CS195802B1 - Zařízení k měření průtoku tekutiny - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k měření průtoku tekutiny, která protéká určitým průřezem, například příčným průřezem potrubí, za časovou jednotku, jednak snímač průtokoměru jakožto zařízení k provádění tohoto způsobu.

Ačkoliv je dnes známo velká množství nejrůznějších principů průtokoměrů, provádí se v převládající většině měření průtoku průtokoměry, které v podstatě provádějí transformaci měřené hodnoty průtoku na tlakový spád vyhodnocovaný tlakoměrným přístrojem. Úlohu transformace má snímač, který může být nejjednodušeji odporového typu: do cesty protékající tekutině je vložen odpor, na kterém dochází k energetické ztrátě. Protože zachování hmoty vyžaduje, aby ve stejně velkém průřezu před a za odporem protékala tekutina stejnou střední rychlostí, takže zde má prakticky stejnou velikost kinetické energie, musí se projevit energetický schodek na odporu úbytkem tlakové energie. Je-li tedy potrubí před odporem spojeno spojovacím kanálkem nebo dutinou s jedním vývodem diferenciálního manometru a potrubí za odporem s druhým jeho vývodem, lze na diferenciálním manometru odečíst hodnotu tlakového spádu na odporu. Tato hodnota se mění s velikostí průtoku tekutiny odporem, a tato velikost tak může být z naměřeného tlakového spádu vyhodnocována. Alternativou mohou být obdobné snímače průřezového typu, u nichž se v zásadě měří tlak v různých průřezech a tedy v místech, kde má tekutina různou hodnotu kinetické energie, jejíž rozdíl potom musí být vyrovnán rozdílem energie tlakové. Časté jsou snímače, v nichž je odporový a průřezový princip vyvození tlakového rozdílu kombinován.

Závislost mezi hodnotou průtoku a velikostí tlakového spádu vyvozeného ve snímači označujeme jako statickou charakteristiku. Pro přesnost měření je žádoucí, aby charakteristika měla co největší strmost, tj. aby malým změnám průtoku odpovídaly co největší změny vyvozeného tlakového rozdílu. Všeobecně platí, že velkou strmost charakteristiky snímače lze dosáhnout tím, že se ve snímači vytvoří velmi malý protékaný průřez. Tato cesta však není vždy přijatelná. Malé průřezy znamenají například zvýšené nebezpečí zanesení snímače nečistotami unášenými tekutinou.

Problém je řešen způsobem měření průtoku podle vynálezu, jehož podstatou je, že tekutina se vede tangenciálně do rotačně symetrické dutiny a z ní se potom vyvádí otvorem uspořádaným v ose symetrie, kde spojovacími kanálky nebo dutinami se vyvádí jednak hodnota tlaku v tekutině před tangenciálním přívodem do dutiny, jednak hodnota tlaku v tekutině za vývodním otvorem, přičemž jako míra velikosti měřeného průtoku se zjišťuje rozdíl mezi takto vyvedenými tlaky.

K provádění tohoto měření průtoku je účelné použít zařízení podle vynálezu, jehož podstatou je, že v něm do rotačně symetrické dutiny s vývodním otvorem v ose symetrie ústí nejméně jeden tangenciální přívod, přičemž před tangenciálním přívodem a za vývodním otvorem jsou vyústěny vývody tlaku napojené na diferenciální manometr nebo jiné ústrojí k vyhodnocování tlakového rozdílu.

Rovněž je účelné, provede-li se zařízení podle vynálezu tak, že tangenciální přívody jsou tvořeny prostory mezi dvěma po sobě následujícími lopatkami ze soustavy lopatek rozmístěných po obvodě dutiny a tvarovaných tak, že jejich odtoková strana směřuje do dutiny ve směru odlišném od směru radiální spojnice odtokové hrany lopatky s osou symetrie dutiny.

U způsobu měření průtoku podle vynálezu se tlakový rozdíl vyvodí ve snímači jiným mechanismem než u dosavadních známých snímačů, a sice účinkem odstředivého zrychlení, které působí na částice tekutiny při její rotaci. Tato rotace je potom vyvolána tím, že do dutiny snímače je tekutina vedena tangenciálně.

Výhodou tohoto řešení je, že je možné vyvodit velmi značný tlakový rozdíl, aniž by ve snímači musel být protékaný průřez v některém místě menší, než je průřez přívodního a vývodního potrubí. Odpadá zde tedy nebezpečí zanesení nečistotami, například kousky rzi, provarky a podobně, unášenými tekutinou.

