CZ289615B6 - Způsob stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny v potrubí a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

P°i zp sobu stanoven charakteristick²ch veli in proud n tekutiny v potrub (10) v m st m °en uvnit° potrub (10) se do potrub (10) p°ed m stem m °en vlo usm r ovac element (34) pro usm r ov n proud n tekutiny, kter² m men velikost ne potrub (10) a kter² sest v ze dvou komol²ch ku el (34a, 34b), spojen²ch sv²mi v t mi z kladnami a upevn n²ch koaxi ln v potrub (10) kolmo ke sm ru proud n tekutiny, p°i em obvody komol²ch ku el (34a, 34b) se symetricky vzdaluj sm rem dovnit° od vnit°n st ny potrub (10). Tekutina proud c potrub m (10) prstencovou oblast vytvo°enou mezi obvody komol²ch ku el (34a, 34b) a vnit°n st nou potrub (10) se odchyluje pro linearizov n rychlostn ho profilu tekutiny v p°edem stanoven m rozsahu rychlost proud n potrub m (10) a pro vytvo°en konstantn ho pr to n ho profilu v m st m °en , kter² m axi ln vyst°ed n² st°edn pr to n² pr m r. Do potrub (10) se v m st m °en vlo detek n ·stroj (32) pro stanoven charakteristick²ch veli in stabilizovan ho proud n tekutiny v m st m °en . Za° zen k prov d n tohoto zp sobu je ulo eno do potrub (10) pro dopravu tekutiny v dan m sm ru a opat°eno detek n m ·stroj m (32) pro stanoven charakteristick²ch veli in proud n tekutiny. Za° zen d le obsahuje stabiliza n ·stroj (30) pro stabilizaci a ·pravu proud n tekutiny, um st n v potrub (10) p°ed detek n m ·stroj m (32), p°i em toto stabiliza n ·stroj (30) obsahuje usm r ovac element (34) pro odchylov n proudu tekutiny, kter² m men velikost ne potrub (10) a sest v ze dvou komol²ch ku el (34a, 34b), spojen²ch sv²mi v t mi konci a upevn n²ch koaxi ln v potrub (10) kolmo ke sm ru proud n tekutiny, p°

Description

ι

Způsob stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny v potrubí a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny v potrubí a zařízení k provádění tohoto způsobu, pro stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny v potrubí, zejména kombinace jednotlivých fází způsobu a součástí zařízení nejprve pro úpravu, stabilizaci a homogenizaci proudění tekutiny v potrubí a potom pro měření jedné nebo více charakteristických veličin proudění tekutiny a/nebo pro odběr vzorků stabilizované a homogenizované tekutiny.

Dosavadní stav techniky

Vynález byl vytvořen při studiu problémů vzniklých při pokusech přezkušování velikosti proudu vody z požárních čerpacích jednotek a požárních hydrantů. Státní orgány vyžadují periodické přezkušování neboli ověřování stavu požárních čerpacích jednotek pro zajištění toho, aby tyto požární čerpací jednotky vyhovovaly státním předpisům a normám a aby byly schopné reagovat na naléhavou potřebu. Podobně je požadováno přezkušování výkonů požárních hydrantů pro zajištění jejich jmenovitého výkonu. Přezkušování vyžaduje velmi přesné měření proudění vody, obvykle s přesností plus nebo mínus jedno procento.

Pro zajištění přesného měření proudění tekutiny potrubím je zapotřebí mít v podstatě rovnou přední stranu rychlostního profilu maximálního středního průtočného průměru, to znamená průměru blížícího se vnitřnímu průměru potrubí. Když je tato přední strana rychlostního profilu konkávní nebo konvexní, střední průtočný průměr se zmenší, což ztěžuje zajištění přesného měření proudění tekutiny, protože proudění tekutiny není rovnoměrné v celém průřezu potrubí.

Jestliže je nerovnoměrný průtočný profil tekutiny symetrický vůči ose potrubí, je možné použití průtokoměru s oběžným kolem, přičemž osa oběžného kola je koaxiální s potrubím, protože náboj oběžného kola představuje překážku pro střed proudu tekutiny a napomáhá vzniku poněkud rovnoměrnějšího proudění tekutiny lopatkami oběžného kola, to znamená prstencovým prostorem mezi nábojem oběžného kola a vnitřní stěnou potrubí.

Jestliže však průtočný profil není axiálně symetrický a/nebo jádro proudu je deformováno, nemůže průtokoměr s oběžným kolem nebo turbínou provádět přesné měření. Navíc zmenšení plochy příčného průřezu proudu, způsobené nábojem oběžného kola, vytváří zpětné proudění na okrajích a střední průtočný průměr bude nestabilní a vysoce deformovaný, což velmi ztíží měření rychlosti proudění.

