RU2327956C2 - Process of gas or liquid flow rate measurement and device for implementing this process (variants) - Google Patents
Process of gas or liquid flow rate measurement and device for implementing this process (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327956C2 RU2327956C2 RU2005136448/28A RU2005136448A RU2327956C2 RU 2327956 C2 RU2327956 C2 RU 2327956C2 RU 2005136448/28 A RU2005136448/28 A RU 2005136448/28A RU 2005136448 A RU2005136448 A RU 2005136448A RU 2327956 C2 RU2327956 C2 RU 2327956C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- pipeline
- liquid
- flow
- local
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
- G01P5/16—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
- G01P5/165—Arrangements or constructions of Pitot tubes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода газа или жидкости, в частности в промышленных магистральных трубопроводах.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to determine the flow of gas or liquid, in particular in industrial pipelines.
Повышение точности измерения расхода газа или жидкости, передаваемых по промышленным магистральным трубопроводам, является чрезвычайно важной хозяйственной задачей. Погрешности существующих средств измерения составляют 5÷7%, что не позволяет эффективно управлять транспортировкой газа или жидкости и контролировать их распределение между потребителями, а также обнаруживать утечки. Основная причина таких больших погрешностей обусловлена используемым способом измерения с помощью расходомерной шайбы (Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. - Постмаркет, М., 2001, стр.495-497, рис.113), а также «дрейфом» характеристик датчиков давления по времени. Именно на решение этих проблем направлено данное изобретение.Improving the accuracy of measuring the flow of gas or liquid transmitted through industrial pipelines is an extremely important economic task. The errors of existing measuring instruments are 5–7%, which does not allow efficiently controlling the transportation of gas or liquid and controlling their distribution between consumers, as well as detecting leaks. The main reason for such large errors is due to the measurement method used with the flow washer (Faber T.E. Hydroaerodynamics. - Postmarket, M., 2001, pp. 495-497, Fig. 113), as well as the “drift” of the characteristics of pressure sensors over time . It is to solve these problems that this invention is directed.
Известен способ определения расхода газа или жидкости, использующий вихревую дорожку Кармана, образующуюся за плохообтекаемым цилиндрическим телом (Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем. - М., «Мир», 1992, книга 2, стр.154, 155). Способ основан на том, что цилиндрическое тело помещают в поток, в след за телом помещают датчик давления и проводят предварительную градуировку его по скорости, измеряя частоту перемещения вихрей. На основе градуировки по частоте определяют скорость, а по скорости определяют объемный расход.A known method of determining the flow rate of gas or liquid using the Karman vortex path formed behind a poorly streamlined cylindrical body (Ash J. et al. Sensors of measuring systems. - M., "Mir", 1992,
Известный способ реализуется с помощью устройства в виде цилиндрического тела и датчика давления, помещенного за телом.The known method is implemented using a device in the form of a cylindrical body and a pressure sensor placed behind the body.
Недостатками указанного способа и устройства являются:The disadvantages of this method and device are:
- невозможность измерения массового расхода жидкости или газа, а только объемного расхода;- the inability to measure the mass flow rate of a liquid or gas, but only the volumetric flow rate;
- использование только для лабораторных измерений, так как необходимо проведение предварительных градуировок чувствительного элемента по скорости потока в трубопроводе такого же диаметра с тем же составом жидкости или газа, как и в промышленном исполнении. Это обусловлено тем, что граничные эффекты в области стыка цилиндрического тела с трубопроводом, связанные с образованием подковообразных вихревых жгутов, зависят от сжимаемости жидкости или газа и числа Рейнольдса, а неучет этих факторов ведет к возрастанию погрешности измерения объемного расхода (Альбом течений жидкости и газа, составление и авторский текст М. Ван-Дайка. - М., «Мир», 1986, стр.57, рис.92, 93). Это приводит к необходимости создания специальной экспериментальной базы для таких градуировок, что влечет за собой существенное удорожание серийных образцов устройства;- use only for laboratory measurements, since it is necessary to carry out preliminary calibrations of the sensitive element with respect to the flow velocity in the pipeline of the same diameter with the same liquid or gas composition as in the industrial version. This is due to the fact that the boundary effects at the junction of the cylindrical body with the pipeline, associated with the formation of a horseshoe-shaped vortex bundles, depend on the compressibility of the liquid or gas and the Reynolds number, and neglect of these factors leads to an increase in the measurement error of the volumetric flow rate (Album of fluid and gas flows, compiled and written by M. Van Dyke. - M., Mir, 1986, p. 57, fig. 92, 93). This leads to the need to create a special experimental base for such calibrations, which entails a significant increase in the cost of serial samples of the device;
- отсутствие возможности обнаружения отказов отдельных элементов устройства и его систем, а также невозможность контроля состояния в процессе эксплуатации.- the inability to detect failures of individual elements of the device and its systems, as well as the inability to control the state during operation.
Наиболее близким по выполняемым операциям из известных технических решений является способ определения расхода газа или жидкости, использующий вихревую дорожку Кармана (Patent US № 6,170,338 от 27.03.97, Patent US №6,658,945 B1, 09.12.2003 г. Int. C1. G01F 1/32. U.S. C1. 73/861.22). Способ основан на следующих операциях: в трубопровод поперек потока помещают измерительное тело с острыми кромками, внутри которого размещен чувствительный элемент в виде тензорезистора; проводят предварительную градуировку чувствительного элемента по скорости потока в таком же трубопроводе, с теми же жидкостью или газом как в промышленном исполнении; измеряют частоту и амплитуду отклонения чувствительного элемента; измеряют температуру и статическое давление жидкости или газа; определяют калибровочные коэффициенты по найденной частоте и амплитуде с учетом реальных свойств жидкости или газа; с учетом калибровочных коэффициентов определяют объемный и массовый расходы жидкости или газа.The closest to the operations performed from the known technical solutions is the method of determining the flow of gas or liquid using the Karman vortex track (Patent US No. 6,170,338 of 03/27/97, Patent US No. 6,658,945 B1, 12/9/2003 Int. C1. G01F 1/32 US C1. 73 / 861.22). The method is based on the following operations: a measuring body with sharp edges is placed in the pipeline across the flow, inside which a sensing element in the form of a strain gauge is placed; preliminary calibration of the sensing element according to the flow velocity in the same pipeline, with the same liquid or gas as in industrial design; measure the frequency and amplitude of the deviation of the sensing element; measure the temperature and static pressure of a liquid or gas; determine calibration coefficients by the found frequency and amplitude, taking into account the real properties of the liquid or gas; taking into account calibration factors, the volume and mass flow rates of a liquid or gas are determined.
Устройство для реализации этого способа содержит: цилиндрическое тело с Т-образным поперечным сечением, помещенное внутрь трубопровода, по которому течет жидкость или газ; внутри тела расположен чувствительный элемент на тензорезисторах, сигнал от которых через усилитель подается на вычислитель; за телом или перед телом и за ним в трубопроводе расположены измерители температуры, сигналы от которых подаются в вычислитель; перед телом на стенке трубопровода расположено дренажное отверстие, соединяемое с помощью трассы с датчиком давления, сигнал от которого также подается в вычислитель. В вычислителе на основе выполненных заранее градуировок по измеряемой частоте и амплитуде колебаний тела с учетом уравнения состояния жидкости или газа определяют калибровочные коэффициенты и вычисляют объемный или массовый расходы жидкости или газа.A device for implementing this method comprises: a cylindrical body with a T-shaped cross-section, placed inside a pipeline through which liquid or gas flows; inside the body there is a sensitive element on the strain gauges, the signal from which is fed through the amplifier to the computer; behind the body or in front of the body and behind it in the pipeline are temperature meters, the signals from which are fed to the computer; in front of the body on the wall of the pipeline there is a drainage hole connected via a route to a pressure sensor, the signal from which is also fed to the calculator. In the calculator, on the basis of calibrations performed in advance according to the measured frequency and amplitude of the body oscillations, taking into account the equation of state of the liquid or gas, calibration coefficients are determined and the volume or mass flow rates of the liquid or gas are calculated.
