RU2193756C1 - Gas flow rate meter - Google Patents
Gas flow rate meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193756C1 RU2193756C1 RU2001111076/28A RU2001111076A RU2193756C1 RU 2193756 C1 RU2193756 C1 RU 2193756C1 RU 2001111076/28 A RU2001111076/28 A RU 2001111076/28A RU 2001111076 A RU2001111076 A RU 2001111076A RU 2193756 C1 RU2193756 C1 RU 2193756C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- stage
- gas flow
- generatrix
- cylindrical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения объема или массы газов путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком, а более конкретно - к измерению расхода газа, транспортируемого по газопроводам различного назначения, включая магистральные. The invention relates to the field of measuring the volume or mass of gases by passing them through a measuring device in a continuous stream, and more particularly to measuring the flow rate of gas transported through gas pipelines for various purposes, including trunk.
Известна конструкция измерителя расхода газа, включающая мерную диафрагму, корпус для ее установки и подсоединения к трубопроводу, а также установки датчиков измерения давления до и после диафрагмы [1]. A known design of a gas flow meter, including a measured diaphragm, a housing for its installation and connection to the pipeline, as well as the installation of pressure sensors before and after the diaphragm [1].
Недостатком данной конструкции является то, что за диафрагмой площадь поперечного сечения струи потока сначала уменьшается, поэтому измеренный перепад давления относится именно к этой площади, а не к площади отверстия диафрагмы. Это требует введения поправки к измеренному таким образом потоку - так называемого "коэффициента расхода", и чтобы его стабилизировать, выполняют входную кромку диафрагмы как можно более острой. Однако со временем, а также при наличии в потоке газа твердых частиц эта кромка притупляется, что резко снижает точность замера за счет срыва потока и усиления турбулентных явлений. Турбулентные явления могут быть также усилены наличием колен или иных препятствий в трубопроводе до и после диафрагмы. Вследствие этого для измерителя расхода газа, содержащего мерную диафрагму, при установке на трубопровод необходимо наличие прямолинейных участков длиной 50-100 диаметров трубопровода до и после мерной диафрагмы. Ввиду низкой эрозионной стойкости происходит сравнительно быстрый износ диафрагм, что требует их частой замены и, как следствие, высоких эксплуатационных расходов. The disadvantage of this design is that behind the diaphragm, the cross-sectional area of the stream of the stream first decreases, therefore, the measured pressure drop refers precisely to this area, and not to the area of the diaphragm opening. This requires an amendment to the flow thus measured — the so-called “flow coefficient”, and in order to stabilize it, the inlet edge of the diaphragm is made as sharp as possible. However, over time, as well as in the presence of solid particles in the gas stream, this edge becomes dulled, which sharply reduces the measurement accuracy due to flow stall and amplification of turbulent phenomena. Turbulent phenomena can also be enhanced by the presence of elbows or other obstructions in the pipeline before and after the diaphragm. As a result, for a gas flow meter containing a measuring diaphragm, when installed on a pipeline, it is necessary to have straight sections with a length of 50-100 pipe diameters before and after the measuring diaphragm. Due to the low erosion resistance, a relatively rapid wear of the diaphragms occurs, which requires frequent replacement and, as a result, high operating costs.
Известна конструкция измерителя расхода газа, выполненная в виде трубки Вентури, включающая последовательно и соосно расположенные цилиндрическую часть, сопло, цилиндрический патрубок, коническую насадку, а также датчики давления, установленные на цилиндрической насадке перед соплом и на цилиндрическом патрубке после сопла [2]. A known design of a gas flow meter, made in the form of a venturi, including sequentially and coaxially arranged cylindrical part, nozzle, cylindrical nozzle, conical nozzle, as well as pressure sensors installed on the cylindrical nozzle in front of the nozzle and on the cylindrical nozzle after the nozzle [2].