Podmínky se ještě více ztíží tehdy, když proud tekutiny víří, to znamená, že postupuje v potrubí po spirálové nebo šroubovicové dráze. Při víření je proudění deformováno a střední průtočný průměr je velmi zmenšen a je velmi výstředný vůči ose potrubí, takže měření proudění je velmi nepřesné.

Všechny tyto podmínky nastávají při přezkušování stavu protipožárních zařízení. Proud vody z požárních hydrantů a požárních čerpacích jednotek je obvykle velmi deformován a velmi vířivý. Podobně záhyby na požární hadici způsobí deformaci proudu a jeho víření, ať už levotočivé, nebo pravotočivé víření, v závislosti na směru zakřivení dráhy proudu vody. V důsledku toho vyžaduje ověřovací měření velikosti proudu vody a průtoku vody velmi komplikované zařízení a stanovení veličin je časově náročné a nákladné. Proto je zapotřebí nalézt jednodušší, spolehlivější, přesnější a méně nákladné ověřovací systémy.

-1 CZ 289615 B6

Průtokoměry s rotačním oběžným kolem se používají při měření proudění nejvíce a obvykle znamenají spolehlivé a zejména ekonomické zařízení pro měření proudění tekutiny. Bylo by výhodné, kdyby průtokoměry tohoto typu mohly být použity při dosažení vysoké úrovně 5 přesnosti a spolehlivosti při provádění ověřovacích a schvalovacích studií, zejména tehdy, když se vyskytnou výše zmíněné problematické stavy proudění tekutiny.

Vynálezce předloženého vynálezu již dříve vyvinul mnoho průtokoměrů s rotačním oběžným kolem nebo s oběžným kolem typu lodního šroubu. Některé z těchto průtokoměrů obsahují 10 ústrojí pro napřimování proudění uspořádané u oběžného kola pro zmírnění víření proudu tekutiny při průchodu tekutiny oběžným kolem, například podélně uspořádané svazky trubek nebo podélně s úhlovým odstupem vůči sobě uspořádané lopatky, viz například patent US 3 049 009, obsahující lopatky napřimující proudění tekutiny přizpůsobené přední straně oběžného kola. Průtokoměry měřící proudění vody z požárních hydrantů, které obsahují takové napřimovače 15 proudění, způsobují snížení víření vody, proudící z hydrantu, avšak měření spotřeby vody není dostatečně spolehlivé, aby mohlo být použito pro účely ověřování a schvalování.

Vynálezce rovněž vyvinul statické zařízení, které se používá pro měření proudění tekutiny, viz. patent US 4 638 672, a pro smíchávání různých tekutin, viz. patent US 4 812 049.

Podstata vynálezu

Předložený vynález je založen na novém použití vynálezcova usměrňovacího zařízení a na nové 25 kombinaci elementů pro dosažení konzistentního a vysoce spolehlivého měření proudění. Ačkoli je vynález popsán při použití pro ověřování požárních čerpacích jednotek, možnosti jeho komerčního a průmyslového použití jsou širší, a to pro měření proudění tekutiny za problematických podmínek.

Úkolem vynálezu je vytvořit novou a zlepšenou kombinaci regulačních a měřicích zařízení proudění tekutiny pro vyřešení problematických stavů proudění tekutiny uvnitř potrubí a pro usnadnění přesného stanovení jedné nebo více charakteristických veličin tekutiny a/nebo proudění tekutiny při průchodu tekutiny potrubím.

Dalším úkolem vynálezu je nově aplikovat vynálezcovo usměrňovači zařízení na předběžnou úpravu, stabilizaci a homogenizaci tekutiny proudící v potrubí pro přeměnu nestabilního a deformovaného průtočného profilu na v podstatě rovnoměrný, konzistentní a symetrický profil, který má velký a axiálně vystředěný střední průtočný průměr.

Ještě dalším úkolem vynálezu je zlepšit provádění a tudíž i spolehlivost a vědeckou hodnotu přístrojů pro relativně ekonomické měření nebo odebírání vzorků předběžnou úpravou proudění tekutiny v potrubí tak, aby do takového přístroje přitékal proud s průtočným profilem ideálně přizpůsobený pro měření tímto přístrojem.

