超音波水道メーターには直管が必要ですか?インストールに関する事実

超音波水道メーターには直管が必要ですか?

はい。ほとんどの超音波水道メーターは、ラベルに記載されている精度を実現するために、上流と下流に真っ直ぐなパイプを通す必要があります。弊社の生産施設でシングルパス超音波メーターをテストする場合、校正ベンチにはまさにこの理由から長い直線部分が含まれています。同じメーターがポンプや部分的に閉じたバルブに近すぎると、メーター自体は変化していなくても、測定値が数パーセントシフトする可能性があります。

一般的な通過時間型超音波水道メーターの場合、設置規則として認められているのは、メーターの上流側の直管のパイプ直径が少なくとも 10 倍、下流側のパイプ直径が少なくとも 5 倍です。上流側の距離は、90 度のエルボ、ティー、ポンプ、バルブなどの流れを妨げる最も近い接続口からメーターの入口までの距離です。下流側の距離は、メーター出口から次の継手までの距離です。

物理的な距離はメーターのサイズに比例するため、これらの要件はパイプの直径で表されます。したがって、DN20 メーターには上流に約 200 mm、下流に約 100 mm の直管が必要です。 DN50 メーターは上流に約 500 mm、下流に約 250 mm 必要です。 DN200 バルクメーターは上流に約 2 m、下流に約 1 m 必要です。

超音波水道メーターの仕組みと直管が重要な理由

超音波水道メーターは、水中に高周波音波パルスを送信することで流量を測定します。通常、2 つのトランスデューサが同じフロー チューブに取り付けられます。 1 つのトランスデューサは下流にパルスを送信し、もう 1 つのトランスデューサは上流にパルスを送信します。水は動いているので、下流のパルスは上流のパルスよりわずかに速く伝わります。メーターは時間差を測定し、それを音響経路に沿った平均流速に変換します。

この測定方法は高速で、可動部品がなく、非常に低い流量を検出できますが、パイプを横切る予測可能な速度プロファイルに依存します。長い直線パイプ内では、水の流れが十分に発達し、速度分布が安定して対称的になります。最も速い水は中心にあり、より遅い水はパイプ壁の近くにあります。シングルパス超音波計は、そのプロファイルの 1 つのコードを使用し、残りのプロファイルが同じパターンに従うと想定します。

フロープロファイルの形状によって測定値が変化する理由

パイプ継手によって水の流れが妨げられると、プロファイルがねじれたり、非対称になったりします。パイプ径が 20 以上の場合、パイプ内に渦が残ることがあります。超音波経路がたまたまプロファイルの速い側をサンプリングすると、メーターはオーバーレジスターになります。遅い側をサンプリングすると、メーターはアンダーレジスターになります。

これは機械的な故障ではありません。メーターの電子機器は、経路全体の実際の通過時間の差を引き続き測定しています。問題は、パス速度が断面全体の平均速度を表しなくなっていることです。したがって、直線パイプの実行はオプションで推奨されるものではありません。これらは設備の油圧設計の一部です。

超音波水道メーター設置時の推奨直管長さ

上流側の継手が異なると、異なるレベルの流れの乱れが生じます。片肘が緩やかな非対称性を生み出します。ゲート バルブが部分的に開いていると、高速ジェットと激しい乱流が発生します。異なる平面にある 2 つのエルボは、より長く持続する渦巻きを作成します。以下の表は、シングルパス超音波水道メーターの実際の開始値を示しています。

これらの値は、同じ呼び径のパイプにフルボア超音波計が設置されていることを前提としています。パイプが古い、スケールが付着している、または部分的に詰まっている場合は、直管の要件が長くなる可能性があります。メーターに複数の音響パスまたは内部フローコンディショナーがある場合、要件は短くなる可能性がありますが、それは仮定ではなく常に技術データシートから確認する必要があります。

直管の長さが短すぎるとどうなるか

直管が不十分であると、超音波水道メーターの設置において、登録エラー、信号の不安定性、および一貫性のない低流量性能という 3 つの異なる問題が発生します。

弊社のサポート履歴からの現場事例を見ると、これがいかに重要であるかがわかります。ヨーロッパの販売代理店は、DN80 超音波水道メーターをバタフライ バルブの 3D 下流のみに設置しました。最初の 1 か月間、電力会社は夜間の流量が疑わしいほど多いことに気づきました。ポータブルテストでは、メーターが実際の音量より約6％高い値を記録していることが示されました。メーターを上流12D直管のある場所に移動したところ、オフセットは1%を下回りました。メーター内のコンポーネントは何も変更されていませんでした。唯一の違いは油圧プロファイルでした。

