NL9400445A - Stromingsrichter voor een turbineradgasmeter. - Google Patents

Description

Korte Titel: Stromingsrichter voor een turbineradgasmeter.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het beïnvloeden van de stroming en meer speciaal een stromingsrichter voor het opheffen van wervels in een gasstroom, dat door een stromingsbuis stroomt, welke inrichting bestaat uit een plaat van een bepaalde dikte, waarin een cirkelsym-metrisch gatenpatroon is aangebracht.

Turbineradgasmeters worden geijkt en gecalibreerd in installaties met ideale stromingen. De gasstroom die de meter nadert, heeft een cirkelsymmetrische snelheidsverdeling en in de ijkinstallatie zijn voorzorgsmaatregelen genomen om alle wervels te elimineren. De stroming benadert een volledig ontwikkeld stromingsprofiel in een oneindig lange rechte pijp. In de praktijk worden deze meters gebruikt in stations met vele bochten, kleppen, appendages, vernauwingen en verwijdingen of zelfs drukregelaars die maken dat de stroming niet uniform is en sterk wervelend kan zijn. De internationale standaard ISO 9951 " Measurement of gas flow in closed conduits - Turbine meters" vereist van de fabrikant om inbouwvoorschriften te geven voor de meter zodat in de praktijk de meetfout niet groter is dan 1/3 van de fout die toegestaan is onder ideale omstandigheden. Voor de grotere debieten komt dit neer op 1/3 van 1% en voor de lage debieten 1/3 van 2%.

De afhankelijkheid van een debietmeter van het aangeboden stromingsprofiel geldt niet alleen voor turbineradgasmeters, doch ook voor andere debietmeters zoals bijvoorbeeld meetflenzen. Voor meetflenzen zijn stroomrichters gedefinieerd in de international standaard ISO 5167. Deze stroomrichters dienen ingebouwd te worden op een afstand van 22 maal de nominale diameter voor de meetflens. De eerstvolgende verstoring dient dan te liggen op een afstand van 20 maal de nominale diameter bovenstrooms van de stroomrich- ter. De totale installatielengte wordt dan 44 maal de nominale diameter plus de lengte van de stroomrichter.

Voor turbineradgasmeters worden soortgelijke stroomrichters gebruikt. Omdat de turbineradgasmeter van nature minder gevoelig is voor verstoringen in het stromingsprofiel, wordt de installatielengte in dit geval kleiner gekozen, waarbij toch een goede vermindering van het effect van afwijkende stromingsprofielen wordt verkregen.

Stroomrichters bestaan uit één of meer geperforeerde platen met gaten van gelijke of variërende grootte, ofwel uit een samenstelling van ronde of vierkante buizen die in axiale richting in de pijp gemonteerd zijn, ofwel uit combinaties hiervan.

Uit het Britse Octrooi GB 1,375,908 is een stroomrichter bekend, die bestaat uit een plaat met ronde gaten. In dit octrooi wordt een uit Japan afkomstige vinding beschreven, waarbij een stromingrichter wordt toegepast bestaande uit een plaat waarin een groot aantal gaten zijn aangebracht. Deze stroomrichters zijn ontworpen voor het gebruik met meetflenzen. Deze stroomrichters zijn geoptimaliseerd voor het gebruik te zamen met meetflenzen. Al deze bekende stroomrichters zijn primair ontworpen voor gebruik met meetflenzen, en de optimalisatie van de plaats van inbouw is ook uitgevoerd specifiek voor gebruik met meetflenzen. Het onderhavige octrooi beschrijft een stroomrichter die speciaal ontworpen en geoptimaliseerd is voor het gebruik te zamen met een turbineradgasmeter. Een belangrijke parameter van stroomrichters is het permanent drukverlies dat ze veroorzaken.

De gebruikelijke turbineradgasmeter bestaat uit een lichaam dat met behulp van spaken in een buis is gemonteerd waar gas doorheen stroomt. De stroming wordt geleid naar de ringvormige spleet tussen het centrale lichaam en een buitencilinder .

