JP2000513821A - 媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 羽根（１３）を有する羽根車（１０）を収容するために媒体の流通する空間（２）を有するハウジング（１）を含み、その際、羽根車（１０）が、軸（１１）を収容する中心穴（１５）を備えた支持部材（１２）を有し、その際、支持部材（１２）が、軸（１１）の範囲に、支持部材（１２）における中心穴（１５）に対して半径方向に延びた少なくとも１つの開口（１２ａ）を有する、媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置。

Description

【発明の詳細な説明】 媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置 少なくとも１つの羽根を有する羽根車を収容するために媒体の流通する空間を 有するハウジングを含み、その際、羽根車が、軸を収容する中心穴を備えた支持 部材を有する、媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置。 ドイツ連邦共和国特許第４１１１００１号明細書によれば、ハウジングの穴内 に回転させられる羽根車が配置された装置が公知である。羽根車の回転を発生す るために、羽根車の前にいわゆる“旋回部材”が支持されている。この旋回部材 は、流れに旋回を引起こし、この旋回は、他方において羽根車を回転させる。回 転速度を検出するために、羽根の端部に磁石があり、その際、磁石によってハウ ジング内に配置されたコイルに、電圧が誘起される。羽根車の磁石によって形成 された羽根によって引起こされるコイル内の電圧パルスを計数することによって 、羽根の回転速度が検出できる。この回転速度は、媒体の流速に関する尺度をな している。 フランス国特許第２７１７５３６号明細書によれば、到来する流れを均一化す るためにタービンの前に穴あき板が支持されたタービンの回転速度を検出する装 置が公知である。 スイス国特許第３０８９２２号明細書によれば、流体の量測定のために利用さ れるようなロータを有する流通測定器が公知である。ロータは、磁石の形のパル ス発生器を有する支持部材を含み、この磁石は、流通測定器のハウジング内にお ける相応するコイルと共同動作する。その上さらに支持部材上に羽根が配置され ており、これらの羽根は、支持部材の後側端部に配置されており、その際、支持 部材は、ハウジング内において軸線方向に可動に支持されている。 米国特許第５３７２０４８号明細書によれば、初めに述べたような装 置が公知である。ここに記載された装置は、羽根車を有するハウジングを示して おり、その際、羽根車の支持は軸によって行なわれる。ここでも羽根車は、軸に よって軸線方向に可動に収容可能であることが考慮されている。羽根車自体は、 その外周に磁石かごを有し、この磁石かごは、タービンの回転速度を検出するた めに、ハウジング内に配置されたコイルに対してパルス発生器として使われる。 この時、流通量に依存して羽根車は、毎分３００００回転までの回転速度に達 することがあるとわかった。さらにこのような回転速度において軸と羽根車又は 支持部材との間の摩擦に基づいて、羽根車の支持部の些細ではない加熱が行なわ れることがわかった。この摩擦は、羽根車の支持部にかなりの磨耗を引起こす。 それ故に本発明の課題は、高い回転速度の際に、これが十分に長い寿命を有す るように、初めに述べたような装置を変形することにある。 本発明によれば、課題は次のようにして解決される。すなわち支持部材が、軸 の範囲に、支持部材における軸のための中心穴に対して半径方向に延びた少なく とも１つの開口を有する。それにより羽根車を囲む媒体、例えば水が、半径方向 開口を通って支持部材における中心穴内に侵入することができ、かつここにおい て所定の潤滑を引起こすだけでなく、その上さらに冷却も配慮することが達成さ れる。 詳細には次のことが考慮されている。すなわち軸を支持するためになるべく円 筒形の支持部材内にスラスト軸受が設けられており、かつその上さらに軸が、支 持部材において少なくとも１つの、なるべく２つのラジアル軸受によって支持さ れている。 