CS249565B1 - Zařízení pro měření průtoku kapaliny nebo plynu - Google Patents

Abstract

fiešení se týká problematiky přesnosti měření průtoku kapalin nebo plynů v celém rozsahu měřeného průtoku. Zařízení je opatřeno nejméně jedním průtokovým kanalem (2o) obdélníkového průřezu. Na tento průtokový kanál (2) jsou ve směru proudu kapaliny nejméně dva snímací otvory (4). Snímací otvory (4), umístěné v oblasti laminárního proudění průtokovým kanálem (20) jsou uspořádány v kratší stěně průtokového kanálu (20) obdélníkového průřezu. Jsou zaústěny do sběrného kanálu (10), napojeného na měřicí ústrojí pro měření statického tlaku. Zařízení je použitelné v laboratořích a provozech v širokém rozmezí průtoků při různých stavových veličinách, jako je tomu v průmyslu chemickém, hutnickém, plynárenství, energetice, zdravotnictví a dopravě

Description

Vynález se týká zařízení pro měření průtoku kapaliny nebo plynu.

Dosud známé průtokoměry sestávají z části pro získání informace o průtoku a z části pro zpracování a využití signálu o průtoku. Dosud známé průtokoměry používají čidel, jejichž funkce je bu3 založena na sdílení hybnosti tekutiny pohyblivému čidlu průtoku, jako je tomu například u pístu s přímočarým a krouživým pohybem, u lopatkového kola, Crosleyova bubnu, otáčivých těles, membrán plynoměru, zvonu krychloměru, nebo na změně hybnosti prou du, jako je tomu při průtoku Venturiho kanálem, clonou a dýzou, plováčkovým průtokoměrem, kolenem, proudovým oscilátorem. Konečně u posledního druhu čidel dochází k vzájemnému ovlivňování energie tekutiny s jiným druhem vnější energie, například s elektromagnetickou. Charakteristickým znakem všech dosud vyráběných čidel je tvar a velikost funkčního prvku čidla, Který uskutečňuje signálovou transformaci střední rychlosti proudu v daném průřezu kanálu na odpovídající výstupní signál. Velikost měřeného průtoku je pak úměrná velikosti průtočného kanálu čidla.

Tato čidla jsou řešena tak, že bu3to tvoří soustavu průtočných odměrných komor složitých tvarů, které se střídavě plní a vyprazdňují nebo tvoří soustavu lopatek otočné uložených. Jiná skupina čidel je konstruována tak, aby vytvářela zúžený průtočný průřez složitým tvarováním průtočného otvoru. Další čidla sestávají z většího počtu paralelné uspořádaných průtočných kanálů, které dovolují získávat signály o průtoku toliko v jediné průtočné vrstvě proudu.

Nevýhody dosavadních čidel průtoku spočívají ve složitosti konstrukčního uspořádání čidla a výrobní náročnosti, v omezené

- 2 249 565 použitelnosti čidel průtoku podle fyzikálních vlastností a stavových veličin měřených tekutin, jako je viskozita, hustota, teplota, tlak, složení, dále v omezení použitelnosti čidel pro chemické účinky měřených tekutin na čidlo. Dalšími nedostatky jsou nelineárnosti charakteristik některých Čidel, v potřebě do držování předepsané polohy čidla průtoku a dodržování předepsaných délek rovného přítokového a odtokového potrubí. Dále je to často nehospodárnost výroby, plynoucí z různě velikých a konstrukčně složitých čidel.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu zařízení pro měření průtoku kapaliny nebo plynu, opatřené nejméně jedním průtokovým kanálem obdélníkového průřezu, na který jsou ve směru proudu tekutiny napojeny nejméně dva otvory pro snímání statického tlaku protékající kapaliny nebo plynu. Jeho podstata spočívá v tom, že snímací otvory, umístěné v oblasti laminérního proudění průtokovým kanálem, jsou uspořádány v kratší stěně obdélníkového průtokového kanálu a jsou zaústěny do· sběrného kanálu, napojeného na měřicí ústrojí pro měření statického tlaku. Podle dalšího význaku vynálezu mají průtokové kanály obdélníkový průřez stejné velikosti a snímací otvory pro snímání statického tlaku protékající tekutiny jsou uspořádány v distanc nich dílech, umístěných mezi deskami', omezujícími a nebo oddělujícími průtokové kanály, přičemž sběrné kanály procházející deskami i distančními díly, vytvořenými popřípadě vcelku s deskami. Konečně podle posledního význaku vynálezu jsou mezi vtokovou část a výtokovou část zařízení, navazující na oba konce průtokového kanálu, umístěny přechodové kusy.