Недостатками данного способа и устройства являются:The disadvantages of this method and device are:
- недостаточно высокая точность определения расхода вследствие того, что Т-образное тело реагирует на изменение по времени суммарной энергии потока, и, таким образом, с помощью Т-образного тела и тензорезисторов измеряется частота и амплитуда изменения суммарной силы, действующей на Т-образное тело, хотя скорость в поперечном сечении трубопровода значительно изменяется по его радиусу;- insufficiently high accuracy in determining the flow rate due to the fact that the T-shaped body reacts to a change in time of the total energy of the flow, and thus, with the help of a T-shaped body and strain gages, the frequency and amplitude of the change in the total force acting on the T-shaped body are measured although the speed in the cross section of the pipeline varies significantly along its radius;
- необходимость проведения предварительных градуировок тела и чувствительного элемента по скорости потока в трубопроводе такого же диаметра, с тем же составом жидкости или газа, как и в промышленном исполнении, поскольку граничные эффекты в области стыка Т-образного тела с трубопроводом, связанные с образованием подковообразных вихревых жгутов, зависят от сжимаемости жидкости или газа и числа Рейнольдса, а неучет этих факторов может приводить к еще большему возрастанию погрешности измерений расхода; это приводит к необходимости создания специальной экспериментальной базы для таких градуировок, что влечет за собой существенное удорожание серийных образцов устройства;- the need for preliminary calibrations of the body and the sensor according to the flow velocity in the pipeline of the same diameter, with the same liquid or gas composition as in industrial design, since the boundary effects at the junction of the T-shaped body with the pipeline associated with the formation of a horseshoe vortex tows depend on the compressibility of the liquid or gas and the Reynolds number, and the neglect of these factors can lead to an even greater increase in the error of flow measurements; this leads to the need to create a special experimental base for such calibrations, which entails a significant increase in the cost of serial samples of the device;
- большое сопротивление Т-образного тела, поскольку его размеры для повышения чувствительности выбираются достаточно большими, так что оно занимает 20÷30% площади сечения трубопровода; это приводит к значительному возрастанию потерь в трубопроводе, что требует повышения мощности перекачивающей станции и к удорожанию эксплуатации устройства;- high resistance of the T-shaped body, since its dimensions are selected large enough to increase sensitivity, so that it occupies 20 ÷ 30% of the cross-sectional area of the pipeline; this leads to a significant increase in losses in the pipeline, which requires increasing the power of the pumping station and to increase the cost of operating the device;
- отсутствие возможности обнаружения отказов отдельных элементов устройства и его систем и возможности контроля их состояния в процессе эксплуатации; отсутствие системы повышения надежности и отказозащищенности приводит при обнаружении каким-либо образом отказа к необходимости перемонтирования измерительного устройства и перекрытия трубопровода, что нарушает нормальный график работы трубопровода;- the lack of the ability to detect failures of individual elements of the device and its systems and the ability to control their condition during operation; the absence of a system for improving reliability and fault tolerance leads to the need to remount the measuring device and block the pipeline when a failure is detected in any way, which violates the normal schedule of the pipeline;
- невозможность использования такого способа и устройства для стратифицированных жидкостей или газов по высоте сечения трубопроводов.- the impossibility of using such a method and device for stratified liquids or gases along the height of the cross section of the pipelines.
Наиболее близким по конструкции из известных технических решений является устройство для определения расхода газа или жидкости, использующее вихревую дорожку Кармана, образующуюся за плохообтекаемым цилиндрическим телом Т-образного поперечного сечения (US Patent № 5,351,559, 1994 г. Int. C1. G01F 1/32., U.S. C1. 73/861.24; 73/861.22). Устройство состоит из цилиндрического тела с Т-образным поперечным сечением, помещенным внутрь трубопровода, по которому течет жидкость или газ. На боковых сторонах тела расположены два дренажных отверстия, которые соединены трассами с дифференциальным датчиком давления, сигнал от которого подается на осциллограф. По измеренной частоте сигнала от датчика давления на основе заранее проведенных градуировок по скорости определяется скорость течения в трубопроводе и объемный расход.The closest in design of the known technical solutions is a device for determining the flow of gas or liquid using a Karman vortex track formed behind a poorly streamlined cylindrical body of a T-shaped cross section (US Patent No. 5,351,559, 1994 Int. C1.
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- невозможность измерения массового расхода жидкости или газа, так как измеряется только объемный расход;- the impossibility of measuring the mass flow rate of a liquid or gas, since only the volumetric flow rate is measured;
- необходимость проведения предварительных градуировок тела и датчика давления по скорости потока в трубопроводе такого же диаметра с тем же составом жидкости и газа, как и в промышленном исполнении, поскольку граничные эффекты в области стыка Т-образного тела с трубопроводом, связанные с образованием подковообразных вихревых жгутов, зависят от сжимаемости жидкости или газа и числа Рейнольдса, а неучет этих факторов может приводить к еще большему возрастанию погрешности измерений расхода и необходимости создания специальной экспериментальной базы для таких градуировок, что влечет за собой существенное удорожание серийных образцов такого устройства;- the need for preliminary calibrations of the body and the pressure sensor for the flow rate in the pipeline of the same diameter with the same composition of liquid and gas, as in industrial design, since the boundary effects in the junction of the T-shaped body with the pipeline associated with the formation of horseshoe-shaped vortex bundles , depend on the compressibility of the liquid or gas and the Reynolds number, and neglect of these factors can lead to an even greater increase in the error of flow measurements and the need to create a special experiment ntal base for such calibrations, which entails a significant increase in the cost of serial samples of such a device;
- отсутствие возможности обнаружения отказов отдельных элементов устройства и возможности контроля их состояния в процессе эксплуатации; отсутствие системы повышения надежности и отказозащищенности приводит при обнаружении каким-либо образом отказа к необходимости перемонтирования измерительного устройства и перекрытия трубопровода, что нарушает нормальный график работы трубопровода;- the lack of the ability to detect failures of individual elements of the device and the ability to control their condition during operation; the absence of a system for improving reliability and fault tolerance leads to the need to remount the measuring device and block the pipeline when a failure is detected in any way, which violates the normal schedule of the pipeline;
- невозможность использования такого устройства для стратифицированных жидкостей или газов по высоте сечения трубопроводов;- the impossibility of using such a device for stratified liquids or gases along the height of the cross-section of pipelines;
- большое сопротивление Т-образного тела, что требует повышения мощности перекачивающей станции и приводит к удорожанию эксплуатации такого устройства;- high resistance of the T-shaped body, which requires increasing the power of the pumping station and leads to a higher cost of operation of such a device;
- недостаточно высокая точность определения расхода вследствие того, что она определяется за счет одного единственного измерения скорости, а весь профиль скорости в трубопроводе не измеряется.- insufficiently high accuracy in determining the flow rate due to the fact that it is determined by a single speed measurement, and the entire velocity profile in the pipeline is not measured.
Задачей данного изобретения является:The objective of the invention is:
- возможность измерения как объемного, так и массового расхода жидкости или газа, в том числе в стратифицированных потоках;- the ability to measure both volumetric and mass flow rates of a liquid or gas, including in stratified flows;
- отказ от необходимости проведения предварительных градуировок измерительного тела и датчика давления по скорости потока в трубопроводе;- rejection of the need for preliminary calibrations of the measuring body and pressure sensor for the flow rate in the pipeline;
- обнаружение отказов отдельных элементов устройства и обеспечение возможности контроля их состояния в процессе эксплуатации;- detection of failures of individual elements of the device and providing the ability to control their condition during operation;
- снижение стоимости серийных образцов устройства и затрат на его эксплуатацию.- reducing the cost of serial samples of the device and the cost of its operation.
