HU220433B - Eljárás és berendezés közegáramlás jellemzőinek mérésére, illetve közegáramlás stabilizálására és kondicionálására - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés közegáramlás jellemzőinek mérésére vezetékben. A találmány tárgya különösen eljárás lépéseinek és berendezés elemeinek kombinálása először a vezetékben lévő közegáramlás kondicionálására, stabilizálására és homogenizálására, majd a stabilizált és homogenizált közeg egy vagy több jellemzőjének mérésére és/vagy a közegáramlásból történő mintavételre.

A találmány azoknak a problémáknak a tanulmányozása során fogalmazódott meg, amelyek akkor jelentkeztek, amikor megkísérelték tűzoltóállomások szivattyúegységei és tűzcsapok vízleadó képességének ellenőrzését. A helyi államok kormányai megkövetelik a tűzoltóállomások szivattyúegységeinek időszakos bizonylatolását annak biztosítása végett, hogy azok megfeleljenek a helyi állami szabályozásnak és előírásoknak, és hogy az egység kapacitása szükséghelyzetben megfelelő legyen. Biztosítási díjakkal kapcsolatos célokra szükséges a tűzcsapok kapacitásának bizonylatolása is. A bizonylatolás a vízáram nagyon pontos, rendszerint plusz vagy mínusz egy százalékon belüli pontosságát igényli.

Vezetékben folyó közegáramlás pontos méréséhez kívánatos, hogy a maximális közepes áramlási átmérő, vagyis a vezeték belső átmérőjét megközelítő átmérő sebességprofiljának alakja lényegében lapos legyen. Ha a sebességprofil alakja homorúvá vagy domborúvá válik, akkor a közepes áramlási átmérő csökken. Ez nehezebbé teszi a pontos áramlásmérés biztosítását, mivel az áramlás a vezeték keresztmetszetében nem egyenletes.

Ha egy nem egyenletes áramlási profil szimmetrikus a vezeték mértani tengelyére, akkor hasznos lehet egy lapátkerekes típusú áramlásmérő alkalmazása, amelyben a lapátkerék forgástengelye koaxiális a vezetékkel, mivel a lapátkerék agya akadályozza a folyadékáramlás magját, és elősegíti azt, hogy a lapátkerék lapátjain át, vagyis a lapátkerék agya és a vezeték belső fala közötti gyűrű alakú téren át valamivel egyenletesebb áramlás jöjjön létre.

Ha azonban az áramlási profil axiálisan nem szimmetrikus, és/vagy a mag áramlása torzult, akkor a szárnykerekes vagy turbinás típusú áramlásmérővel nem lehetséges a pontos mérés. Emellett az áramlási út keresztmetszetének a számykerék agya által okozott csökkenése a széleken visszaáramlást okoz, és a közepes áramlási átmérő instabillá és erősen torzulttá válik, ami nagyon megnehezíti az időegység alatt átfolyó mennyiség mérését.

A nehézségek tovább fokozódnak, ha a közegáramlás örvénylik, azaz csavarvonal vagy dugóhúzó alakú úton halad a vezetéken át. Örvénylés esetén az áramlás torzul, a közepes áramlási átmérő jelentősen csökken és középpontja távolra kerül a vezeték mértani tengelyétől. Ez az áramlás mérését nagyon pontatlanná teszi.

Mindezek a körülmények előfordulnak tűzoltóállomásokkal kapcsolatos hitelesítési és bizonylatolási tanulmányokban. A tűzcsapokból és tűzoltóállomások szivattyúegységeiből kilépő vízáram rendszerint nagy mértékben torzult és nagy az örvénylési tényezője. A tűzoltótömlőben lévő ív is torzítja az áramlást és örvénylésbe hozza az áramlást. Az örvénylés a víz útjában lévő ív irányától függően lehet balos örvénylés vagy jobbos örvénylés. Mindezekből az következik, hogy a vízleadó képesség és időegység alatt átfolyó mennyiség ellenőrző mérései nagyon bonyolult berendezést igényelnek, időigényesek és drágák. Ezért egyszerűbb, megbízhatóbb, pontosabb és kevésbé drága ellenőrzési rendszereket kerestek.

A lapátkerekes típusú forgó áramlásmérőket az áramlásmérési szakterületen nagyra értékelik. Ezek rendszerint megbízható és különösen gazdaságos áramlásmérő rendszert képeznek. Előnyös lenne, ha lapátkerekes típusú forgó áramlásmérőket lehetne nagyobb pontossággal és megbízhatósággal használni ellenőrzési és hitelesítési tanulmányok során, különösen problematikus áramlási feltételek fennállásakor, amilyeneket fentebb írtunk le.

