FI116159B - Laite ja menetelmä fluidivirtauksen ominaisuuksien määrittämiseksi - Google Patents

Description

116159

Laite ja menetelmä fluidivirtauksen ominaisuuksien määrittämiseksi

Tekninen ala 5 Tämä keksintö koskee menetelmiä ja laitteistoa nestevirran ominaisuuksien määrittämiseksi putkijohdossa, ja tarkemmin sanottuna menetelmävaiheiden yhdistelmää ja laitteiston elementtejä ensin nestevirran muokkaamiseksi, stabiloimiseksi ja homogenoimiseksi putkijohdossa ja sit-10 ten nestevirran yhden tai useamman ominaisuuden mittaamiseksi ja/tai näytteen ottamiseksi stabiloidusta ja homogenoidusta nesteestä.

Tausta Tämä keksintö keksittiin tutkittaessa ongelmia, 15 jotka kohdattiin yritettäessä varmistaa palolaitosten pumppuyksiköitten ja palopostien veden tuottokyky. Valtionhallinto vaatii palolaitosten pumppuyksiköitten ajoittaista sertifiointia, jotta taataan valtion määräysten ja vaatimuksien toteutuminen ja yksikön kyky vastata hätäti-20 lanteisiin. Palopostien tuottokyvyn sertifiointi vaaditaan myös vakuutustariffeja varten. Sertifiointi vaatii hyvin tarkkaa ja täsmällistä vedenjuoksun mittausta, tavallises-'·*·* ti tarkkuusvaatimus on ± 1 %.

: .·’ Jotta putkijohdon kautta kulkevaa nestevirtaa voi- ·,·,·’ 25 daan mitata tarkasti, on toivottavaa, että sillä on suurin • : piirtein tasainen maksimi keskiveden halkaisijan otsapin- ; tanopeusprofiili, ts. halkaisija lähestyy putkijohdon si- sähalkaisijaa tai on sitä lähellä. Kun nopeusprofiilin pinta tulee koveraksi tai kuperaksi, keskiveden halkaisija ; 30 pienenee, mikä vaikeuttaa tarkkaa virtausmittauksen serti- I » i ’il.' fiointia, koska virtaus ei ole tasainen putkijohdon koko * » poikkileikkausalueella.

-'.f,·' Jos epätasainen virtausprof iili on symmetrinen : putkijohdon akseliin nähden, juoksupyörätyyppisen nesteen 35 virtausmittarin käyttö, jossa juoksupyörän pyörimisakseli I.. on samanakselinen putkijohdon kanssa, voi olla käyttökel- * « * 11 6159 2 poista, koska juoksupyörän napa estää primaarivirtaa ja auttaa muodostamaan jonkin verran tasaisemman virtauksen juoksupyörän siipien kautta, ts. juoksupyörän navan ja putkijohdon sisäseinämän välisen rengasmaisen tilan kaut-5 ta.

Kuitenkin, jos virtausprofiili ei ole aksiaalisesti symmetrinen ja/tai primaarivirta vääristyy, juoksupyörä-tai turbiinityyppisellä virtausmittarilla ei saada tarkkaa mittausta. Sitä paitsi juoksupyörän navan aiheuttaman vir-10 taustien poikkileikkausalan pieneneminen aikaansaa takai-sinvirtausta reunoilla ja keskiveden virtauksen halkaisija tulee epävakaaksi ja vääristyy voimakkaasti, mikä vaikeuttaa virtausnopeuden mittausta.

Tilanne korostuu entisestään, jos nestevirtaus on 15 pyörteinen, ts. neste kulkee kierteistä tai korkkiruuvi-maista reittiä putkijohdon läpi. Pyörteisessä tilassa virtaus vääristyy ja keskivirtauksen halkaisija pienenee paljon ja on kauempana keskellä putkijohdon akseliin nähden, mikä tekee virtausmittauksen erittäin epätarkaksi.

20 Kaikki nämä tilanteet kohdataan palolaitosten ser tifiointi- ja verifiointitarkastuksissa. Veden virtaus paloposteista ja palolaitosten pumppuyksiköistä vääristyy tavallisesti erittäin paljon ja on pyörteistä. Vastaavasti : mutka paloletkussa vääristää virtausta ja saa aikaan pyör- ·’.*_·* 25 teen virtauksessa joko vasemman käden puolelle tai oikean : käden puolelle riippuen mutkan suunnasta veden kulkurei- ; tiliä. Sen tähden veden tuottokyvyn ja virtausnopeuksien verifiointimittaukset ovat vaatineet erittäin hienoja laitteita ja ovat olleet aikaa vieviä ja kalliita. Yksin- ; 30 kertaisempia, luotettavampia, tarkempia ja halvempia veri- • * * *“,* fiointijärjestelmiä on etsitty.

Siivikkotyyppiset pyörivät virtausmittarit ovat : : erittäin pidettyjä virtausmittausalalla ja tavallisesti ne tuottavat luotettavan ja erittäin taloudellisen järjestel-35 män nestevirtauksen mittausta varten. Olisi edullista, jos i » samaa voitaisiin käyttää paremmilla tarkkuustasoilla ja * » 116159 3 luotettavuudella sertifiointi- ja verifiointitarkastuksis-sa, erityisesti em. ongelmallisissa virtausolosuhteissa.

