NL194834C

NL194834C - Stromingsrichter voor een turbineradgasmeter.

Info

Publication number: NL194834C
Application number: NL9400445A
Authority: NL
Inventors: Josephus Theodorus Bergervoet; Franciscus Johannus Oostendorp
Original assignee: Instromet Bv
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 2003-04-03
Also published as: NL194834B; FR2717536B1; DE19509858A1; NL9400445A; US5596152A; FR2717536A1

Description

1 194834 , Stromingsrichter voor een turbineradgasmeter

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het beïnvloeden van de stroming en meer speciaal een stromingsrichter voor het opheffen van wervels in een gasstroom, dat door een stromingsbuis stroomt, 5 welke inrichting bestaat uit een plaat van een bepaalde dikte, waarin een cirkelsymmetrisch gatenpatroon is aangebracht van gaten met verschillende diameter waarbij het totale oppervlak van de som van de doorsnede van de gaten ligt tussen 0,4 en 0,8 maal het oppervlak van de doorsnede van de stromingsbuis, en waarbij de dikte van de plaat ligt tussen de 1 en de 0,6 maal de diameter van het grootste gat.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een samenstel voor het meten van een gasstroom in een W stromingsbuis, omvattend een inrichting van de in de aanhef omschreven soort en een benedenstrooms daarvan in de stromingsbuis geplaatste stroommeter.

Een dergelijke inrichting en een dergelijk samenstel zijn bekend van de Internationale octrooiaanvrage WO 91/01452. De bekende stromingsrichter bestaat uit een plaat waarin in een cirkelsymmetrische configuratie gaten van verschillende diameter zijn aangebracht. De diameter van de gaten is groter 15 naarmate de gaten meer in het midden van de plaat zijn aangebracht, met een grootste gat in het midden van de plaat. De bekende stromingsrichter is volgens de richtlijnen van ISO 5167 primair ontworpen voor gebruik met meetflenzen, en de optimalisatie van de plaats van inbouw is ook uitgevoerd specifiek voor gebruik met meetflenzen. Deze stromingsrichters voor meetflenzen dienen overeenkomstig ISO 5167 ingebouwd te worden op een afstand van 22 maal de nominale diameter voor de meetflens. De eerstvol-20 gende verstoring dient dan te liggen op een afstand van 20 maal de nominale diameter bovenstrooms van de stromingsrichter. De totale installatielengte wordt dan 44 maal de nominale diameter plus de lengte van de stromingsrichter. Voor meetflenzen is het gewenst om een volledig ontwikkeld snelheidsprofiel te verkrijgen, waarvoor verwezen wordt naar het in WO 91/01452 besproken Brits octrooischrift 1.375.908.

Voor turbineradgasmeters worden soortgelijke stromingsrichters gebruikt. De gebruikelijke turbinerad-25 gasmeter bestaat uit een lichaam dat met behulp van spaken in een buis is gemonteerd waar gas doorheen stroomt. De stroming wordt langs het bovenstroomse deel van de turbineradgasmeter geleid naar de ringvormige spleet tussen het centrale lichaam en de binnenwand van de stromingsbuis. Een schoepenwiel is zodanig gemonteerd dat de schoepen zich in de ringvormige spleet bevinden en welk schoepenwiel wordt aangedreven door het door de spleet vloeiende gas. Voor het schoepenwiel zijn in het algemeen eenvou-30 dige stromingsrichters aangebracht, bijvoorbeeld in de vorm van vlakke spaken tussen het centrale lichaam en de buitencilinder. Ook platen met gaten zijn in sommige typen gebruikt als eenvoudige stromingsrichters.