Základní výhody zařízení podle vynálezu spočívají s hlediska statické charakteristiky v jeho lineárnosti v celém rozsahu měřeného průtoku, v přesnosti charakteristiky, která je lepší než 0,5 % okamžitého údaje, v možnosti měření tekutiny ve velkém rozsahu průtoků, odpovídajících Reynoldsovu kriteriu řádově 10° až 1θ6. Spodní mez měřitelného průtoku je prakticky omezena vlastnostmi a schopností použitého tlakoměru měřit malé velikosti statických tlaků a jejich rozdílů. Strmost charak249 S6S teristiky téhož čidla lze měnit různou odlehlostí odběrů impulzních tlaků. Zařízení podle vynálezu umožňuje získávat signál o nestacionárním průtoku tekutiny a dovoluje měřit proteklé množství tekutiny i při nestacionárním průtoku a umožňuje měření průtoku tekutin o viskozitě = /1.10“^ až 1.10°/ Pas.

Z konstrukčního hlediska je výhodné použití jednoho nebo několika průtočných kanálů stejně velkého průřezu a délky. Zařízení umožňuje provedení většího počtu odběrů impulzních tlaků a dimenzování velikosti nositele pro přenos signálů o průtoku, může být použito jako stavební prvek potrubní sítě při jednoduché montáži, snadné údržbě a rozebíratelnosti prvků při zachování geometrických poměrů průtočných kanálů. Zařízení složená z většího počtu průtočných kanálů je možno řadit paralelně do velkých průtočných potrubí. Výrobně je zařízení jednoduché a přesné, dovoluje používat různých výrobních materiálii pro součásti, odolných fyzikálním a chemickým účinkům protékající měřené tekutiny. Z provozního hlediska je výhodné, že funkce zařízení není závislá na hustotě tekutiny, umožňuje měření průtoku oběma směry proudění v témže potrubí, nevyžaduje rovné úseky potrubí před a za zařízením a pro malou trvalou tlakovou ztrátu je provoz zařízení hospodárný.

Zařízení podle vynálezu je dále blíže popsáno na několika příkladech provedení podle připojených výkresů, na nichž značí obr. 1 schematické provedení řezu E-E z obr. 2 několika kanály, obr. 2 řez podle čáry A-A z obr. 1, obr. 5 nárysný řez jedné desky z obr. 4, ze které je čidlo naznačené na obr. 4 a 5 sesta véno, obr. 4 nárysný obraz řezu A-A z obr. 5, obr. 5 půdorysný obraz řezu B-B z obr. 4, obr. 6 nárysný řez stavebních prvků, ze kterých je čidlo uvedené na obr. 7 a 8 sestaveno, obr. 7 nárysný obraz řezu E-E z obr. 8, obr. 8 půdorysný obraz řezu A-A z obr. 7, obr. 9 nárysný řez jedné desky, ze které je čidlo-uve děné na obr. 10 a 11 sestaveno, obr. 10 nárysný obraz řezu A-A z obr. 11, obr. 11 půdorysný obraz řezu E-E z obr. 10, obr. 12 provedení čidla s jedním průtočným kanálem, ale s otvory snímajícími tlak, obr. 15 nárysný obraz řezu A-A z obr. 14, obr. 14 půdorysný obraz zařízení z obr. 15, obr. 15 uspořádání zařízení

249 565

- 4 tvořeného několika kanály uloženými na spodní desce a s otvory pro snímání tlaků umístěnými na různých místech všech bočních stěn průtočných kanálů obdélníkového průřezu, obr. 16, 17, 18 a 19 konkrétní provedení zařízení s různým počtem obdélníkových průtočných kanálů. Podle obr, 16 a 17 je volen takový počet a rozměry kanálů, že příčný řez čidlem má tvar čtverce a podle obr. 18 a 19 tvar obdélníka.