Недостатком известной конструкции измерителя расхода газа является то, что датчик, установленный перед соплом, измеряет давление проходящего через трубопровод макротурбулентного (то есть такого, размеры вихря в котором сравнимы с диаметром трубопровода) потока, и, чтобы сделать конструкцию приемлемой для замера, линейная длина трубопровода перед датчиком должна быть не менее 24 диаметров трубопровода. Второй датчик давления, установленный на цилиндрическом патрубке, находится в зоне кольцевого "прилипшего" слоя, который неизбежно возникает при прохождении потока вблизи неподвижной поверхности и который искажает формы и размеры сечения измерительного участка, что снижает точность измерения. Измерения разности давлений в разных частях макротурбулентных потоков дает величину, не являющуюся среднестатистическим перепадом давления, поскольку в макротурбулентном потоке в объемах, сравнимых с диаметром вихря (то есть в тех размерах, в которых турбулентный поток носит характер случайного нестационарного процесса на интервале наблюдения), не существует статистически достоверных средних величин. Такое измерение порождает случайный нестационарный характер измеренного перепада давления, что в свою очередь порождает недостоверную оценку величины расхода. A disadvantage of the known design of a gas flow meter is that the sensor installed in front of the nozzle measures the pressure of a macroturbulent flow (i.e., a vortex in which is comparable to the diameter of the pipeline) flowing through the pipeline, and to make the design acceptable for measurement, the linear length of the pipeline There must be at least 24 pipe diameters in front of the sensor. The second pressure sensor mounted on the cylindrical nozzle is located in the zone of the annular "adhering" layer, which inevitably occurs when the flow passes near a fixed surface and which distorts the shape and size of the cross section of the measuring section, which reduces the measurement accuracy. Measurement of the pressure difference in different parts of the macroturbulent flow gives a value that is not the average pressure drop, since in a macroturbulent flow in volumes comparable to the diameter of the vortex (that is, in those sizes in which the turbulent flow is in the nature of a random non-stationary process on the observation interval), There are statistically significant average values. Such a measurement gives rise to a random non-stationary nature of the measured pressure drop, which in turn gives rise to an unreliable estimate of the flow rate.
Наиболее близким аналогом изобретения является измеритель расхода газа, включающий соосно и последовательно соединенные цилиндрическую часть с перфорацией в виде продольных щелевых двухступенчатых пазов и с внутренним радиусом R, равным внутреннему радиусу соединенного с ним трубопровода, сужающееся сопло с криволинейной образующей поверхности относительно общей продольной оси х с внутренним радиусом R на входе и внутренним радиусом r на выходе, цилиндрический патрубок с перфорацией в виде продольных щелевых двухступенчатых пазов, коническую насадку, кольцевые камеры с датчиками для замера высокого и низкого давлений, размещенные коаксиально с охватом перфорированных кольцевых участков относительно цилиндрической части и цилиндрического патрубка, сообщающиеся посредством продольных щелевых двухступенчатых пазов с их внутренними полостями [3]. The closest analogue of the invention is a gas flow meter, comprising a coaxially and sequentially connected cylindrical part with perforation in the form of longitudinal slotted two-stage grooves and with an inner radius R equal to the inner radius of the pipeline connected to it, a tapering nozzle with a curved generatrix surface relative to the common longitudinal axis x c inner radius R at the inlet and inner radius r at the exit, a cylindrical pipe with perforation in the form of longitudinal slotted two-stage grooves, to onic nozzle, annular chambers with sensors for measuring high and low pressure, placed coaxially with the coverage of the perforated annular sections relative to the cylindrical part and the cylindrical pipe, communicating by means of longitudinal slotted two-stage grooves with their internal cavities [3].
Недостатком этой конструкции является то, что подготовка потока при поступлении его в полость цилиндрического патрубка на участок для замера низкого давления происходит в одноступенчатом сужающемся сопле и степень подавления турбулентных возмущений потока определяется линейным размером сопла, так как осуществляется путем постепенно нарастающего сжатия микроструй потока. Кроме того, одноступенчатые сопла не оптимальны относительно главной цели применения сопла в задачах расходометрии, а именно такие сопла не обеспечивают строгую параллельность микроструй потока продольной оси измерителя, что влечет за собой появление в потоке паразитных вихревых возмущений, ухудшающих точность измерения. The disadvantage of this design is that the preparation of the flow when it enters the cavity of the cylindrical nozzle to the low pressure measuring section takes place in a single-stage narrowing nozzle and the degree of suppression of turbulent flow disturbances is determined by the linear size of the nozzle, since it is carried out by gradually increasing compression of the flow microjets. In addition, single-stage nozzles are not optimal relative to the main purpose of using the nozzle in flowmetering problems, namely, such nozzles do not provide strict parallelism of the microjets of the flow along the longitudinal axis of the meter, which entails the appearance of parasitic vortex disturbances in the flow that impair the measurement accuracy.