Tässä mainittu keksijä on aiemmin kehitellyt lukuisia juoksupyörä- tai potkurityyppisiä pyöriviä virtausmit-5 tareita, joita valmistaa ja myy McCrometer Division of Ke-tema, Inc., Hemet, California-yhtiö. Jotkut näistä mittareista sisältävät virtauksen oikaisulaitteita juoksupyö-rän vieressä nestevirtauksen pyörteiden lieventämiseksi, kun neste virtaa juoksupyörän läpi, esimerkiksi pitkittäi-10 sesti ulottuvien putkikimppujen tai kulmittain sijoitettujen pitkittäisesti ulottuvien siipien ohi. Katso esimerkiksi US-patentti 3 049 009, jossa julkaistaan virtauksen oikaisijasiipiä, jotka ovat juoksupyörän etupinnan mukaisia. Palopostien vesimittarit, joissa on tällaisia vir-15 tauksen oikaisulaitteita, pienentävät postista tulevan veden pyörteisyyttä, mutta veden kulutuksen mittaus ei ole riittävän luotettava käytettäväksi sertifiointi- ja veri-fiointitarkoituksissa.

Tämän keksinnön keksijä on myös kehitellyt staatti-20 sen laitteen, jota on käytetty mitattaessa nestevirtausta, katso US-patentti 4 638 672 ja erilaisten nesteiden sekoittamista varten katso US-patentti 4 812 049. Nesteen virtausmittareita ja staattisia sekoittajia, jotka si-i sältävät patentoidun laitteen, valmistaa ja myy yhtiö 25 McCrometer Division of Ketema, Inc. rekisteröidyllä tuote- : merkillä "V-CONE".

. .·. Tämän keksinnön kuvaus • « · Tämä keksintö perustuu ja kuuluu "V-CONE"-laitteen uuteen käyttöön ja elementtien uuteen yhdistelmään yhden-; >.< 30 mukaisten ja erittäin luotettavien virtausmittausten saa- vuttamiseksi. Vaikka tämä keksintö on kehitetty ja sitä on ;·' kuvattu palolaitosten pumppuyksiköihin liittyen, keksin- nöllä on laaja kaupallinen ja teollinen soveltuvuus selvi-; tettäessä virtausmittausvaatimuksia ongelmallisissa neste- 35 virtaustilanteissa.

‘Il

* I

4 116159 Tämän keksinnön eräs tavoite on tuottaa uusi ja parempi nesteen virtauksen säätö- ja mittauslaitteiden yhdistelmä ongelmallisten nestevirtaustilanteiden ratkaisemiseksi putkijohdoissa ja nesteen ja/tai nestevirtauksen 5 yhden tai useamman ominaisuuden tarkan määrittämisen helpottamiseksi, kun neste kulkee putkijohdon kautta.

Tämän keksinnön toinen tavoite on soveltaa "V-CONE"-laitetta uuteen käyttöön putkijohdossa virtaavan nesteen esikäsittelemiseksi, stabiloimiseksi ja homogenoi-10 miseksi epävakaan ja vääristyneen virtausprofiilin muuttamiseksi suurin piirtein tasaiseksi, yhdenmukaiseksi ja symmetriseksi profiiliksi, jolla on suuri ja aksiaalisesti keskitetty keskiveden halkaisija.

Tämän keksinnön lisätavoite on parantaa suorituste-15 hoa ja siten parantaa suhteellisen taloudellisen mittauksen tai näytteenottoinstrumenttien luotettavuutta ja tieteellistä arvoa esikäsittelemällä nestevirtaa putkijohdossa niin, että instrumenttiin saadaan virtausprofiili, joka ihanteellisella tavalla sopii instrumentin avulla suori-20 tettavaan mittaukseen.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan itsenäisten vaatimusten mukaisesti. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat • · ·.·.· epäitsenäisten vaatimusten kohteena.

* ',· Edullisessa suoritusmuodossa tämän keksinnön laite : .* : 25 käsittää putkijohdon tai putken osan sisällä nesteen vir- taussuunnassa järjestyksessä nestevirtauksen stabilointi-. .*. ja käsittelylaitteen ja stabiloidun ja esikäsitellyn nes- tevirtauksen ominaisuuden määrittämislaitteen yhdistelmän.

* t ·

Virtauksen stabilointi- ja esikäsittelylaite käsit- . . 30 tää virran syrjäytysosan, joka on kooltaan pienempi kuin » * · ;;/ putki ja joka koostuu kahdesta katkaistusta kartiosta, ’···’ jotka on liitetty yhteen suuremmista päistään ja asennettu ; samanakselisesti putkijohdon sisälle suurin piirtein koh- tisuoraan nesteen virtaussuuntaan nähden ja niiden kehät 35 sijoittuvat symmetrisesti irti ja sisäänpäin putkijohdon » * t ‘ sisäseinämästä. Syrjäytyslaite ohjaa nesteen sivuun ja saa * » * · · 5 116159 nesteen virtaamaan rengasmaisen alueen kautta, jonka poik-kileikkausalue ensin progressiivisesti pienenee ja sitten progressiivisesti suurenee ja joka on tehokas suurin piirtein linearisoimaan nesteen nopeusprofiilin virtausnopeuk-5 sien ennalta määrätyn alueen yläpuolella. Nestevirtaus stabiloituu näin sekä osan etu- että takapuolella.

Katkaistun kappaleen sisäänpäin viisto seinämä syr-jäytysosan etupuolisessa päässä on tehokas optimoimaan nesteen paluunopeuden, kun se palaa vapaisiin virtausolo-10 suhteisiin syrjäytysosan jälkeen putkijohdossa. Näin ollen virtausprofiili syrjäytysosan alapuolella on suhteellisen tasainen, symmetrinen ja keskiveden halkaisija on suuri ja aksiaalisesti keskitetty putkeen tai putkijohtoon. Lisäksi keskiveden halkaisija pysyy vakiona eikä nestevirtauksen 15 nopeudessa tapahdu muutoksia.

