率を場所によって変化させ、高い液密性の確保と液密性能の長期間維持とを両立させるようにしている。すなわち、圧縮率の高い部分で高い液密性を確保し、圧縮率の低い部分で長期間の液密性能の維持を図っている。ただし、圧縮率の高い部分も、当初の液密性能が低下した場合であっても、ある程度の液密性能を長期間保つことが可能である。

図８に示したように、ライニング材１２３の外周部分の圧縮率を高く、内周部分の圧縮率を低くするために、アースリング１２２の外周方向の厚さを厚くし、内周方向の厚さを薄くしたことで、ライニング材１２３が被測定流体の圧力により外周方向に変形しようとした際に、アースリング１２２の厚さが変化することにより形成される斜面が、壁部１２２ｙとともに抵抗する力として働くようになる。これにより、ライニング材１２３の外周方向への変形が一層抑制されることも期待される。

また、図８に示した例では、アースリング１２２の厚さの変化が鋭角な部分を持たずに連続的になるようにしている。これにより、ライニング材１２３の圧縮率がいずれかの部分で最適になるとともに、角部と接触することによるライニング材１２３への負荷集中を避けることができる。

ただし、アースリング１２２の厚さの変化の態様は図８に示した例に限られない。例えば、図９に示すように、三角形の溝をアースリング１２２に形成してもよい。この場合、溝に対応する部分のライニング材１２３の圧縮率が低くなる。厚さの変化は、直線状でも曲線状でもよく、両者を混合してもよい。

また、図１０に示すように、アースリング１２２の外周部分の厚さを薄くし、内周部分の厚さを厚くしてもよい。この場合、ライニング材１２３の外周部分の圧縮率が低く、内周部分の圧縮率が高くなる。

さらには、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、各種形状の溝をアースリング１２２に形成してもよい。具体的には、アースリング１２２に四角形の溝（図１１（ａ））や半円状の溝（図１１（ｂ））、その他の形状の溝（図１１（ｃ））を形成してもよい。これらの場合には、ライニング材１２３の溝に対応する部分の圧縮率が低くなる。

また、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、各種形状の突起をアースリング１２２に形成してもよい。具体的には、アースリング１２２に四角形の突起（図１２（ａ））や半円状の突起（図１２（ｂ））、その他の形状の突起（図１２（ｃ））を形成してもよい。これらの場合には、突起がライニング材１２３に食い込むことになり、ライニング材１２３の突起に対応する部分の圧縮率が高くなるとともに、液密性の向上が期待できる。

なお、アースリング１２２の径方向の厚さを変化させるようにしていたが、アースリング１２２の円周方向の厚さを変化させたり、測定管１２０のフランジ部１２１の厚さを変化させるようにしてもよい。

１００…電磁流量計、１０１…電磁流量計、１２０…測定管、１２１…フランジ部、１２２…アースリング、１２２ｘ…リング板部、１２２ｙ…壁部、１２３…ライニング材、１２４…アースリング、１２５…壁リング、１４０…測定管、１４１…フランジ部、１４２…アースリング、１４２ｙ…壁部、１４３…ライニング材

Claims (11)

1. 配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、
   前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、
   前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングとを備え、
   前記アースリングは、リング板部と、前記リング板部の外周に沿って形成された壁部とを備え、
   前記壁部の内径は、前記ライニング材の前記フランジ部の締結側面における前記所定径よりも大きく、
   前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された際に、圧縮による変形により前記壁部に接触することを特徴とする電磁流量計。
2. 配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、
   前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、
   前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングと、
   前記フランジ部と前記アースリングとの間に取り付けられ、前記ライニング材の前記フランジ部の締結側面における前記所定径よりも大きい内径を有する環状の壁リングとを備えることを特徴とする電磁流量計。
3. 前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された際に、圧縮による変形により前記壁リングに接触することを特徴とする請求項２に記載の電磁流量計。
4. 前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された後に、被測定流体からの圧力による変形により前記壁リングに接触することを特徴とする請求項２に記載の電磁流量計。
5. 前記アースリングは、前記ライニング材側の面について、厚さが変化していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の電磁流量計。
6. 前記フランジ部のアースリング側の面あるいは前記アースリングのフランジ側の面に、前記壁リングを嵌め込む溝が形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電磁流量計。
7. 配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、
   前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、
   前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングとを備え、
   前記フランジ部の締結側の面に、前記ライニング材を囲む突起が円周状に形成され、
   前記円周状の突起の内径は、前記ライニング材の前記フランジ部の締結側面における前記所定径よりも大きく、
   前記ライニング材は、前記フランジ部と前記配管側のフランジとがボルト締結により接続された際に、圧縮による変形により前記円周状の突起に接触することを特徴とする電磁流量計。
8. 配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、
   前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、
   前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングとを備え、
   前記アースリングは、リング板部と、前記リング板部の外周に沿って形成された壁部とを備え、
   前記アースリングのリング板部は、前記ライニング材側の面について、厚さが変化していることを特徴とする電磁流量計。
9. 前記アースリングのリング板部の厚さは、外周部分が内周部分より厚いことを特徴とする請求項８に記載の電磁流量計。
10. 前記アースリングのリング板部に形成された溝あるいは突起により前記厚さが変化していることを特徴とする請求項８に記載の電磁流量計。
11. 配管側のフランジとボルト締結により接続されるフランジ部が形成された測定管を備えた電磁流量計であって、
    前記測定管内と前記フランジ部の締結側面の所定径の内周領域とを覆うライニング材と、
    前記フランジ部と前記配管側のフランジとの間に取り付けられるアースリングとを備え、
    前記フランジ部の締結側の面に、前記ライニング材を囲む突起が円周状に形成され、
    前記アースリングは、前記ライニング材側の面について、厚さが変化していることを特徴とする電磁流量計。