Технический результат заключается в:The technical result consists in:
- повышении точности определения объемного и массового расхода;- improving the accuracy of determining the volume and mass flow rate;
- повышении надежности и отказозащищенности измерения расхода для обеспечения бесперебойной подачи жидкости или газа по трубопроводу;- improving the reliability and fault tolerance of flow measurements to ensure uninterrupted supply of liquid or gas through the pipeline;
- расширении возможности измерения расхода жидкости или газа в стратифицированных потоках по высоте сечения трубопровода.- expanding the ability to measure the flow of liquid or gas in stratified flows along the height of the cross section of the pipeline.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения расхода газа или жидкости, основанном на проведении градуировки по скорости потока измерительного тела с расположенным в нем чувствительным элементом, помещении его в трубопровод поперек потока, измерении частоты и амплитуды физических воздействий на него, вызванных сходящими с тела вихрями, измерительное тело градуируют вне трубопровода по скорости V, фиксируют угол между вектором скорости V и продольной линией, соединяющей две реперные точки на теле. С помощью i≥3 пар дренажных отверстий, расположенных на измерительном теле в окрестности донного среза и подключенных к дифференциальным датчикам давления, измеряют местные осредненные по времени значения частоты ƒi и амплитуды αi изменения давления, определяют градуировочные коэффициенты для каждой i-ой пары дренажных отверстий по формулам ki=V/ƒi, сi=2αi/(ρV2), где ρ - плотность газа или жидкости при градуировке. Помещают тело в трубопровод с текущими по нему со скоростью W газом или жидкостью так, чтобы угол между вектором скорости W и продольной линией, соединяющей две реперные точки на теле, был равен углу между вектором скорости V и продольной линией при градуировке. Измеряют местные осредненные по времени значения частоты Fi и амплитуды Аi изменения давления, определяют распределение местных скорости и плотности, соответственно, по формулам Wi=kiFi, ρi=2Ai/(ciW2). Анализируют измерения скорости и плотности, определяют гладкость их изменения по сечению трубопровода, отбраковывают выпавшие измерения, выдают сигнал об отказе отдельных каналов измерения, производят аппроксимацию распределения скорости и плотности с учетом граничных эффектов на стенке трубопровода и определяют путем интегрирования по сечению трубопровода объемный и массовый расход газа или жидкости.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method of determining the flow of gas or liquid, based on the calibration of the flow velocity of the measuring body with a sensing element located in it, placing it in the pipeline across the flow, measuring the frequency and amplitude of physical effects on it, caused by vortices coming out of the body, the measuring body is graduated outside the pipeline by velocity V, the angle between the velocity vector V and the longitudinal line connecting the two reference points is fixed ki on the body. Using i≥3 pairs of drainage holes located on the measuring body in the vicinity of the bottom section and connected to differential pressure sensors, measure the local time-averaged values of the frequency ƒ i and the amplitude α i of the pressure change, determine the calibration coefficients for each i-th pair of drainage holes according to the formulas k i = V / ƒ i , with i = 2α i / (ρV 2 ), where ρ is the density of the gas or liquid during graduation. The body is placed in a pipeline with gas or liquid flowing through it at a speed W so that the angle between the velocity vector W and the longitudinal line connecting the two reference points on the body is equal to the angle between the velocity vector V and the longitudinal line during graduation. The local time-averaged values of the frequency F i and the amplitude A i of pressure change are measured, the distribution of local speed and density is determined, respectively, by the formulas W i = k i F i , ρ i = 2A i / (c i W 2 ). Measure the velocity and density measurements, determine the smoothness of their changes along the pipeline cross section, discard the dropped measurements, give a signal about the failure of individual measurement channels, approximate the velocity and density distribution taking into account boundary effects on the pipeline wall and determine the volume and mass flow rates by integrating over the pipeline cross section gas or liquid.
Технический результат достигается также тем, что для измерений в стратифицированных потоках измерительное тело располагают так, чтобы продольная линия лежала в плоскости, проходящей через местную вертикаль, а величина угла β между продольной линией и местной вертикалью находилась в пределах 90°>β>- 90°. При известном заранее химическом составе компонент стратифицированного потока газа или жидкости путем интегрирования плотности по горизонтальным слоям, а скорости по сечению трубопровода определяют расход каждой из компонент стратифицированного потока. Это принципиально невозможно в способе-прототипе. Тем самым расширяются возможности измерений в стратифицированных потоках.The technical result is also achieved by the fact that for measurements in stratified flows, the measuring body is positioned so that the longitudinal line lies in a plane passing through the local vertical, and the angle β between the longitudinal line and the local vertical is within 90 °> β> - 90 ° . With the chemical composition known in advance, the components of a stratified gas or liquid flow by integrating the density over horizontal layers, and the velocities over the cross-section of the pipeline determine the flow rate of each component of the stratified flow. This is fundamentally impossible in the prototype method. Thereby expanding the possibilities of measurements in stratified flows.
Технический результат достигается также тем, что при измерении в предлагаемом способе дополнительно местной температуры и статического давления при известном составе газа или жидкости их плотность определяется также из уравнения состояния. Кроме того, их температура определяется из уравнения состояния по известному давлению и плотности. Тем самым одни и те же параметры жидкости или газа в предлагаемом способе определяются разными методами, производится сопоставление результатов измерений и выдача сигналов о выходе из строя отдельных каналов измерения. Тем самым дополнительно повышается надежность и отказозащищенность измерений расхода и обеспечивается бесперебойная подача жидкости или газа по трубопроводу.The technical result is also achieved by the fact that when measuring in the proposed method additionally local temperature and static pressure with a known composition of gas or liquid, their density is also determined from the equation of state. In addition, their temperature is determined from the equation of state by the known pressure and density. Thus, the same liquid or gas parameters in the proposed method are determined by different methods, the results of the comparison are compared and the signals about the failure of individual measurement channels are compared. This further increases the reliability and fault tolerance of flow measurements and ensures uninterrupted supply of liquid or gas through the pipeline.
Технический результат достигается также тем, что в способе определения расхода газа или жидкости дополнительно скорость потока определяют по местной частоте изменения давления, местную плотность - из уравнения состояния по местным температуре и статическому давлению, а затем определяют объемный и массовый расход.The technical result is also achieved by the fact that in the method for determining the flow of gas or liquid, the flow rate is additionally determined by the local frequency of the pressure change, the local density is determined from the equation of state by the local temperature and static pressure, and then the volume and mass flow rate are determined.
Технический результат достигается также тем, что в способе определения расхода газа или жидкости сначала из уравнения состояния жидкости или газа по местным температуре и статическому давлению определяют местную плотность, а затем по амплитуде изменения давления определяют местную скорость, объемный и массовый расходы.The technical result is also achieved by the fact that in the method for determining the flow of gas or liquid, first, from the equation of state of the liquid or gas, local density is determined from the local temperature and static pressure, and then the local velocity, volumetric and mass flow rates are determined by the amplitude of the pressure change.
Технический результат достигается также тем, что одновременно производят дополнительное определение объемного и массового расходов всеми способами, описанными выше, сопоставляют полученные результаты и выдают сигналы об отказе отдельных каналов измерения.The technical result is also achieved by the fact that at the same time they additionally determine the volume and mass flows by all the methods described above, compare the results and give signals about the failure of individual measurement channels.