Turbineradgasmeters worden geijkt en gecalibreerd in installaties met ideale stromingen. De gasstroom die de meter nadert, heeft een cirkelsymmetrische snelheidsverdeling en in de ijkinstaliatie zijn voorzorgsmaatregelen genomen om alle wervels te elimineren. De stroming benadert een volledig ontwikkeld 35 stromingsprofiel in een oneindig lange rechte pijp. In de praktijk worden deze meters gebruikt in stations met vele bochten, kleppen, appendages, vernauwingen en verwijdingen of zelfs drukregelaars die maken dat de stroming niet uniform is en sterk wervelend kan zijn. De internationale standaard ISO 9951 ’’Measurement of gas flow in closed conduits - Turbine meters” vereist van de fabrikant om inbouwvoorschriften te geven voor de meter zodat in de praktijk de meetfout niet groter is dan 1/3 van de fout die toegestaan is onder 40 ideale omstandigheden. Voor de grotere debieten komt dit neer op 1/3 van 1% en voor de lage debieten 1/3 van 2%.

Omdat de turbineradgasmeter van nature minder gevoelig is voor verstoringen in het stromingsprofiel, wordt de installatielengte in dit geval kleiner gekozen, waarbij toch een goede vermindering van het effect van afwijkende stromingsprofielen wordt verkregen. Bij gebruik van de bekende inrichting voor dergelijke 45 turbineradgasmeters worden aanzienlijke drukverliezen veroorzaakt. Voor een goede werking van de turbineradgasmeters is het nodig om een gelijkmatige stroming te verkrijgen in de ringvormige spleet rondom de turbine, in plaats van een volledig ontwikkeld snelheidsprofiel over de buisdoorsnede.

Het doel van de uitvinding is inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, met een zo klein mogelijk drukverlies, en waarmee in combinatie met een turbineradgasmeter een zodanig uniform 50 stromingsprofiel kan worden verkregen bij het passeren de schoepen dat de metingen met een turbineradgasmeter voorzien van een stromingsrichter volgens de uitvinding metingen vertonen, die de fout tengevolge van verstoringen binnen 1/3 deel van nominaal toegestane fout brengen.

Hiertoe wordt volgens de uitvinding een inrichting van de in de aanhef genoemde soort gekenmerkt doordat de diameter van de gaten kleiner is dan 0,1 maal de diameter van de stromingsbuis, dat de 55 diameter van het grootste gat kleiner is dan 1,3 maal de diameter van het kleinste gat en dat de gaten allen op afstand van de cirkelhartlijn van de plaat gelegen zijn.

Met een dergelijke stromingsrichter volgens de uitvinding wordt bereikt, dat bij een turbineradgasmeter bij 194834 2 een stroming met verstoringen zoals die in ISO 9951 beschreven staan, zonder tussenschakeling van extra stromingsrichters of extra rechte lengtes de meetfout, veroorzaakt door de verstoring binnen 0.2/o blijft. Het stromingsprofiel is, na het passeren van de stromingsrichter wervelvr.j, maar nog niet homogeen. Wervels worden9omgezet in een niet-homogeen stromingsprofiel. Het stromingsprofiel is echter zodanig dat deze in 5 de ruimte tussen de stromingsrichter en het bovenstroomse deel van de turbineradgasmeterdoor impute uitwisseling verder wordt gehomogeniseerd. Het drukverlies over de stromingsrichter blijft beperkt terwijl toch een zeer goede onderdrukking van de wervels verkregen wordt. Ook is de stijfheid van de plaat nog zodanig dat geen extra versteviging nodig is.

Bij voorkeur ligt de gemiddelde doorsnede van de gaten in de plaat tussen de 1 en 1,6 maal het 10 kwadraat van de dikte van de plaat. ^ 1 1

Alternatief heeft het de voorkeur dat de gemiddelde diameter van de gaten in de plaat ligt tussen de 1, en 1 4 maal de dikte van de plaat. __. ___.

Vanuit een ander aspect wordt volgens de uitvinding een samenstel van de in de aanhef genoemde soort gekenmerkt doordat de stroommeter een turbineradgasmeter is, die aan de bovenstroomse zijde is voorzie 15 van een stomp, afgerond neusdeel en een ringvormige doorstroomspleet met de stromingsbuis bepaa .