Nesteen syrjäytysosa on myös tehokas homogenoimaan juoksevan aineen virtauksen, olipa kyse nestemäisestä, kaasumaisesta tai kiintoainetta sisältävästä aineesta, so. kahden tai useamman nesteen ja/tai kiintoainetta sisältä-20 vän nesteen sekoittamiseksi perusteellisesti ja seoksen tekemiseksi suuressa määrin homogeeniseksi. Näin virtauksen sekoittuminen on pääasiallisesti homogeenista loppu- • · V.· pään nestevirtausprofiilissa. Näin ollen nesteen tai nes- • tevirtauksen ominaisuuden määritys voidaan suorittaa tar- :V: 25 kasti tällä alueella.

• · :*"j Laite nesteen tai nestevirran ominaisuuden määrit- . tämiseksi sijoitetaan putkijohtoon pienen matkan päähän nesteen syrjäytysosan jälkeen, edullinen etäisyys on esi- • » · merkiksi muutama putken tai putkijohdon halkaisija. Omi-. . 30 naisuuden määritys- tai ilmaisinlaite voi olla nesteen näytteenottolaite tai virtauksen mittauslaite. Edullisessa I · ’···* suoritusmuodossa palolaitosten verif iointitarkastuksissa : laite on juoksupyörätyyppinen nesteen virtausmittari, joka panee liikkeelle joko hetkellisen virtausnopeuden indi- • · · 35 kaattorin tai totalizing register -laitteen tai molemmat.

• · » ‘ Johtuen siitä seikasta, että nesteen virtaus juok- * · 6 116159 supyörässä stabiloituu ja on homogeeninen ja virtauspro-fiili on tasainen, suuren ja vakion keskivesihalkaisijan omaava ja aksiaalisesti keskitetty putkijohdon sisällä, virtausmittari tai muu mittausinstrumentti tuottaa veden 5 virtauksesta tarkan ja erittäin luotettavan mittauksen, kuten vaaditaan palopostien ja palolaitosten pumppausyksi-köiden veden tuottokyvyn verifiointitarkoituksissa. Suorituskyky ja sen vuoksi myös mittausinstrumentin kaupallinen ja tieteellinen arvo paranevat. Näin tämä keksintö tuottaa 10 hyvin yksinkertaisen, pienen ja kompaktin ja silti erittäin tarkan ja luotettavan järjestelmän nestevirtauksen varmistamiseksi ja tarkistamiseksi putkijohdossa järjes-telmätarkkuuden ollessa noin 1 % tai parempi. Palolaitosten ja vastaavien verifiointi- ja sertifiointitarkastukset 15 voidaan sen vuoksi suorittaa hyvin taloudellisella tavalla ja suhteellisen lyhyellä aikavälillä. Lisäsovellutukset ovat alan ammattilaisille ilmeisiä.

Edellisen lisäksi tämä keksintö myös tuottaa yksinkertaisen ja taloudellisen järjestelmän suorittaa newtoni-20 laisten tai suurin piirtein newtonilaisten nestevirtausten massavirtausmittauksia. Tarkemmin sanottuna varustamalla virtauksen syrjäytysosa laitteella, kuten anturilla, pai-*.·.·’ neen aleneman määrittämiseksi osan kohdalla ja käyttämällä • ’hyväksi osan alapuolelle sijoitettua virtausmittaria vir- : r : 25 tausnopeuden määrittämisessä, mittaukset voidaan suorittaa putkijohdon kautta kulkevan nestevirtauksen massasta tai • · · . painosta.

» t * Tämä keksintö huolehtii sen vuoksi vaihtelevien • * · nestevirtausominaisuuksien selville saamisesta käytännöl- . , 30 lisellä ja taloudellisella tavalla.

» · · Nämä ja muut tämän keksinnön tavoitteet ja edut il-*>;·* menevät alan ammattilaisille seuraavasta yksityiskohtaa- ; sesta kuvauksesta ja oheisista piirustuksista. 1

Piirustusten lyhyt kuvaus V · Kuvio 1 on perspektiivikuva tämän keksinnön lait- teestä, joka sisältyy palolaitosten pumppujen verifiointi- 7 116159 järjestelmään.

Kuvio 2 on pitkittäinen poikkileikkauskuva kuviossa 1 kuvatun laitteen edullisen suoritusmuodon osasta.

Kuvio 3 on poikkileikkaus laitteesta suurin piir-5 tein kuvion 2 viivaa 3-3 pitkin.

Keksinnön paras toteuttamismuoto

Seuraavassa on yksityiskohtainen kuvaus tämän keksinnön eräästä edullisesta suoritusmuodosta, jota keksijä pitää tällä hetkellä parhaana toteuttamismuotona. Muunnok-10 set, muutokset ja variaatiot ovat alan ammattilaiselle ilmeisiä kuvauksen edetessä.

Piirustuksiin viitaten tämän keksinnön eräs suoritusmuoto, joka on erityisen edullinen käytettäväksi palolaitosten pumppujen verifiointijärjestelmässä, esitetään 15 sisältävän putken tai putkijohdon 10 osan, joka muodostetaan edullisesti kahdesta puoliskosta 12 ja 14, jotka liitetään pulteilla yhteen yhteensopivien laippojen 16, 18 avulla, jotka hitsataan puoliskojen 12 ja 14 vastakkaisiin päihin. Kuten nuolella kuviossa esitetään, nestevirran 20 suunta putkijohdon läpi on putkijohdon puoliskon 12 vapaan pään sisäänmenosta 20 putkijohdon puoliskon 14 vapaan pään ulostuloon 22. Putkijohdon sisäänmenopää 20 on varustettu :.V naarasliittimellä 24 putkijohdon liittämiseksi palopostin j * : tai vesipumpun ulostuloon tai paloletkun ulostulopäähän.

