SE1050486A1 - Koaxiellt flödesmätarelement och förfarande för att mäta ett flöde - Google Patents

Abstract

lO l3 SAMANDRAG En metod beskrivs for att mata ett flöde på en gassom passerar en flodesmataranordning. Anordningen orsakarett tryckfall då den genomstrommas av gasen. Tryckfalletover anordningen blir ett mätt på gasen flode. Anordningen(81) som på uppstromssidan langs roret har en flodeskanal som ar ar utformad som ett gaspermeabelt ror utformad på sådant satt att kanalens tvarsnittsarea minskarnedstroms det gaspermeabla roret. På detta satt erhålles enminimal volym i kanalen uppstroms anordningens tryckfallsgenererande del. Att publiceras med Fig. 8

Description

15 20 25 30 35 ventilatorer. Exempel på ventilatorapplikationer kan läsas i patent US 5,265,594 och SE 529,989.

I patent US 5,265,594 beskrivs hur en flödesrestriktor genom en gaskanal uppströms en reglerventil används för att mäta gasflödet.

I patent SE 529,989 beskrivs hur en flödesrestriktor genom en gaskanal nedströms en reglerventil används för att mäta gasflödet.

En väsentlig skillnad mellan gaser och vätskor vid mätning av flöde är att gaser är kompressibla, och vätskor nästan inte alls. Detta leder till en del oönskade effekter såsom att trycket i gaskanalen påverkar flödesmätningen eftersom en tryckändring leder till ett kompressionsgenererat flöde som kommer att flöda in till utrymmet mellan flödesrestriktion och en reglerventil som genererar eller kontrollerar ett flöde baserat på flödessignalen från flödesmätaren.

I fallet att flödesrestriktorn sitter uppströms reglerventilen kommer falska flöden att genereras vid tryckvariationer i gasförsörjningen till anordningen. I en ventilatorapplikation betyder det här att ventilatorer på samma gasförsörjningsledning kan störa varandra.

I fallet att flödesrestriktorn sitter nedströms reglerventilen kommer falska flöden att genereras vid tryckvariationer i utloppet till anordningen. I en ventilatorapplikation betyder det här att ventiler innehållande fler sådana här anordningar med gemensamt utlopp kommer att störa varandra.

Ett sätt att minimera nämnda oönskade effekter av gaskompression är att göra volymen mellan flödesrestriktor och reglerventil så liten som möjligt, detta kan åstadkommas genom att flödesrestriktorn görs liten. Det här blir dock på bekostnad av lineariteten och dynamiken på flöde-tryckfallet vs flödet, detta på grund av ökad turbulens vid högre flöden.

Ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning med flödesrestriktion som har en förhållandevis lO 15 20 25 30 35 stor yta och en liten volym mellan anordningens flödesrestriktor och gränssnittet mot reglerventilen.

Sammanfattning av uppfinning Dessa syften åstadkommes med hjälp av anordningen och förfarandet enligt de bifogade oberoende kraven, varvid särskilda utföringsformer behandlas i de beroende kraven.

Den föreliggande uppfinningen söker således framför allt motverka, förbättra eller eliminera en eller flera av ovan identifierade tillkortakommanden och nackdelar inom konventionell teknik, individuellt eller i någon kombination, och löser åtminstone delvis de ovan nämnda problem genom att erbjuda en utrustning enligt de vidlagda patentkraven.

En metod beskrivs för att mäta ett flöde på en gas som passerar en flödesmätaranordning. Anordningen orsakar ett tryckfall då den genomströmmas av gasen. Tryckfallet över anordningen blir ett mått på gasen flöde. Anordningen är utformad som ett gaspermeabelt rör som på uppströmssidan längs röret har en flödeskanal som är utformad på sådant sätt att kanalens tvärsnittsarea minskar nedströms det gaspermeabla röret. En liten volym åstadkommes genom att anpassa anordningens flödeskanal och flödesrestriktion till geometrin på flödesprofilen på utströmmande gas från flödesventilen. På detta sätt erhålles en minimal volym i kanalen uppströms anordningens tryckfallsgenererande del.

I vissa utföringsformer är utloppet från en gasventil centrerat, och profilen på utloppsflödet har utseendet av en samlad kägla. I andra fall är utloppet koaxiellt med en flödesprofil som kan beskrivas som ett rör.