Техническим результатом от использования является устранение указанных выше недостатков, снижение веса и стоимости при повышении точности измерений. The technical result of the use is to eliminate the above disadvantages, reducing weight and cost while increasing the accuracy of measurements.
Это достигается тем, что измеритель расхода газа, включающий входную цилиндрическую часть с внутренним радиусом R, равным внутреннему радиусу соединенного с ним трубопровода, и с перфорацией в виде продольных щелевых двухступенчатых пазов, сопло с внутренним радиусом R на входе и внутренним радиусом r на выходе, цилиндрический патрубок с перфорацией в виде продольных щелевых двухступенчатых пазов и коническую насадку, соединенные последовательно относительно продольной оси х, а также кольцевые камеры с датчиками для замера высокого и низкого давления, размещенные коаксиально входной цилиндрической части и цилиндрическому патрубку и сообщающиеся с их внутренними полостями посредством перфорации, отличается тем, что сопло выполнено двухступенчатым, разделенным точкой перегиба на криволинейной образующей поверхности сопла на выпуклую часть криволинейной образующей, определяющую профиль первой ступени сопла, и вогнутую часть криволинейной образующей, определяющую профиль второй ступени сопла, при этом уменьшение внутреннего радиуса R сопла по оси у в плоскости, нормальной к оси х, от входного отверстия до точки перегиба (0 ≤ х ≤xi) выражено функциональной зависимостью
Y(x) = y(xo)+ay(xi/π)((xi/π)sin(πx/xi)-x),
а от точки перегиба до выходного отверстия (xi≤х≤х1) функциональной зависимостью
где 
хi - значение абсциссы, при которой образующая сопла у(х) имеет точку перегиба,
х1 - длина L сопла,
у(x0) - радиус R входного сечения сопла,
у(x1) - радиус r выходного сечения сопла.This is achieved by the fact that the gas flow meter, including the input cylindrical part with an inner radius R equal to the inner radius of the pipeline connected to it, and with perforation in the form of longitudinal slotted two-stage grooves, a nozzle with an inner radius R at the inlet and an inner radius r at the outlet, a cylindrical nozzle with perforation in the form of longitudinal slotted two-stage grooves and a conical nozzle connected in series relative to the longitudinal axis x, as well as annular chambers with sensors for measuring high and low Viscous pressure, placed coaxially with the inlet cylindrical part and the cylindrical nozzle and communicating with their internal cavities by perforation, is characterized in that the nozzle is made up of a two-stage divided inflection point on the curved generatrix of the nozzle surface into a convex part of the curved generatrix defining the profile of the first nozzle stage and concave the part of the curvilinear generatrix defining the profile of the second nozzle stage, while reducing the nozzle inner radius R along the y axis in the plane, the norm linear to the x axis, from the inlet to the inflection point (0 ≤ x ≤x i ) is expressed by the functional dependence
Y (x) = y (x o ) + a y (x i / π) ((x i / π) sin (πx / x i ) -x),
and from the inflection point to the outlet (x i ≤x≤x 1 ) functional dependence
Where
x i - the value of the abscissa at which the generatrix of the nozzle y (x) has an inflection point,
x 1 - the length L of the nozzle,
y (x 0 ) is the radius R of the input section of the nozzle,
y (x 1 ) is the radius r of the output section of the nozzle.
На фиг. 1 показан в разрезе подсоединенный к трубопроводу 1 измеритель расхода газа. На фиг.2 показана в системе координат ХУ криволинейная образующая внутренней поверхности сопла. In FIG. 1 shows a sectional view of a gas flow meter connected to pipeline 1. Figure 2 shows the curvilinear generatrix of the inner surface of the nozzle in the coordinate system XU.