25 Putkijohdon ulostulopää 22 varustetaan urosliittimellä 26 paloletkuun kiinnittämistä varten.

. .·. Palopostin ulostulojen ja paloletkuvarusteiden hal- kaisija on standardisoitu 6,35 cm:ksi (2,5 tuumaksi) niin, * * · että liittimillä 24 ja 26 on tämä sama halkaisija. Koska , . 30 nestevirtauksen tilavuus ja nopeus ovat niin suuria, on * « · ·;· · toivottavaa, että nestevirtauksen mittaukset suoritetaan *···* suuremman halkaisijan omaavassa putkijohdossa. Tämän mu- : kaisesti putkijohtojen puoliskot valmistetaan suuremmalla halkaisijalla, edullisesti 10,16 cm:n (4 tuuman) halkaisi-35 jalla, jolloin katkokartiomaisten siirtymien halkaisijat ‘ ovat 6,35 - 10,16 cm (2,5 - 4 tuumaa) . Suurempi putkijoh- < » 8 116159 don halkaisija myös lieventää kävitaatiota virtausmittaus-kammiossa.

Virtausmittarin käsittelyn helpottamiseksi kentällä kukin putkijohdon puolisko 12 ja 14 varustetaan käännetyl-5 la U:n muotoisella kahvalla 28. Kunkin kahvan kaksi jalkaa hitsataan putkijohdon puoliskon kummallekin vastakkaiselle sivulle ja ne ulottuvat putkijohdon alapuolelle ja muodostavat näin myös jalustan virtausmittarin tukemiseksi vaakasuoraan asentoon, kun sitä ei ole kytketty vesipostiin 10 tai pumpun ulostuloon.

Viitaten kuvioon 2 siinä putkijohdon 10 yläpuolisen virran puoliskon 12 sisällä on virtausta käsittelevä, stabiloiva ja homogenoiva laite, jota merkitään viitenumerolla 30, ja alapuolisessa putkijohdon puoliskossa 14 on lai-15 te, jota merkitään yleisesti viitenumerolla 32, nesteen tai nestevirtauksen ominaisuuden määrittämiseksi tai sel-villesaamiseksi. Kuvatussa suoritusmuodossa laite 32 käsittää juoksupyörä- tai potkurityyppisen nesteen virtaus-mittarin.

20 Virtauksen käsittelylaite 30 koostuu pääasialli sesti nesteen syrjäytyslaitteestä 34, jota on saatavissa tuotemerkillä "V-CONE" yhtiöstä McCrometer Division of Ke-: tema, Inc., Hemet, California. Syrjäytyslaitetta itseään, :*·*: sovellettuna muihin käyttöihin, esitetään ja kuvataan yk- • · 25 sityiskohtaisemmin US-patenteissa 4 638 672 ja 4 812 049, .···, joiden julkaisut sisältyvät tähän viitteenä.

• ·

Olennaisilta osiltaan syrjäytyslaite 34 koostuu !" kahdesta vastakkaisesta katkaisusta kappaleesta 34a ja ♦ t · ' 34b, joiden suurempien päiden halkaisijat ovat samankokoi- 30 set ja kiinnitetty lujasti toisiinsa. Yläpuolinen katkaiset : tu kappale 34a on pidempi kuin alapuolinen katkaistu kap- *...· pale 34b ja se muodostaa kulman, joka on esimerkiksi noin . ,*. 39 - 75 astetta, tasoon nähden, jonka kahden katkaistun ,···, kappaleen yhteenliitettyjen päiden kehät rajaavat, edulli- * · 35 sesti kulma on noin 67,5 astetta. Alapuolisen katkaistun » » · *.’ * kappaleen kulma tasoon nähden, jonka kahden katkaistun 9 116159 kappaleen yhteenliitettyjen päiden kehät rajaavat, on edullisesti on noin 22°. Osan 34 beeta-luku suhteessa putkijohdon 12 sisähalkaisijaan on edullisesti noin 0,5 -0,94.

5 Syrjäytysosan 34 halkaisija on pienempi kuin putki- johdon 12 halkaisija ja se asennetaan samanakselisesti putkijohdon sisään siten, että katkaistujen kappaleiden yhteenliitettyjen päiden kehäreunan rajaama taso on kohtisuorassa nestevirran suuntaan nähden ja siten, että kahden 10 katkaistun kappaleen viistot seinämät sijoittuvat symmetrisesti sisäänpäin putkijohdon sisäseinämään nähden.

Kun neste, esimerkiksi vesi, tulee putkijohdon si-säänmenoon 20 paineistettuna, neste syrjäytyy tai siirtyy sivuun osan 34 yläpuolisen katkaistun kappaleen 34a vuoksi 15 rengasmaiselle alueelle, jonka poikkileikkausala progressiivisesti pienenee minimialaansa näiden kahden katkaistun kappaleen yhteenliitettyjen päiden kehien kohdalla. Sitten neste virtaa rengasmaiseen tilaan, jonka poikkileikkausala progressiivisesti kasvaa, koska alapuolinen katkaistu kap-20 pale 34b rajaa tilaa. Tämän seurauksena nestevirtaus stabiloituu ja muokkautuu sekä osan 34 alkuosan että loppuosan vaikutuksesta. Lisäksi neste tai nesteet ja siihen mahdollisesti sisältyvä kiintoaine homogenoituvat niin, ·*·': että osan 34 alapuolinen putkijohto täyttyy suurin piir- * · 25 tein homogeenisesta seoksesta suurin piirtein koko poikki-leikkausalaltaan.