Genom att utforma geometrin i anordningen enligt utföringsformer av uppfinningen för de nämnda flödesprofilerna är det möjligt att göra en flödesrestriktor för var av de nämnda ventiltyperna.

Enligt en första aspekt av uppfinningen tillhandahålles ett flödesmätarelement som innefattar ett rörelement och en flödesrestriktor anordnat däri. 10 15 20 25 30 35 Rörelementet kan innefattas av ett kopplingsgrånssnitt mot en flödesventil. Flödesrestriktorn innefattar en sluten fluidpermeabel kropp så att ett fluidpermeabelt rör bildas som på uppströmssidan långs röret har en flödeskanal som år utformad på sådant satt att kanalens tvårsnittsarea minskar nedströms röret.

I en utföringsform år rörelementet ett ytter-rör.

Ytter-röret och den fluidpermeabla kroppen år anordnade relativt varandra med ett avstånd som avtar i flödesmåtarelementets longitudinalriktning mellan ytter- rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen.

Genom att anpassa flödesmåtarelementets flödeskanal samt flödesrestriktorn till geometrin på flödesprofilen från en utströmmande fluid från en flödesventil kan man uppnå en relativt stor yta på flödesrestriktorn och samtidigt en liten volym mellan flödesrestriktorn och mot en ventil. Varvid ett ökat gränssnittet (ytter-rör) tryck skapas uppströms innan flödesresistorn, t ex genom kompression av en gas når flödesmotståndet ökar, och ett tryckfall nedströms flödesresistorn. Tryckens differential år proportionerligt relativt flödet i kanalen varvid flödet kan måtas.

I ett visst utförande av flödesmåtarelementet år den slutna fluidpermeabla kroppen en kon.

Ett sått att skapa den ovan angivna konstruktionen år att den fluidpermeabla kroppen har en konisk form vånd antingen nedströms eller uppströms.

I ett visst utförande av flödesmåtarelementet år den slutna fluidpermeabla kroppen en partiell-kon.

Ett satt att skapa den ovan angivna konstruktionen år att den fluidpermeabla kroppen har en partiell-konisk form vånd antingen nedströms eller uppströms.

Rörgeometriernas tvårsnitt på det yttre röret och det fluidpermeabla röret kan vara aningen cirkelformade och eller polygonformade och eller ellipsformade.

I vissa utförandeformer av uppfinningen innefattar flödesmåtarelementet en differentialtryckmåtare som 10 15 20 25 30 35 är ansluten till var sida av den fluidpermeabla kroppen.

Differentialtryckmätaren mäter här det differentiella trycket på bägge sidor om den fluidpermeabla kroppen, vilket sedan används till att beräkna flödet.

Vissa utförandeformer av uppfinningen innefattar flödesmätarelementet en flödesventil som är ansluten till ett första kopplingsgränssnitt till flödesmätarelementet.

Vissa utförandeformer av uppfinningen innefattar att flödesmätarelementet har ett andra kopplingsgränssnitt identiskt med flödesventilens kopplingsgränssnitt.

Genom att flödesmätarelementet har ett mekaniskt kopplingsgränssnitt anpassat efter en ansluten flödesventil och att flödesmätarelementet har ett andra kopplingsgränssnitt identiskt till flodesventilens kan anordningen koppas in i en länk med en redan befintlig konstruktion.

I en andra aspekt innefattar uppfinningen ett förfarande för flödesmätning innefattandes en flödesrestriktor med en relativt stor yta samt en relativt liten volym mellan flödesrestriktorns, i flödeskanalen placerade, fluidpermeabla kropp och kopplinsgränssnittets ytter-rör; där den relativt lilla volymen åstadkoms genom att ytter-röret och den fluidpermeabla kroppen är anordnade relativt varandra med ett avstånd som avtar i flödesmätarelementets longitudinalriktning mellan ytter- rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen varvid ett (Pl) och ett tryckfall den fluidpermeabla kroppen och ökat tryck genereras uppströms (P2) vilkas differens är proportionerligt relativt flödet. erhålls nedströms Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen tillhandahålles ett förfarande för att mäta ett flöde som innefattar att mäta ett flöde på en fluid som passerar en flödesmätaranordning varvid anordningen orsakar ett tryckfall då den genomströmmas av fluiden och där tryckfallet över anordningen är ett mått på fluidens flöde.