Ovšem nejdůležitější výhoda vyplývá z okolnosti, že i při takto relativně velkých velikostech nejmenších průřezů ve snímači se dostává dříve nedosažitelná strmost charakteristiky. Je to důsledkem skutečnosti, objevené autorem vynálezu, že charakteristika snímače uspořádaného podle vynálezu má průběh odpovídající kubické parabole, tj. vyvozený tlakový spád je úměrný mocnině průtoku. Změní-li se tedy v nějakém případě průtok dvakrát, dojde ke vzrůstu měřeného tlakového rozdílu na osminásobek (2³ = 8). V některých případech může sice být exponent ve vztahu popisujícím charakteristiku o něco nižší než 3, což je pravděpodobně způsobeno přídavnými kvadratickými odpory v zařízení, nicméně je stále větší než exponent rovný 2, jaký je obvyklý u odporových a průřezových snímačů.

Na výkresu je jako příklad provedení zařízení podle vynálezu znázorněno uspořádání, u něhož je právě k vyvození rotace použito soustavy nehybných lopatek.

Na obr. 1 je zařízení v podélném řezu, a sice tak, že tekutina jím prochází z leva do prava, na obr. 2 je totéž zařízení znázorněné v příčném řezu vedeném místem, kde má zařízení největší průměr.

Tekutina je do zařízení přiváděna přívodním potrubím 10 a odváděna odváděcím potrubím 20. Vlastní snímač je zhotoven v části, která má větší vnitřní průměr než přívodní i odváděči potrubí 10, 20. Zde, v místě rozšíření vnitřního průměru, je vloženo centrální těleso 11. To má tvar kruhového disku, na obvodě zaobleného za účelem snížení hydraulických ztrát při jeho obtékání tekutinou. Centrální těleso 11 je na svém obvodu opatřeno vyfrézovanými drážkami. Drážky jsou vyfrézovány šikmo vzhledem k ose rotační symetrie centrálního tělesa 11. Do každé drážky je vsazena lopatka 6, vystřižená z plechu. Lopatky 6 mají dvojí úkol. V prvé řadě představují úchyt držící centrální těleso 11. Důležitější je však jejich účinek na protékající tekutinu: protože jsou vlivem sklonu drážek postaveny šikmo, uvádějí tekutinu v dutině 1 do rotace. Jak tekutina postupuje směrem k vývodnímu otvoru 2, zvětšuje se rychlost rotace, neboť se zkracuje rameno, na němž částice tekutiny obíhají. Tato zvětšená rotační rychlost má potom za následek, že se uplatní odstředivé zrychlení. Tekutina musí překonávat účinky tohoto zrychlení tlakovým spádem mezi tangenciální přívody 3 a vývodním otvorem 2. Tento tlakový spád se zajišťuje a z něj je vyhodnocována velikost průtoku snímačem. Slouží k tomu jednak obvodový tlakový odběr 4, jednak středový tlakový odběr 5. Na výkrese je naznačeno, jak na tyto odběry může být napojen diferenciální manometr 7. Předpokládá se ovšem, že velká citlivost tohoto snímače i na malé změny průtoku se uplatní zejména v regulačních obvodech, kde umožní velmi přesně udržovat hodnotu průtoku například na předem zvolené hodnotě, neboť reaguje již na velmi malé odchylky od této hodnoty. V takovém případě bude ovšem namísto měřidla — diferenciálního manometru 7 — na tlakové odběry 4, 5 připojen vstup regulátoru.

Zařízení podle vynálezu nalezne uplatnění v chemickém a potravinářském průmyslu, v energetice, mj. také jaderné, a v dop^vních prostředcích

Claims (2)

1. Zařízení k měření průtoku tekutiny, vyznačující se tím, že sestává z rotačně symetrické dutiny (lj s vývodním otvorem (2), v jejíž ose symetrie ústí nejméně jeden tangenciální přívod (3), přičemž před tangenciálním přívodem (3) a za vývodním otvorem (2) jsou vyústěny vývody tlaku (4, 5) napojené na diferenciální manometr (7j nebo jiné ústrojí k vyhodnocování tlakového rozdílu.

VYNÁLEZU

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že tangenciální přívody (3) jsou tvořeny prostory mezi vždy dvěma po sobě následujícími lopatkami (6) ze soustavy lopatek (6J rozmístěných po obvodě dutiny (1) a tvarovaných tak, že jejich odtoková strana směřuje do dutiny (1) ve směru odlišném od směru radiální spojnice odtokové hrany lopatky (6) s osou symetrie dutiny (1).