A jelen találmány feltalálója korábban kifejlesztett több lapátkerekes vagy számykerekes típusú forgó áramlásmérőt, amelyeket a McCrometer Division of Ketema, Inc. (Hemet, Califomia, USA) gyárt és értékesít. Ezeknek az áramlásmérőknek egy része a számykerék közelében áramlásrendezőket tartalmaz, amelyek a közegnek a lapátkeréken való áthaladásakor a folyadékáramban lévő örvénylést csökkentik. Az áramlásrendezóket képezhetik például hosszirányban elhelyezett csőkötegek vagy szögben elhelyezett terelőlapátok. Ezzel kapcsolatban lásd például az US 3,049,009 számú szabadalmat, amely egy lapátkerék homlokoldalához hozzáalakított áramlásrendező terelőlapátokat ismertet. Tűzcsapok ilyen áramlásrendezőket tartalmazó vízórái csökkentik a csapból kilépő víz örvénylését, de a vízfogyasztás mérése nem elég pontos ahhoz, hogy ellenőrzési és hitelesítési célokra használni lehessen.

A jelen találmány feltalálója kifejlesztett továbbá egy statikus készüléket, amelyet közegáramlás mérésére (lásd az US 4,638,672 számú szabadalmat) és különböző közegek keverésére (lásd az US 4,812,049 számú szabadalmat) használtak. A szabadalmazott készüléket megtestesítő áramlásmérőket és statikus keverőket a McCrometer Division of Ketema, Inc. „V-CONE” bejegyzett márkanéven gyártja és értékesíti.

A jelen találmány konzisztens és nagyon megbízható áramlásmérési eredmények végett a V-CONE készülék újszerű alkalmazásából és az elemek újszerű kombinációjából indul ki és azon alapszik. A találmányt ugyan tűzoltóállomások szivattyúegységeinek ellenőrzésére vonatkozó követelmények kapcsán fejlesztettük ki és itt ezek kapcsán íijuk le, de a találmánynak széles körű kereskedelmi és ipari alkalmazási lehetőségei vannak abban, hogy problematikus közegáramlási feltételek között teljesítse az áramlásmérési követelményeket.

Találmányunk egyik célja a közegáramlást szabályozó és mérő készülékek új és tökéletesített kombinációja vezetékekben fennálló problematikus közegáramlási feltételek megszüntetésére és arra, hogy megkönnyítse a közeg és/vagy a közegáramlás egy vagy több jellemzőjének a közeg vezetékben való haladása közbeni pontos meghatározását.

A találmány másik célja a V-CONE készülék adaptálása újszerű alkalmazásra, azaz egy vezetékben

HU 220 433 Bl áramló közeg előkondicionálására, stabilizálására és homogenizálására, hogy az instabil és torzult áramlási profil lényegében egyenletes, állandó és szimmetrikus profillá alakuljon át, amelynek nagy és axiálisan központos közepes áramlási átmérője van.

Találmányunk további célja viszonylag gazdaságos mérő vagy mintavevő műszerek teljesítőképességének fokozása és ezáltal megbízhatóságának és tudományos értékének javítása azzal, hogy a közegáramlás a vezetékben úgy van előkondicionálva, hogy a műszer számára a műszeres méréshez ideálisan alkalmas profilt nyújtson.

Ezt a feladatot a találmány értelmében a berendezés tekintetében úgy oldjuk meg, hogy azt egy csőszakaszból vagy vezetékszakaszból, a közegáramlás irányában ezt követő áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülékből, valamint a stabilizált és előkondicionált közegáramlás egy jellemzőjét meghatározó készülékből áll.

Az áramlásstabilizáló és -kondicionáló készüléket a vezetéknél kisebb méretű áramlásterelő tag képezi. Az áramlásterelő tag két csonka kúpot tartalmaz, amelyek a szélesebb végeiken össze vannak kötve, és a vezetékkel lényegében koaxiálisán, a közegáramlás irányára merőlegesen vannak rögzítve, kerületük pedig a vezeték belsejétől vagy belső falától befelé szimmetrikusan bizonyos távolságban van. Az áramlásterelő tag a közeget eltéríti és arra készteti, hogy egy fokozatosan csökkenő területű, majd fokozatosan növekvő területű gyűrű alakú részen folyjon át. Az áramlásterelő tag az időegység alatt átfolyó mennyiségek előre meghatározott tartományában lényegében linearizálja a közeg sebességprofilját. A közegáramlás ezáltal stabilizálva van áramlási irányban mind az áramlásterelő tag előtt, mind az áramlásterelő tag után.

Az áramlásterelő tag áramlási irányban hátsó oldalán lévő csonka kúp befelé ferde fala optimálja a közeg visszaállási sebességét, amikor az áramlási irányban az áramlásterelő tag után a vezetékben visszaáll a szabad áramlás feltételei közé. Ebből következőleg az áramlási profil áramlási irányban az áramlásterelő tag után viszonylag lapos, szimmetrikus, nagy a közepes áramlási átmérője és axiálisan központos a csövön vagy vezetéken belül. Emellett a közepes áramlási átmérő állandó marad, és nem változik a közegáramlás sebességének változásaival.