De gasstroom wordt door het passeren van de stromingsrichter vrijwel geheel wervelvrij gemaakt, waarna de stroom in de ruimte tussen de stromingsrichter en het neusdeel wordt gehomogeniseerd door de impulsuitwisseling die in deze ruimte plaats vindt. Door de stompe, afgeronde vorm van het neusdeel >s de impulsuitwisseling optimaal. Gebleken is dat, wanneer de afstand ligt tussen de 0,1 en 10 maal de diamete 20 van dwarsdoorsnede van de stromingsbuis, het stromingsprofiel tussen de turbineradgasmeter en de binnenwand van de stromingsbuis zodanig uniform wordt dat zeer nauwkeurige metingen kunnen worden νθΓ|η°ββη eerste verdere ontwikkeling van het samenstel volgens de uitvinding omvat deze een in de ringvormige spleet, bovenstrooms de schoepen geplaatste stromingsrichter die bestaat uit een aantal 25 spaken of vanen, waarbij de verhouding van de hoogte van de spaken of de hoogte van de ringvormige doorstroomspleet enerzijds en de afstand tussen de spaken of de steek anderzijds ligt tussen 0,8 en de 1 en waarbij de lengte van de vanen in de axiale richting ligt tussen de 0,7 en 1 maal de hydraulische ^IrTeen tweedeerdere ontwikkeling van het samenstel volgens de uitvinding omvat deze een in de 30 ringvormige spleet, bovenstrooms de schoepen geplaatste stromingsrichter die bestaat uit een ringvormige plaat voorzien van een regelmatig patroon van gaten.

Hierdoor wordt de stroming in de cirkelvormige spleet verder uniform gemaakt.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen. Hierin tonen: 35 figuur 1: Een leidinggedeelte 1 met een stromingsrichter, figuur 2: Vooraanzicht van een stromingsrichter volgens figuur 1, figuur 3: Dwarsdoorsnede van de turbineradgasmeter over de lijn lll-lll volgens figuur 1, figuur 4: Dwarsdoorsnede van een alternatieve turbineradgasmeter.

40 In fiquur 1 is een leidinggedeelte 1 met een bocht 2 weergegeven. In het leidinggedeelte 1 zijn een turbineradgasmeter 3 en een stromingsrichter 4 opgenomen. De turbineradgasmeter 3 ,s voorzier> van schoepen 5 en is gelagerd bevestigd aan een cilindrisch lichaam 6, dat concentrisch is aangebracht in het leidinggedeelte 1 met behulp van plaatvormige, radiale spaken of vanen 7. De lengte van de vanen 7 in axiale9 richting ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaa 45 openingen tussen de vanen 7. Het naar de stromingsrichter 4 toe gerichte uiteinde 8 van het cilindrische lichaam 6 is gestroomlijnd en in hoofdzaak kegelvormig. Tussen het cilindrische lichaam 6 en de binnenzijde van het leidinggedeelte 1 bevindt zich een ringvormige spleet 9. Tussen de stromingsrichter 4 en h kegelvormige uiteinde 8 van het cilindrisch lichaam 6 is een tussenruimte 10 vrij ge aten. De str°m,ngs-richter 4 bestaat uit een cirkelvormige plaat 11, die passend in het leidinggedeelte 1 is aangebracht. De 50 cirkelvormige plaat 11 is voorzien van doorlaatopeningen 12. De dikte van de plaat 11 ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 12·

Door het leidinggedeelte 1 stroomt een gas vanaf de bocht 2 langs de stromingsrichter 4 en vervolgens langs de turbineradgasmeter 3. Voordat het gas in de buurt van de bocht 2 komt, stroomt het gas in he midden van de leiding sneller dan nabij de binnenwand van de leiding en kan de stroming van het ga 55 worden weergegeven met een stromingsprofiel 13. Een gas, dat onder ideale omstandigheden door een leiding zonder verstoringen stroomt, zal een dergelijk stromingsprofiel 13 vertonen Na het bocht 2 stroomt het gas in het midden van het leidinggedeelte 1 minder snel dan het gas, dat zich meer in