Jak patrno z obr. 1 a 2 mají průtokové kanály 20 při stanoveném počtu výšku h a šířku b. Velikost průtoku celým zařízením podle vynálezu určuje průtočná plocha a střední rychlost laminárního proudění všemi průtokovými kanály 20 zařízení. Signálem o průtoku zařízením podle vynálezu je potenciální tlakový spád získaný jako rozdíl statických tlaků snímaných snímacími otvory 4 ve všech průtokových kanálech 20, alespoň na dvou místech zvolené odlehlosti L. Důsledkem takto provedených odběrů statických tlaků je lineární charakteristika zařízení vyjadřující objemový průtok Qv

Qv - * /PÍ -P2/ kde k značí konstrukční parametry čidla a viskozitu měřené kapaliny nebo plynu

Pl statický tlak snímaný v místě bližším ke vtokové hraně P2 statický tlak snímaný v místě odlehlejším od vtokové hrany v celém měřicím rozsahu průtoku, jestliže jsou oba statické Uaky snímány alespoň v odlehlosti L v oblasti vyvinutého laminárního proudění.

Na obr. 3, 4 a 5 je znázorněno schematické provedení zařízení podle vynálezu, kde průtokové kanály 20 jsou vytvořeny pomocí rovinných desek 8, na jejichž okrajích jsou vytvořeny výstupky 21, které mají za úkol dodržení požadované vzdálenosti mezi rovinnými deskami ř^a tím vytvoření, průtokových kanálů 20. Jak je patrno z obr. 5 jsou u tohoto provedení vynálezu na jedné straně výstupků 21 vytvořeny dva snímací otvory 4, snímající statický tlak a na druhé straně pouze jeden snímací otvor 4.

Každý snímací otvor 4 je samostatně zaústěn do společného sběrného kanálu 10 tlaku.

- 5 249 565

Na obr. 6, 7 a 8 je znázorněno provedení, analogické provedení na obr. 3, 4 ^a 5 pouze s tím rozdílem, že jsou zde namísto výstupků 21 použity distanční díly j).

Na obr. 9, 10 a 11 je opět schematicky znázorněna další varianta provedení, kde je na obr. 9 zobrazena rovinná deska 22 s podélnými distančními žebry, které mají za úkol dodržení požadované vzdálenosti mezi jednotlivými rovinnými deskami 22 s distančními žebry. Distanční žebra jsou opatřena otvory 24, které umožňují příčný přenos statických tlaků. Každý snímací otvor 4 pro snímání statického tlaku je vytvořen v okrajových žebrech rovinné desky 22 s distančními žebry a zaústěn do společného sběrného kanálu 10 provedeného v boční desce 19 zařízení.

Podle obr. 12, 13, 14 jsou snímací otvory 4, snímající statický tlak, umístěny na různých místech podél průtokového kanálu 20 na obou bočních stěnách jeho obdélníkového průtočného průřezu. Tekutina je přiváděna do průtokového kanálu 20 přívodní trubkou 6 a odtéká odtokovou trubkou 7. Ve vrchní desce 2 jsou upraveny impulzní trubky 5,. Spodní deska 1 a vrchní deska 2 jsou staženy svorníky 3.

Na obr. 15 je naznačeno uspořádání zařízení podle vynálezu, tvořeného soustavou průtokových kanálů 20 obdélníkového průřezu. Průtokové kanály 20 jsou vytvořeny rovinnými deskami 8 a distanc nimi díly 9, které jsou umístěny po obou podélných stranách rovinných desek 8. Ve všech distančních dílech 9 jsou v každém průtokovém kanálu 20 provedeny na obou jeho bočních stěnách snímací otvory 4, snímající statický tlak a umístěny na různých místech podél průtokových kanálů 20. Stejnolehlé snímací otvory 4, snímající statický tlak, jsou napojeny do společného sběrného kanálu 10 tlaku, ze kterého je odváděn tlakový signál k dalšímu zpracování. V každé rovinné desce 8 a v každém distančním díle 9 jsou provedeny montážní otvory 11. Celá soustava průtokových kanálů 20 je uložena mezi spodní deskou 1 a vrchní deskou 2, která není na obr. 15 zakreslena.

