CS195802B1

CS195802B1 - Facility for measuring the passage of the fluid

Info

Publication number: CS195802B1
Application number: CS568277A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Tesar
Original assignee: Vaclav Tesar
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1980-02-29

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.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring the flow of a fluid flowing through a certain cross-section, e.g.

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.Although many different flowmeter principles are known today, in the vast majority of flow measurements flowmeter measurements are made, which essentially transform the flow rate measured into a pressure drop evaluated by a pressure gauge. The sensor has the role of transformation, which may be of the simplest resistance type: a resistor is inserted into the path through which the energy is lost. Since conservation of mass requires that the fluid flow at the same mean velocity in the same cross section before and after the resistor, so that it has virtually the same kinetic energy there, the energy deficit in the resistor must be manifested by a loss of pressure energy. Thus, if the duct before the resistor is connected by a connecting duct or cavity with one outlet of the differential pressure gauge and the duct after the resistor with the other outlet, the pressure drop value on the resistor can be read on the differential pressure gauge. This value varies with the amount of fluid flow through the resistor, and this amount can be evaluated from the measured pressure drop. An alternative may be similar cross-sectional sensors in which the pressure is measured in principle in different cross-sections and thus in places where the fluid has a different kinetic energy value, the difference of which must then be compensated by the difference in pressure energy. Frequent are sensors in which the resistance and cross-sectional principle of pressure differential is combined.

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.We refer to the relationship between the flow rate and the pressure drop generated in the sensor as a static characteristic. For the accuracy of the measurement, it is desirable that the characteristic be as steep as possible, i.e., that the small variations in the flow rate correspond to the greatest variation in the pressure differential. In general, a large steepness of the sensor characteristic can be achieved by creating a very small flow cross section in the sensor. However, this path is not always acceptable. For example, small cross-sections mean an increased risk of clogging the sensor with dirt carried by the fluid.

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.The problem is solved by the flow measurement method according to the invention, which is based on the fact that the fluid is guided tangentially into the rotationally symmetrical cavity and then discharged through an opening arranged in the symmetry axis. , on the other hand, the value of the pressure in the fluid downstream of the outlet opening, and as a measure of the magnitude of the flow rate measured, the difference between the pressures thus exerted is determined.

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.In order to carry out this flow measurement, it is advantageous to use the device according to the invention, characterized in that at least one tangential inlet opens into the rotationally symmetrical cavity with the outlet opening in the axis of symmetry, with pressure outlets connected to pressure gauge or other pressure difference evaluation device.

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.It is also expedient if the device according to the invention is such that the tangential inlets are formed by spaces between two successive blades from a set of blades spaced around the periphery of the cavity and shaped so that their outflow side faces the cavity in a direction different from the radial connection trailing edges of the blade with the axis of symmetry of the cavity.

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.In the flow measurement method according to the invention, the pressure difference in the sensor is derived by a mechanism different from the prior art sensors, namely by centrifugal acceleration acting on the particles of the fluid as it rotates. This rotation is then induced by conducting the fluid tangentially into the sensor cavity.

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.The advantage of this solution is that it is possible to derive a very considerable pressure difference without having to cross the cross-section at some point less than the cross-section of the inlet and outlet pipes. There is thus no danger of clogging with impurities, for example, pieces of rust, string and the like, carried by the fluid.

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.However, the most important advantage arises from the fact that even with such relatively large sizes of the smallest cross-sections in the sensor, the previously unattainable characteristic slope is obtained. This is due to the fact discovered by the inventor that the characteristic of the sensor arranged in accordance with the invention has a waveform corresponding to a cubic dish, i.e. the pressure drop generated is proportional to the power of the flow. Therefore, if the flow rate changes twice in any case, the measured pressure difference increases to eight times (2 ³ = 8). In some cases, although the exponent may be slightly less than 3 in the relationship describing the characteristic, which is probably due to the additional quadratic resistances in the device, it is still larger than the exponent equal to 2, as is common with resistive and cross-sectional sensors.

Na výkresu je jako příklad provedení zařízení podle vynálezu znázorněno uspořádání, u něhož je právě k vyvození rotace použito soustavy nehybných lopatek.In the drawing, as an embodiment of the device according to the invention, an arrangement is shown in which a system of stationary blades is used to generate rotation.

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.In Fig. 1 the device is in longitudinal section, so that the liquid passes through it from left to right, in Fig. 2 the same device is shown in cross section through the point where the device has the largest diameter.

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.The fluid is fed into the device through the inlet pipe 10 and removed via the outlet pipe 20. The sensor itself is made in a part that has a larger inner diameter than both the inlet and outlet pipes 10, 20. Here, at the point of widening the inner diameter, the central body 11 is inserted. It has the shape of a circular disc, rounded at the periphery to reduce hydraulic losses as it flows through the fluid. The central body 11 is provided with milled grooves on its periphery. The grooves are milled obliquely with respect to the axis of rotation symmetry of the central body 11. In each groove a blade 6, cut out of sheet metal, is inserted. The blades 6 have a dual task. First of all, they represent the retainer holding the central body 11. However, more important is their effect on the flowing fluid: because they are inclined due to the slope of the grooves, they cause the fluid in the cavity 1 to rotate. As the fluid advances towards the outlet port 2, the rotation speed increases as the arm on which the fluid particles circulate is shortened. This increased rotational speed then results in a centrifugal acceleration. The fluid must overcome the effects of this acceleration by a pressure drop between tangential inlets 3 and outlet port 2. This pressure drop is provided and the flow rate through the sensor is evaluated. The drawing shows how the differential pressure gauge 7 can be connected to these taps. It is assumed, however, that the high sensitivity of this sensor, even for small flow changes, will be applied especially in control systems. circuits, where it allows to very precisely maintain the flow rate at a preselected value, for example, since it reacts to very small deviations from this value. In this case, however, the regulator input will be connected to the pressure taps 4, 5 instead of the gauge - differential pressure gauge 7.

Zařízení podle vynálezu nalezne uplatnění v chemickém a potravinářském průmyslu, v energetice, mj. také jaderné, a v dop^vních prostředcíchThe device according to the invention will find its application in the chemical and food industry, in the energy industry, inter alia nuclear power plants, and in supplementary agents.

Claims

A fluid flow measuring device, characterized in that it consists of a rotationally symmetrical cavity (11 with an outlet opening (2), in which at least one tangential inlet (3) opens in the symmetry axis, before and after the tangential inlet (3) the outlets (2) open out the pressure outlets (4, 5) connected to the differential pressure gauge (7j) or other pressure difference evaluation device.

OF THE INVENTION

Device according to Claim 1, characterized in that the tangential inlets (3) are formed by spaces between two successive blades (6) of a set of blades (6J) distributed around the periphery of the cavity (1) and shaped so that their outflow side is directed into the cavity (1) in a direction different from the direction of the radial connection of the trailing edge of the vane (6) with the axis of symmetry of the cavity (1).