Az áramlásterelő tag további hatása, hogy a közegáramlást - legyen az akár folyékony, akár gáz alakú közeg vagy szilárd anyagokat szállító közeg - homogenizálja, vagyis a két vagy több közegből álló keveréket és/vagy a szilárd anyagokat szállító közeget alaposan elkeveri és lényegében homogénné teszi, így az áramló keverék áramlási irányban a készülék után fennálló egész közegáramlási profilban lényegében homogén lesz. Ez azt jelenti, hogy a közeg vagy közegáramlás egy jellemzője ezen a helyen pontosan meghatározható.

Az áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék előnyös módon eszközöket tartalmaz a vezetékben áramló közeg örvénylésének csökkentésére. Előnyös módon a vezetékben áramlási irányban mind az áramlásterelő tag előtt, mind az áramlásterelő tag után van örvényléscsökkentő eszköz, és az áramlásterelő tag a vezetékkel lényegében koaxiálisán az örvényléscsökkentő eszközre van szerelve.

A közeg vagy közegáramlás egy jellemzőjét meghatározó készülék a vezetékben az áramlásterelő tag után áramlási irányban kis távolságra van. Az előnyös távolság a két eszköz között néhány cső- vagy vezetékátmérővel egyenlő. A jellemzőt meghatározó vagy észlelő készülék lehet egy mintavevő készülék vagy egy áramlásmérő. A tűzoltóállomások ellenőrzésével kapcsolatos tanulmányokhoz szolgáló előnyös kiviteli alakban a készülék egy lapátkerekes típusú áramlásmérő, amely működtet egy, az időegység alatti (pillanatnyi) átfolyó mennyiséget mutató jelzőműszert vagy egy összegezőregisztert, vagy működteti mindkettőt.

Minthogy a közegáramlás a lapátkeréknél stabilizálva van és homogén, és az áramlási profil egyenletes, közepes átmérője nagy és állandó, továbbá a vezetékben axiálisan központos, ezért az áramlásmérő vagy más mérőműszer pontosan és nagyon megbízhatóan méri a vízáramot, úgy, ahogyan ez tűzcsapok és tűzoltóállomások szivattyúegységei vízleadási kapacitásának ellenőrzéséhez szükséges. Ezáltal a mérőműszer kereskedelmi és tudományos értéke nagyobb és jobb lesz.

A feladatot a találmány értelmében az eljárás tekintetében -, amelynek révén kondicionáljuk és stabilizáljuk a közegáramlást egy olyan helyen, amelyen közegmérést kell végezni - úgy oldjuk meg, hogy a vezetékbe áramlási irányban a szóban forgó hely előtt beiktatunk a vezetéknél kisebb méretű áramlásterelő tagot, amely két csonka kúpot tartalmaz. A csonka kúpok a szélesebb végeiken össze vannak kötve, és a vezetékkel lényegében koaxiálisán, a közegáramlás irányára merőlegesen vannak rögzítve, kerületük pedig a vezeték belső falától befelé szimmetrikusan bizonyos távolságban van. A vezetéken át folyó közeget eltereljük, és így az a csonka kúpok kerületei és a vezeték belső fala által határolt gyűrű alakú részen folyik át. Ezáltal az időegység alatt átfolyó mennyiségek előre meghatározott tartományában lényegében linearizáljuk a közeg sebességprofilját, és a szóban forgó helyen lényegében állandó áramlási profilt hozunk létre, amelynek nagy és axiális központos közepes áramlási átmérője van.

Ily módon a találmány vezetékben folyó közegáramlás meghatározására és ellenőrzésére nagyon egyszerű, kicsi, kompakt és mégis nagyon pontos és megbízható rendszert nyújt, amelynek a pontossága egy százalék vagy ennél jobb. A tűzoltóállomásokon végzett és hasonló ellenőrzési és bizonylatolási tanulmányokat ezért nagyon gazdaságos módon és viszonylag rövid idő alatt lehet elvégezni. Az adott szakterületen járatos szakemberek számára nyilvánvalóak a további alkalmazási lehetőségek.

Az előzőkön kívül a találmány egyszerű és gazdaságos rendszert nyújt Newton-féle vagy lényegében Newton-féle közegáramlások tömegáramának méréséhez. Ha az áramlásterelő tagot a rajta bekövetkező nyomásesés meghatározására szolgáló eszközzel, például egy jelátalakítóval látjuk el, és áramlási irányban az áramlásterelő tag előtt egy áramlásmérőt alkalmazunk

HU 220 433 Bl a közeg sebességének meghatározására, akkor mérhető a vezetékben folyó közegáramlás tömege vagy súlya.

A találmány ezért gyakorlati és gazdaságos módon lehetővé teszi a közegáramlás több jellemzőjének meghatározását.

Találmányunkat, a találmány más céljait és előnyeit annak példaképpen! kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra a találmány szerinti berendezés tűzoltóállomás szivattyúegységét ellenőrző rendszerként megvalósított kiviteli alakjának perspektivikus képe, a

2. ábra az 1. ábra szerinti berendezés előnyös kiviteli alakjának függőleges hosszmetszete, a

3. ábra a berendezés függőleges keresztmetszete lényegében a 2. ábra 3-3 metszésvonala szerint.