Технический результат достигается также тем, что при известном составе жидкости или газа из уравнения состояния по измеренным значениям плотности и местного статического давления определяют местную температуру, которую сравнивают со значением температуры, измеренным одним из вышеуказанных способов (по п.4 формулы изобретения).The technical result is also achieved by the fact that with a known composition of a liquid or gas from the equation of state, the local temperature is determined from the measured density and local static pressure, which is compared with the temperature measured by one of the above methods (according to claim 4).
Технический результат достигается также тем, что для круглого сечения трубопровода в соответствии с эмпирической формулой W=W0(1-ri/R)m, записанной для двух или более значений текущего радиуса ri, дополнительно определяют скорость W0 на оси трубопровода и показатель степени m, производят сравнение измерений скорости Wi на различных радиусах ri с расчетами по формуле W=W0(1-r/R)m, где R - внутренний радиус трубопровода, определяют гладкость их изменения по сечению трубопровода, отбраковывают выпавшие измерения и выдают сигналы об отказе отдельных каналов измерения.The technical result is also achieved by the fact that for a circular cross-section of the pipeline in accordance with the empirical formula W = W 0 (1-r i / R) m recorded for two or more values of the current radius r i , the velocity W 0 on the axis of the pipeline is additionally determined and exponent m, compare the measurements of speed W i at various radii r i with the calculations according to the formula W = W 0 (1-r / R) m , where R is the internal radius of the pipeline, determine the smoothness of their changes in the cross section of the pipeline, reject the measurements and give out failure signals separately x measurement channels.
Тем самым дополнительно повышается надежность и отказозащищенность измерений массового и объемного расхода и обеспечивается бесперебойная подача жидкости или газа по трубопроводу.This further increases the reliability and fault tolerance of mass and volumetric flow measurements and ensures uninterrupted supply of liquid or gas through the pipeline.
Предлагаемый способ позволяет производить отбраковку отдельных выпавших измерений и подачу сигнала о выходе отдельных каналов измерения из строя. Тем самым достигается повышение надежности и отказозащищенности для обеспечения бесперебойной подачи жидкости или газа по трубопроводу, отпадает необходимость перекрытия трубопровода и снижаются затраты на эксплуатацию. Такой способ определения расхода газа или жидкости, основанный на определении местных осредненных по времени скорости Wi и плотности ρi по сечению трубопровода с использованием аппроксимации их распределения с учетом граничных эффектов на стенки трубопровода, где производная изменения скорости весьма велика, с последующим интегрированием по сечению трубопровода, позволяет существенно повысить точность определения объемного и массового расхода. Как показывают проведенные оценки погрешность определения объемного и массового расхода для существующих промышленно выпускаемых датчиков давления может достичь 0,5÷0,8%, что принципиально недостижимо для способа-прототипа, погрешность которого достигает 2%. Предлагаемый способ учитывает граничные эффекты в области стыка плохообтекаемого тела с трубопроводом, он не вносит дополнительных погрешностей в измерение расхода. В результате градуировки по предлагаемому способу могут производиться в обычной аэродинамической трубе. Такой способ не требует создания специальной измерительной экспериментальной базы для градуировки серийных образцов, что снижает стоимость серийных образцов. В предлагаемом способе измеряется частота и амплитуда пульсаций давления с помощью малоинерционных чувствительных датчиков давления, а не частота и амплитуда силы, действующей на Т-образное тело, как в прототипе. В результате размеры тела, на котором производятся измерения в предлагаемом способе могут быть выбраны достаточно малыми, что приводит к снижению сопротивления, то есть потерь в трубопроводе, и снижает потребную мощность перекачивающей станции. По оценкам по сравнению с прототипом при длине трубопровода 100 км и диаметре 1,4 м потребная мощность снижается на 3%, что, очевидно, приводит к снижению затрат на эксплуатацию.The proposed method allows the rejection of individual dropped measurements and the signal about the output of individual measurement channels from the system. Thereby, an increase in reliability and fault tolerance is achieved to ensure uninterrupted supply of liquid or gas through the pipeline, there is no need to shut off the pipeline and operating costs are reduced. This method of determining gas or liquid flow rate is based on the determination of local time-averaged velocities W i and density ρ i over the pipeline cross section using approximation of their distribution taking into account boundary effects on the pipeline walls, where the derivative of the velocity change is very large, followed by integration over the cross section pipeline, can significantly improve the accuracy of determining the volume and mass flow. As the estimates show, the error in determining the volume and mass flow rate for existing industrially produced pressure sensors can reach 0.5 ÷ 0.8%, which is fundamentally unattainable for the prototype method, the error of which reaches 2%. The proposed method takes into account the boundary effects in the junction of a poorly streamlined body with a pipeline, it does not introduce additional errors in the flow measurement. As a result of the calibration of the proposed method can be performed in a conventional wind tunnel. This method does not require the creation of a special measuring experimental base for graduation of serial samples, which reduces the cost of serial samples. In the proposed method, the frequency and amplitude of the pressure pulsations are measured using low-inertia sensitive pressure sensors, and not the frequency and amplitude of the force acting on the T-shaped body, as in the prototype. As a result, the dimensions of the body on which measurements are made in the proposed method can be selected sufficiently small, which leads to a decrease in resistance, that is, losses in the pipeline, and reduces the required power of the pumping station. According to estimates, compared with the prototype with a pipeline length of 100 km and a diameter of 1.4 m, the required power is reduced by 3%, which, obviously, leads to lower operating costs.
Технический результат достигается также тем, что в первом варианте устройства, на котором реализуется способ, содержащем измерительное тело, установленное внутри трубопровода, предназначенного для протекания жидкости или газа, а на поверхности тела расположены дренажные отверстия, соединенные трассами через дифференциальные датчики давления с приемным устройством, измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля с участками поверхности, имеющими донный срез, в окрестности которого по длине тела расположено i≥3 пар дренажных отверстий.The technical result is also achieved by the fact that in the first embodiment of the device, which implements a method containing a measuring body installed inside a pipeline designed for the flow of liquid or gas, and on the surface of the body there are drainage holes connected by routes through differential pressure sensors with a receiving device, the measuring body in sections is made in the form of a streamlined aerodynamic profile with surface sections having a bottom section, in the vicinity of which along the body length p There are i≥3 pairs of drainage holes.
Такое конструктивное исполнение устройства обеспечивает снижение сопротивления, потребной мощности перекачивающей станции и затрат на эксплуатацию.Such a design of the device provides a reduction in resistance, the required power of the pumping station and operating costs.
Технический результат достигается также тем, что во втором варианте устройства, на котором реализуется способ, содержащем измерительное тело, установленное внутри трубопровода, предназначенного для протекания жидкости или газа, на поверхности тела расположены дренажные отверстия, соединенные трассами через дифференциальные датчики давления с приемным устройством, измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля, а пары дренажных отверстий в количестве i≥3 находятся в окрестности донного среза одного или нескольких насадков, выступающих за пределы аэродинамического профиля.The technical result is also achieved by the fact that in the second embodiment of the device, which implements a method containing a measuring body installed inside a pipeline designed for the flow of liquid or gas, drainage holes are located on the surface of the body, connected by routes through differential pressure sensors with a receiving device, measuring the body in sections is made in the form of a streamlined aerodynamic profile, and pairs of drainage holes in the amount of i≥3 are in the vicinity of the bottom section th or more nozzles that extend beyond the airfoil.
Такое конструктивное исполнение устройства обеспечивает ослабление влияния числа Рейнольдса, упрощение ремонта и оперативность замены отдельных насадков в случае выхода их из строя.Such a design of the device provides a weakening of the influence of the Reynolds number, simplification of repair and the speed of replacement of individual nozzles in case of failure.