» ♦ , Tarkemmin sanottuna nesteen syrjäytysosa 34 on te- • t · !!! hokas linearisoimaan nestevirtauksen nopeusprofiilin vir- » » · ' tausnopeuksien laajalla alueella ja alapuolinen kappale on 30 tehokas optimoimaan nesteen paluuvirtausnopeuden, kun se I I » t: : saapuu vapaisiin virtausolosuhteisiin putkijohdossa osan alapuolella. Näin ollen alapuolisen virtauksen profiili on . suhteellisen tasainen, symmetrinen, aksiaalisesti keskit- ,**·. tynyt putkijohdon sisälle, keskiveden halkaisija on suuri ’·’ 35 ja suurin piirtein vakio virtausnopeudesta riippumatta.

V * Virtauksen poikkeama on noin 1 % tai vähemmän. Vakio nes- * · 10 116159 teen virtausnopeusprofiili syntyy sen vuoksi osan 34 alapuolelle ja siten helpotetaan virtausolosuhteiden tarkkaa mittausta.

Kehäreuna, jonka kahden katkaistun kappaleen yh-5 teenliitetyt päät rajaavat, yhdessä alapuoleisen katkaistun kappaleen kanssa saavat aikaan lyhyitä pyörteitä, jotka levittäytyvät kehäreunalta alaspäin. Näiden pyörteiden amplitudi on pieni ja frekvenssi suuri ja näin ne myötävaikuttavat nestevirran paluunopeuden optimointiin. Pienen 10 amplitudin ja suuren frekvenssin pyörteet eliminoivat tehokkaasti asiaankuulumattomat alapuoliset häiriöt tai ns. "kohinan", ja siten helpottavat suuresti tarkkoja ja luotettavia mittauksia. Näin "V-CONE"-syrjäytyslaite parantaa alapuolisen mittauksen laatua.

15 Syrjäytyslaite 34 voidaan asentaa aksiaalisesti putkijohdon 12 sisälle jollain sopivalla tavalla, kuten yhden tai useamman ristikkokappaleen tai kaarevan kulma-kiinnity s varren avulla tai -putken avulla, joka ulottuu putkijohdon seinämän läpi, kuten US-patenteissa 4 638 672 20 ja 4 812 049 kuvataan. Kuitenkin, huomioon ottaen äärettömän suuri pyörteiden määrä veden ulostulossa palopostista tai letkusta, on suositeltavaa tässä erityissovellutukses- :V: sa tuottaa laitteet syrjäytysosan 34 avuksi pyörteiden • · I*.*. eliminoimiseksi. Kuvioissa 2 ja 3 kuvatussa edullisessa » · 25 suoritusmuodossa osa 34 asennetaan aksiaalisesti putkijoh- • * * ,··, don puoliskon 12 sisälle virtauksen oikaisusiipien avulla, • · "! edullisesti ensimmäinen siipien 36 sarja asennetaan osan • · · • * · ;i; yläpuoliseen päähän ja toinen siipien 38 sarja osan ala- • « · ’·* ’ puoliseen päähän. Katkaistut kappaleet 34a ja 34b voidaan 30 sopivasti hitsata tai muuten liittää pienemmän halkaisijan « » i.i · päistään siipien sarjoihin 36 ja 38.

i * ·

Kuten kuviossa 3 esitetään, kumpikin siipien sarja , käsittää edullisesti 6 kehän suuntaisesti ja yhtä kauaksi

♦ S I

toisistaan sijoitettua siipeä, jotka ulottuvat säteen * « 35 suuntaisesti ulospäin akselista putkijohdon puoliskon 12 i » t V · sisäseinämään. Pitkittäisen siipien kokonaismitan tulisi i · 1 * I I > n 116159 olla enemmän kuin noin 1 1/2 kertaa putkijohdon halkaisija. Edullisessa suoritusmuodossa kunkin siipien sarjan 36, 38 pituus on yhtä suuri kuin 1/2 putkijohdon halkaisijasta .

5 Nämä kaksi siipien sarjaa muodostavat näin osan j virtauksen stabilointilaitteesta 30, jossa yhteenliitetyt katkaistut kappaleet oikaisevat turbulenssia ja virtauksen profiilia ja siivet auttavat syrjäytysosaa pyörteiden oikaisemisessa. Näin ollen nestevirtaus, joka lähestyy de-10 tektointilaitetta 32, on täysin stabiloitu ja esikäsitel-ty.

Nesteen ominaisuuksia detektoiva tai määrittävä laite 32 voidaan asentaa putkijohdon 10 sisälle halutun etäisyyden päähän syrjäytysosan 34 alapuolelle jopa noin 15 10 kertaa putkijohdon halkaisijan verran etäämmäksi riip puen nesteestä, virtausolosuhteista ja määritettävästä ominaisuudesta. Kuitenkin maksimihyötyä varten laite 32 asennetaan edullisesti noin 2-3 halkaisijan päähän syr-jäytysosan 34 alapuolelle, so. noin 1-3 halkaisijan jul-20 kaistun stabilointilaitteen 30 alapuolelle. Putkijohdon segmentoitu konstruktio kahdessa puoliskossa helpottaa virtauksen stabilointilaitteen käyttöä erilaisten mittaus-ja näytteenottojärjestelmien kanssa.