Een schoepenwiel is zodanig gemonteerd dat de schoepen zich in de ringvormige spleet bevinden en welk schoepenwiel wordt aangedreven door het door de spleet vloeiende gas. Voor het schoepenwiel zijn in het algemeen eenvoudige stroomrichters aangebracht, bijvoorbeeld in de vorm van vlakke spaken tussen het centrale lichaam en de buitencilinder. Ook platen met gaten zijn in sommige typen gebruikt als eenvoudige stroomrichters.

De dimensionering van deze bekende eenvoudige stroomrichters is niet geoptimaliseerd met betrekking tot hun werking, hetgeen blijkt als men de meters test met verstoringen volgens ISO 9951. In deze standaard worden vier configuraties aangegeven voor het opwekken van gestoorde snelheidsverdelingen. Deze vier verstoringen kunnen verdeeld worden in twee groepen die het spiegelbeeld van elkaar zijn. Waar de één een linksomdraaiende wervel veroorzaakt, veroorzaakt de ander een rechtsdraaiende wervel.

De verstoringen zijn verder te verdelen in één die een sterke en één die een zwakke verstoring teweegbrengt. Bij de verstoring wordt behalve een wervel een sterke inhomoge-niteit in de snelheidsverdeling teweeggebracht.

Het doel van de uitvinding is een stromingsrichter die zodanig geoptimaliseerd is, dat de voornoemde nadelen niet optreden en dat de metingen met een turbineradgasmeter voorzien van een stromingsrichter volgens de uitvinding metingen vertonen, die de fout tengevolge van verstoringen binnen 1/3 deel van nominaal toegestane fout brengen.

Dit oogmerk van de uitvinding wordt bereikt met een plaatvormige stromingsrichter, doordat de plaat voorzien is van een aantal gaten, die regelmatig verdeeld zijn over het oppervlak van de plaat en waarvan de diameter van de gaten kleiner is dan 0,1 maal de diameter van de stromingsbuis, waarbij het totale oppervlak van som van de doorsnede van de gaten ligt tussen 0,4 en 0,8 maal het oppervlak van de doorsnede van de stromingsbuis en dat de diameter van het grootste gat kleiner is dan 1,3 maal de diameter van het kleinste gat en dat de dikte van de plaat kleiner is dan de diameter van het grootste gat ligt tussen de 1 en de 0,6 maal de diameter van het grootste gat. Met een dergelijke stroomrichter volgens de uitvinding wordt bereikt, dat indien toegepast met een turbineradgasmeter, dat indien verstoringen zoals die in ISO 9951 beschreven staan worden toegepast, zonder tussenschakeling van extra stroomrichters of extra rechte lengtes de meetfout, veroorzaakt door de verstoring binnen 0.2 % blijft.

De grootte van de gaten in de stroomrichter volgens de uitvinding is gemiddeld gelijk aan ongeveer 1/10 maal de nominale pijpdiameter D en kan de doorlaat gelijk zijn aan ongeveer 50% van de totale doorlaat, terwijl toch een zeer goede onderdrukking van de wervels verkregen wordt. Hierdoor blijft het drukverlies over de plaat beperkt- Ook is de stijfheid van de plaat nog zodanig dat geen extra versteviging nodig is.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen. Hierin tonen:

Figuur 1: Een leidinggedeelte 1 met een stromingsrich- ter volgens de uitvinding;

Figuur 2: Vooraanzicht van een stromingsrichter volgens figuur 1;

Figuur 3: Dwarsdoorsnede van de turbineradgasmeter over de lijn III-III volgens figuur 1;

Figuur 4: Dwarsdoorsnede van een alternatieve turbine radgasmeter .

In figuur 1 is een leidinggedeelte 1 met een bocht 2 weergegeven. In het leidinggedeelte 1 zijn een turbineradgasmeter 3 en een stromingsrichter 4 opgenomen. De turbineradgasmeter 3 is voorzien van schoepen 5 en is gelagerd bevestigd aan een cilindrisch lichaam 6, dat concentrisch is aangebracht in het leidinggedeelte 1 met behulp van plaatvormige, radiale spaken of vanen 7. De lengte van de vanen 7 in axiale richting ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaat-openingen tussen de vanen 7- Het naar de stromingsrichter 4 toe gerichte uiteinde 8 van het cilindrische lichaam 6 is gestroomlijnd en in hoofdzaak kegelvormig. Tussen het cilindrische lichaam 6 en de binnenzijde van het leidinggedeelte 1 bevindt zich een ringvormige spleet 9. Tussen de stromingsrichter 4 en het kegelvormige uiteinde 8 van het cilindrisch lichaam 6 is een tussenruimte 10 vrij gelaten. De stromingsrichter 4 bestaat uit een cirkelvormige plaat 11, die passend in het leidinggedeelte 1 is aangebracht. De cirkelvormige plaat 11 is voorzien van doorlaatopeningen 12. De dikte van de plaat 11 ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 12.