Технический результат достигается также тем, что в третьем варианте устройства, на котором реализуется способ, содержащем измерительное тело, установленное внутри трубопровода, предназначенного для протекания жидкости или газа, на поверхности тела расположены дренажные отверстия, соединенные трассами через дифференциальные датчики давления с приемным устройством, измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля, в средней части которого выполнены сквозные проемы так, что размер проема е вдоль хорды b аэродинамического профиля лежит в пределах 0,2b<е<0,9b, а пары дренажных отверстий в количестве i≥3 находятся в окрестности передней стенки проема, выполняющей функцию донного среза.The technical result is also achieved by the fact that in the third embodiment of the device, which implements a method containing a measuring body installed inside a pipeline intended for the flow of liquid or gas, drainage holes are located on the surface of the body, connected by routes through differential pressure sensors with a receiving device, measuring the body in sections is made in the form of a streamlined aerodynamic profile, in the middle part of which through openings are made so that the size of the opening e along the choir aerodynamic profile b lies within 0.2b <e <0.9b, and pairs of drainage holes in the amount i≥3 are in the vicinity of the front wall of the opening, which performs the function of the bottom cut.
Такое конструктивное исполнение устройства обеспечивает большую устойчивость вихревых жгутов, образующих дорожку Кармана, уменьшает влияние числа Рейнольдса, и таким образом, увеличивает точность измерений и уменьшает аэрогидродинамическое сопротивление. В результате уменьшаются потери в трубопроводе и потребная мощность перекачивающей станции.Such a design of the device provides greater stability of the vortex bundles forming the Karman track, reduces the influence of the Reynolds number, and thus increases the accuracy of measurements and reduces the aerohydrodynamic resistance. As a result, losses in the pipeline and the required power of the pumping station are reduced.
Технический результат достигается также тем, что во всех трех вариантах устройств они дополнительно снабжены датчиками местной температуры и статического давления, сигналы от которых поступают в вычислитель. Тем самым дополнительно повышается надежность и отказозащищенность измерений расхода и обеспечивается бесперебойная подача жидкости или газа по трубопроводу.The technical result is also achieved by the fact that in all three versions of the devices they are additionally equipped with sensors of local temperature and static pressure, the signals from which are supplied to the computer. This further increases the reliability and fault tolerance of flow measurements and ensures uninterrupted supply of liquid or gas through the pipeline.
Устройства также снабжены приемниками полного давления, сигналы от которых по трассам поступают к штуцерам, подсоединенным к датчикам абсолютного давления. В результате сигналы от датчиков полного давления совместно с сигналами от датчиков статического давления могут быть дополнительно использованы для контроля состояния предлагаемых устройств.The devices are also equipped with full pressure receivers, the signals from which are sent along the routes to the fittings connected to the absolute pressure sensors. As a result, the signals from the full pressure sensors together with the signals from the static pressure sensors can be additionally used to monitor the status of the proposed devices.
Для снижения степени турбулентности, ликвидации завихренности потока, а в конечном счете, повышения точности измерений, в предлагаемых устройствах выше по потоку перед измерительным телом расположен хонейкомб.To reduce the degree of turbulence, eliminate the vorticity of the flow, and ultimately, increase the accuracy of measurements, in the proposed devices upstream of the measuring body is located a honeikomb.
Для исключения влияния продольных (вдоль измерительного тела) течений, стабилизации и разделения вихревых дорожек, сходящих в окрестности пар дренажных отверстий, между ними в придонной области измерительного тела выполнены перегородки.In order to exclude the influence of longitudinal (along the measuring body) flows, stabilization and separation of the vortex paths converging in the vicinity of pairs of drainage holes, partitions are made between them in the bottom region of the measuring body.
Для дополнительного повышения точности измерений и схватывания измерениями всего сечения трубопровода, предлагаемые устройства выполнены таким образом, что в измерительном сечении трубопровода помещено два и более измерительных тел, расположенных под углом друг к другуTo further improve the accuracy of measurements and setting the measurements of the entire cross section of the pipeline, the proposed devices are designed in such a way that two or more measuring bodies are placed at an angle to each other in the measuring section of the pipeline
Для контроля и получения информации об утечках жидкости или газа в предлагаемых устройствах в разных сечениях трубопровода установлены измерительные тела, объединенные линией связи и снабженные сравнивающим вычислительным модулем.To control and obtain information about leaks of liquid or gas in the proposed devices in different sections of the pipeline installed measuring body, combined by a communication line and equipped with a comparative computing module.
Для удобства эксплуатации устройства, оперативности монтажа и его замены устройства выполнены в виде измерительного модуля, вставляемого в трубопровод с помощью фланцев.For the convenience of operation of the device, the speed of installation and its replacement, the devices are made in the form of a measuring module inserted into the pipeline using flanges.
Предложенные устройства позволяют производить измерения местных скорости и плотности жидкости или газа по диаметру трубопровода, а анализирующий, аппроксимирующий и интегрирующий блоки, являющиеся блоками вычислителя, выявить отказы отдельных каналов измерения и определить реальный объемный и массовый расход жидкости или газа в трубопроводе. Тем самым существенно повышается точность определения объемного и массового расхода жидкости или газа и отказозащищенность. Как показывают проведенные оценки, погрешность определения расхода для существующих промышленно выпускаемых датчиков давления может достичь 0,5÷0,8%, что принципиально не достижимо в устройстве-прототипе, погрешность которого в определении расхода достигает 2%. В предлагаемых устройствах имеются анализирующий, аппроксимирующий и интегрирующий модули, являющиеся блоками вычислителя, который представляет собой один из вариантов приемного устройства. В них учитываются граничные эффекты в области стыка измерительного тела с трубопроводом, тем самым устройства не вносят дополнительных погрешностей в измерении расхода. В результате градуировки предлагаемых устройств могут производиться в обычной аэродинамической трубе. Такие устройства не требует создания специальной измерительной экспериментальной базы для градуировки серийных образцов, позволяют производить отбраковку отдельных выпавших измерений и подачу сигнала о выходе отдельных каналов измерения из строя. Тем самым достигается повышение надежности и отказозащищенности для обеспечения бесперебойной подачи жидкости или газа по трубопроводу, отпадает необходимость перекрытия трубопровода и снижаются затраты на эксплуатацию.The proposed devices make it possible to measure the local velocity and density of a liquid or gas by the diameter of the pipeline, and the analyzing, approximating, and integrating blocks that are calculator blocks can detect failures of individual measurement channels and determine the real volume and mass flow rate of liquid or gas in the pipeline. This significantly increases the accuracy of determining the volumetric and mass flow rate of a liquid or gas and fault tolerance. As the estimates show, the error in determining the flow rate for existing industrially produced pressure sensors can reach 0.5 ÷ 0.8%, which is fundamentally not achievable in the prototype device, the error of which in determining the flow rate reaches 2%. The proposed devices have analyzing, approximating and integrating modules, which are blocks of the computer, which is one of the options for the receiving device. They take into account boundary effects in the area of the junction of the measuring body with the pipeline, thereby the device does not introduce additional errors in the measurement of flow. As a result of the calibration of the proposed devices can be made in a conventional wind tunnel. Such devices do not require the creation of a special measuring experimental base for graduating serial samples; they allow the rejection of individual dropped measurements and the signaling of the output of individual measurement channels out of order. Thereby, an increase in reliability and fault tolerance is achieved to ensure uninterrupted supply of liquid or gas through the pipeline, there is no need to shut off the pipeline and operating costs are reduced.
На фиг.1 (а-г)показана схема первого варианта устройства, в котором измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля с участками поверхности, имеющими донный срез, в окрестности которого по длине тела расположено i≥3 пар дренажных отверстий.Figure 1 (a-d) shows a diagram of a first embodiment of the device in which the measuring body in sections is made in the form of a streamlined aerodynamic profile with surface sections having a bottom section, in the vicinity of which i≥3 pairs of drainage holes are located along the body length.