Uvedený úkol splňuje způsob stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny v potrubí v místě měření uvnitř potrubí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že do potrubí se před místem měření vloží usměrňovači element pro usměrňování proudění tekutiny, který má menší velikost než potrubí, a který sestává ze dvou komolých kuželů, spojených svými většími základnami a upevněných koaxiálně v potrubí kolmo ke směru proudění tekutiny, přičemž obvody komolých 50 kuželů se symetricky vzdalují směrem dovnitř od vnitřní stěny potrubí, a tekutina proudící potrubím prstencovou oblastí vytvořenou mezi obvody komolých kuželů a vnitřní stěnou potrubí se odchyluje pro linearizování rychlostního profilu tekutiny v předem stanoveném rozsahu rychlostí proudění potrubím a pro vytvoření konstantního průtočného profilu v místě měření, který má axiálně vystředěný střední průtočný průměr, a do potrubí se v místě měření vloží

-2CZ 289615 B6 detekční ústrojí pro stanovení charakteristických veličin stabilizovaného proudění tekutiny v místě měření.

Podle výhodného provedení se usměrňovači element do potrubí vloží před místo měření ve vzdálenosti od místa měření, která není větší než desetinásobek vnitřního průměru potrubí.

Usměrňovači element se do potrubí vloží s výhodou před místo měření ve vzdálenosti od místa měření, která se rovná jednonásobku až trojnásobku vnitřního průměru potrubí.

Do potrubí se u usměrňovacího elementu s výhodou vloží prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny.

Prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny se s výhodou vloží do potrubí jak před, tak i za usměrňovači element.

V místě měření se s výhodou provádí měření průtoku tekutiny proudící potrubím.

V předem stanovené poloze se v potrubí s výhodou provádí měření tlakového diferenciálu a z proudění tekutiny a tlakového diferenciálu se stanoví hmotnostní tok potrubím.

Tlakový diferenciál se s výhodou měří mezi vstupní stranou a výstupní stranou usměrňovacího elementu.

Uvedené úkoly dále splňuje zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které obsahuje potrubí pro dopravu tekutiny v daném směru a detekční ústrojí pro stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny, přičemž podstatou vynálezu je, že zařízení obsahuje stabilizační ústrojí pro stabilizaci a úpravu proudění tekutiny umístěné v potrubí před detekčním ústrojím, přičemž toto stabilizační ústrojí obsahuje usměrňovači element pro odchylování proudu tekutiny, který má menší velikost než potrubí a sestává ze dvou komolých kuželů, spojených svými většími konci a upevněných koaxiálně v potrubí kolmo ke směru proudění tekutiny, přičemž obvody komolých kuželů se vzdalují symetricky směrem dovnitř od potrubí.

Stabilizační ústrojí je s výhodou opatřeno prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny proudící potrubím.

Prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny proudící potrubím jsou s výhodou uspořádány v potrubí před usměrňovacím elementem a za usměrňovacím elementem.

Prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny jsou s výhodou tvořeny v odstupech uspořádanými stěnovými prostředky, rozkládajícími se podélně a rozdělujícími část vnitřku potrubí na podélné průchody.

Délka stěnových prostředků v podélném směru činí s výhodou až l,5násobek vnitřního průměru potrubí.

Usměrňovači element je s výhodou koaxiálně v potrubí upevněn na prostředcích pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny.

Detekční ústrojí je s výhodou tvořeno ústrojím pro odběr vzorků tekutiny.

Detekční ústrojí je s výhodou tvořeno průtokoměrem.

Usměrňovači element pro odchylování proudu tekutiny odchyluje tekutinu a nutí ji protékat oblastí, vytvořenou mezi obvody komolých kuželů a vnitřní stěnou potrubí, pro dosažení

-3CZ 289615 B6 podstatné linearizace rychlostního profilu tekutiny v předem stanoveném rozsahu rychlostí proudění potrubím, a ústrojím pro určování charakteristických veličin stabilizovaného a upraveného proudění tekutiny, uspořádaným ve směru proudění za ústrojím pro úpravu a stabilizaci proudění tekutiny. Proudění tekutiny je takto stabilizováno jak před, tak za, usměrňovacím elementem pro odchylování proudu tekutiny.

Směrem dovnitř zkosená stěna komolého kužele, uspořádaného na zadní straně usměrňovacího elementu, uvažováno z hlediska směru proudění tekutiny, způsobuje optimalizaci rychlosti tekutiny při jejím návratu do stavu volného proudění v potrubí za usměrňovacím elementem. V důsledku toho je průtočný profil za usměrňovacím elementem relativně rovinným a symetrickým velkým středním průtočným průměrem, axiálně vystředěným v potrubí.