Förfarandet innefattar att tillhandahålla en anordning som är utformad som ett fluidpermeabelt rör som på 10 15 20 25 30 35 uppströmssidan längs röret har en flödeskanal som är utformad på sådant sätt att kanalens tvärsnittsarea minskar nedströms det fluidpermeabla röret, varigenom förfarandet innefattar att tillhandahålla en minimal volym i kanalen uppströms anordningens tryckfallsgenererande del.

Fördelarna med denna metod är som för ovan beskrivna utrustning att man enkelt kan mäta flödet i en flödeskanal eller ur en ventil utan uppkomsten av falska flöden som påverkar flödesmätningarna. Översiktlig beskrivning av ritningarna Dessa och andra aspekter, särdrag och fördelar som uppfinningen åtminstone partiellt innehar blir tydligare och specificerade genom följande beskrivning av utförandeformer av föreliggande uppfinning, där referens görs till de vidliggande figurerna, i vilka Figur l visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil med perifert cirkulärt utlopp uppströms; Figur 2 visar i en schematisk vy ytterligare ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil med perifert cirkulärt utlopp uppströms; Figur 3 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil nedströms med perifert cirkulärt inlopp; Figur 4 visar i en schematisk vy ytterligare ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil nedströms med perifert cirkulärt inlopp; Figur 5 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil med centrerat utlopp uppströms; Figur 6 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil nedströms med centrerat inlopp; Figur 7 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil uppströms med perifert cirkulärt utlopp; och 10 15 20 25 30 35 Figur 8 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel med en flödesventil uppströms med perifert cirkulärt utlopp.

Beskrivning av utföranden Ett utföringsexempel på en anordning i enlighet med uppfinningen erhålles enligt Fig. 1 genom att ett gasflöde från en flödesventil strömmar på insidan av ett rör 10 och passerar nedströms igenom en gaspermeabel partiell kon 11.

Konens 11 utformning gör att flödeskanalens tvärsnittsarea successivt minskar nedströms konen 11. På detta sätt minimeras turbulensen och även volymen mellan konen 11 och inloppet uppströms röret 10.

Uppströms konen byggs ett tryck P1 upp som är beroende av flödet. Nedströms konen mäts trycket P2. Differensen P2-P1 ger ett mått på flödet.

Tack vare minimal turbulens samt den minimala volymen mellan konen 11 och inloppet uppströms röret 10 erhålls en fördelaktig flödesmätning. Flödesmätningen blir i stor sett En snabb och tillförlitlig reglering av ett gasflöde med en flödesventil oberoende av tryckvariationer i flödeskanalen. kan erhållas utifrån signalen för differenstrycket P2-P1.

Anordningen som visa i Fig. 1 är lämpligt för en flödesventil med perifert cirkulärt utlopp uppströms.

Flödesventilen kan exempelvis fästas på flödesmätaren mha en lämplig fläns (visas ej) eller mha spår som tar emot tätningar, se exempelvis Fig. 8.

I vissa utföringsformer av flödesmätarsystem mäts förutom differentialtrycket P2-P1 ytterligare parametrar såsom gastemperatur, utloppstrycket P2, gasviskositet och gäsdensitet. En linjärisering med hänsyn till dessa parametrar kan ske. Således kan en mycket noggrann beräkning av flödet göras.

Figur 2 visar i en schematisk vy ytterligare ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil med perifert cirkulärt utlopp uppströms. I denna utföringsform är det gaspermeabla elementet 21 av cylindrisk form med en sluten ände uppströms. Flödeskanalens tvärsnittsarea minskar successivt nedströms tack vare att en insats 22 minskar 10 15 20 25 30 35 flödeskanalens tvärsnittsarea successivt fram till infästningspunkten av det cylindriska gaspermeabla elementet 21.

I andra utföringsformer kan även ett koniskt gaspermeabelt element kombineras med en konisk insats, se 5 och Fig. 6.

Röret och insatsen kan vara utformade i ett integralt exempelvis Fig. stycke.