Door het leidinggedeelte 1 stroomt een gas vanaf de bocht 2 langs de stromingsrichter 4 en vervolgens langs de tur-bineradgasmeter 3. Voordat het gas in de buurt van de bocht 2 komt stroomt het gas in het midden van de leiding sneller dan nabij de binnenwand van de leiding en kan de stroming van het gas worden weergegeven met een stromingsprofiel 13. Een gas, dat onder ideale omstandigheden door een leiding zonder verstoringen stroomt, zal een dergelijk stromingsprofiel 13 vertonen. Na het passeren van de bocht 2 stroomt het gas in het midden van het leidinggedeelte 1 minder snel dan het gas, dat zich meer in de buurt van de binnenwand van de leiding bevindt en zal de stroom van het gas weergegeven kunnen worden met een stromingsprofiel 14. Indien een turbineradgasmeter in een dergelijke stroom zou zijn opgesteld, dan zou het gas met grotere snelheid langs de schoepen 5 stromen en zou de turbineradgasmeter meer stroming meten dan het geval zou zijn als het gas overeenkomstig stromingsprofiel 13 langs de turbineradgasmeter zou stromen. Om het gas na de bocht 2 weer volgens een uniforme stromingsverdeling te laten stromen, is na de bocht de stromingsrichter 4 in het leidinggedeelte 1 opgenomen- Na het passeren van de stromingsrichter 4 zal het gas de tussenruimte 10 instromen bijvoorbeeld volgens stromings-profiel 15. In deze tussenruimte 10 vindt een impulsuitwisseling plaats, die ervoor zorgt dat de stroming in de ringvormige spleet 9 zo goed als uniform is. Het gas stroomt vervolgens langs de vanen 7, waarmee het cilindrische lichaam 6 is opgehangen. Deze vanen 7 werken als een tweede stromingsrichter, zodat het gas na het passeren van de vanen met een nog meer uniforme verdeling langs de schoepen 5 stroomt. Indien voor een turbineradgasmeter 3 een stromingsrichter 4 volgens de uitvinding is geplaatst zullen daardoor de metingen een veel kleinere meetfout vertonen dan tot nu toe gebruikelijk. Indien een soort tweede stromingsrichter wordt toegepast bestaande uit een stel vanen, dan kan de meetfout nog verder worden verkleind .

Figuur 2 toont een gedeelte van een stromingsrichter 4. De stromingsrichter 4 bestaat uit een cirkelvormige plaat 11, die is voorzien van doorlaatopeningen 12. De dikte van de plaat 11 ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 12. De diameters van de doorlaatopeningen 12 zijn niet gelijk. Een buitenste kring van doorlaatopeningen 12 omvat doorlaatopeningen 16.

Experimenteel is vastgesteld, dat een zeer goed resultaat wordt verkregen, indien bij een diameter van het leiding-gedeelte van 105 mm de diameter van de buitenste doorlaatopeningen 16 10 mm is. Daarbinnen ligt een tweede kring van doorlaatopeningen 17 met een diameter van 8 mm. Verder naar binnen ligt een derde kring van doorlaatopeningen 18, die een diameter van 11 mm hebben. De totale doorlaat van de alle doorlaatopeningen 12 te samen is ca 49 % van de doorlaat van het leidinggedeelte. De dikte van de cirkelvormige plaat is dan 8 mm.

Bij een andere buisdiameter is experimenteel vastgesteld dat een zeer goed resultaat wordt bereikt, indien de diame ter van het leidinggedeelte 155 mm is, waarbij dan de buitenste doorlaatopeningen 16 een diameter hebben van 15 mm, de middelste doorlaatopeningen 17 een diameter van 12 mm, terwijl de doorlaatopeningen 18 in de binnenste kring een diameter hebben van 16 mm. De totale doorlaat van alle doorlaatopeningen 12 bijeen is dan wederom ca. 50 % van de doorlaat van het leidinggedeelte. De dikte van de cirkelvormige plaat ligt wederom tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 12 en bedraagt bij deze uitvoering derhalve 12 mm.

