JPS5851207B2 - 気体の流量を検出する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスダクト内を流通する気体の流速を検出する
方法に関し、特に鉄鋼プラントにおける高炉の炉頂ガス
等の金粉塵ガス体の流速の検出方法に関するものである
。

高炉等の操業を最適状態に制御するためには、炉内のガ
ス流速の分布を測定し把握しておく必要がある。

しかし、高炉内のガス流速を測定することは非常に困難
である。

即ち、炉頂ガスには製鉄原材料の微細な粒子や固体状の
粉塊物を含んでおり、極めて汚れている。

また高炉内は高温であり、圧力の変動も激しいという悪
条件でもある。

このような条件のもとでの流体の流速測定では、ダスト
による影響や温度及び圧力の変動による影響をなくさな
ければならず、従来のピトー管による流速の測定方法で
は、ダストが詰って測定が困難であった。

又、熱線式流速計による測定でも、前記ダストに依って
熱線センサ一部が汚染し、測定感度が鈍ったり、ダスト
による摩耗で熱線が断線する等、測定不能になることが
あった。

更に、プロペラ式の流速計やレーザー流速計も、高炉の
如く高温でダストの多い条件の流体の測定は不可能であ
った。

而して、前記問題を解決するために従来においてもピト
ー管と熱線式流速計とを組合せたもので、連続的にパー
ジガスを流入せしめて測定する方法や、導管に配置され
た第１電気抵抗装置及び流体を実質的に停滞した状態で
供給される部屋に配置された第２電気抵抗装置の相対的
電気パラメーターから流速をｉｌＬｌｉｌｉＭする方法
等の提案も一部にはななされていたが、該方法において
も、例えば前者においては、ダクト内のガス圧力変動に
同調させて、パージガスの圧力を制御しなければならず
、そのため、圧力が一定（大気圧）と言った、例えば煙
突等には使用できるが、高炉等の如く圧力変動の大きい
（大気圧〜４ｋｇ／ｄ ）ガス流体の流速測定において
は、特殊な調節機を必要とし、一般の実施は困難であっ
た。

又、後者においては、ガスダクト内にプローブを突出せ
しめて配し、該プローブの入口を通って二つの電気抵抗
装置からなる流量センサーのある導管へと連続したガス
体の流れを生じ、該ガス体の流れはプローブの出口を経
てガスダクトへと戻っていることから、流量センサーに
はガスダクトを通るガス体そのものが流れることになり
、ダストによる管路の閉塞あるいは流量センサーがガス
ダクト内のガス体により腐食される恐れがある。

また、流量センサーが特殊な装置であるため構造が複雑
であり、さらにこの流速計の出力は、流速に対してリニ
ヤでなく、リニヤライザーなどの装置が必要である上に
測定ガスの圧力変動も考慮していない等、実用化される
には問題点が多かった。

この発明は、上述したごとき従来法における問題点の積
極的な解決を計るもので粉塵を含んで汚れ、更に圧力及
び温度変動が大きいガス体の流速を正確、かつ確実に検
出するための新規な方法を提供することを目的とするも
のである。

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

さて、第１図は、この発明方法を実施するに当り測定機
器の配置状態を示す説明図であり、１はガスダクトであ
って、ガス体は矢印入方向に流入する。

該ガスダクト１内には図示する如くピトー管２が挿入さ
れていて、該ピトー管２は総圧側連絡導管３と静圧側連
絡導管４とに分岐し、かつループ状に形成されている。

前記連絡導管３及び４にはパージガス供給管５及び６が
連結されている。

７．８，９，１０はそれぞれ電磁弁を示す。

１１は熱線式流速計、１２は熱線センサー、１３は鉄ブ
ロック、１４は恒温槽を示す。

１５はピトー管２の近傍におけるガス体の温度を測定す
る温度検出端、１６はガスダクト１内の圧力を検出する
圧力検出端であり、１７および１Ｂは前記検出端１５お
よび１６に連結された温度発信器および圧力発信器を示
す。

また１９は、前記熱線式流速計１１、温度発信器１７お
よび圧力発信器１８の出力をそれぞれ入力せしめると共
に後述する演算を行う演算装置である。

而して、本発明においてガス体の流速を測定するには、
先づ電磁弁７及び１０を開状態にし、電磁弁８及び９は
閉状態になされる。

この状態では、パージガスは総圧側連絡導管３及び静圧
側連絡導管４をそれぞれ矢印２０及び２１の方向へ流れ
てピトー管２の先端までのガスパージを行なう。

次いで、電磁弁７及び１０を閉じ、ピトー管２及び連絡
導管３，４内にパージガスが滞留した状態にする。

このとき、ガスダクト１内の流体の圧力と、ピトー管２
及び連絡導管３，４内に滞留したパージガスの圧力とは
静圧において等しくなる。

その後、電磁弁８及び９を開放すると、ピトー管２によ
って生じる差圧により、測定導管２２内に矢印２３方向
のパージガスの流れを生じる。

この測定導管２２内の流れの流速は低流速で、かつ層流
である。

このパージガスの流れが、熱線流速計１１の熱線センサ
ー１２に接する。

一方前記電磁弁８及び９を開放した時点におけるガスダ
クト１内の流体の温度および圧力（静圧力）が温度検出
端１５および圧力検出端１６によって測定されそのｌ１
ｌｆｆｌ値は温度発信器１７および圧力発信器１８を介
して演算装置１９に入力される。