• ·

Edullisessa suoritusmuodossa, jota kuvataan palo- • » 25 postien ja palolaitosten pumppuyksiköiden tuottokyvyn ve- » * · rif ioinnissa, laite 32 käsittää juoksupyörä- tai potku-rityyppisen nesteen virtausmittarin 40, jossa on laite * t » ;;; nestevirtauksen rekisteröimiseksi virtauksen totalizing * * * ' register -laitteella ja/tai hetkellisen virtausnopeuden 30 indikaattorilla. Eräs virtausmittari, joka on erityisen · sopiva tätä sovellutusta varten, sisältää Model M1104 • t * 'ti>: -virtausmittarin juoksupyörän ja rekisteröinti järjestel- , män, jota on saatavissa yhtiöstä McCrometer Division of I > · I!! Ketema, Inc.

• »

> I

;* 35 Kuten kuviosta 2 esitetään, virtausmittari 40 si- V · sältää juoksupyörän 42, jonka halkaisija on hieman pienem- i i »

> · I

12 116159 pi kuin putkijohdon puoliskon 14 sisähalkaisija, joka on asennettu pyörimisakselille, joka sattuu yhteen putkijoh-- don akselin kanssa ja nesteen syrjäytysosan 34 akselin ! kanssa.

i 5 Kuvatussa rakenteessa juoksupyörä on pyörivästi asennettu sähköisen vastaanottimeen 44, joka on asennettu aksiaalisesti putkijohdon sisälle kaarevan kulma- tai asennusvarren tai -putken 46 avulla, joka ulottuu säteen suuntaisesti putkijohdon puoliskon 14 seinämän läpi ja on 10 hitsattu siihen juoksupyörän 42 ja vastaanottimen 44 alapuolelle. Sähköiset johtimet (ei kuviossa) ulottuvat putken 46 kautta vastaanotinyksiköstä 44 pääterasiaan tai ri-viliittimeen 48, joka asennetaan putken 46 ulompaan päähän. Rasia tai liitin 48 sisältää liitosnavat sähköliitän-15 tää varten mittarille, joka käsittää joko kokonaisvirtaus-rekisterin tai virtausnopeusindikaattorin tai molemmat.

Jos halutaan poikkeuksellista tarkkuutta varten, vastaan-otinyksikkö 44 voi olla puolijohdeanturi digitaalisten pulssien tuottamiseksi, jotka välitetään pääterasiasta 48 20 sopivaan tietojenkäsittely-yksikköön, kuten tietokoneeseen tai mikroprosessoriin. Tällaista instrumentointia ei ole kuvattu piirustuksissa, koska se on tavanomainen virtaus-mittausalalla. Kuvattujen komponenttien avulla kokonais- • · « : järjestelmän tarkkuus, ts. hydraulisten, mekaanisten, säh- V,· 25 köisten ja/tai elektronisten järjestelmien yhdistetty : : tarkkuus, on 99 % tai parempi. Kaikki järjestelmävirheet : yhdistettyinä jäävät 1 %:iin tai sen alle.

* · · ;‘j\ Kuten tunnetaan, totalizing register -laite voi tuottaa lukeman gallonoina, kuutiojalkoina, eekkerijalkoi- • . 30 na, kuutiometreinä tai muina standardimittoina. Vastaavas- » « · ' * t » ti virtausnopeuden indikaattori voi tuottaa lukeman gallo- * t • · ;· noina minuuttia kohti, kuutiojalkoina sekuntia kohti tai muina standardimittoina.

Vaihtoehtona sähköiselle tai elektroniselle vas-35 taanotin- ja rekisteröintijärjestelmälle juoksupyörässä * » · voi olla suora mekaaninen käyttö rekisteriin ja indikaat- 116159 13 tori taipuisan varren avulla, joka ulottuu putkimaisen asennusvarren 46 kautta juoksupyörästä 42 rekisteriin (ei kuviossa), joka asennetaan suoraan tukikulmaosan 46 ulompaan päähän. Tämän käyttölaitteen muoto antaa kentällä I 5 etuna sen, että se on omavarainen eikä vaadi sähkövoimaa | rekisterijärjestelmää varten.

( Käytössä juoksupyörä 42 pyörii putkijohdossa 10 virtaavan nestevirran avulla nopeudella, joka on suhteessa virtausnopeuteen. Juoksupyörä näin ilmaisee ja tuottaa 10 nestevirtauksen nopeuden mitan. Kun putkijohdon halkaisija on tunnettu, virtauksen tilavuus on helposti määritettävissä .

Lisäksi lisäämällä laite, joka mittaa paineen aleneman tunnetussa putkijohdon kuristuskohdassa, newtonilai-15 sen tai suurin piirtein newtonilaisen nestevirtauksen mas-savirtausmittaus voidaan suorittaa paine-eron ja nesteen nopeuden funktiona. Edullisessa laitteessa paine-ero mitataan nesteen syrjäytysosan 34 kohdalla anturin (ei kuviossa) avulla tavalla, jota kuvataan yksityiskohtaisesti US-20 patentissa 4 638 672, joka julkaisu sisältyy tähän viitteenä. Tätä tarkoitusta varten sisääntuloaukko 50 (joka kuvatussa rakenteessa on normaalisti suljettu tulpalla 52) • · · tuotetaan putkijohdon puoliskon 12 seinämään laitteen • · · V asennuksen helpottamiseksi paineen aleneman mittaamiseksi ·\·\.' 25 osan 34 kohdalla. Kun paine-ero ja virtauksen nopeus on : näin määritelty, putkijohdon kautta kulkevan nestevirtauk- ; sen massa tai paino voidaan helposti laskea joko massavir- tana tai nestevirtauksen kokonaispainona tai molempina. Tunnetun alan vastakohtana tämä keksintö huolehtii massa-j 30 virtauksen mittauksesta äärimmäisen lyhyellä suoraviivai- \W sella matkalla. Massavirtausmittaus on hyvin arvokas lisä lukuisia teollisia käsittelyoperaatioita varten, kuten t .* ruoanjalostuslaitoksissa.