A következőkben leírjuk a találmány előnyös kiviteli alakját, amelyet a feltaláló jelenleg találmánya legjobb megvalósítási módjának tekint. A leírás során az adott szakterületen járatos szakemberek számára nyilvánvalóvá válik, hogy abban módosítások, változtatások és variációk lehetségesek.

Az ábrákon látható a találmánynak egy olyan kiviteli alakja, amely különösen alkalmas arra, hogy tűzoltóállomás szivattyúegységét ellenőrző rendszerként használják. A berendezés tartalmaz egy 10 vezetékszakaszt, ami előnyös módon két, 12 és 14 vezetékfélből áll. A 12 és 14 vezetékfél az egymás felé mutató végükhöz hegesztett illesztő 16, illetőleg 18 karimánál össze van csavarozva. Amint ezt a nyíl mutatja, a közegáramlás a vezetékben a 12 vezetékfél szabad végén lévő 20 beömlőnyílástól a 14 vezetékfél szabad végén lévő 22 kiömlőnyíláshoz irányul. A vezeték a 20 beömlőnyílásnál befogadó 24 csatlakozókarmantyúval van ellátva, amelyet tűzcsap vagy vízszivattyú kiömlőnyílásához vagy tűzoltótömlő egy darabjának kiömlőnyílásához lehet csatlakoztatni. A vezeték a 22 kiömlőnyílásnál külső menetes 26 csatlakozószerelvénnyel van ellátva, amihez tűzoltótömlő csatlakoztatható.

A tűzcsapok kiömlőnyílásainak és a tűzoltótömlők csatlakozószerelvényeinek szabványosított átmérője 2 1/2”, úgyhogy a 24 csatlakozókarmantyú és a 26 csatlakozószerelvény átmérője is 2 1/2”. Minthogy a közegáramlás térfogata és sebessége olyan nagy, ezért kívánatos, hogy legyen egy nagyobb átmérőjű vezeték, amelyben el lehet végezni a közegáramlás-méréseket. Ennek megfelelően a vezetékfelek átmérője nagyobb, előnyös módon 4”, és a 2 1/2” és 4” átmérő között csonka kúp alakú átmenetek vannak. A megnövelt vezetékátmérő arra is szolgál, hogy csökkentse a kavitációt az áramlásmérő kamrában.

Az áramlásmérő helyszíni kezelésének megkönnyítése végett a két, 12 és 14 vezetékfél fordított U alakú 28 fogantyúval van ellátva. A 28 fogantyú két szára a szóban forgó vezetékfél ellentett oldalaihoz van hegesztve és a vezeték alá nyúlik, úgyhogy támaszt is képez, amely az áramlásmérőt vízszintes helyzetben tartja, amikor nincs tűzcsap vagy szivattyú kiömlőnyílásához csatlakoztatva.

A 2. ábrán látható, hogy a 10 vezetékszakasz áramlási irányban elől lévő 12 vezetékfele tartalmazza az áramlásstabilizáló, -kondicionáló és -homogenizáló készüléket (a továbbiakban rövidebben 30 áramlásstabilizáló és -kondicionáló készüléket), és az áramlási irányban hátul lévő 14 vezetékfél tartalmazza a közeg vagy közegáramlás egy jellemzőjének meghatározására vagy észlelésére szolgáló készüléket (a továbbiakban 32 mérőkészüléket). Az ábrázolt kiviteli alakban a 32 mérőkészülék lapátkerekes vagy számykerekes típusú áramlásmérő.

A 30 áramlásstabilizáló és -kondicionáló készüléket elsődlegesen egy 34 áramlásterelő tag képezi, amely VCONE márkanéven a McCrometer Division of Ketema, Inc. (Hemet, Califomia, USA) cégnél szerezhető be. Magát a más alkalmazásokhoz adaptált áramlásterelő tagot részletesen az US 4,638,672 számú szabadalom és az US 4,812,049 számú szabadalom ismerteti, amelyekre a jelen szabadalom részeként úgy hivatkozunk, mintha azok itt teljes mértékben szerepelnének.

A 34 áramlásterelő tag lényegében két, egymással szemben lévő, 34a és 34b csonka kúpból áll, amelyeknek az azonos átmérőjű szélesebb vége rögzítetten egymáshoz van erősítve. Az áramlási irányban elől lévő, 34a csonka kúp hosszabb az áramlási irányban hátul lévő, 34b csonka kúpnál, és úgy van kialakítva, hogy körülbelül 39° és körülbelül 75° közötti szöget zár be a két csonka kúp összekötött végének kerülete által meghatározott síkkal. Az előnyös szög körülbelül 67,5°. Az áramlási irányban hátul lévő csonka kúpnak a két csonka kúp összekötött végének kerülete által meghatározott síkkal bezárt szöge előnyös módon körülbelül 22°. A 34 áramlásterelő tagnak a 12 vezetékfél belső átmérőjéhez viszonyított béta-száma előnyös módon körülbelül 0,5 és körülbelül 0,9 között van.