Claims

1. Inrichting voor het beïnvloeden van de stroming en meer speciaal een stromingsrichter voor het opheffen van wervels in een gasstroom, dat door een stromingsbuis stroomt, welke inrichting bestaat uit een plaat 55 van een bepaalde dikte, waarin een cirkelsymmetrisch gatenpatroon is aangebracht van gaten met verschillende diameter waarbij het totale oppervlak van de som van de doorsnede van de gaten ligt tussen 0,4 en 0,8 maal het oppervlak van de doorsnede van de stromingsbuis, en waarbij de dikte van de plaat ligt 194834 4 tussen de 1 en de 0,6 maal de diameter van het grootste gat, met het kenmerk, dat de diameter van de qaten (12) kleiner is dan 0,1 maal de diameter van de stromingsbuis, dat de diameter van het grootste gat (18) kleiner is dan 1,3 maal de diameter van het kleinste gat (17) en dat de gaten allen op afstand van de cirkelhartlijn van de plaat (11) gelegen zijn. . .

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gemiddelde oppervlakte van de gaten (12) in de plaat (11) ligt tussen de 1 en 1,6 maal het kwadraat van de dikte van de plaat.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gemiddelde diameter van de gaten (12) in de plaat ligt tussen de 1,1 en 1,4 maal de dikte van de plaat (11).

3 194834 de buurt van de binnenwand van de leiding bevindt en zal de stroom van het gas weergegeven kunnen worden met een stromingsprofiel 14. Indien een turbineradgasmeter in een dergelijke stroom zou zijn opgesteld, dan zou het gas met grotere snelheid langs de schoepen 5 stromen en zou de turbineradgasmeter meer stroming meten dan het geval zou zijn als het gas overeenkomstig stromingsprofiel 13 langs 5 de turbineradgasmeter zou stromen. Om het gas na de bocht 2 weer volgens een uniforme stromings-verdeling te laten stromen, is na de bocht de stromingsrichter 4 in het leidinggedeelte 1 opgenomen. Na het passeren van de stromingsrichter 4 zal het gas de tussenruimte 10 instromen bijvoorbeeld volgens stromingsprofiel 15. In deze tussenruimte 10 vindt een impulsuitwisseling plaats, die ervoor zorgt dat de stroming in de ringvormige spleet 9 zo goed als uniform is. Het gas stroomt vervolgens langs de vanen 7, 10 waarmee het cilindrische lichaam 6 is opgehangen. Deze vanen 7 werken als een tweede stromingsrichter, zodat het gas na het passeren van de vanen met een nog meer uniforme verdeling langs de schoepen 5 stroomt. Indien voor een turbineradgasmeter 3 de stromingsrichter 4 is geplaatst, zullen daardoor de metingen een veel kleinere meetfout vertonen dan tot nu toe gebruikelijk. Indien een soort tweede stromingsrichter wordt toegepast bestaande uit een stel vanen, dan kan de meetfout nog verder worden 15 verkleind. Figuur 2 toont een gedeelte van een stromingsrichter 4. De stromingsrichter 4 bestaat uit een cirkelvormige plaat 11, die is voorzien van doorlaatopeningen 12. De dikte van de plaat 11 ligt tussen de 0,8 en 1 maai de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 12. De diameters van de doorlaatopeningen 12 zijn niet gelijk. Een buitenste kring van doorlaatopeningen 12 omvat doorlaat-20 openingen 16. Experimenteel is vastgesteld, dat een zeer goed resultaat wordt verkregen, indien bij een diameter van het leidinggedeelte van 105 mm de diameter van de buitenste doorlaatopeningen 16 10 mm is. Daarbinnen ligt een tweede kring van doorlaatopeningen 17 met een diameter van 8 mm. Verder naar binnen ligt een derde kring van doorlaatopeningen 18, die een diameter van 11 mm hebben. De totale doorlaat van de alle 25 doorlaatopeningen 12 te samen is ca. 49% van de doorlaat van het leidinggedeelte. De dikte van de cirkelvormige plaat is dan 8 mm. Bij een andere buisdiameter is experimenteel vastgesteld dat een zeer goed resultaat wordt bereikt, indien de diameter van het leidinggedeelte 155 mm is, waarbij dan de buitenste doorlaatopeningen 16 een diameter hebben van 15 mm, de middelste doorlaatopeningen 17 een diameter van 12 mm, terwijl de 30 doorlaatopeningen 18 in de binnenste kring een diameter hebben van 16 mm. De totale doorlaat van alle doorlaatopeningen 12 bijeen is dan wederom ca. 50% van de doorlaat van het leidinggedeelte. De dikte van de cirkelvormige plaat ligt wederom tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 12 en bedraagt bij deze uitvoering derhalve 12 mm. Figuur 3 toont in dwarsdoorsnede over de lijn lll-lll uit figuur 1 het cirkelvormig lichaam 6, dat door 35 middel van spaken of vanen 7 is opgehangen in het leidinggedeelte 1. De vanen 7 zijn op gelijke onderlinge afstand van elkaar aangebracht en delen de ringvormige spleet 9 op in steeds even grote doorlaatopeningen 19. De lengte van de vanen 7 in axiale richting ligt tussen de 0,8 en 1 maal de vierkantswortel uit de gemiddelde doorlaat van de doorlaatopeningen 19. De afstand tussen twee naast elkaar gelegen vanen 7 is ongeveer gelijk aan de hoogte van de vanen 7 in radiale richting. De vanen 7 fungeren aldus als een 40 tweede stromingsrichter. Gebleken is, dat bij deze verhoudingen wervelingen vrijwel geheel worden opgeheven. Bij kortere vanen 7 wordt de werveling niet geheel uitgedempt, terwijl bij langere vanen 7 de wervelingen worden omgezet in wervelingen, die in omgekeerde richting draaien. Figuur 4 toont in doorsnede een andere mogelijke uitvoering van een turbineradgasmeter, waarbij het cirkelvormige lichaam 6 in het leidinggedeelte 1 is opgehangen door middel van een ringvormige plaat 20, 45 waarin cirkelvormige doorlaatopeningen 21 zijn aangebracht. Om een zelfde doorlaat te hebben als de doorlaatopeningen 19 tussen de vanen 7 uit figuur 3, dienen de cirkelvormige doorlaatopeningen 21 bij deze turbineradgasmeter te zijn uitgevoerd met een diameter die een factor 1,13 groter is dan de hoogte van de vanen 7 uit figuur 3. 50