Näin tämä keksintö huolehtii erilaisten nestevir-35 tausolosuhteiden ja -ominaisuuksien tarkasta mittauksesta.

Palolaitosten pumppujen verifiointi järjestelmien 1 1 61 F 9 14 sovellutusten lisäksi tämän keksinnön virtauksen stabilointi- ja esikäsittely-laitetta 30 voidaan käyttää neste-virtauksen stabiloimiseksi ja muokkaamiseksi erilaisia tarkoituksia varten ja muiden nestemittausjärjestelmien ja 5 instrumenttien tarkkuuden, luotettavuuden ja tehon parantamiseksi.

Putkijohdon 10 kautta virtaava väliaine voi olla kaasumaista, nestemäistä tai viskoosia tai niiden yhdistelmä ja se voi yhtä hyvin sisältää mukana kulkeutuvia 10 hiukkasia tai kiinteää ainetta. Suurin piirtein kaikissa tapauksissa laite 30 on tehokas virtauksen homogenoimiseksi ja virtauksen stabiloimiseksi ja käsittelemiseksi vakioksi, aksiaalisesti keskitetyksi, tasaisen pinnan vir-tausprofiiliksi putkijohdon puoliskon 12 ulostulossa. Niin 15 muodoin useita eri mittauksia voidaan saavuttaa tarkasti ja luotettavasti putkijohdon puoliskossa 14.

Tämän keksinnön tavoitteet ja edut on sen vuoksi esitetty saavutettaviksi mukavalla, taloudellisella ja käytännöllisellä tavalla.

20 Vaikka tämän keksinnön edullista suoritusmuotoa on tässä kuvattu ja esitetty, on ymmärrettävä, että siihen voidaan tehdä erilaisia muutoksia, uudelleenjärjestelyjä * · · ja muutoksia poikkeamatta tämän keksinnön suoja-alasta, • · 1 : 1.· joka oheisissa patenttivaatimuksissa rajataan.

:.V 25 » < · ' f i 1 1

Claims (11)

15 116159

1. Laite fluidivirtauksen ominaisuuksien määrittämi seksi, tunnettu yhdistelmästä, jossa on putkijohto (10) fluidin kuljettamiseksi sen läpi an-5 netussa suunnassa, ja mainitun putkijohdon sisällä fluidin virtaussuun-nassa järjestyksessä välineet (30) fluidivirtauksen stabiloimiseksi ja käsittelemiseksi ja olennaisesti tasaisen virtausprofiilin 10 alueen tuottamiseksi mainitun putkijohdon sisällä välineiden (30) alapuolella, jossa profiilissa on suuri ja aksiaalisesta keskitetty keskivirtauksen halkaisija, mainitun virtauksen stabilointi- ja käsittelyväli-neiden käsittäessä fluidivirtauksen syrjäytysosan (34), 15 jonka koko on pienempi kuin mainitun putkijohdon koko, ja joka koostuu kahdesta katkaistusta kappaleesta (34a, 34b) , jotka on liitetty yhteen suuremmista päistään ja asennettu samanakselisesti putkijohdossa (10) suurin piirtein normaalin suunnassa fluidivirtauksen suuntaan nähden, ja maini-20 ttujen katkaistujen kappaleiden kehät ovat erillään symmet- .. risesti sisäänpäin putkijohdosta, mainittu syrjäytysosa, ** joka ohjaa fluidin sivuun ja saa sen virtaamaan alueen • ·' kautta, joka rajautuu mainittujen katkaistujen kappaleiden * · · V.* kehien ja putkijohdon sisäseinämän välille ja joka on teho- *...· 25 kas suurin piirtein linearisoimaan fluidin nopeusprofiilin ennalta määrätyllä virtausnopeuksien alueella mainitun put- :*!*: kijohdon sisällä, ja välineet (32) etäisyyden päässä alapuolella virtauk- .·. sen stabilointi- ja käsittelylaitteista tasaisen virtaus- • · · ,···, 30 profiilin alueen sisällä stabilisoidun ja käsitellyn flui- divirtauksen ominaisuuden määrittämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n -n e t t u siitä, että virtauksen stabilointi- ja käsitte-lyvälineet (30) käsittävät välineet (36, 38) putkijohdon » ,*· 35 kautta virtaavan fluidin pyörteiden lieventämiseksi. 16 116159

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää pyörteitä lieventävät välineet (36, 38) asenettuna putkijohtoon sekä fluidivirta-uksen syrjäytysosan (34) ylä- että alapuolella, fluidin I 5 virtauksen syrjäytysosan ollessa asennettu pyörteitä lie ventäviin välineisiin suurin piirtein samanakselisesti putkijohdon sisällä.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että pyörteitä lieventävät välineet (36, 10 38) käsittävät etäisyyden päässä olevia seinämävälineitä, jotka ulottuvat pitkittäisesti putkijohdon sisäosasta ja jakavat putkijohdon sisäosan osan lukuisiin pitkittäissuunnassa ulottuviin kanaviin, joiden pitkittäinen ulottuvuus on suunnilleen jopa noin puolitoistakertainen put- 15 kijohdon sisähalkaisijaan nähden.