血流障害の一般的な原因

超音波水道メーターの設置を計画する場合、メーターの位置を選択する前に、パイプルートを歩き回り、考えられるすべての妨害源を特定すると役立ちます。

• 肘と曲がり: 単一のエルボが流れをパイプの片側に押し出し、二次循環パターンを作成します。
• 2 つの面外エルボ: これらは強い旋回流を生成し、下流にまで到達する可能性があり、短い直線セクションでは除去するのが困難です。
• 部分的に閉じたバルブ: バルブ ディスクまたはゲートは、狭いジェットとその背後の低圧再循環ゾーンを作成します。
• ポンプ: ポンプの吐出は、特に曲がりの近くに設置されている場合、非常に乱流の回転速度プロファイルを持ちます。
• レデューサーとエキスパンダー: 断面の急激な変化により、流れが不均一に加速または減速されます。
• ティーと行き止まりの枝: これらにより、特にブランチがアクティブに使用されていないときに、流れの分離が発生します。
• エアポケットと閉じ込められた空気: 適切な直管を使用していても、空気の蓄積により超音波信号がブロックされたり、測定値が断続的に発生したりする可能性があります。

最良のアプローチは、最も邪魔なフィッティングの後ではなく、前にメーターを配置することです。たとえば、フィルタとポンプを備えたシステムの場合、超音波水道メーターはポンプの吐出直後ではなく、フィルタの入口側に直管を前に設置してください。

一部の超音波メーターの設計は、より短い直管の配管でも使用できますか?

超音波水道メーターの設計の中には、他のものよりも乱れた流れに耐えられる設計のものもあります。その主な理由は、音響経路の数と配置にあります。

マルチパス超音波メーター

マルチパス超音波計は、パイプ内の異なる高さのいくつかの弦に沿って音響パルスを送信します。メーターの電子機器は、これらの速度測定値を組み合わせて、より正確な断面平均を生成します。これにより、非対称プロファイルによって生じる誤差が軽減されますが、真っ直ぐなパイプの必要性が完全に排除されるわけではありません。シングルパス メーターでは 10D と 5D が必要となる場合、マルチパス メーターは 5D アップストリームと 2D ダウンストリームで動作します。

内部流量調整機能付きメーター

一部のフロー チューブには、音響経路の前で流れを真っ直ぐにする内部形状が機械加工されています。これらのメーターは、大幅に短い外部直管で取り付けることができます。ただし、内部調整器は圧力損失を増加させる可能性があり、破片が蓄積すると水質に影響を与える可能性があります。

クランプ式超音波メーターは自動的に寛容になるわけではありません

クランプ式超音波流量計はパイプ壁を通して測定し、一時的な検証によく使用されます。機械加工されたフローチューブの利点はありません。これらは、パイプ壁の状態、トランスデューサーの位置合わせ、および速度プロファイルの影響を受けます。クランプオンメーターは、直管に対してインラインメーターと同じか、場合によってはそれ以上の注意を必要とします。

パイプのレイアウトが非常にコンパクトで、直流要件を満たす超音波メーターが存在しない場合は、電磁式水道メーターが実用的な代替手段となります。電磁計は、磁場中を移動する導電性水によって生成される電圧に基づいて流量を測定するため、完全に対称な速度プロファイルにはあま​​り依存しません。このため、狭い機械室やポンプ場での改造には電磁メーターを推奨することがよくあります。

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超音波水道メーターの実際の設置ガイドライン

直管は最も重要な設置条件ですが、それだけではありません。当社が製造するすべての超音波水道メーターには、次の設置順序を推奨します。

1. パイプが完全に水で満たされていることを確認してください。 超音波計は空気を水のように測定することはできません。空気が溜まりやすい配管の最高点にメーターを設置することは避けてください。
2. パイプを切断する前に、パイプの直線距離を測定してください。 最も近い上流継手から提案されたメーター位置までのパイプ直径を数え、それがデータシートの要件を満たしていることを確認します。
3. メーターの穴とパイプの穴の位置を合わせてください。 ガスケット、フランジ、および接続部品が流路内に突き出てはいけません。
4. メーターの両側でパイプを支えます。 振動や機械的ストレスにより、メーター本体がずれ、トランスデューサーの位置が変化する可能性があります。
5. 可能であれば、テスト ティーを設置するか、バイパスを設置してください。 これにより、給水を停止することなく、ポータブルデバイスとメーターの測定値を照合することが容易になります。
6. 設置後は上流側バルブをゆっくりと開けてください。 突然のサージによって空気や破片が音響経路に流入し、試運転中に誤った測定値が発生する可能性があります。

流れ方向が上向きであれば垂直配管設置も可能です。上向きの流れによりパイプが満杯に保たれ、ガスがメーター内に滞留するのではなく上向きに移動します。下向きの垂直流れは、流量が低いとパイプが満杯にならない可能性があるため、危険です。

大口径超音波水道メーター 現場体験

DN50 から DN200 までの大口径超音波水道メーターは、配電本管、灌漑ネットワーク、産業用サブメーターに使用されます。これらの場所には、ポンプ、制御バルブ、ストレーナ、および複雑なマニホールド レイアウトが含まれることがよくあります。 DN150 ラインの 10D 要件はメーターの前に 1.5 m の透明なパイプを意味するため、シングルパス超音波メーターをこのような状況に設置するのは困難な場合があります。