Usměrňovači element rovněž způsobuje homogenizaci proudu tekutiny, ať už kapaliny, plynu nebo tekutiny, obsahující pevné částice, to jest způsobuje řádné promíchání a v podstatě homogenizaci směsi dvou nebo i více tekutin a/nebo tekutiny obsahující pevné částice. Proudící směs bude takto proudit dál jako v podstatě homogenní v celém průtočném profilu. V důsledku toho může být v této oblasti prováděno přesné určování charakteristických veličin tekutiny nebo proudění tekutiny.

Zařízení pro určování charakteristických veličin tekutiny nebo proudění tekutiny je umístěno v potrubí v krátké vzdálenosti od usměrňovacího elementu, přičemž výhodný odstup činí řádově několik průměrů potrubí. Zařízení pro určování nebo zjišťování charakteristických veličin může být zařízením pro odebírání vzorků tekutiny nebo zařízením pro měření proudění tekutiny. Podle výhodného provedení, určeného pro studium ověřování požárních zařízení, je toto zařízení průtokoměrem s oběžným kolem, který pohání buď indikátor okamžité rychlosti proudění, nebo sčítací počitadlo nebo oba tyto prostředky.

Vzhledem ke skutečnosti, že proudění tekutiny v oběžném koleje stabilizováno a je homogenní, přičemž průtočný profil je rovnoměrný, má velký a konstantní střední průměr a je v potrubí axiálně vystředěn, bude průtokoměr nebo jiný měřicí přístroj provádět přesné a vysoce spolehlivé měření proudění vody, jak je požadováno pro účely ověřování velikosti proudu vody z požárních hydrantů a požárních čerpacích jednotek. Provedení je vylepšeno a proto i komerční a vědecká hodnota měřicího přístroje je vyšší.

Podle vynálezu tedy vznikne velmi jednoduché, malé a kompaktní, a přitom vysoce přesné a spolehlivé, zařízení pro zjišťování a přezkušování proudění tekutiny potrubím s přesností jednoho procenta nebo i vyšší přesností. Ověřovací a schvalovací studie prováděné požárním sborem a podobné ověřovací a schvalovací studie mohou být proto prováděny velmi ekonomicky a v relativně krátkém časovém rozpětí. Odborníkům jsou zřejmé i jiné aplikace řešení podle vynálezu.

Navíc kvýše uvedeným skutečnostem představuje řešení podle vynálezu rovněž jednoduchý a ekonomický systém pro provádění měření hmotnostního toku Newtonovy nebo v podstatě Newtonovy tekutiny. Zejména tehdy, když se usměrňovači element opatří různými prostředky, jako snímačem pro stanovení poklesu tlaku napříč elementem a průtokoměrem za usměrňovacím elementem pro stanovení rychlosti tekutiny, je možno provádět měření hmotnosti nebo váhy tekutiny, proudící potrubím.

Vynález je proto vhodný pro určování charakteristických veličin různých proudících tekutin praktickým a ekonomickým způsobem.

-4CZ 289615 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje v perspektivním pohledu zařízení podle vynálezu, použité v přezkušovacím systému požárních čerpacích jednotek, obr. 2 svislý podélný řez výhodným provedením zařízení z obr. 1 a obr. 3 příčný řez v podstatě podél čáry 3-3 zařízením z obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Dále uvedené příkladné provedení považuje vynálezce za nejlepší možné provedení svého vynálezu. Odborníkům jsou zřejmé modifikace, změny a obměny, které mohou být prováděny v rámci vynálezu.

Provedení vynálezu, znázorněné na výkresech, je vhodné zejména pro použití jako zařízení na 20 ověřování požárních čerpacích jednotek. Toto zařízení sestává z potrubí 10, které je s výhodou sestaveno ze dvou polovin, to jest z prvního potrubí 12 a z druhého potrubí 14, která jsou k sobě připevněna pomocí přírub 16 a 18, přivařených k protilehlým koncům příslušných potrubí 12 a 14. Jak znázorňuje šipka, proudí tekutina potrubím 10 ze vstupu 20 na volném konci prvního potrubí 12 k výstupu 22 na volném konci druhého potrubí 14. Potrubí 10 je opatřeno v místě 25 vstupu 20 spojkou 24. určenou pro připojení potrubí 10 k výstupu požárního hydrantu nebo vodního čerpadla nebo k výstupnímu konci požární hadice. Potrubí 10 je opatřeno na výstupu 22 fitinkem 26, určeným pro připojení k požární hadici.