4. Samenstel voor het meten van een gasstroom in een stromingsbuis, omvattend een inrichting volgens 10 conclusie 1, 2 of 3 en een benedenstrooms daarvan in de stromingsbuis geplaatste stroommeter, met het kenmerk, dat de stroommeter een turbineradgasmeter (3) is, die aan de bovenstroomse zijde is voorzien van een stomp, afgerond neusdeel (8) en een ringvormige doorstroomspleet (9) met de stromingsbuis (1) bepaalt. .

5 Samenstel volgens conclusie 4, gekenmerkt door een in de ringvormige spleet (9) bovenstrooms de 15 schoepen geplaatste stromingsrichter (7), die bestaat uit een aantal spaken of vanen, waarbij de verhouding van de hoogte van de spaken (7) of de hoogte van de ringvormige doorstroomspleet enerzijds en de afstand tussen de spaken of de steek anderzijds ligt tussen 0,8 en de 1 en waarbij de lengte van de vanen (7) in de axiale richting ligt tussen de 0,7 en 1 maal de hydraulische diameter van de gaten (12).

6. Samenstel volgens conclusie 4 gekenmerkt door een in de ringvormige spleet (9) bovenstrooms de 20 schoepen geplaatste stromingsrichter (7) die bestaat uit een ringvormige plaat (20) voorzien van een regelmatig patroon van gaten (21). Hierbij 2 bladen tekening