NO170654B - Innretning til maaling av massestroemmen i et roer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning til måling av massestrømmen

av et strømmende medium, som spesielt består av mer enn en komponent eller fase, i et rør hvor det i røret er innbefattet et strupeorgan, spesielt et venturirør eller en venturidyse,

som står i forbindelse med en differensialtrykkmåler, hvor en måleinnretning til bestemmelse av mediets tetthet er anordnet i det strømmende medium og slik at differensialtrykkmåleren og måleinnretningen til bestemmelse av mediets tetthet er forbundet med en prosessor til bestemmelse av massestrømmen på kjent måte fra differensialtrykket og mediets tetthet.

På mange forskjellige tekniske områder er et nøye kjennskap til massestrømmen i et rør nødvendig. Måleapparater for massestrøm-men tjener f.eks. til utmåling av en væskemengde eller en gass-mengde. Til dette formål benyttes de i oljeindustrien, i prosessteknikken, i næringsmiddelindustrien og i andre industri-grener. I prosessteknikken er massestrømmen en målestørrelse som er av betydning for overvåkingen av strømmende medier i rørledningssystemer. F.eks. benyttes massestrømmålere i kjøle-kretsløpene i kraftverk og dampfordelingssystemer. Ved en sta-dig overvåking av massestrømmen i et rør får man kjennskap til bortledningen av energi i kjølekretsløpet eller til energifor-delingen i dampfordelingssystemer.

Kjente innretninger til måling av massestrømmen har et venturi-rør som er anordnet i røret. Tverrsnittet av de kjente venturi-rør avtar til å begynne med i strømningsretningen, holder seg deretter konstant over en bestemt strekning og tiltar deretter igjen. Mellom innløpstverrsnittet av venturirøret og avsnittet med liten diameter, venturirørets hals, er det anordnet en differensialtrykkmåler. Det der bestemte differensialtrykk er proposjonalt med massestrømmens kvadrat, men er dessuten også omvendt proporsjonalt med den midlere tetthet av mediet i måle-området.

Her er Ap differensialtrykket, M er massestrømmen, £ er den midlere tetthet av mediet og K er en proporsjonalitetskonstant som må bestemmes med kalibreringsmålinger.

Fra differensialtrykkmålingen alene kan massestrømmen bare bestemmes hvis den midlere tetthet av det strømmende medium er kjent, som tilfellet er med vann. For å bestemme tettheten ved flerfase- eller flerkomponentstrømninger, er det vanlig å anordne en måleinnretning til bestemmelse av mediets tetthet i det strømmende medium. Målesignalene fra denne måleinnretning og målesignalene fra differensialmåleren blir tilført en prosessorenhet, hvor massestrømmen derav bestemmes konti-nuerlig.

Kjente innretninger til måling av massestrømmen i et rør svik-ter om strømningen i røret er sterkt inhomogen, da mediets tetthet i røret da viser store lokale forskjeller. I tekniske anlegg føres ofte inhomogene blandinger av væsker og gasser i rørledninger, f.eks. vann-dampblandinger. Også inhomogene blandinger av forskjellige stoffer, som olje og vann, blir ført gjennom rør f.eks. ved oljetransport. Sammenblandingen av f.eks. vann og damp eller vann og olje i rørledningen er derved ofte så dårlig at den målte verdi varierer tidsavhengig mellom ekstremverdiene, henholdsvis tetthetene av vann og damp eller vann og olje.

Da tettheten av et inhomogent medium ikke lar seg bestemme tilstrekkelig med kjente innretninger, er følgelig målingen av massestrømmen av et inhomogent medium i et rør beheftet med en ikke-akseptabel feil på grunn av den fysiske relasjon mellom massestrøm og tetthet.