Výstupy požárních hydrantů a armatury požárních hadic mají normalizovaný průměr 63,5 mm, 30 takže spojka 24 a fitink 26 jsou provedeny s tímtéž průměrem. Protože objem a rychlost proudu tekutiny jsou velké, musí mít potrubí 10, v němž se vede tekutina určená k měření, velký průměr. Proto jsou rovněž první potrubí 12 a druhé potrubí 14 provedena s velkým průměrem, například 101,6 mm, s přechody tvaru komolého kužele mezi průměry 63,5 mm a 101,6 mm. Větší průměr potrubí 10 rovněž slouží ke zmírnění kavitace v prostoru, v němž se provádí měření proudění.

Pro usnadnění manipulace s průtokoměrem je první potrubí 12 i druhé potrubí 14 opatřeno držadlem 28 tvaru písmene U. Obě ramena každého držadla 28 jsou přivařena k protilehlým stranám příslušného potrubí 12, 14 a zasahují pod příslušné potrubí 12, 14. aby vytvořila stojan pro ustavení průtokoměru ve vzpřímené poloze, když není připojen k požárnímu hydrantu nebo 40 k výstupu čerpadla.

Jak vyplývá z obr. 2, je v prvním potrubí 12 celého potrubí 10 uspořádáno stabilizační ústrojí 30, určené pro úpravu, stabilizaci a homogenizaci proudění tekutiny, a ve druhém potrubí 14 je uspořádáno detekční ústrojí 32 pro určování nebo zjišťování charakteristických veličin tekutiny 45 nebo proudění tekutiny. Ve znázorněném provedení je toto detekční ústrojí 32 tvořeno průtokoměrem buď s oběžným kolem, nebo kolem ve formě lodního šroubu.

Stabilizační ústrojí 30 sestává primárně z usměrňovacího elementu 34, vyvinutého vynálezcem. Usměrňovači element samotný, který je určen pro jiné použití, je znázorněn a popsán podrobně 50 v patentech US 4 638 672 a 4 812 049.

Usměrňovači element 34 v podstatě sestává ze dvou opačně uspořádaných komolých kuželů 34a, 34b, připevněných k sobě svými většími základnami, které mají stejný průměr. První komolý kužel 34a je delší než druhý komolý kužel 34b a úhel sklonu jeho povrchu vůči rovině,

-5CZ 289615 B6 definované obvodem spojených konců obou komolých kuželů 34a, 34b. činí asi 75°, přičemž jeho výhodná hodnota je řádově asi 67,5°. Úhel sklonu povrchu druhého komolého kužele 34b vůči rovině, definované obvodem spojených konců obou komolých kuželů 34a. 34b. činí s výhodou asi 22°. Číslo beta usměrňovacího elementu 34 vůči vnitřnímu průměru prvního 5 potrubí 12 je s výhodou v rozmezí od asi 0,5 do asi 0,94.

Usměrňovači element 34 má menší průměr než první potrubí 12 a je v tomto prvním potrubí 12 upevněn koaxiálně, přičemž rovina, definovaná obvodovým okrajem spojených konců komolých kuželů 34a, 34b. je kolmá ke směru proudění tekutiny a šikmé stěny obou komolých kuželů 34a. 10 34b se symetricky vzdalují směrem dovnitř od vnitřní stěny prvního potrubí 12.

Když tekutina, například voda, vstupuje do vstupu 20 pod tlakem, je usměrňována, neboli odchylována, prvním komolým kuželem 34a usměrňovacího elementu 34 do prstencové oblasti, jejíž průřez se postupně zmenšuje, až do oblasti nejmenší plochy u obvodu spojených konců 15 obou komolých kuželů 34a. 34b. Potom tekutina proudí do prstencového prostoru, jehož průřez se postupně zvětšuje, neboť je ohraničen druhým komolým kuželem 34b. V důsledku toho se proudění tekutiny stabilizuje a upravuje jak před usměrňovacím elementem 34. tak i za ním. Rovněž tekutina, nebo tekutiny a jakékoli pevné materiály v nich obsažené, se homogenizují, takže potrubí 10, nacházející se za usměrňovacím elementem 34. je vyplněno v podstatě 20 homogenní směsí v podstatě po celé ploše svého průřezu.

Usměrňovači element 34 způsobuje zejména linearizaci rychlostního profilu proudu tekutiny v širokém rozsahu velikostí průtoků, přičemž druhý komolý kužel 34b způsobuje optimalizaci zpětné rychlosti tekutiny, když se vrací do stavu volného proudění v potrubí 10 za usměrňovacím 25 elementem 34. V důsledku toho je průtočný profil za usměrňovacím elementem 34 relativně rovinný, symetrický, axiálně vystředěný v potrubí 10 a má velký a v podstatě konstantní střední průtočný průměr bez ohledu na rychlost proudění. Odchylka průtočného průměru činí řádově jedno procento nebo i méně. Za usměrňovacím elementem 34 tedy vznikne konstantní průtočný profil tekutiny, což usnadňuje přesné měření stavu proudění.