本発明のとくに有利な特徴によれば、軸は、支持部材においてわずかな半径方 向遊びをもって支持されているので、意図して液体は、羽根車の支持部材の中心 穴内に侵入することができ、かつここから羽根車の回転の際に発生される遠心力 に基づいて、支持部材における半径方向に延びた開口を通って外方に送られる。 すなわち支持部材の中心穴内におけ る液体の持続的な交換が行なわれ、その結果、連続的な冷却が可能であり、かつ これに伴って軸受又は軸を潤滑する液体も常に十分に存在する。毎分３００００ 回転までの回転速度の際にさえ、このような構造により装置の十分な寿命を保証 することができる。 本発明の別の特徴によれば、次のことが考慮されている。すなわち羽根が、円 筒形の支持部材の主要部分にわたって延びている。このように長い羽根構成によ って高い効率が達成され、このことは、大体において圧力損失を小さく維持でき ることに基づいている。この目的のために、羽根がほぼ４５°の迎え角を有する という処置も使われる。 本発明の別の特別の特徴によれば、羽根は、弧の様式にしたがって形成されて おり、その際、詳細には、弧の、とくに楕円弧の様式に形成された２つの羽根が 、対角線上に又は互いに十字状に延びるように、円筒形支持部材の周上に配置さ れている。羽根の楕円形は、支持部材の周にわたる羽根の対角線上の延びによっ て生じる。弧の様式又は波形の湾曲にしたがって形成された羽根により、比較的 大きな羽根面積が提供されるが、その際、羽根車の直径は、全体的に小さく維持 することができる。すでに別の位置において説明したように、このような大きな 羽根面積は、装置の効率を全体的に高めるために使われる。支持部材の周上にお ける羽根の十字状の配置によって、生じる半径方向の力を大体において解消する ことが引起こされ、このことは、この処置によってもラジアル軸受がわずかしか 負荷を受けないという利点を有する。 本発明の特別な特徴によれば、羽根車の羽根の交差点は、流れの方向に見て、 スラスト軸受から間隔を置いて支持部材上に配置されており；その際、支持部材 は、支持部材上に配置された羽根の長さを著しく越えて軸線方向に延びていると 有利である。とくに羽根車上における羽根の交差点とスラスト軸受との間の大き な間隔によって、羽根車が矢印のように自身で心出しされることが達成されるの で、支持部材に対して軸を支持するラジアル軸受は、わずかな負荷しか受けず、 したがって装置の 寿命は、全体的に著しく増加することができる。羽根車のこの擬似的な自動心出 しは、支持部材上における羽根の配置に基づいて、この支持部材が、矢印のよう に、常にハウジングの空間内の中心に整列される努力を有するということに基づ いている。その点において軸も空間の中心に配置されているとき、すでに前に述 べたように、ラジアル軸受の範囲にわずかな磨耗しか行なわれない。 羽根車の回転速度を検出するために、支持部材は、流れの方向に見て、スラス ト軸受の前にパルス発生器、例えば磁石を有し、このパルス発生器は、ハウジン グ内に配置されたパルスピックアップ、例えばコイルと共同動作する。 装置のとくに有利な構成は、次の点で傑出している。すなわち流れの方向に見 て、支持部材の前に、空間内又は空間内の乱流を均一化し又は整列するために、 前側穴あき板が配置されている。このような穴あき板の配置によって、流れが穴 あき板を通った後に羽根車に当たった際に、いぜんとして乱れているが、それで もなお羽根車の羽根に媒体が当たる際に直接羽根車自体が回転させられるような 方向に向けられることが達成される。このことは、通常従来の技術によれば、ハ ウジング内に流れを均一化できる長い先行区間を利用することによってしか達成 されない。このように均一化されたがそれでもなお乱れている流れによって、大 きな測定範囲にわたる、すなわち種々の大きさの流通量の際の正確な測定が可能 であることが達成される。 流れの方向に見て、羽根車の後に第２の穴あき板があり、この穴あき板は、第 １の前側穴あき板に対応して形成されており、かつこの穴あき板は、羽根車の支 持部材のための軸を収容するためにも使われる。従来の技術によれば、羽根車の 後に、例えば渦形成による後続の流れの経過からの妨害を避けるために、所定の 追従区間が存在することは、同様に通常のことである。このことは、このような 渦形成が、羽根車の後において生じるとはいえ、後続の案内経過に依存してそれ でもなお回転速度 に、したがって羽根車の応答特性に影響を全体的に及ぼすことがあるからである 。 