Hensikten med oppfinnelsen er å utvikle en innretning til måling av massestrømmen, og som selv ved anordningen i et rør gir en eksakt verdi for massestrømmen, selv ved inhomogent strøm-mende medier med ukjent tetthet. Innretningen skal bestemme massestrømmen av en blanding med flere faser, som vann og damp med flere komponenter, som vann og olje eller en annen inhomogen blanding. Denne hensikt oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at måleinnretningen til bestemmelse av mediets tetthet er anordnet i eller på strupeorganet i et avsnitt som i forhold til røret har et konstant mindre tverrsnitt.

Avhengig av konstruksjonen av strupeorganet, som f.eks. er

et venturierør, blir det strømmende medium turbulent i avsnittet hvor strupeorganets diameter avtar i strømningsretningen. Denne turbulens er som vist ved forsøk, så stor at det i avsnittet med konstant lite tverrsnitt i strupeorganet i de fleste tilfeller forekommer en homogen strømning. En homogenisering oppstår således selv i det tilfelle hvor det foran strupeorganet f.eks. strømmer to væsker lagdelt med forskjellig tetthet og entydige grenseflater.

Ved at måleinnretningen ved bestemmelse av mediets tetthet

i det innsnevrede avsnitt i henhold til oppfinnelsen er anordnet i strupeorganets hals og dermed i den jevne homogene strøm-ning, får man nøyaktige måleverdier for mediets tetthet, som sammen med differensialtrykkverdiene gir nøyaktige massestrøm-verdier.

Med oppfinnelsen oppnås den fordel at massestrømmen av en inhomogen flerkomponent- eller flerfasestrømning lar seg bestemme med stor nøyaktighet og høy reproduserbarhet. Evalueringen av måleverdiene i prosessorenheten skjer på grunn av strøm-ningens store homogenitet ved hjelp av en særlig enkel modell. Utover dette fås ved anordningen av måleinnretningen i henhold til oppfinnelsen for å bestemme tettheten av mediet, en kompakt konstruksjon av hele innretningen. Da måleinnretningen er inte-grert i strupeorganet, f.eks. i venturirøret, skal hele tiden bare en komponent innsettes i en rørledning. Derfor er innretningen i henhold til oppfinnelsen til måling av massestrømmen lett håndterbar for brukeren. I tillegg lar måleinnretningen som helhet seg lett og eksakt kalibrere.

Måleinnretningen til bestemmelse av mediets tetthet er f.eks. et gammadensitometer eller en kapasitanssonde. I siste tilfelle er det i strupeorganets hals som regel anordnet en kondensator. Kondensatorens kapasitans avhenger av dielektrikumet. Av den grunn gir en enkelt kapasitanssmåling på kondensatoren opp-lysning om mediets tetthet i kondensatoren ved kjent stoffsam-mensetning av det strømmende medium. Med kondensatoren kan tettheten av det i halsen til strupeorganet homogent strømmende medium bestemmes pålitelig på enkel måte.

Kondensatoren er f.eks. dekket med et isolerende materiale. Derved er innretningen i henhold til oppfinnelsen også anvendelig ved elektrisk ledende, strømmende medier. På grunn av overflatebelegget er en kortslutning i kondensatoren utelukket.

I tillegg er kondensatoren beskyttet mot korroderende medier

på grunn av overflatebelegget. Med en overflatebelagt kondensator er innretningen i henhold til oppfinnelsen anvendelig selv på medier med høy elektrisk ledningsevne eller med korroderende egenskaper.

Med oppfinnelsen fås en lett håndterbar, kompakt massestrømmå-ler som ved inhomogéne strømninger gir pålitlige måleverdier. Måleren kan med fordel anvendes spesielt i vann-, damp- eller

i vann- og oljeblandinger, men også i andre flerkomponent-

eller flerfasestrømninger.

Oppfinnelsen blir nærmere forklart i tilknytning til tegningen som viser en innretning til måling av massestrømmen av et inn-homogent strømmende medium i et rør.