Obvodový okraj, tvořený spojenými konci komolých kuželů 34A. 34b, ve spojení s druhým komolým kuželem 34b způsobuje vznik krátkých vírů, které se šíří od obvodového okraje ve směru proudění tekutiny. Tyto víry mají malou amplitudu a vysokou frekvenci, čímž přispívají k optimalizaci zpětné rychlosti proudění tekutiny. Víry malé amplitudy a vysoké frekvence 35 účinně eliminují nežádoucí poruchy, neboli takzvaný hluk, směrem po proudu, čímž se usnadňuje dosažení vysoce přesného a spolehlivého měření. Usměrňovači element 34 typu, vyvinutého vynálezcem, tedy účinně napomáhá dále uspořádanému měřicímu zařízení.

Usměrňovači element 34 může být upevněn v prvním potrubí 12 pomocí jakýchkoliv vhodných 40 prostředků, například pomocí jedné nebo několika montážních hvězdic nebo pomocí zakřiveného ramena nebo trubky procházející stěnou potrubí, jak je znázorněno v patentech US 4 638 672 a 4 812 049. Nicméně vzhledem k extrémní velikosti víření ve vodě, vystupující z požárního hydrantu nebo z požární hadice, je zapotřebí u této zvláštní aplikace uspořádat prostředky pro napomáhání usměrňovacímu elementu 34 v odstraňování a zmírňování víření. Podle výhodného 45 provedení, znázorněného na obr. 2 a 3, je usměrňovači element 34 upevněn axiálně v prvním potrubí 12 pomocí lopatek, napřimujících proudění, s výhodou první sady 36 lopatek před usměrňovacím elementem 34 a druhé sady 38 lopatek za usměrňovacím elementem 34. Komolé kužely 34a. 34b se mohou přivařit nebo jinak připojit k příslušné sadě 36. 38 lopatek svými konci menšího průměru.

Jak je znázorněno na obr. 3, sestává každá sada 36, 38 ze šesti rovnoměrně rozmístěných lopatek, rozkládajících se radiálně od osy k vnitřní stěně prvního potrubí 12. Celkový podélné rozměr lopatek by neměl být větší než asi l,5násobek průměru prvního potrubí 12. Podle výhodného

-6CZ 289615 B6 provedení se délka každé sady 36. 38 lopatek rovná asi jedné polovině průměru prvního potrubí

12.

Obě sady 36. 38 lopatek tedy tvoří část stabilizačního ústrojí 30, přičemž připojené komolé kužely 34a. 34b upravují víření a průtočný profil a lopatky napomáhají usměrňovacímu elementu 34 při úpravě víření. V důsledku toho je proudění tekutiny u detekčního ústrojí 32 plně stabilizováno a předběžně upraveno.

Detekční ústrojí 32 může být upevněno v potrubí 10 v jakékoli potřebné vzdálenosti ve směru proudění za usměrňovacím elementem 34 až do vzdálenosti asi desetinásobku průměru potrubí 10, v závislosti na měřené tekutině, stavu proudění a charakteristických veličinách, které mají být zjištěny. Nicméně nejvýhodněji se detekční ústrojí 32 upevní za usměrňovacím elementem 34 ve vzdálenosti, rovnající se asi dvěma až třem průměrům potrubí 10, to jest asi jeden až tři průměry potrubí 10 za stabilizačním ústrojím 30. Provedení potrubí 10 ze dvou potrubí 12 a 14 usnadňuje použití stabilizačního ústrojí 30 u různých měřicích a vzorkovacích zařízení.

U výhodného znázorněného provedení zařízení, určeného pro ověřování velikosti výkonu požárních hydrantů a požárních čerpacích jednotek, obsahuje detekční ústrojí 32 průtokoměr 40 s oběžným kolem 42, například ve formě lodního šroubu, přičemž tento průtokoměr 40 je opatřen prostředky pro zaznamenávání proudění tekutiny v souhrnném zapisovacím přístroji a/nebo ukazatelem okamžitého průtoku. Zvlášť vhodný průtokoměr 40, opatřený oběžným kolem 42 a zapisovacím systémem, je známý pod označením Model Ml 104.

Jak je znázorněno na obr. 2, obsahuje průtokoměr 40 oběžné kolo 42. jehož průměr je poněkud menší než vnitřní průměr druhého potrubí 14, a které je uloženo na ose otáčení shodné s osou potrubí 10 a s osou usměrňovacího elementu 34.