Измеритель расхода газа установлен в магистральном трубопроводе и содержит входную цилиндрическую часть 2 со струе-выпрямителем 3 на входе, кольцевую камеру 4 с датчиком для замера высокого давления 5, перфорацию в виде продольных двухступенчатых щелевых пазов 6, двухступенчатое сопло 7, разделенное точкой перегиба на криволинейной образующей поверхности сопла на выпуклую часть криволинейной образующей, определяющую профиль поверхности первой ступени 8 сопла, и вогнутую часть криволинейной образующей, определяющую профиль второй ступени 9 сопла, цилиндрический патрубок 10 с двухступенчатой внутренней полостью, с перфорацией в виде продольных щелевых пазов 11, сообщающейся с кольцевой камерой 12, снабженной датчиком для замера низкого давления 13, коническую насадку 14, а также штуцера для промывки 15, 16. The gas flow meter is installed in the main pipeline and contains an input cylindrical part 2 with a straightening jet 3 at the inlet, an annular chamber 4 with a sensor for measuring high pressure 5, perforation in the form of longitudinal two-stage slotted grooves 6, a two-stage nozzle 7, divided by an inflection point on a curved forming the surface of the nozzle to the convex part of the curvilinear generatrix defining the surface profile of the
Измеритель расхода газа "Струя" работает следующим образом. The gas meter "Jet" works as follows.
Исходный турбулентный поток из магистрального трубопровода 1 перед входной цилиндрической частью 2 разбивается струевыпрямителем 3 на множество мелких вихревых струй (микроструй), турбулентность которых уже ослаблена за счет расщепления общего вихря потока и трения на границах микроструй, вызывающих потерю энергии турбулентности. Во входную цилиндрическую часть 2 поступает поток с резко пониженной турбулентностью, и через перфорацию 6, выполненную в виде продольных двухступенчатых пазов, камеру 4, в которой установлен датчик для замера высокого давления 5, поступает достоверное значение высокой компоненты давления. Далее поток поступает в двухступенчатое сопло 7, разделенное точкой перегиба на его криволинейной образующей на первую ступень 8 с выпуклой частью криволинейной образующей сопла, где происходит дальнейшее снижение турбулентности путем плавного сжимания микроструй потока, и вторую ступень 9 с вогнутой частью криволинейной образующей сопла, где происходит форсированное сжатие потока, обеспечивающее повышение потерь энергии макротурбулентности в общем потоке и повышение числа Рейнольдса Re в сжимающихся микроструях, и формирование потока строго параллельно продольной оси расходомера при поступлении его во внутреннюю полость цилиндрического патрубка 10, выполненную с перфорацией 11, через которую в коаксиально размещенную относительно цилиндрического патрубка кольцевую камеру 12 с датчиком для замера низкого давления 13 поступает достоверное низкое давление, после чего поток поступает в коническую насадку 14. Форма криволинейной поверхности сопла выбрана на основе экспериментально-расчетных исследований, проведенных на аэродинамических трубах. The initial turbulent flow from the main pipeline 1 in front of the inlet cylindrical part 2 is divided by the straightener 3 into many small vortex jets (microjets), the turbulence of which is already weakened due to the splitting of the general vortex of the flow and friction at the boundaries of the microjets, causing a loss of turbulence energy. A flow with sharply reduced turbulence enters the inlet cylindrical part 2, and through the perforation 6, made in the form of longitudinal two-stage grooves, the chamber 4, in which the sensor for measuring high pressure 5 is installed, receives a reliable value of the high pressure component. Next, the flow enters the two-stage nozzle 7, divided by the inflection point on its curvilinear generatrix, to the
Предлагаемый измеритель расхода газа позволяет на 15-20% снизить погрешности измерений, в 2-3 раза расширить диапазон измерений по величине расхода и снизить вес приблизительно на 10% по сравнению с прототипом. The proposed gas flow meter allows to reduce measurement errors by 15-20%, expand the measurement range by the flow rate by 2-3 times and reduce the weight by about 10% compared with the prototype.