A 34 áramlásterelő tag átmérője kisebb, mint a 12 vezetékfélé, és a vezetékkel koaxiálisán van rögzítve úgy, hogy a csonka kúpok összekötött végeinek kerületi éle által meghatározott sík merőleges a közegáramlás irányára, és a két csonka kúp ferde falai befelé szimmetrikusan bizonyos távolságban vannak a vezeték belsejétől vagy belső falától.

Amikor közeg, például víz nyomás alatt belép a vezeték 20 beömlőnyílásán, akkor a közeget a 34 áramlásterelő tag áramlási irányban elől lévő, 34a csonka kúpja egy fokozatosan csökkenő keresztmetszetű, gyűrű alakú részbe mozdítja el vagy tereli. A minimális keresztmetszet a két csonka kúp összekötött végénél van. A közeg ezután egy fokozatosan növekvő keresztmetszetű részbe folyik be, amelyet az áramlási irányban hátul lévő, 34b csonka kúp határol. Ennek következtében a közegáramlás áramlási irányban mind a 34 áramlásterelő tag előtt, mind a 34 áramlásterelő tag után stabilizálódik és kondicionálódik. A közeg vagy közegek és a bennük lévő szilárd anyagok homogenizálódnak is, úgyhogy a vezeték áramlási irányban a 34 áramlásterelő tag után lényegében teljes keresztmetszetében lényegében homogén keverékkel van töltve.

A 34 áramlásterelő tag fő funkciója a közegáramlás sebességprofiljának linearizálása az időegység alatt át4

HU 220 433 Bl folyó mennyiség széles tartományában. Az áramlási irányban hátul lévő csonka kúp a közeg visszaállási sebességét optimálja, amikor a közeg a vezetékben visszaáll a szabad áramlás feltételei közé. Ebből következőleg az áramlási profil áramlási irányban az áramlásterelő tag után viszonylag lapos, szimmetrikus, axiálisan központos a vezetéken belül, továbbá nagy és az időegység alatt átfolyó mennyiségtől függetlenül lényegében állandó a közepes áramlási átmérője. Az áramlási eltérése körülbelül 1% vagy ennél kisebb. Ezért áramlási irányban a 34 áramlásterelő tag után állandó közegáramlási profil jön létre, ami megkönnyíti az áramlási feltételek pontos mérését.

A két csonka kúp összekötött vége által meghatározott kerületi él és az áramlási irányban hátul lévő csonka kúp együttesen a rövid örvényeket áramlási irányban leszakítja a kerületi élről. Ezeknek az örvényeknek kicsi az amplitúdójuk és nagy a frekvenciájuk, és ezért hozzájárulnak a közegáramlás visszaállási sebességének optimálásához. A kis amplitúdójú és nagy frekvenciájú örvények hatékonyan kiküszöbölik a külső eredetű áramlási irányú diszturbanciákat vagy úgynevezett „zajt”, és ezáltal megkönnyítik a nagyon pontos és megbízható méréseket, így a V-CONE áramlásterelő tag feljavítja az áramlási irányban hátul lévő mérőkészüléket.

A 34 áramlásterelő tagot a 12 vezetékfélben axiálisan lehet szerelni bármilyen alkalmas eszközzel, így egy vagy több póklábas tartóval, vagy könyökös szerelőkarral vagy a vezeték falán átmenő csővel, ahogyan ezt az US 4,638,672 számú szabadalom és az US 4,812,049 számú szabadalom ismerteti. Tekintettel azonban a tűzcsapból vagy tömlőből kilépő víz rendkívül nagy örvénylésére, ebben az alkalmazásban ajánlatos eszközöket alkalmazni, amelyek elősegítik, hogy a 34 áramlásterelő tag az örvénylést kiküszöbölje. A 2. és 3. ábrán látható előnyös kiviteli alakban a 34 áramlásterelő tag áramlásrendező lapátok révén van a 12 vezetékiéiben axiális rögzítve. Előnyös módon van egy első, 36 lapátcsoport a 34 áramlásterelő tagnak az áramlási irányban elülső végén, és egy második, 38 lapátcsoport az áramlási irányban hátsó végén. A 34a és 34b csonka kúp a kisebb átmérőjű végén alkalmas módon a 36, illetőleg 38 lapátcsoporthoz hegeszthető vagy ahhoz más módon rögzíthető.

Ahogyan ez a 3. ábrán látható, mindegyik lapátcsoport előnyös módon hat lapátból áll, amelyek kerületileg egymástól azonos távolságban vannak elhelyezve, és sugárirányban kifelé állnak mértani tengelytől a 12 vezetékfél belső fala felé. A lapátok teljes hosszirányú mérete nem haladhatja meg a vezeték átmérőjének 1-1,5-szeresét. Az előnyös kiviteli alakban mindkét, 36,38 lapátcsoport hossza a vezeték átmérőjének körülbelül a felével egyenlő.