U znázorněného provedení je oběžné kolo 42 otočně uloženo na elektrické snímací jednotce 44. upevněné axiálně v druhém potrubí 14 na konci zakřiveného montážního ramena, neboli montážní trubky 46, která prochází radiálně stěnou druhého potrubí 14, k níž je přivařena, po proudu za oběžným kolem 42 a snímací jednotkou 44. Ze snímací jednotky 44 vystupují elektrické vodiče, které nejsou znázorněny, a procházejí montážní trubkou 46 až do koncového dílu 48, uspořádaného na vnějším konci montážní trubky 46. Koncový díl 48 obsahuje koncovky pro elektrické připojení k měřicímu přístroji, obsahujícímu buď souhrnný zapisovací přístroj, nebo ukazatel okamžitého průtoku nebo oba tyto přístroje. Jestliže je požadována výjimečná přesnost, může být snímací jednotkou 44 snímač v pevné fázi pro vytváření digitálních impulsů, které se přenášejí z koncového dílu 48 do vhodné jednotky na zpracování dat, jako například do počítače nebo mikroprocesoru. Tyto přístroje nejsou znázorněny, protože jsou v oblasti měření proudění běžně známé. S popsanými komponentami je celková přesnost zařízení, to jest kombinovaná přesnost hydraulického, mechanického, elektrického a/nebo elektronického systému, 99 procent nebo i lepší. Všechny chyby zařízení nečiní více než 1 procento.

Je známé, že souhrnný zapisovací přístroj může poskytovat údaje v galonech, kubických stopách, plošných stopách, kubických metrech a jiných standardních jednotkách. Podobně může ukazatel okamžitého průtoku poskytovat údaje v galonech za minutu, kubických stopách za sekundu a jiných standardních jednotkách.

Alternativně k elektrickému nebo elektronickému snímacímu a zapisovacímu přístroji může být oběžné kolo opatřeno přímým mechanickým pohonem, spojeným se souhrnným zapisovacím přístrojem a ukazatelem okamžitého průtoku prostřednictvím ohebného hřídele, procházejícího montážní trubkou 46 od oběžného kola 42 k neznázoměnému zapisovacímu přístroji, uspořádanému přímo na vnějším konci montážní trubky 46. Tato forma pohonu skýtá výhodu v tom, že se jedná o vlastní pohon, takže není zapotřebí do zapisovacího přístroje přivádět elektrický proud.

Při vlastním měření se oběžné kolo 42 otáčí působením tekutiny, proudící potrubím 10, frekvencí otáčení, úměrnou rychlosti proudění. Tím oběžné kolo 42 zjišťuje a provádí měření rychlosti proudění tekutiny. Když je známý průměr potrubí 10. určí se snadno objem proudu.

Pomocí dalších prostředků pro měření poklesu tlaku ve známém zúžení v potrubí 10 je možno provádět měření průtoku Newtonovy, nebo v podstatě Newtonovy, tekutiny jako funkce tlakového diferenciálu a rychlosti tekutiny. V zařízení výhodného provedení se tlakový diferenciál měří napříč usměrňovacím elementem 34 prostřednictvím neznázoměného snímače způsobem, podrobně popsaným v patentu US 4 638 672. Za tím účelem je ve stěně prvního potrubí 12 proveden přístupový otvor 50, který je u znázorněného provedení obvykle uzavřen zátkou 52, aby se usnadnila instalace prostředku pro snímání poklesu tlaku napříč usměrňovacím elementem 34. Pomocí takto stanoveného tlakového diferenciálu a rychlosti proudění tekutiny je možno stanovit hmotnost nebo váhu tekutiny proudící potrubím 10. a to buď jako hmotnostní tok proudění, nebo jako celkovou váhu proudu tekutiny nebo oba. Na rozdíl od známých provedení poskytuje vynález měření proudění hmoty v extrémně krátkém přímém postupu. Měření průtoku hmoty je velmi hodnotným doplňkem velkého množství průmyslových pracovních operací, jako například v továrnách na zpracování potravin.

Vynález umožňuje přesné měření mnoha stavů a charakteristických veličin proudění tekutiny.

Při použití v jiné oblasti než u ověřovacích systémů protipožárních čerpadel může být stabilizační ústrojí 30 pro úpravu a stabilizaci proudění tekutiny použito pro různé účely a pro zvýšení přesnosti, spolehlivosti a provedení dalších měřicích zařízení a přístrojů na měření tekutin.

Médium proudící potrubím 10 může být plynné, kapalné nebo viskózní, nebo jejich kombinací, a rovněž může obsahovat pevné částice nebo pevné látky. V podstatě ve všech případech stabilizační ústrojí 30 účinně homogenizuje proudění a stabilizuje a upravuje proudění do konstantního axiálně vystředěného průtočného profilu s rovinným čelem na výstupu z prvního potrubí 12. Ve druhém potrubí 14 je proto možné provádět různá měření, která budou přesná a spolehlivá.