На фиг.2(а-г), 3(а-б), 4(а-г) представлены схемы второго варианта устройства, в котором измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля, а пары дренажных отверстий в количестве i≥3 находятся в окрестности донной области одного или нескольких насадков, выступающих за пределы аэродинамического профиля.Figure 2 (a-d), 3 (a-b), 4 (a-d) shows the diagrams of the second embodiment of the device, in which the measuring body in sections is made in the form of a streamlined aerodynamic profile, and a pair of drainage holes in the amount i≥ 3 are located in the vicinity of the bottom region of one or more nozzles protruding beyond the aerodynamic profile.
На фиг.5 (а-и), 6 (а-и), 7 (а-и) показаны варианты исполнения сечений, выступающих за пределы аэродинамического профиля насадков при расположении дренажных отверстий в донной области на наветренной стороне и в угловой точке соответственно.In Fig. 5 (a-i), 6 (a-i), 7 (a-i), there are shown embodiments of sections protruding beyond the aerodynamic profile of the nozzles when the drainage holes are located in the bottom region on the windward side and at the corner point, respectively.
На фиг.8 (а-г) изображен третий вариант устройства, в котором измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля со сквозными проемами в средней части, а пары дренажных отверстий в количестве i≥3 находятся в окрестности передней стенки проема.Fig. 8 (a-d) shows a third embodiment of the device in which the measuring body in sections is made in the form of a streamlined aerodynamic profile with through openings in the middle part, and pairs of drainage holes in the amount of i≥3 are in the vicinity of the front wall of the opening.
На фиг.9 (а-г) показан пример исполнения устройства для измерений в стратифицированных потоках, когда измерительное тело расположено так, чтобы продольная линия, соединяющая две реперные точки на теле, лежала в плоскости, проходящей через местную вертикаль.Fig. 9 (a-d) shows an example of a device for measuring in stratified flows when the measuring body is located so that the longitudinal line connecting the two reference points on the body lies in a plane passing through the local vertical.
На фиг.10 представлен пример выполнения устройства, снабженного датчиками температуры и статического давления.Figure 10 presents an example implementation of a device equipped with temperature and static pressure sensors.
На фиг.11 (а-в) представлен пример выполнения устройства, снабженного датчиками местной температуры и местного статического давления.11 (a-c) shows an example of a device equipped with sensors of local temperature and local static pressure.
На фиг.12 изображена блок-схема алгоритма обработки данных в вычислителе.On Fig shows a block diagram of a data processing algorithm in a computer.
На фиг.13 (а-в), 14 (а-б), 15 (а-б) показаны примеры исполнения устройства, снабженного дополнительно приемниками полного давления.On Fig (a-c), 14 (a-b), 15 (a-b) shows examples of the execution of the device, additionally equipped with full pressure receivers.
На фиг.16 (а-б), 17(а-б) приведены схемы выполнения устройства с хонейкомбом.On Fig (a-b), 17 (a-b) shows a diagram of a device with a honeycomb.
На фиг.18 (а-б) приведены примеры исполнения устройства, у которого в измерительном сечении трубопровода помещено два и более измерительных тел, расположенных под углом друг к другу.Fig. 18 (a-b) shows examples of a device in which two or more measuring bodies are placed at an angle to each other in the measuring section of the pipeline.
На фиг.19 (а-б) показан пример исполнения устройства, в котором между парами дренажных отверстий, соединенных с дифференциальными датчиками давления, в придонной области измерительного тела выполнены перегородки.Fig. 19 (a-b) shows an example of a device in which partitions are made between pairs of drainage holes connected to differential pressure sensors in the bottom region of the measuring body.
На фиг.20 показан пример исполнения устройства, в котором измерительные тела, объединенные линией связи, расположены в различных сечениях трубопровода и снабжены сравнивающим вычислительным модулем.On Fig shows an example implementation of the device in which the measuring body, combined by a communication line, are located in different sections of the pipeline and are equipped with a comparative computing module.
На фиг.21 (а-б) показан пример исполнения устройства, выполненного в виде измерительного модуля, вставляемого в трубопровод, по которому течет газ или жидкость, с помощью фланцев.On Fig (a-b) shows an example of a device made in the form of a measuring module, inserted into the pipeline through which gas or liquid flows, using flanges.
На фиг.22 показан пример изменения коэффициента давления 
На фиг.23 показано изменение параметров газового потока метана вдоль газопровода, полученное расчетным путем.On Fig shows the change in the parameters of the gas flow of methane along the pipeline, obtained by calculation.
На фиг.24 показан профиль скорости в поперечном сечении трубопровода при числе Re=108, при этом показатель степени m=1/14.On Fig shows the velocity profile in the cross section of the pipeline with the number Re = 10 8 , while the exponent m = 1/14.
На фиг.25 показана зависимость отношения средней расходной скорости Wср к средней скорости на оси трубы 
На фиг.26 показана одна из реализаций блок-схемы устройства для определения расхода газа или жидкости.On Fig shows one of the implementations of a block diagram of a device for determining the flow of gas or liquid.
Устройство для определения расхода газа или жидкости, текущих с некоторой скоростью W, содержит измерительное тело 1, помещенное в трубопровод 2. Измерительное тело в сечениях выполнено в виде обтекаемого аэродинамического профиля с участками поверхности 3, имеющими донный срез, в окрестности которого по длине тела (фиг.1) расположены пары дренажных отверстий 4. Для второго варианта устройства (фиг.2-4) пары дренажных отверстий 4 расположены в окрестности донной области выступающих за пределы аэродинамического профиля насадков 14, которые крепятся непосредственно на измерительном теле 1 (фиг.2) или с помощью кронштейнов 15 (фиг.3, 4). В третьем варианте устройства (фиг.8) на измерительном теле 1 выполнены сквозные проемы 26, а пары дренажных отверстий 4 расположены в окрестности передней стенки проема 3, выполняющей функцию донного среза. Задняя стенка проема может быть выполнена по форме носка аэродинамического профиля.A device for determining the flow of gas or liquid flowing at a certain speed W comprises a measuring
Пары дренажных отверстий 4 соединены трассами 5 с дифференциальными датчиками давления 6, сигналы от которых по линиям связи 7 поступают в анализирующий 8, аппроксимирующий 9 и интегрирующий 10 блоки, являющиеся блоками вычислителя 11. На измерительном теле имеются две реперные точки 12, через которые проходит продольная линия 13.The pairs of
Определение расхода газа или жидкости предлагаемым способом выполняется следующим образом. Сначала вне трубопровода 2 градуируют по скорости V измерительное тело 1, в окрестности донной области 3 которого расположено i≥3 пар дренажных отверстий 4, соединенных трассами 5 с дифференциальными датчиками давления 6, сигналы от которых поступают в записывающую аппаратуру. Тело 1 размещают таким образом, чтобы угол между вектором скорости V и продольной линией 13, проходящей через две реперные точки 12, был фиксированным. Под действием набегающего потока за телом развивается течение с образованием вихревой дорожки Кармана, вызывающее периодические изменения частоты и амплитуды давления (фиг.22). Производят измерения местной частоты и амплитуды в каждой i-той паре дренажных отверстий, и, соответственно, их осредненные по времени значения ƒi и αi. По формулам ki=V/ƒi и сi=2αi/(ρV2) определяют градуировочные коэффициенты ki и сi для каждой i-той пары дренажных отверстий, которые заносят в память вычислителя. Далее в трубопровод 2 с текущим по нему газом или жидкостью помещают измерительное тело 1, в окрестности донной области 3 которого по сечению трубопровода расположено i≥3 пар дренажных отверстий 4, соединенных трассами 5 с дифференциальными датчиками давления 6. Измерительное тело 1 располагают таким образом, чтобы угол между вектором скорости W и продольной линией 13, соединяющей реперные точки 12, был равен углу между вектором скорости V, при котором производились градуировки тела, и продольной линией 13. Тем самым добиваются идентичности условий по геометрическому подобию. Под действием набегающего потока за измерительным телом реализуется течение с вихревой дорожкой Кармана (фиг.22). Измеряют местные частоту и амплитуду и, соответственно, их осредненные по времени значения Fi и Аi. По формулам Wi=kiFi, ρi=2Ai/(ciW2) определяют распределение местных скоростей и плотности по сечению трубопровода. Далее проводят анализ измерений скорости и плотности, определяют гладкость их изменения по сечению трубопровода, отбраковывают выпавшие измерения и выдают сигнал об отказе отдельных каналов измерения. Поиск отказов каналов измерения производят на основе задания допустимых порогов погрешностей по скорости и плотности по известной методике (А.А.Ефремов. Метод определения параметров полета маневренного самолета с помощью сферического приемника воздушного давления. - Техника воздушного флота, М., №3-4, 1986).The determination of gas or liquid consumption by the proposed method is as follows. First, outside the