A két lapátcsoport így magában foglalja a 30 áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék egy részét, így az összekötött csonka kúpok helyesbítik az turbulenciát és az áramlási profilt, míg a lapátok elősegítik, hogy az áramlásterelő tag helyesbítse az örvénylést. A 32 mérőkészülékhez közeledő közegáramlás így teljesen stabilizált és előkondicionált állapotban van.

A közeg jellemzőjét észlelő vagy meghatározó 32 mérőkészüléket áramlási irányban a 34 áramlásterelő tag után a vezeték átmérőjének tízszeresét nem meghaladó bármilyen kívánt távolságban lehet rögzíteni. Ez a távolság a közegtől, az áramlási feltételektől és a meghatározandó jellemzőtől függ. A legkedvezőbb azonban a 32 mérőkészüléket áramlási irányban a 34 áramlásterelő tag után előnyös módon két-három átmérőn belül, vagyis áramlási irányban az ismertetett 30 áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék után egy-három-szoros átmérőn belüli távolságban rögzíteni. A vezeték két részre osztott felépítése megkönnyíti az áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék használatát különféle mérési és mintavételi rendszerekben.

A tűzcsapok és tűzoltóállomások szivattyúegységei vízleadó képességének ellenőrzésére szolgáló, ismertetésre kerülő előnyös kiviteli alakban a 32 mérőkészüléket lapátkerekes vagy számykerekes típusú 40 áramlásmérő képezi. A 40 áramlásmérő tartalmaz eszközt a közegáramlás regisztrálására egy közegáram-összegező regiszteren, és/vagy tartalmaz egy jelzőműszert, amely az időegység alatti (pillanatnyi) átfolyó mennyiséget mutatja. Különösen előnyösen alkalmazható áramlásmérő a McCrometer Division of Ketema, Inc. cégnél beszerezhető, Ml 104 típusú lapátkerekes és regiszteres rendszer.

Ahogyan ez a 2. ábrán látható, a 40 áramlásmérő olyan 42 számykereket tartalmaz, amelynek az átmérője valamivel kisebb a 14 vezetékfél belső átmérőjénél, és amely úgy van szerelve, hogy forgástengelye a vezeték mértani tengelyével és a 34 áramlásterelő tag mértani tengelyével egybeesik.

Az ábrázolt felépítésben a 42 számykerék forgathatóan egy villamos 44 mérőátalakítóra van szerelve. A 44 mérőátalakító a vezetékben egy könyök vagy szerelőkar vagy cső, illetőleg cső alakú 46 szerelőkar végén axiálisan van rögzítve. A cső alakú 46 szerelőkar áramlási irányban a 42 számykerék és a 44 mérőátalakító után sugárirányban átmegy a 14 vezetékfél falán és ahhoz van hegesztve. A 46 szerelőkarban a 44 mérőátalakítótól a 46 szerelőkar külső végére szerelt 48 kapocstömbhöz vagy csatlakozóhoz nem ábrázolt villamos vezetők vezetnek. A 48 kapocstömb vagy csatlakozókapcsokat tartalmaz egy mérőműszerhez való villamos csatlakoztatásra. A mérőműszer lehet az átfolyt összes mennyiséget regisztráló műszer és/vagy az időegység alatt átfolyó mennyiséget mutató jelzőműszer. Kívánat esetén, rendkívüli pontosság végett a 44 mérőátalakítót képezheti egy szilárdtest-érzékelő, ami digitális impulzusokat állít elő. A digitális impulzusok a 48 kapocstömbről alkalmas adatfeldolgozó egységre, így egy számítógépre vagy mikroprocesszorra jutnak. Ezt a konfigurációt az ábrákon nem ábrázoltuk, mivel ez az áramlásmérési szakterületen szokványos. A leírt összetevőkkel a rendszer egészének pontossága, vagyis a hidraulikus, mechanikai, villamos és/vagy elektronikus rendszer kombinált pontossága 99% vagy annál jobb. A teljes (kombinált) rendszerhiba 1% vagy kisebb.

Mint ismeretes, az összegezőregiszter a leolvasott értékeket mutathatja gallonban, köblábban, acrelábban,

HU 220 433 Bl köbméterben és más szabványos mértékegységekben. Hasonlóképpen, az időegység alatt átfolyó mennyiséget a jelzőműszer mutathatja gallon/percben, köbláb/másodpercben és más szabványos mértékegységekben.

Egy másik változat szerint a villamos vagy elektronikus mérőátalakító és regisztrálórendszer helyett a számykerék közvetlenül mechanikailag hajthat egy regisztert és egy jelzőműszert egy hajlékony tengellyel, amely a 42 számykeréktől a cső alakú 46 szerelőkaron át egy nem ábrázolt regisztrálóműszerhez vezet, ami a 46 szerelőkar külső végére van szerelve. A hajtásnak ez az alakja annyiban előnyös, hogy autonóm, és nem igényel villamos áramot a regisztrálórendszer számára.

Működés közben a 10 vezetékszakaszban áramló közeg a 42 számykereket az időegység alatti átfolyó mennyiséggel arányos sebességgel forgatja. Ezáltal a 42 számykerék észleli és méri a közegáramlás sebességét. Minthogy a vezeték átmérője ismert, ezért a térfogatáram könnyen meghatározható.