次に本発明を図面により例示して詳細に説明する： 図１は、側面から見た装置を断面図で示し； 図２は、羽根車を斜視図で示し； 図３は、図２による羽根車を９０°だけ旋回して示している。 図１によれば、装置のハウジングは１で示されており、ハウジング１内に空間 ２があり、この空間は、全体的に１０で示す羽根車を収容するために使われ、そ の際、羽根車１０の支持部材１２は、穴１５内に軸１１を収容しており、この軸 は、後側穴あき板２１の穴２０によって保持されている。穴あき板２１は、円形 に周に分散された８つの穴２２を有する。羽根車の支持部材１２は、空間２の長 さの大部分にわたって延びている。矢印５０による流通方向に見て、支持部材１ ２上に弧状に形成された羽根１３が配置されている(図２及び図３参照)。すなわ ち弧状の羽根は、支持部材の周にわたって対角線上に又は十字状に延びている。 羽根１３の迎え角は、ほぼ４５°である。 支持部材１２は、軸１１によって、２つのラジアル軸受１７、１８及び１つの スラスト軸受１９を設けることによって支持されている。すでに述べたように、 軸は、半径方向遊びをもって軸受１７及び１８によって収容でき、それにより空 間２内に存在する媒体、例えば水が、支持部材１２の穴１５内に侵入することが でき、かつ支持部材に半径方向に配置された開口１２ａを通って外方に出ること が達成される。それによりその結果として所定の洗浄効果が発生され、すなわち 支持部材において軸受１８と１７と１９の間に開口が配置されているので、軸受 １７−１９の連続的な冷却及び潤滑が行なわれる。洗浄によりその上さらに、穴 １５内に存在する汚れ粒子を洗い流すことができることが引起こされ、このこと は、軸受における磨耗を全体的にさらに減少する。 スラスト軸受１９の前に流れ方向に抗して、磁石６０があり、この磁 石は、ハウジングに配置されたパルスピックアップ、例えばコイル７０と共同動 作する。ただしコイル７０は、図１による図面には概略的に暗示されているだけ である。 この時、支持部材１２上における羽根１３の配置は、羽根の交差点が、スラス ト軸受け１９から間隔（矢印８０）を置いて支持部材上にあり、かつ羽根が支持 部材１２にわたって延びているようになっている。それにより羽根車が、矢印の ように自動的に心出しされることが達成される。その際、羽根１３の交差点に対 するスラスト軸受け１９の間隔が大きく選定されるほど、空間内における羽根車 の心出し作用が良好になるということが成立つ。スラスト軸受け１９の前に支持 されて、すでに説明したように、磁石６０があり、この磁石は、同様に支持部材 において羽根範囲の外に配置されている。磁石のこのような配置により、磁石と 空間２の空間内壁との間の中間空間が、流れによって汚れが常に直接引き剥がさ れるほど大きいので、磁石の範囲に汚れが堆積することがないことが達成される 。ただし磁石の範囲における汚れの危険は、羽根１３の範囲に磁石を配置したと き存在する。このことは、空間２の内壁に対する羽根１３の間のわずかな間隔に より汚れ堆積が生じ、これらのよこれ堆積がコイルとのその共同動作に関する磁 石の作用を害することがあることがわかったからである。 支持部材１２の前に別の穴あき板３１が支持されている。穴あき板３１は、再 び周に分散して８つの穴３２を有し、その際、これらの穴によって、板に当たる 乱流が均一化される。その際、穴３２の大きさは、このことが同様に穴あき板２ １に当てはまり、これらの穴あき板の穴が描く空いた横断面積が、ハウジング１ の空間２の内壁と支持部材１２の外径との間に与えられる流れ横断面積よりも小 さいようになっている。 穴あき板３１は、その上さらに中心に心棒に似た突起３５を有し、この突起に よって、空間２内の支持部材１２の軸線方向遊びが制限されている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月１５日（１９９８．１２．１５） 【補正内容】 明細書 媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置 少なくとも１つの羽根を有する羽根車を収容するために軸線方向に媒体の流通 する空間を有するハウジングを含み、その際、羽根車が、軸を収容する中心穴を 備えた支持部材を有し、その際、支持部材が、軸の範囲に、支持部材における中 心穴に通じる半径方向に延びた少なくとも１つの開口を有する、媒体、例えば液 体又はガスの流速を判定する装置に関する。 