Figuur 3 toont in dwarsdoorsnede over de lijn III-III uit figuur 1 het cirkelvormig lichaam 6, dat door middel van spaken of vanen 7 is opgehangen in het leidinggedeelte 1.

De vanen 7 zijn op gelijke onderlinge afstand van elkaar aangebracht en delen de ringvormige spleet 9 op in steeds even grote doorlaatopeningen 19. De lengte van de vanen 7 in axiale richting ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 19. De afstand tussen twee naast elkaar gelegen vanen 7 is ongeveer gelijk aan de hoogte van de vanen 7 in radiale richting. De vanen 7 fungeren aldus als een tweede stromingsrichter. Gebleken is, dat bij deze verhoudingen wervelingen vrijwel geheel worden opgeheven. Bij kortere vanen 7 wordt de werveling niet geheel uitgedempt, terwijl bij langere vanen 7 de wervelingen worden omgezet in wervelingen, die in omgekeerde richting draaien.

Figuur 4 toont in doorsnede een andere mogelijke uitvoering van een turbineradgasmeter, waarbij het cirkelvormige lichaam 6 in het leidinggedeelte 1 is opgehangen door middel van een ringvormige plaat 20, waarin cirkelvormige doorlaatopeningen 21 zijn aangebracht. Om een zelfde doorlaat te hebben als de doorlaatopeningen 19 tussen de vanen 7 uit figuur 3, dienen de cirkelvormige doorlaatopeningen 21 bij deze turbineradgasmeter te zijn uitgevoerd met een diameter die een factor 1,13 groter is dan de hoogte van de vanen 7 uit figuur 3.

Claims (6)

1. Inrichting voor het beïnvloeden van de stroming en meer speciaal een stromingsrichter voor het opheffen van wervels in een gasstroom, dat door een stromingsbuis stroomt, welke inrichting bestaat uit een plaat van een bepaalde dikte, waarin een cirkelsymmetrisch gatenpatroon is aangebracht, met het kenmerk, dat de plaat voorzien is van een aantal gaten, die regelmatig verdeeld zijn over het oppervlak van de plaat en waarvan de diameter van de gaten kleiner is dan 0,1 maal de diameter van de stromingsbuis, waarbij het totale oppervlak van som van de doorsnede van de gaten ligt tussen 0,4 en 0,8 maal het oppervlak van de doorsnede van de stromingsbuis en dat de diameter van het grootste gat kleiner is dan 1,3 maal de diameter van het kleinste gat en dat de dikte van de plaat kleiner is dan de diameter van het grootste gat ligt tussen de 1 en de 0,6 maal de diameter van het grootste gat.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dikte van de plaat ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorsnede van de gaten in de plaat aangebracht.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dikte van de plaat ligt tussen de 0,7 en 0,9 maal de gemiddelde diameter van de gaten in de plaat.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de plaat is aangebracht bovenstrooms van het schoepenrad van een turbineradgasmeter en de afstand tussen de meter en de plaat ligt tussen de 0,1 en 10 maal de diameter van dwarsdoorsnede van de stromingsbuis.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de ringvormige spleet een tweede stromingsrichter is aangebracht die bestaat uit een aantal spaken of vanen, waarbij de verhouding van de hoogte van de spaken of de hoogte van het cirkelvormige gat en de afstand tussen de spaken of de steek, ligt tussen 0,8 en de 1 en de lengte van de vanen in de axiale richting liggen tussen de 0,7 en 1 maal de gemiddelde diameter van de gaten.

6. Inrichting volgens een van de conclusies 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat in de ringvormige spleet een tweede ringvormige stromingsrichter is aangebracht die bestaat uit een plaat voorzien van regelmatig patroon van een aantal gaten, waarvan het grootste gat kleiner is dan 1,3 maal het kleinste gat en waarvan de dikte van de plaat kleiner is dan de diameter van het grootste gat.