Минимальное число каналов измерения i=3 обеспечивает надежное обнаружение одного отказа. При этом аппроксимацию поля скорости, например, для трубопровода с круглым сечением производят по эмпирической формуле W=W0(1-r/R)m, где скорость на оси трубопровода W0=Wi/(1-ri/R)m определяют по измерениям в трех каналах (i=1, 2, 3). Здесь r - текущий радиус трубопровода, R - внутренний радиус трубопровода, m - показатель степени, зависящий от числа Рейнольдса. При большем числе каналов i>3 аппроксимацию распределения скорости и плотности производят с помощью полиномиальных зависимостей или с помощью сплайн-функций в центральной области трубопровода, а граничные эффекты на стенке трубопровода учитывают эмпирическими формулами, в частности, для круглого сечения по формуле W=W0(1-r/R)m. Далее путем интегрирования по сечению трубопровода определяют объемный или массовый расход жидкости или газа. При реализации способа в предложенных устройствах анализ, аппроксимация и интегрирование происходит в блоках, являющихся частью вычислителя. Тем самым достигается существенное повышение точности определения объемного и массового расхода газа или жидкости. Как показали расчеты, погрешность определения объемного и массового расхода предлагаемым способом и устройствами не превышает 0,5÷0,8%, в то время как погрешности способа-прототипа и устройства-прототипа достигают 2%. В предлагаемом способе устройство градуируется в аэродинамической трубе, и таким образом, не требуется создания специальной экспериментальной измерительной базы для градуировки серийных образцов. Кроме того, в предлагаемом способе размеры измерительного тела выбираются достаточно малыми, что позволяет в ~1000 раз снизить сопротивление тела и на ~3% потребную мощность перекачивающей станции, что также приводит к существенному снижению затрат на эксплуатацию. Дополнительное снижение сопротивления, а также затрат на эксплуатацию осуществляется также за счет применения измерительного тела, сечения которого имеют форму аэродинамического профиля (фиг.1-4, 8). За счет резервирования каналов измерения осуществляется значительное повышение надежности и отказозащищенности, что обеспечивает бесперебойную передачу жидкости или газа по трубопроводу.The minimum number of measurement channels i = 3 provides reliable detection of one failure. In this case, the approximation of the velocity field, for example, for a pipeline with a circular cross section, is carried out according to the empirical formula W = W 0 (1-r / R) m , where the velocity on the axis of the pipeline W 0 = W i / (1-r i / R) m determined by measurements in three channels (i = 1, 2, 3). Here r is the current radius of the pipeline, R is the internal radius of the pipeline, m is an exponent that depends on the Reynolds number. With a larger number of channels i> 3, the velocity and density distributions are approximated using polynomial dependencies or using spline functions in the central region of the pipeline, and the boundary effects on the pipeline wall are taken into account by empirical formulas, in particular, for a circular cross section according to the formula W = W 0 (1-r / R) m . Next, by integrating over the cross section of the pipeline, the volume or mass flow rate of the liquid or gas is determined. When implementing the method in the proposed devices, analysis, approximation and integration occurs in blocks that are part of the calculator. Thereby, a significant increase in the accuracy of determining the volumetric and mass flow rates of gas or liquid is achieved. As the calculations showed, the error in determining the volume and mass flow rate of the proposed method and devices does not exceed 0.5 ÷ 0.8%, while the errors of the prototype method and prototype device reach 2%. In the proposed method, the device is graduated in a wind tunnel, and thus, it is not required to create a special experimental measuring base for graduating serial samples. In addition, in the proposed method, the dimensions of the measuring body are selected sufficiently small, which allows to reduce the resistance of the body by ~ 1000 times and the required power of the pumping station by ~ 3%, which also leads to a significant reduction in operating costs. An additional reduction in resistance, as well as operating costs, is also due to the use of a measuring body, the cross sections of which are in the form of an aerodynamic profile (Figs. 1-4, 8). Due to the redundancy of the measurement channels, a significant increase in reliability and fault tolerance is achieved, which ensures uninterrupted transmission of liquid or gas through the pipeline.
Способ и устройства, реализующие способ, позволяют (фиг.9) производить измерения объемного и массового расхода в стратифицированных потоках жидкости или газа, для этого измерительное тело располагают так, чтобы продольная линия 13, соединяющая две реперные точки 12 на теле 1, лежала в плоскости, проходящей через местную вертикаль 16 земли 17, которая совпадает с направлением ускорения свободного падения g. Тем самым достигается возможность проведения измерения в потоках жидкостей или газов разных плотностей. При известном же заранее химическом составе компонент стратифицированного потока газа или жидкости путем интегрирования по горизонтальным слоям плотности, а по сечению трубопровода скорости определяют расход каждой из компонент стратифицированного потока. Тем самым достигается существенное расширение возможности измерений по сравнению с прототипами - способом и устройством, с помощью которых принципиально невозможно производить такие измерения, поскольку в них отсутствуют дополнительные каналы измерения.The method and devices that implement the method allow (Fig. 9) to measure the volumetric and mass flow rates in stratified flows of liquid or gas, for this the measuring body is positioned so that the
Способ и устройства позволяют дополнительно повысить отказозащищенность и надежность функционирования, при снабжении устройств дополнительными датчиками 18, 19 соответственно местной температуры Т и статического давления Р жидкости или газа при их известном составе (фиг.10, 11). В этом случае плотность дополнительно определяют из уравнения состояния, например (см. фиг.12, алгоритм 2), для газа: ρ=P/(zRmT), проводят сравнения с результатами измерения по описанному выше способу (алгоритм 1, фиг.12), отбраковывают отдельные измерения, и выдают сигналы об отказе отдельных каналов измерения. Кроме того, дополнительно скорость потока определяют по местной частоте изменения давления, местную плотность из уравнения состояния по местной температуре и статическому давлению ρ=P/(zRmT), а затем определяют объемный и массовый расход. Здесь Rm - газовая постоянная, z - поправочный коэффициент, учитывающий отличие закона поведения газа от идеального, задается для каждого газа. Кроме того, предлагаемые способ и устройства позволяют сначала определять местную плотность из уравнения состояния жидкости или газа (алгоритм 3, фиг.12) по местным температуре и статическому давлению, а затем по амплитуде определить местную скорость, объемный и массовый расходы. Способ и устройство позволяют также дополнительно комбинировать эти процедуры, а также определять распределение температуры по сечению трубопровода, тем самым весьма существенно повышается отказозащищенность. Дополнительное повышение надежности и отказозащищенности для трубопровода круглого сечения осуществляется также за счет использования