ところで、ピトー管内の流体の流速■とピトー管の差圧
ＪＰとの関係は、前記のようにピトー管内の流れが層流
であるので、公知のハーゲン・ポアズイユの法則により
、（１）式のような関係にある。

ＪＰ−Ｖ ・・・・・・（１
）またピトー管の差圧ＪＰとガスダクト内の流体の流速
Ｖ及び圧力Ｐならびに温度Ｔとの間にはベルヌーイの定
理に基づき（２）式のような関係式が成立する。

ダクト内流体の流速■とピトー管内の流体の流速■との
関係は、上記（２）式に示すピトー管の差圧と流速省圧
力および温度との関係から、前記（１）式の条件が成立
する層流域では、ピトー管内の流体の流速■とダクト内
流体の流速■及び圧力Ｐならびに温度Ｔとの間には（３
）式の関係があり、その関係の一例を第４図に示す。

一方、第２図に示す如き回路の定温度型熱線式流速計１
１を用いた実験により、メーターの読みである熱線式流
速計１１の出力Ｅは、ピトー管２内の流体の流速■と圧
力Ｐとに密接な相関々係を有しているが、その相関々係
は前記流速■がある流速■。

以上のときと以下のときによって相違し。下記（４）
、 （５）式のような形で得られることが確認された。

但し、Ｋｌ ｊ Ｋ２ ｔ Ｋ３ ”定数ｎ：熱線流速
計の特性および使用範囲によって設定される係数 ここで熱線センサー１２を流れる流体の温度は、恒温槽
１４で常にブ定にしているため、定数に、。

Ｋ２ ｊ Ｋ３と（４） 、 （５）式の比例定数に包
含される。

前記（４） 、 （５）式の熱線式流速計１１の出力Ｅ
とピトー管内の流体の流速■との関係は第５図に示す如
き特性となる。

本発明では測定時にピトー管と熱線流速計が連絡導管３
および４と測定導管２２を介して連通されるので前記（
３）式と（４）式、あるいは（５）式より■〈■ｏのと
き 但 Ｋ１□、に２０．に３．：定数 の関係式（６） 、 （７）が得られる。

第４図と第５図よりピトー管熱線式流速計（本発明の如
くピトー管と熱線式流速計を組合せたもの）の出力Ｅと
ダクト内流体の流速Ｖとの関係は、第６図に示すごとく
なる。

逆に前記（６） 、 （７）式より出力を検出してダク
ト内流体の流速Ｖを求めるには、下記８） ｐ （ＩＫ
で表わすことができる。

ＫＡ−ＫＥ：熱線流速計およびパージガスの特性により
設定される係数 前記（８） 、 （１０）式のいずれを使用するかは、
前述のように、測定導管２２を流れる流体の流速■によ
って決定される力入その境界に相当する流速（以下境界
流速■。

と云う。）は、熱線流速計１１およびパージガスの特性
によって異なる。

例えばパージガスとしてＮ２ガスを用い、線径５μ×長
さ１山のタングステン熱線センサー１２を有する熱線流
速計１１を用いた実施例では、前記境界流速■ｏは０１
１６ｍ／ｓｅｃとなり、同時に各係数をＫＡ：０．３２
．ＫＢニー０．９１．ＫＯ：０．２０．ＫＤ：０．４４
。

Ｋｇ：３．５９とすることにより、ダクト１内の流体の
流速Ｖを正確に検出することが可能であった。

ここで係数ｎについては熱線流速計の特性および使用範
囲によって異なるが一般的に用いられる熱線式流速計で
は通常ｎ ＝ １〜２の範囲となる。

前記第２図に示す実施例の熱線式流速計ではその使用範
囲（Ｏ〜５ｍ／５ｅｃ）において風洞実験によりｎ＝＝
ｉとなった。

従って使用する熱線式流速計の特性及びその使用範囲に
応じて、係数ｎはあらかじめ実験あるいは経験により設
定される。

而して本発明においては熱線流速計１１およびパージガ
スの特性に応じてあらかじめ境界流速■。

並びに係数ＫＡ−ＫＤを設定し、それを前記係数ｎと共
に演算装置１９に記憶せしめておくことによって、定期
的、あるいは、必要が生じた都度電磁弁７および１０を
閉、電磁弁８および９を開とし、測定導管２２内を流れ
る流体、即ちパージガスの流速を測定すると共に、その
時のダクト１内を流れる流体、即ち本発明で称する被測
定気体流の温度および圧力を測定し、その測定値をそれ
ぞれ演算装置１９に入力せしめ、前記（８）式あるいは
（１（９式の演算をすれば被測定気体流の温度および／
もしくは圧力変動を補正した流速の真値を検出すること
ができる。