Ezenkívül egy eszközzel kiegészítve, amely a vezetékben egy ismert szűkületben bekövetkező nyomásesést méri, mérhető Newton-féle vagy lényegében Newton-féle közegáramlások tömegárama, mint a nyomáskülönbségnek és a közeg sebességének a függvénye. Az előnyös kiviteli alakban a 34 áramlásterelő tagon fellépő nyomásesést egy nem ábrázolt jelátalakítóval mérjük a részletesen az US 4,638,672 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalomban leírt módon, amelyre a jelen szabadalmi bejelentés részeként hivatkozunk. Ebből a célból egy hozzáférési 50 nyílás van a 12 vezetékfél falában, amelyet az ábrázolt felépítésben általában az 52 dugó zár. Az 50 nyílás megkönnyíti a 34 áramlásterelő tagon bekövetkező nyomásesést érzékelő eszköz beépítését. Miután a nyomáskülönbséget és a közeg sebességét így meghatároztuk, a közegáram tömege vagy súlya egyszerűen számítható akár a közeg tömegárama, akár a közegáram teljes súlya, akár mindkettő alapján. Az ismert megoldásokkal ellentétben a találmány a tömegáram mérését rendkívül rövid egyenes vonalú szakaszon lehetővé teszi. A tömegáram mérése nagyon értékes kiegészítője számos ipari feldolgozási folyamatnak, különösen az élelmiszeripari üzemekben.

így a találmány lehetővé teszi különféle közegáramlási feltételek és jellemzők pontos mérését.

Más, a tűzoltóállomások szivattyúegységeinek ellenőrzésére szolgáló rendszerektől eltérő alkalmazások esetén a találmány szerinti 30 áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék számos célból használható közegáramlás stabilizálására és kondicionálására, valamint más közegmérési rendszerek és műszerek pontosságának, megbízhatóságának és teljesítőképességének fokozására.

A 10 vezetékszakaszban folyó közeg lehet gáz alakú, folyékony vagy viszkózus, vagy ezek kombinációja. A 30 áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék lényegében mindezekben az esetekben az áramlást homogenizálja, és az áramlást a 12 vezetékfél kiömlőnyílásánál állandó, axiálisan központos, lapos alakú profillá stabilizálja és kondicionálja. Ebből következőleg a vezetékiéiben különféle méréseket lehet pontosan és megbízhatóan végezni.

Kimutattuk tehát, hogy a találmány céljait és előnyeit egyszerű, gazdaságos és gyakorlatias módon lehet megvalósítani.

A találmánynak ugyan egy előnyös kiviteli alakját mutattuk be és írtuk le, de nyilvánvaló, hogy annak számos változata, átrendezése és módosítása lehetséges a találmánynak a csatolt igénypontokban meghatározott teijedelmén belül.

Claims (12)

1. Berendezés közegáramlás jellemzőinek mérésére, amely egymással kombináltan tartalmaz egy csőszakaszt vagy vezetékszakaszt (10), amely egy közeget egy adott irányban továbbít, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá a vezetékszakaszban (10) a közegáramlás irányában egy készüléket, amely a közegáramlást stabilizálja és kondicionálja, továbbá a vezetékszakaszban (10) lényegében egyenletes áramlási profilt hoz létre, aminek nagy és axiálisan központos közepes áramlási átmérője van, az áramlásstabilizáló és -kondicionáló készüléket (30) a vezetéknél kisebb méretű áramlásterelő tag (34) képezi, amely két csonka kúpot (34a, 34b) tartalmaz, amelyek a szélesebb végeiken össze vannak kötve, és a vezetékkel lényegében koaxiálisán, a közegáramlás irányára merőlegesen vannak rögzítve, a csonka kúpok (34a, 34b) kerülete pedig a vezeték belsejétől vagy belső falától szimmetrikusan bizonyos távolságban van; az áramlásterelő tag (34) a közeget eltéríti és arra készteti, hogy a csonka kúpok (34a, 34b) kerületei és a vezeték belső fala közötti gyűrű alakú részen folyjon át; az áramlásterelő tag (34) a vezetékszakaszon időegység alatt átfolyó mennyiségek előre meghatározott tartományában lényegében linearizálja a közeg sebességprofilját, tartalmaz továbbá áramlási irányban az áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék után (30) egy készüléket, amely meghatározza a stabilizált és kondicionált közegáramlás egy jellemzőjét.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy áramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék (30) eszközöket tartalmaz a vezetékben áramló közeg örvénylésének csökkentésére.

3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a vezetékben áramlási irányban mind az áramlásterelő tag (34) előtt, mind az áramlásterelő tag (34) után van örvényléscsökkentő eszköz, és az áramlásterelő tag (34) a vezetékkel lényegében koaxiálisán az örvényléscsökkentő eszközre van szerelve.