эмпирической формулы распределения скорости по радиусу трубопровода: W=W0(1-r/R)m. Устройство дополнительно может быть снабжено (фиг.13, 14, 15) приемниками полного давления 20, сигналы от которых по трассам поступают к штуцерам, к которым подсоединены датчики абсолютного давления 21. Наличие дополнительных приемников полного давления позволяет проводить еще дополнительный контроль состояния системы измерения. По полному и статическому давлению на основе теоремы Бернулли определяют местную скорость, по формуле W0=Wi/(1-ri/R)m находят скорость в центре трубопровода, а затем по формуле W=W0 (1-r/R)m ее распределение по радиусу трубопровода. Для гашения пульсирующих составляющих скорости в трубопроводе, а также для исключения вращательного движения в трубопроводе перед измерительным телом располагают спрямляющую решетку - хонейкомб 22. Различные варианты исполнения хонейкомба для трубопровода круглого и квадратного поперечного сечения показаны на фиг.16, 17. Для повышения точности и отказозащищенности в одном сечении трубопровода может быть установлено два или более измерительных тела, расположенных под углом друг к другу, каждое из которых производит измерения вышеописанным способом (фиг.18). Частота и амплитуда пульсаций давления, обусловленная вихревой дорожкой Кармана, зависят от скорости набегающего на тело потока, а она переменна по сечению трубопровода. Поэтому по длине измерительного тела вследствие взаимного влияния сечений тела могут наводиться продольные волны, сбивающие местную частоту и амплитуду. Для ослабления этого фактора на измерительном теле между парами дренажных отверстий, соединенных с дифференциальными датчиками давления, выполняют перегородки 23 (фиг.19). Данные измерительные тела, каждое из которых производит измерения вышеописанным способом, могут быть установлены в разных сечениях трубопровода, объединены линией связи 24 и снабжены сравнивающим вычислительным модулем (фиг.20). Для удобства монтирования устройства в трубопроводе оно может выполняться в виде измерительного модуля, вставляемого в трубопровод, по которому течет газ или жидкость с помощью фланцев 25 (фиг.21).The method and devices can further increase the fault tolerance and reliability of operation, when the devices are equipped with
В настоящее время выполнены расчетно-теоретические работы по исследованию параметров газового потока в магистральном промышленном трубопроводе и течения за измерительным телом (фиг.22-25). Выполнен эскизный проект и проведена предварительная конструкторская проработка устройств, в которых реализуется данный способ для промышленных магистральных трубопроводов. Пример реализации блок-схемы устройства для определения расхода газа или жидкости показан на фиг.26.Currently, theoretical and theoretical work has been performed to study the parameters of the gas flow in the main industrial pipeline and the flow behind the measuring body (Fig.22-25). A preliminary design has been completed and preliminary design study of devices in which this method is implemented for industrial trunk pipelines has been carried out. An example implementation of a block diagram of a device for determining the flow of gas or liquid is shown in Fig.26.
Claims (25)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005136448/28A RU2327956C2 (en) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | Process of gas or liquid flow rate measurement and device for implementing this process (variants) |
| PCT/RU2006/000625 WO2007061338A1 (en) | 2005-11-24 | 2006-11-23 | Gas or liquid flowrate measuring method and a device for carrying out said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005136448/28A RU2327956C2 (en) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | Process of gas or liquid flow rate measurement and device for implementing this process (variants) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005136448A RU2005136448A (en) | 2007-05-27 |
| RU2327956C2 true RU2327956C2 (en) | 2008-06-27 |
Family
ID=38067460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005136448/28A RU2327956C2 (en) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | Process of gas or liquid flow rate measurement and device for implementing this process (variants) |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2327956C2 (en) |
| WO (1) | WO2007061338A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178057U1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-03-21 | Эдуард Алексеевич Болтенко | FLOWMETER |
| RU2769093C1 (en) * | 2021-01-25 | 2022-03-28 | Частное образовательное учреждение высшего образования "Московский Университет им. С.Ю. Витте" | Method and device for determining the mass flow rate of gas |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2481827A (en) * | 2010-07-07 | 2012-01-11 | Bios Technologies Llp | Flow Measurement |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1278721A (en) * | 1916-07-14 | 1918-09-10 | Naamlooze Vennootschap Werf Conrad | Centrifugal pump. |
| US6170338B1 (en) * | 1997-03-27 | 2001-01-09 | Rosemont Inc. | Vortex flowmeter with signal processing |
| DE10240189A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-04 | Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach | Mass flow measuring method for fluid in pipe, by setting up Karman vortices and determining pressure value representing time-averaged mean dynamic pressure, and flow value |
| US6957586B2 (en) * | 2003-08-15 | 2005-10-25 | Saudi Arabian Oil Company | System to measure density, specific gravity, and flow rate of fluids, meter, and related methods |
-
2005
- 2005-11-24 RU RU2005136448/28A patent/RU2327956C2/en active
-
2006
- 2006-11-23 WO PCT/RU2006/000625 patent/WO2007061338A1/en active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178057U1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-03-21 | Эдуард Алексеевич Болтенко | FLOWMETER |
| RU2769093C1 (en) * | 2021-01-25 | 2022-03-28 | Частное образовательное учреждение высшего образования "Московский Университет им. С.Ю. Витте" | Method and device for determining the mass flow rate of gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005136448A (en) | 2007-05-27 |
| WO2007061338A1 (en) | 2007-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2909587B1 (en) | Ultrasonic flow metering system with an upstream pressure transducer | |
| US9366556B2 (en) | Method for ultrasonic metering using an orifice meter fitting | |
| US9310237B2 (en) | Ultrasonic flow metering using compensated computed temperature | |
| US7581453B2 (en) | Ultrasonic flow meter system | |
| US9134155B2 (en) | Reynolds number based verification for ultrasonic flow metering systems | |
| CN103808381B (en) | A kind of temperature influence eliminating method of transit-time ultrasonic flow meter | |
| US8291773B2 (en) | Ultrasonic measurement of flow velocity | |
| US10288462B2 (en) | Acoustic flow measurement device including a plurality of chordal planes each having a plurality of axial velocity measurements using transducer pairs | |
| US10082486B2 (en) | Method for recognizing the presence of liquid in a gas flow | |
| EP2428776B1 (en) | A method and apparatus for measuring a gas flow velocity | |
| RU2327956C2 (en) | Process of gas or liquid flow rate measurement and device for implementing this process (variants) | |
| Sun et al. | A cylindrical vehicle-mounted anemometer based on 12 pressure sensors—Principle, prototype design, and validation | |
| US20240310196A1 (en) | Non-invasive method and system to measure the surface velocity of a fluid flowing in a river, open channel or in an underground pipe | |
| CN101251397A (en) | By-pass type pipeline flowmeter | |
| CN201100846Y (en) | Multi-detection spiral vortex flow meter | |
| KR102243911B1 (en) | Section-divided cross correlation flowmeter capable of precise measurement | |
| US11815524B2 (en) | Volume fraction meter for multiphase fluid flow | |
| Nitsche et al. | Capabilities of Surface Measurement Techniques and their Impact on Modern Wing-Design and Assessment | |
| Al-lababidi et al. | Non-invasive technique of clamp-on transit time ultrasonic and conductivity sensors for gas/liquid flow measurements in horizontal pipes under slug flow conditions | |
| Krogstad | Pulsed hot wire anemometry: an accurate method to measure highly turbulent flows at low speeds. | |
| KUENY et al. | VISCOUS FLOW OVER BACKWARD FACING STEPS AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION Ooooo |