ドイツ連邦共和国特許第４１１１００１号明細書によれば、ハウジングの穴内 に回転させられる羽根車が配置された装置が公知である。羽根車の回転を発生す るために、羽根車の前にいわゆる“旋回部材”が支持されている。この旋回部材 は、流れに旋回を引起こし、この旋回は、他方において羽根車を回転させる。回 転速度を検出するために、羽根の端部に磁石があり、その際、磁石によってハウ ジング内に配置されたコイルに、電圧が誘起される。羽根車の磁石によって形成 された羽根によって引起こされるコイル内の電圧パルスを計数することによって 、羽根の回転速度が検出できる。この回転速度は、媒体の流速に関する尺度をな している。 フランス国特許第２７１７５３６号明細書によれば、到来する流れを均一化す るためにタービンの前に穴あき板が支持されたタービンの回転速度を検出する装 置が公知である。 スイス国特許第３０８９２２号明細書によれば、流体の量測定のために利用さ れるようなロータを有する流通測定器が公知である。ロータは、磁石の形のパル ス発生器を有する支持部材を含み、この磁石は、流通測定器のハウジング内にお ける相応するコイルと共同動作する。その上さらに支持部材上に羽根が配置され ており、これらの羽根は、支持部材の 後側端部に配置されており、その際、支持部材は、ハウジング内において軸線方 向に可動に支持されている。 米国特許第５３７２０４８号明細書に記載された装置は、羽根車を有するハウ ジングを示しており、その際、羽根車の支持は軸によって行なわれる。ここでも 羽根車は、軸によって軸線方向に可動に収容可能であることが考慮されている。 羽根車自体は、その外周に磁石かごを有し、この磁石かごは、ロータの回転速度 を検出するために、ハウジング内に配置されたコイルに対してパルス発生器とし て使われる。 特開昭５６−１２８４１４号公報は、タービン状の流通測定器を示しており、 ここにおいて羽根を備えたロータは、磁気的にハウジング内に支持されている。 羽根自体は、ロータのハウジング上に十字状に配置されている。 同様に特開昭５７−０２０６１１号公報は、流通測定器を示しており、その際 、ロータは、十字状に配置された２つの羽根を有し、これらの羽根の交差点にパ ルス発生器として磁石が配置されている。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３４１５３６６号明細書によれば、水量計が 公知であり、その際、タービン羽根車に半径方向に流れが当たる。タービン羽根 車の支持は、軸上におけるラジアル軸受によって行なわれ、その際、ラジアル軸 受は、通路によって羽根車の遠心力空間に結合されているので、水流により軸受 から汚れ粒子が洗い出されるようにする。この水量計は、半径方向流に基づいて 比較的大きい。計数機構のパルス速度、及びこれに伴ってこのカウンタの精度を 高めるために、変速機が設けられており、それにより構造大きさがなおさらに増 加する。さもないと軸受の範囲における磨耗が多すぎるので、流通方向において 水平に整列して組込まなければならないということは、このカウンタにおいてさ らに不利である。その上さらに洗浄通路の案内に基づいて、水中にある汚れ粒子 が軸受内に洗浄され、かつここにおいて増加した磨耗を引起こすという恐れがあ る。それ故に磨耗の最少化は前提とされてい ない。 ＰＣＴ第ＷＯ９２／２１９３９号明細書によれば、初めに挙げたような装置が 公知である。その際、羽根車のための支持部材において軸の端部の範囲に、半径 方向に延びた２つの穴が設けられており、これらの穴は、互いに対向して支持部 材に配置されている。穴によって、液体が軸と支持部材との間の範囲に到達し、 かつここにおいて潤滑、冷却及び洗浄を配慮することが達成されるようにする。 ただし液体が、両方の穴を通って侵入し、かつ支持部材の軸線方向穴の開口から 出ることは、思い浮かべることができない。このことは、軸と支持部材との間の 範囲における流れの抵抗が、前記の穴のうちの１つが有する抵抗よりも大きいか らである。それ故に液体は、一方の半径方向穴を通って流入し、かつ他方の半径 方向穴を通って流出することが前提となる。