Et rør 1 blir i retning av en pil 2 gjennomstrømmet av et inn-homogent medium. I røret 1 skal massestrømmen M, altså den samme masse som i en tidsenhet gjennomstrømmer et enhetstverr-snitt bestemmes. Til dette formål er et venturirør 3 anordnet som strupeorgan i røret 1. En differensialtrykkmåler 4 står i forbindelse med venturirøret 3 mellom dets innløp 31 i strøm-ningsretningen og den innsnevrede hals 32. Det der målte differensialtrykk Ap er proporsjonalt med kvadratet av den søkte massestrøm M. I relasjonen mellom massestrømmen M og differensialtrykket Ap inngår tettheten j* av det strømmende medium. Ved inn-homogen strømning i røret 1 er tettheten $ av mediet underkastet sterke lokale variasjoner, slik at en korrekt tetthetsmåling der ikke er mulig. I den første halvpart i strømningsretningen av venturirøret 3 blir mediet akselerert og får en homogen strømning. Dette inntreffer selv når to komponenter lagvis strømmer i røret 1 foran venturirøret 3. Bak venturirøret 3 skjer det en nedbryting av den homogene strømning inntil på ny en lagvis strømning er mulig. I henhold til oppfinnelsen er en måleinnretning til bestemmelse av tettheten $ av det strømmende medium anordnet i området for den homogene strømning, altså i den annen halvpart av halsen 3 2 på venturirøret 3. Den der målte tetthet S e*" som forsøk viser, i stor utstrekning konstant selv ved inhomogen strømning i røret 1. Innretningen til måling av tettheten S er en kondensator 5 som er forbundet med en kapasitansmåler 6. Kondensatoren 5 gjennomstrømmes i halsen 3 2 på venturirøret 3 av det der homogent strømmende medium. Dielektrisitetskonstanten for mediet varierer med tettheten

og følgelig også kapasitansen til kondensatoren 5. Av den grunn er den av kapasitansmåleren 6 målte kapasitans et mål på tettheten S til det i kondensatoren homogent strømmende medium. Differensialtrykkmåleren 4 og kapasitansmåleren 6 er forbundet med en prosessorenhet 7 som er koblet til et indikatororgan 8. I prosessorenheten 7 bestemmes massestrømmen i røret 1 med

den kjente funksjonelle sammenheng mellom differensialtrykket Ap og tettheten J* £or mediet som fås av kapasitansen til kondensatoren 5. Venturirøret 3, kondensatoren 5 til bestemmelse av tettheten^, samt differensialtrykkmåleren 4, kapasitansmåleren 6, prosessorenheten 7 og indikatororganet 8 er sammenbygget i et kompakt komponent, som er lett håndterlig og på enkel måte kan innebygges. Ved i henhold til oppfinnelsen å anordne kondensatoren 5 i den bakre halvpart av halsen 32 i strømnings-retningen i venturirøret 3, fås en nøyaktig og pålitelig bestemmelse av massestrømmen M til et foran venturirøret 3 i røret 1 strømmende inhomogent medium.

Claims (3)

1. Innretning til måling av massestrømmen (M) av et strøm-mende medium, som spesielt består av mer enn én komponent eller fase, i et rør (1) hvor det i røret (1) er anordnet et strupeorgan, spesielt et venturirør (3) eller en venturidyse som står i forbindelse med en differensialtrykkmåler (4), hvor en måleinnretning til bestemmelse av tettheten y av mediet er anordnet i det strømmende medium og slik at differensialtrykkmåleren (4) og måleinnretningen til bestemmelse av mediets tetthet y er forbundet med en <p>rosessorenhet (7) til bestemmelse av massestrømmen (M) på kjent måte fra differensialtrykket A p og mediets tetthet, karakterisert ved at måleinnretningen til bestemmelse av mediets tetthet £ er anordnet i eller på strupeorganet i et avsnitt som i forhold til røret 1 har et konstant mindre tverrsnitt.

2. Innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at måleinnretningen til bestemmelse av mediets tetthet^ er en kondensator (5) som er forbundet med en kapasitansmåler (6).

3. Innretning i henhold til krav 2, karakterisert ved at kondensatoren (5) er dekket med et isolerende materiale.