実際には、マルチパストランスデューサー配置と機械加工されたボアを備えた大口径超音波メーターを設計します。これにより、残留する流れの非対称性が平均化され、単純な 1 パス設計と比較して必要な直管が削減されます。それでも、各モデルの技術図面には、上流と下流の最小距離が記載されています。メーターに低直管承認のマークが明示されている場合や統合型フローコンディショナーがない限り、すべての直管を取り外すことはお勧めしません。

水道事業者やプラントのエンジニアにとって、メーターが大きくなるほど、土木工事が完了する前に設置図面を入手することがより重要になります。コンクリートチャンバーとパイプサポートを構築した後に DN200 メーターを切断して再配置するには、非常に費用がかかります。設計段階でパイプのレイアウトを簡単に見直すことで、何年も隠れたままになる慢性的な精度の問題を防ぐことができます。

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直管が十分であるかどうかを確認する方法

多くの場合、単純な目視検査で、不適切な取り付けを拒否するのに十分です。メーターの上流側まで歩いて、最も近い接続金具を見つけます。その継手からメーターの入口面までの距離を測定します。距離をパイプの呼び径で割ります。結果が必要なパイプ径の数より小さい場合は、直管が十分ではありません。

バケットや校正済みタンクを使用して実際の現場検証を行うこともできます。測定された時間、安定した媒体流量で水を流し、収集された量をメーターの合計と比較します。低流量と高流量でテストを繰り返します。誤差が流量に応じて変化する場合、その原因は多くの場合、メーターの校正の問題ではなく、速度プロファイルの乱れです。

より正確にチェックするには、超音波計の読み取り値を、直管の要件を満たす場所に設置された別の流量計と比較します。これは、ポータブルクランプ式超音波計を基準として使用する場合によく発生します。それでも独自の真っ直ぐなパイプが必要なため、最良の基準点は多くの場合、メイン メーターのかなり下流または上流にある、エルボやバルブが存在しないパイプ セクションになります。

当社のエンジニアリング チームは、出荷前に設置図面もレビューします。コンパクトなパイプのレイアウトが不明な場合は、パイプの直径、取り付け位置、流れの方向を記載した簡単なスケッチをお送りください。提案された場所が受け入れ可能かどうかを伝え、受け入れられない場合は代替のメータータイプを提案します。詳細については、実践的なインストール ノートを参照することもできます。 超音波水道メーター設置時の注意事項 .

直管配管と超音波計量に関するよくある質問

90度エルボの直後に超音波水道メーターを設置できますか?

ほとんどの場合、いいえ。単一の 90 度エルボにより、多くのパイプ直径に耐えられる非常に非対称な速度プロファイルが作成されます。推奨される最小値は通常 10D 上流で、エルボがポンプまたはバルブに近い場合は、より高い値の方が安全です。エルボの直後に取り付けても、使用可能な読み取り値が得られる可能性がありますが、誤差がメーターの仕様を超える可能性があります。

下流側直管は本当に必要なのでしょうか？

はい、ただし、下流の距離は上流の距離よりも短くなります。下流パイプは、メーター出口で制御された圧力と速度の状態を提供します。また、下流側のフィッティングがメーター本体内の流れを乱す可能性のある低圧ゾーンを形成するのを防ぎます。通常、標準の最小値は 5D です。

大型の超音波水道メーターには、より多くの物理的な直管が必要ですか?

はい。直管の要件はパイプの直径で表されます。これは、実際の物理的な距離がメーターのサイズに応じて増加することを意味します。 10D 要件の DN20 メーターには 200 mm の直管が必要ですが、DN200 メーターには 2 m が必要です。これが、大口径の設置にはより多くの計画スペースが必要となる理由です。

整流器は直管の代わりに使用できますか?

整流装置は渦を減らすことができますが、完全な代替品ではありません。メーターの上流側に推奨距離を保ち、下流側のきれいなパイプセクションを設けて設置する必要があります。整流器は時間の経過とともに破片やスケールも収集し、性能が変化します。私たちは、レイアウトが許す限り、真の真っ直ぐなパイプの実行を好みます。

すべての超音波水道メーターには同じ直管要件がありますか?

いいえ。シングルパスメーターは流量プロファイルの乱れに対してより敏感です。マルチパスメーターは一般的により安定しています。一部のコンパクトな住宅用メーターは、外部パイプの要件を軽減するために内部流量調整機能を備えて設計されています。一般的なルールを適用するのではなく、メーターのデータシートの取り付けセクションを必ず確認してください。

パイプピットが 10D に対して短すぎる場合はどうすればよいですか?

まず、マルチパス測定または内部調整により、メーターのモデルに短い直管要件があるかどうかを確認します。それでもスペースが狭すぎる場合は、電磁式水道メーターを検討するか、配管のレイアウトを調整してメーターをより良い場所に移動します。サイズの小さいストレートランを永続的に受け入れ続けると、メーターデータの信頼性が低くなります。

ゼロ流量では直管は重要ですか?

流量がゼロの場合、測定する速度がないため、直管の要件は主に低流量の検出と開始流量を超える計量精度に影響します。乱れた流量プロファイルでは、低流量の測定値が不安定になることが多く、そのため漏れが隠れ、夜間の流れの分析が困難になる可能性があります。