Proto byly popsány úkoly a výhody vynálezu, které jsou dosahovány výhodným, ekonomickým a praktickým způsobem.

I když bylo popsáno a znázorněno výhodné provedení vynálezu, je zřejmé, že v rámci vynálezu je možno provádět různé změny, úpravy a modifikace, aniž by se vybočilo z jeho rozsahu.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny v potrubí, v místě měření uvnitř potrubí, vyznačující se tím, že do potrubí (10) se před místem měření vloží usměrňovači element (34) pro usměrňování proudění tekutiny, který má menší velikost než potrubí (10), a který sestává ze dvou komolých kuželů (34a, 34b), spojených svými většími základnami a upevněných koaxiálně v potrubí (10) kolmo ke směru proudění tekutiny, přičemž obvody komolých kuželů (34a, 34b) se symetricky vzdalují směrem dovnitř od vnitřní stěny potrubí (10), a tekutina proudící potrubím (10) prstencovou oblastí vytvořenou mezi obvody komolých kuželů (34a, 34b) a vnitřní stěnou potrubí (10) se odchyluje pro linearizování rychlostního profilu tekutiny v předem stanoveném rozsahu rychlostí proudění potrubím (10)

   -8CZ 289615 B6 a pro vytvoření konstantního průtočného profilu v místě měření, který má axiálně vystředěný střední průtočný průměr, a do potrubí (10) se v místě měření vloží detekční ústrojí (32) pro stanovení charakteristických veličin stabilizovaného proudění tekutiny v místě měření.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že usměrňovači element (34) se do potrubí (10) vloží před místo měření ve vzdálenosti od místa měření, která není větší než desetinásobek vnitřního průměru potrubí (10).
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že usměrňovači element (34) se do potrubí (10) vloží před místo měření ve vzdálenosti od místa měření, která se rovná jednonásobku až trojnásobku vnitřního průměru potrubí (10).
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že do potrubí (10) se u usměrňovacího elementu (34) vloží prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny se vloží do potrubí (10) jak před, tak i za usměrňovači element (34).
6. 6. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že v místě měření se provádí měření průtoku tekutiny proudící potrubím (10).
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že v předem stanovené poloze se v potrubí (10) provádí měření tlakového diferenciálu a z proudění tekutiny a tlakového diferenciálu se stanoví hmotnostní tok potrubím (10).
8. 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že tlakový diferenciál se měří mezi vstupní stranou a výstupní stranou usměrňovacího elementu (34).
9. 9. Zařízení k provádění způsobu podle jednoho z nároků 1 až 8, které obsahuje potrubí (10) pro dopravu tekutiny v daném směru a detekční ústrojí (32) pro stanovení charakteristických veličin proudění tekutiny, vyznačující se tím, že obsahuje stabilizační ústrojí (30) pro stabilizaci a úpravu proudění tekutiny umístěné v potrubí (10) před detekčním ústrojím (32), přičemž toto stabilizační ústrojí (30) obsahuje usměrňovači element (34) pro odchylování proudu tekutiny, který má menší velikost než potrubí (10) a sestává ze dvou komolých kuželů (34a, 34b), spojených svými většími konci a upevněných koaxiálně v potrubí (10) kolmo ke směru proudění tekutiny, přičemž obvody komolých kuželů (34a, 34b) se vzdalují symetricky směrem dovnitř od potrubí (10).
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že stabilizační ústrojí (30) je opatřeno prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny proudící potrubím (10).
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny proudící potrubím (10) jsou uspořádány v potrubí (10) před usměrňovacím elementem (34) a za usměrňovacím elementem (34).
12. 12. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že prostředky pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny jsou tvořeny v odstupech uspořádanými stěnovými prostředky, rozkládajícími se podélně a rozdělujícími část vnitřku potrubí (10) na podélné průchody.

    -9CZ 289615 B6
13. 13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že délka stěnových prostředků v podélném směru činí až l,5násobek vnitřního průměru potrubí (10).

    5
14. 14. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že usměrňovači element (34) je koaxiálně v potrubí (10) upevněn na prostředcích pro zmírňování víření a napřimování proudění tekutiny.
15. 15. Zařízení podle nároku 9, v y z n a č u j i c í s e t í m, že detekční ústrojí (32) je tvořeno 10 ústrojím pro odběr vzorků tekutiny.
16. 16. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že detekční ústrojí (32) je tvořeno průtokoměrem (40).