その際、言うに値する程の液体量が 、軸と支持部材の穴との間の範囲に到達する場合でさえ、水中に連行される汚れ 粒子がこの範囲に到達し、かつここにおいて急速な磨耗を引起こす危険がある。 なぜなら結局流れ媒体、例えば水によって些細ではない量の汚れ粒子が連行され るからである。 この時、流通量に依存して羽根車は、毎分３００００回転までの回転速度に達 することがあるとわかった。さらにこのような回転速度において軸と羽根車又は 支持部材との間の摩擦に基づいて、羽根車の支持部の些細ではない加熱が行なわ れることがわかった。この摩擦は、羽根車の支持部にかなりの磨耗を引起こす。 それ故に本発明の課題は、高い回転速度及び汚れ粒子を備えた媒体の際に、こ れが十分に長い寿命を有するように、初めに述べたような装置を変形することに ある。 本発明によれば、課題は次のようにして解決される。すなわち軸が、支持部材 において少なくとも１つの、なるべく２つのラジアル軸受によって支持されてお り、その際、支持部材の穴と軸との間に半径方向遊びが設けられている。 流れの方向に見て、羽根の後に、支持部材の回転の際にわずかな負圧が生じる 。負圧によって液体は、ラジアル支持体の半径方向遊びに基づいて、支持部材の 中心穴内に引込まれ、かつ支持部材の前側部分における半径方向に延びた開口を 通って押出される。液体内に存在しかつ流れによって連行される汚れ粒子が、直 接空間から洗い出されるが、中心穴内に到達することがないことがわかった。そ れにより次のことが明らかになる。すなわち支持部材の中心穴内におけ 請求の範囲 １．羽根（１３）を有する羽根車（１０）を収容するために軸線方向に媒体の 流通する空間（２）を有するハウジング（１）を含み、その際、羽根車（１０） が、軸（１１）を収容する中心穴（１５）を備えた支持部材（１２）を有し、そ の際、支持部材（１２）が、軸（１１）の範囲に、中心穴（１５）に通じる半径 方向に延びた少なくとも１つの開口（１２ａ）を有する、媒体、例えば液体又は ガスの流速を判定する装置において、 軸（１１）が、支持部材（１２）において少なくとも１つの、なるべく２つの ラジアル軸受（１７，１８）によって支持されており、その際、支持部材（１２ ）の穴と軸（１１）との間に、半径方向の遊びが設けられていることを特徴とす る、媒体、例えば液体又はガスの流速を判定する装置。 ２．軸（１１）を支持するために支持部材（１２）内にスラスト軸受が設けら れていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３．羽根（１３）が、弧の様式にしたがって形成されていることを特徴とする 、請求項１に記載の装置。 ４．弧の様式にしたがって形成された２つの羽根（１３）が、支持部材（１２ ）の周に互いに十字状に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の装 置。 ５．羽根車（１０）の羽根（１３）の交差点が、流れの方向（矢印５０）に見 て、スラスト軸受（１９）から間隔（矢印８０）を置いて支持部材（１２）上に 配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。 ６．羽根（１３）が、支持部材（１２）の主要部分にわたって延びていること を特徴とする、請求項３に記載の装置。 ７．羽根（１３）が、ほぼ４５°の迎え角を有することを特徴とする、 請求項３に記載の装置。 ８．支持部材（１２）が、流れの方向（矢印５０）に見て、スラスト軸受の前 に少なくとも１つのパルス発生器（６０）を有し、このパルス発生器が、羽根車 （１０）の回転速度を検出するためにハウジング（１）内に配置されたパルスピ ックアップ（７０）と共同動作することを特徴とする、請求項２に記載の装置。 ９．支持部材（１２）が、支持部材（１２）上に配置された羽根（１３）の長 さを著しく越えて軸線方向に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の装 置。 １０．流れの方向に見て、支持部材（１２）の前に、空間（２）内の乱流を均 一化し又は整列するために、前側穴あき板（３１）が配置されていることを特徴 とする、請求項１に記載の装置。 １１．前側穴あき板（３１）が、軸（１１）上における支持部材（１２）の軸 線方向遊びを制限するために、支持部材（１２）に向けられた心棒に似た突起（ ３５）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。 １２．流れの方向（矢印５０）に見て、支持部材（１２）の後に後側穴あき板 （２１）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 １３．支持部材（１２）のための軸（１１）が、後側穴あき板（２１）の中心 に支持されていることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。 １４．支持部材（１２）が、円筒形に形成されていることを特徴とする、請求 項１に記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．羽根（１３）を有する羽根車（１０）を収容するために媒体の流通する空 間（２）を有するハウジング（１）を含み、その際、羽根車（１０）が、軸（１ １）を収容する中心穴（１５）を備えた支持部材（１２）を有する、媒体、例え ば液体又はガスの流速を判定する装置において、 支持部材（１２）が、軸（１ １）の範囲に、支持部材（１２）における中心穴（１５）に対して半径方向に延 びた少なくとも１つの開口（１２ａ）を有することを特徴とする、媒体、例えば 液体又はガスの流速を判定する装置。 ２．軸（１１）を支持するために支持部材（１９）内にスラスト軸受が設けら れていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３．軸（１１）が、支持部材（１２）において少なくとも１つの、なるべく２ つのラジアル軸受（１７，１８）によって支持されていることを特徴とする、請 求項１に記載の装置。 ４．軸（１１）が、支持部材（１２）において半径方向遊びをもって支持され ていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ５．羽根（１３）が、弧の様式にしたがって形成されていることを特徴とする 、前記請求項の１つに記載の装置。 ６．弧の様式にしたがって形成された２つの羽根（１３）が、支持部材（１２ ）の周に互いに十字状に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の装 置。 ７．羽根車（１０）の羽根（１３）の交差点が、流れの方向（矢印５０）に見 て、スラスト軸受（１９）から間隔（矢印８０）を置いて支持部材（１２）上に 配置されていることを特徴とする、前記請求項の１つに記載の装置。 ８．羽根（１３）が、支持部材（１２）の主要部分にわたって延びていること を特徴とする、請求項５に記載の装置。 ９．羽根（１３）が、ほぼ４５°の迎え角を有することを特徴とする、前記請 求項の１つに記載の装置。 １０．支持部材（１２）が、流れの方向（矢印５０）に見て、スラスト軸受の 前に少なくとも１つのパルス発生器（６０）を有し、このパルス発生器が、羽根 車（１０）の回転速度を検出するためにハウジング（１）内に配置されたパルス ピックアップ（７０）と共同動作することを特徴とする、前記請求項の１つに記 載の装置。 １１．支持部材（１２）が、支持部材（１２）上に配置された羽根（１３）の 長さを著しく越えて軸線方向に延びていることを特徴とする、請求項５に記載の 装置。 １２．流れの方向に見て、支持部材（１２）の前に、空間（２）内の乱流を均 一化し又は整列するために、前側穴あき板（３１）が配置されていることを特徴 とする、前記請求項の１つに記載の装置。 １３．前側穴あき板（３１）が、軸（１１）上における支持部材（１２）の軸 線方向遊びを制限するために、支持部材（１２）に向けられた心棒に似た突起（ ３５）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。 １４．流れの方向（矢印５０）に見て、支持部材（１２）の後に後側穴あき板 （２１）が設けられていることを特徴とする、前記請求項の１つに記載の装置。 １５．支持部材（１２）のための軸（１１）が、後側穴あき板（２１）の中心 に支持されていることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。 １６．支持部材（１２）が、円筒形に形成されていることを特徴とする、前記 請求項の１つに記載の装置。