Источники информации
1. Измеритель расхода газа фирмы ISA Control LTD, информационный листок FSD/4, выпуск 1, 1994 г.Sources of information
1. Gas meter, ISA Control LTD, fact sheet FSD / 4, issue 1, 1994
2. Измеритель расхода газа фирмы ISA Control, информационный листок FSD/9, выпуск 2, 1994 г. 2. ISA Control gas flow meter, fact sheet FSD / 9, issue 2, 1994
3. Измеритель расхода газа "Струя". Решение по заявке 2001111072 от 26.02.2002 с приоритетом от 22.05.2000 г. 3. Gas flow meter "Jet". Decision on the application 2001111072 of February 26, 2002 with priority of May 22, 2000
Claims (1)
y(x) = y(xo)+ay(xi/π)((xi/π)sin(πx/xi)-x),
а от точки перегиба до выходного отверстия (xi<х≤хi) - функциональной зависимостью
хi - значение абсциссы, при которой образующая сопла у(х) имеет точку перегиба,
х1 - длина L сопла,
у(x0) - радиус R входного сечения сопла,
у(x1) - радиус r выходного сечения сопла.A gas flow meter including an inlet cylindrical part with an inner radius R equal to the inner radius of the pipeline connected to it and perforated in the form of longitudinal slotted two-stage grooves, a nozzle with an inner radius R at the inlet and an inner radius r at the outlet, a cylindrical nozzle with perforation in in the form of longitudinal slotted two-stage grooves and a conical nozzle connected in series relative to the longitudinal axis x, as well as annular chambers with sensors for measuring high and low pressures coaxial to the inlet cylindrical part and the cylindrical nozzle and communicating with their internal cavities by perforation, characterized in that the nozzle is made of a two-stage divided inflection point on the curved generatrix of the nozzle surface into a convex part of the curved generatrix defining the profile of the first nozzle stage and the concave part of the curved generatrix defining the profile of the second stage of the nozzle, while reducing the internal radius of the nozzle R along the y axis in the plane normal to the x axis from the input the first hole to the point of inflection (0≤x≤h i) expressed by the functional dependence
y (x) = y (x o ) + a y (x i / π) ((x i / π) sin (πx / x i ) -x),
and from the inflection point to the outlet (xi <x≤x i ) - functional dependence
x i - the value of the abscissa at which the generatrix of the nozzle y (x) has an inflection point,
x 1 - the length L of the nozzle,
y (x 0 ) is the radius R of the input section of the nozzle,
y (x 1 ) is the radius r of the output section of the nozzle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001111076/28A RU2193756C1 (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Gas flow rate meter |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RUPCT/RU00/00190 | 2000-05-22 | ||
| RU2001111076/28A RU2193756C1 (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Gas flow rate meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2193756C1 true RU2193756C1 (en) | 2002-11-27 |
| RU2001111076A RU2001111076A (en) | 2004-04-20 |
Family
ID=20248827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001111076/28A RU2193756C1 (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Gas flow rate meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193756C1 (en) |
-
2000
- 2000-08-15 RU RU2001111076/28A patent/RU2193756C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЦЕЙТЛИН В.Г. Расходоизмерительная техника. - М.: Изд-во стандартов, 1977, с.25-27. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2386834B1 (en) | Multiphase flow measurement using a swirl inducer followed by a flow constriction | |
| US5365795A (en) | Improved method for determining flow rates in venturis, orifices and flow nozzles involving total pressure and static pressure measurements | |
| EP1775560B1 (en) | Ultrasonic flow meter with flow mixer | |
| EP2513611B1 (en) | Ultrasonic transducer, flow meter and method | |
| KR20100013325A (en) | Averaging orifice primary flow element | |
| RU2491513C2 (en) | Averaging diaphragm with holes located near inner wall of pipe | |
| CA2654952A1 (en) | Sonar circumferential flow conditioner | |
| JP2016531302A (en) | Reduced-diameter fitting flow meter with lunge | |
| CN108562341A (en) | A kind of reflective multichannel ultrasonic gas flowmeter runner | |
| WO2007084629A3 (en) | Reduced bore vortex flowmeter having a stepped intake | |
| US3616693A (en) | Swirl-type flowmeter | |
| JP5295377B2 (en) | Vortex flowmeter body with grooves on the rear facing surface | |
| RU2193756C1 (en) | Gas flow rate meter | |
| CN107167194B (en) | A kind of gas pipeline rectifier | |
| US7281436B1 (en) | Wedge flow meter with conditioner | |
| RU2186341C1 (en) | Gas flowmeter | |
| CN208536931U (en) | A kind of reflective multichannel ultrasonic gas flowmeter runner | |
| US11946498B2 (en) | Flow conditioner | |
| DE69506852D1 (en) | Vortex flow meter with a profiled measuring tube | |
| RU2114397C1 (en) | Gas flowmeter | |
| WO2009082253A1 (en) | Method and device for flow metering and for forming a fluid medium sample | |
| UA54349A (en) | Gas flow rate meter | |
| Pavelyev et al. | Effect of the pattern of initial perturbations on the steady pipe flow regime | |
| US3421372A (en) | Fluid-flow metering means | |
| US4441372A (en) | Vortex flowmeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20050811 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20051123 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20080402 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090708 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140816 |