4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az örvényléscsökkentő eszközt a vezetékszakasz (10) hosszában elhelyezkedő és a vezetékszakasz (10) belsejének egy részét több hosszirányú csatornára osztó, egymástól bizonyos távolságban lévő falelem képezi, amelyeknek a hosszirányú kiterjedése a vezetékszakasz (10) belső átmérőjének körülbelül 1-1,5szerese.

HU 220 433 Β1

5. Eljárás közegáramlás kondicionálására és stabilizálására olyan helyen, amelyen közegjellemzőjét kell mérni, azzal jellemezve, hogy lépései során a vezetékbe áramlási irányban a szóban forgó hely előtt beiktatunk a vezetéknél kisebb méretű áramlásterelő tagot, amely két csonka kúpot tartalmaz; a csonka kúpok a szélesebb végeiken össze vannak kötve, és a vezetékkel lényegében koaxiálisán, a közegáramlás irányára merőlegesen vannak rögzítve, kerületük pedig a vezeték belső falától befelé szimmetrikusan bizonyos távolságban van, és a vezetéken át folyó közeget eltereljük, és így az a csonka kúpok kerületei és a vezeték belső fala által határolt gyűrű alakú részen folyik át, ami által az időegység alatt átfolyó mennyiségek előre meghatározott tartományában lényegében linearizáljuk a közeg sebességprofilját, és a szóban forgó helyen lényegében állandó áramlási profilt hozunk létre, amelynek nagy és axiális központos közepes áramlási átmérője van.

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy további lépése során az áramlásterelő tagot a vezetékben áramlási irányban a mérési hely előtt, a mérési helytől olyan távolságban iktatjuk be, ami nem haladja meg a vezeték belső átmérőjének körülbelül a tízszeresét.

7. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy további lépése során az áramlásterelő tagot a vezetékben áramlási irányban a mérési hely előtt, a mérési helytől olyan távolságban iktatjuk be, ami a vezeték belső átmérőjének körülbelül az egy-háromszorosával egyenlő.

8. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy további lépése során a vezetékbe az áramlásterelő taggal (34) szomszédosán örvényléscsökkentő eszközt iktatunk be.

9. Az 5-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy további lépése során a mérési helyen mérjük a vezetékben folyó közegáramlást.

10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy további lépése során a vezetéken belül egy előre meghatározott helyen mérjük a nyomáskülönbséget, és a közegáramlásból, valamint a nyomáskülönbségből meghatározzuk a tömegáramot.

11. Eljárás közegáramlás kondicionálására és stabilizálására egy vezetékben, amelynek során a vezetékbe az abban áramló közeg örvénylésének csökkentése végett áramlásrendező készüléket iktatunk be, azzal jellemezve, hogy a vezetékbe áramlási irányban közvetlenül az áramlásrendező készülék után a vezetéknél kisebb méretű áramlásterelő tagot iktatunk be, amely két csonka kúpot tartalmaz; a csonka kúpok a szélesebb végeiken össze vannak kötve, és a vezetékkel lényegében koaxiálisán, a közegáramlás irányára lényegében merőlegesen vannak rögzítve, kerületük pedig a vezeték belső falától befelé szimmetrikusan bizonyos távolságban van, és a vezetéken átfolyó közeget a közegáramlás örvénylésének csökkentése végett az áramlásrendező készüléken vezetjük át, majd a közeget eltereljük, és így az a csonka kúpok kerületei és a vezeték belső fala által határolt gyűrű alakú részen folyik át, ami által az időegység alatt átfolyó mennyiségek előre meghatározott tartományában lényegében linearizáljuk a közeg sebességprofilját, és áramlási irányban az áramlásterelő tag után lényegében állandó áramlási profilt hozunk létre, amelynek nagy és axiális központos közepes áramlási átmérője van.

12. Aramlásstabilizáló és -kondicionáló készülék, amely egymással kombináltan tartalmaz egy csőszakaszt vagy vezetékszakaszt (10), amely egy közeget egy adott irányban továbbít, a vezetékszakaszban (10) a közegáramlás irányában egy első áramlásrendező készüléket a vezetékben áramló közeg örvénylésének csökkentése végett, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá:

egy, a vezetéknél kisebb méretű áramlásterelő tagot (34), amely két csonka kúpot (34a, 34b) tartalmaz; a csonka kúpok (34a, 34b) a szélesebb végeiken össze vannak kötve, és a vezetékkel lényegében koaxiálisán, a közegáramlás irányára lényegében merőlegesen vannak rögzítve, kerületük pedig a vezeték belső falától befelé szimmetrikusan bizonyos távolságban van; az áramlásterelő tag a közeget eltereli, és így az a csonka kúpok (34a, 34b) kerületei és a vezeték belső fala által határolt gyűrű alakú részen folyik át, ami által az időegység alatt átfolyó mennyiségek előre meghatározott tartományában lényegében linearizálja a közeg sebességprofilját, és egy második áramlásrendező készüléket, az első és második áramlásrendező készülék koaxiálisán rögzíti, az áramlásterelő tagot (34) a vezetékszakaszban (10).