本発明の装置を使用して炉溶積２８００−の高炉の炉頂
ガス流速を測定した一実施例では、高温下で粉じんを含
み、かつ低流速範囲である流速を正確に検出でき、例え
ば、炉中心部では２〜６ｍ／ｓｅｃ炉壁近傍では１〜２
ｍ／ｓｅｃの流速値を得ることができた。

尚この発明の流体の流速測定方法によれば、流速測定中
にパージガスが移動する。

それに伴い、ダクト内の流体がピトー管内に流入するが
、その流入が、第１図に示す電磁弁８の手前に達するま
でを測定可能時間として設定し、電磁弁８及び９を閉に
し、電磁弁７及び１０を開いてピトー管のパージを行な
う。

第３図に電磁弁開閉とガスパージ及び流速測定のタイム
チャートを示す。

このように、この発明の測定方法によれば、熱線式流速
計では、常にパージ用の清浄なガスだけを測定するよう
になるので、熱線センサーは常に清浄なガスに接し、腐
蝕、感度の低下を防止できるとともに、一定した熱伝導
度をもつパージ用ガス体を測定対象とすることができ、
正確な計測が可能である。

又、一般に知られているピトー管と熱線流速計を効果的
に組合わせて気体の流速を測定することから測定に要す
る装置は簡単なもので良く、而してその保全性も極めて
秀れ、長期間安定したｌ１ｌｆｆｌが可能となった。

尚、パージガスの温度変化の対策として、熱線センサー
を熱容量の大きい鉄ブロック内に収め、その鉄ブロック
の温度を恒温槽で一定に保つことにより、そこを流れる
パージガスの温度を一定に保っている。

上述した実施例ではＬ型ピトー管の使用例について説明
したが、その外、例えばウェスタン型等の他のピトー管
を使用しても差支えない。

また、この発明の方法では、ピトー管の差圧によるパー
ジガスの移動を介して流体の流速を測定するものである
から、応答性が早く、又熱線センサーをピトー管から遠
く離すことができ、かりに、ピトー管が高温下にあって
も、検出部は常温の箇所に配することができ、保守上で
も極めて優れた方法である。

なお、前記この発明の詳細な説明は高炉での使用例を中
心にして述べているが、この発明の流速測定方法は高炉
のみに限定されることなく、焼結やフレアスタック、そ
の他圧力、温度変動があり、粉塵の多いガス管路におけ
る流体の流速測定にも実施できることは言うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明方法の実施例を示すもので、第１図は測定
機器の配置例を示す説明図、第２図は、定温度型熱線式
流速計の回路図を示し、第３図は電磁弁開閉とガスパー
ジ及び流速測定のタイムチャートを示す。 第４図乃至第６図はこの発明方法における各測定要素と
ダクト内流体の圧力との関係を示す線図であって、第４
図はダクト内流体の流速とピトー管内流体の流速の関係
を示し、第５図はピトー管内流体の流速と熱線式流速計
の出力Ｅとの関係を示し、第６図はダクト内流体の流速
とピトー管熱線式流速計出力との関係を示す。 １・・・・・・ガスダクト、２・・・・・・ピトー管、
３，４・・・・・・ピトー管連絡導管、７，８，９，１
０・・・・・・電磁弁、１１・・・・・・熱線式流速計
、１２・・・・・・熱線センサー１７・・・・・・測定
導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱線流速計を用いたピトー管方式の気体流速測定方
   法において、ピトー管路を熱線流速計が装着された測定
   導管と、パージガス供給管が接続された連絡導管とに区
   別し、測定前にあらかじめ熱線流速計の測定導管を閉じ
   て連絡導管のガスパージを行なって前記連絡導管をパー
   ジガスで満たし、ついでパージガス供給を停止して測定
   導管を開き、被測定気体流によって生ずるピトー管の差
   圧により測定導管中を流れるパージガスの流速を前記熱
   線流速計で測定すると共に前記被測定気体流の温度並び
   に圧力を同時に測定し、前記流速測定値があらかじめ設
   定した流速以下のときは下記（ｉ）式に基づいて、また
   、以上のときは下記（２）式に基づいて演算し、前記流
   速測定値を修正することを特徴とする気体の流速を検出
   する方法。 ＫＡ−ＫＥ：熱線流速計およびパージガスの特性により
   設定される係数 Ｅ：熱線流速計の出力（７） ｎ：熱線流速計の特性および使用範囲に よって設定される係数