5. Menetelmä fluidivirtauksen ominaisuuksien määrit- ' telemiseksi putkijohdon sisällä putkijohdon valitussa koh dassa, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: 20 työnnetään fluidivirtauksen syrjäytyslaite (34) put kijohtoon (10) yläpuolelle mainitusta kohdasta syrjäytys-: : : laitteen koon ollessa pienempi kuin putkijohdon (10) koko, joka koostuu kahdesta katkaistusta kappaleesta (34a, 34b) , jotka on liitetty suuremmista päistään yhteen ja asennettu .*··, 25 samanakselisesti putkijohtoon suurin piirtein normaaliin * t _·_ fluidivirtauksen suuntaan, ja katkaistujen kappaleiden ke- * * t .’!! hät sijoitetaan erilleen symmetrisesti sisäänpäin putkijoh- tl» ‘ don sisäseinämästä, ja ohjataan putkijohdon kautta virtaava fluidi rengas- * t * M : 30 maisen alueen kautta, joka muodostuu katkaistujen kappalei- den (34a, 34b) kehien ja putkijohdon sisäseinämän väliin, . fluidin nopeusprofiilin olennaisesti linearisoimiseksi en- < t i , ···. naita määrätyllä virtausnopeuksien alueella putkijohdon lä- ’·' pi, ja mainitussa kohdassa suurin piirtein stabiloidun ja v ‘ 35 vakion virtausprofiilin tuottamiseksi, jossa on suuri ja aksiaalisesti keskittynyt keskivirtauksen halkaisija, ja 17 116159 laitetaan välineet (32) stabiloidun fluidivirtauksen ominaisuuden määrittämiseksi mainitussa kohdassa putkijohtoon mainitussa kohdassa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, t u n -5 n e t t u siitä, että se käsittää fluidivirtauksen syrjäy-tyslaitteen (34) työntämisen putkijohtoon (10) mainitun kohdan yläpuolella, mainitusta kohdasta sellaisen matkan päässä, joka ei ole suurempi kuin noin 10 kertaa putkijohdon sisähalkaisija.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että se käsittää fluidivirtauksen syrjäy-tyslaitteen (34) työntämisen putkijohtoon (10) mainitun kohdan yläpuolella, mainitusta kohdasta sellaisen matkan päässä, joka on yhtä suuri kuin noin 1-3 kertaa mainitun 15 putkijohdon sisähalkaisija.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää pyörteiden lieventämis-välineiden (36, 38) työntämisen putkijohtoon (10) virtauksen syrjäytyslaitteen (34) viereen.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen menete lmä, tunnettu siitä, että se käsittää putkijohdon : : : kautta tapahtuvan fluidivirtauksen mittauksen mainitussa kohdassa. ;V. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, t u n- 25. e t t u siitä, että se käsittää paine-eron mittaamisen • , ennalta määrätyssä kohdassa putkijohdon sisällä ja putki- » t I johdon sisällä kulkevan massavirran määrittämisen fluidi- * * · * virtauksesta ja paine-erosta.

11. Menetelmä putkijohdon (10) kautta virtaavan • > · :·: : 30 fluidin massan mittaamiseksi, tunnettu vaiheista, jotka käsittävät . työnnetään f luidivirtauksen syrjäytyslaite (34) put- ,···, kijohtoon (10) , syrjäytyslaitteen (34) koon ollessa pienem- * · pi kuin putkijohdon koko, joka koostuu kahdesta katkaistus- v ‘ 35 ta kappaleesta (34a, 34b), jotka on liitetty suuremmista päistään yhteen ja asennettu samanakselisesti putkijohtoon 18 116159 (10) suurin piirtein normaaliin fluidivirtauksen suuntaan, ja katkaistujen kappaleiden (34a, 34b) kehät sijoitetaan erilleen symmetrisesti sisäänpäin putkijohdon (10) sisäsei-nämästä, 5 ohjataan putkijohdon (10) kautta virtaava fluidi rengasmaisen alueen kautta, joka muodostuu katkaistujen kappaleiden kehien ja putkijohdon sisäseinämän väliin, fluidin nopeusprofiilin linearisoimiseksi suurin piirtein ennalta määrätyllä virtausnopeuksien alueella putkijohdon 10 läpi, ja suurin piirtein tasaisen virtausprofiilin alueen tuottamiseksi putkijohdon sisälle syrjäytyslaitteen alapuolelle, jolla alueella on suuri ja aksiaalisesti keskitetty keskivirtaushalkaisija, mitataan paine-ero syrjäytyslaitteen yläpuolen ja 15 alapuolen välillä, työnnetään virtausmittari (32) putkijohtoon (10) paikassa, joka on etäisyyden päässä syrjäytyslaitteen (34) alapuolella ja tasaisen virtausprofiilin alueen sisällä, jossa fluidivirtaus on linearisoitu ja vakaa, 20 mitataan putkijohdon kautta tapahtuvan fluidivirta uksen nopeus virtausmittarilla, ja :.V määritetään putkijohdon kautta kulkeva fluidivirran : ' : massa mitatusta paine-erosta ja mitatusta virtausnopeudes- :: : ta. • · • 1 1 » » » t · 19 116159