- 6 249 565

Ma obr. 16 a 17 je zařízení pro měření průtoku tvořeno soustavou průtokových kanálů 20 obdélníkového průřezu. Průtokové kanály 20 jsou tvořeny rovinnými deskami 8 a distančními díly 9, které jsou umístěny po obou podélných stranách rovinných desek 8. Ve všech distančních dílech j) jsou v každém průtokovém kanálu 20 umístěny dva snímací otvory snímající statický tlak stejnolehle proti sobě, přičemž stejnolehlé snímací otvory 4 jsou napojeny do společného sběrného kanálu 10 tlaku, ze kterého je tlakový signál odváděn impulzní trubkou £ k dalšímu zpracování. Impulzní trubky 5 jsou upevněny na vrchní desce 2. Všechny distanční díly 9 i rovinné desky 8 jsou opatřeny montážními otvory 11. Těchto distančních dílů 9 a rovinných desek 8 je nad sebou umístěno větší počet. Celá soustava průtokových kanálů 20 je' uložena mezi spodní desku 1 a vrchní desku 2 a stažena svorníky 5·

Spodní deska 1 a vrchní deska 2 jsou opatřeny přírubou pro spojení s ořívodní přírubou 18 tvarového přechodového kusu 15 a přírubou pro spojení s odtokovou přírubou 17 odtokového přechodového kusu 12. Odtoková příruba 17 a přívodní příruba 18 mají tvar čtverce a v jeho rozích jsou opatřeny symetricky provedenými otvory pro utěsněné spojení a to přes těsnění 1£ se spodní deskou 1 a vrchní' deskou 2 šrouby 14. To umožňuje připojení odtokového přechodového kusu 12 a tvarového přechodového kusu 15k spodní desce 1 a vrchní desce 2 budto v ose zařízení, nebo ve čtyřech základních polohách na sebe kolmých. Odtokový přechodový kus 12 a tvarový přechodový kus 15 jsou zakončeny otvorem kruhového průřezu, který může však být i nekruhového tvaru, v spojovací desce 16, která umožňuje spojení s přírubou přívodního a odtokového potrubí.

Zařízení podle vynálezu pracuje tak, že měřené tekutina je potrubím přivedena do otvoru spojovací desky 16 tvarového přechodového kusu 15 a odtud dále proudí všemi průtokovými kanály 20. Vnitřní tření protékající tekutiny vyvolá rozložení statického tlaku podél průtokových kanálů 20. Takto vzniklé statické tlaky jsou snímány snímacími otvory j., umístěnými na vhodných místech podél průtokových kanálů 20 a zavedeny do

249 565 sběrného kanálu 10 tlaku a odtud dále do impulzní trubky 2·

Na obr. 18 a 19 je naznačeno jako další příklad využití vy nálezu zařízení podle obr. 16 a 17, ale s jiným počtem průtokových kanálů 20 a s jinými tlouštkami distančních dílů 9, které tvoří příčný průřez obdélníkového tvaru. Tomu jsou také uzpůsobeny velikosti přírub spodní desky 1 a vrchní desky 2 tak, aby polohy děr pro šrouby 14 byly stejné jako v odtokové přírubě 17 a přívodní přírubě 18 odtokového přechodového kusu 12 a tvarového přechodového kusu 13»

Sidlo lze použít pro měření průtoku a množství kapalin a plynů v laboratořích a v provozech v širokém rozmezí průtoků při různých stavových veličinách, jako je tomu v průmyslu chemickém, potravinářském, hutnickém, plynárenství, energetice, zdravotnictví, dopravě, vzduchotechnice atd.

Claims (3)

1. Zařízení pro měření průtoku kapsrtiny neúir-plýflU, ůfíS třené nejméně jedním průtokovým kanálem obdélníkového průřezu, na který jsou ve směru proudu kapaliny nebo plynu napojeny nejméně dva otvory pro snímání statického tlaku protékající kapaliny nebo plynu, vyznačující se tím, že snímací otvory /4/, umístěné v oblasti laminárního proudění průtokovým kanálem /20/ jsou uspořádány v kratší stěně průtokového kanálu /20/ obdélníkového průřezu a jsou zaústěny do sběrného kanálu /10/, napojeného na měřicí ústrojí pro měření statického tlaku.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že průtokové kanály /20/ mají obdélníkový průřez stejné velikosti a snímací otvory /4/ pro snímání statického tlaku protékající kapaliny nebo plynu jsou uspořádány v distančních dílech /9/, umístěných mezi deskami /1, 2/, omezujícími a nebo oddělujícími průtokové kanály /20/, přičemž sběrné kanály /10/ procházejí deskami /1, 2/ i distančními díly /9/, vytvořenými popřípadě vcelku s deskami /1, 2/.

3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že k oběma koncům průtokového kanálu /20/ je přiřazen odtokový přechodový kus /12/ a tvarový přechodový kus /13/.