Figur 3 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil nedströms med perifert cirkulärt inlopp. Ett koniskt gaspermeabelt element 31 är anordnat i ett rör 30. Även här ändras avståndet i flödesmätarelementets longitudinalriktning mellan ytter- rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen.

Figur 4 visar i en schematisk vy ytterligare ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil nedströms med perifert cirkulärt inlopp. I denna utföringsform är ett gaspermeabelt element 41 av cylindrisk form med en sluten ände nedströms. Även här ändras avståndet i flödesmätarelementets longitudinalriktning mellan ytter- rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen.

Figur 5 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil med centrerat utlopp uppströms. Ett koniskt gaspermeabelt element 51 kombineras med en konisk insats 52, stigningen av de två elementen skiljer sig dock från varandra. Det koniska gaspermeabla elementet 51 har en större stigning än den koniska insatsen 52. På så sätt uppnås en väldigt liten volym mellan anordningens flödesrestriktor och gränssnittet mot en reglerventil.

Figur 6 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel lämpligt för en flödesventil nedströms med centrerat inlopp. Ett koniskt gaspermeabelt element 61 kombineras med en konisk insats 62, stigningen av de två elementen skiljer sig dock från varandra. Det koniska gaspermeabla elementet 61 har en mindre stigning än den koniska insatsen 62. På så 10 15 20 25 sätt uppnås en väldigt liten volym mellan anordningens flödesrestriktor och gränssnittet mot en reglerventil.

Figur 7 visar i en schematisk vy ett utforandeexempel lämpligt for en flodesventil uppstroms med perifert cirkulärt utlopp. Ett koniskt gaspermeabelt element 71 kombineras med en cylindrisk insats. Även här ändras avståndet i flodesmätarelementets longitudinalriktning mellan ytter-rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen så att en väldigt liten volym mellan anordningens flodesrestriktor och gränssnittet mot en reglerventil.

I figur 8 visas ett utforandeexempel där en ventil 200 med centralt inlopp och koaxiellt utlopp kopplats ihop med anordningen. Anordningen enligt denna figur har ett mekaniskt gränssnitt mot ventilen som passar ihop med Anordningens gränssnitt längst ner i På detta ventilens gränssnitt. figuren är identiskt med ventilens gränssnitt. sätt kan anordningen kopplas in som en länk i en befintlig konstruktion. Differentialtryckgivaren 201 har portar till var sida av en kon 81 av gaspermeabelt material. Med hjälp av utsignalen på denna givare kan gasflodet beräknas.

I föreliggande utforandeexempel är ingående delar cirkulära, anordningens geometri är dock inte begränsad till dessa former, utan cirkelformen kan bytas med polygoner, ellipser eller kombinationer därav.

Claims (1)

1. lO 15 20 25 30 35 l0 PATENTKRAV Flödesmatarelement som innefattar ett rörelement och en flödesrestriktor anordnat dåri, där rörelementet kan innefattas av ett kopplingsgranssnitt mot en flödesventil, varvid flödesrestriktorn innefattar en sluten fluidpermeabel kropp så att ett fluidpermeabelt rör bildas som på uppströmssidan långs röret har en flödeskanal som ar utformad på sådant satt att kanalens tvårsnittsarea minskar nedströms röret. Flödesmatarelementet enligt krav l varvid rörelementet år ett ytter-rör; varvid ytter-röret och den fluidpermeabla kroppen år anordnade relativt varandra med ett avstånd som avtar i flödesmåtarelementets longitudinalriktning mellan ytter-rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen. Flödesmåtarelementet enligt krav l eller 2, dår den fluidpermeabla kroppen år utformat som ett på en ande slutet rör Flödesmåtarelementet enligt krav 3, varvid flödeskanalen nedströms mot det slutna röret har en successivt avtagande tvårsnittsyta. Flödesmatarelementet enligt krav l till 3, kånnetecknad av att flödeskanalen uppströms mot det slutna röret har en successivt avtagande tvarsnittsyta. Flödesmåtarelementet enligt krav 3, där den slutna fluidpermeabla kroppen år en kon. 10 15 20 25 30 35 10 11 12 13. 14 11 Flodesmätarelementet enligt något av krav 1-6 där rörelementet innefattar ett insatselement som koniskt ändrar flodeskanalen. Flödesmätarelementet enligt krav 3, där den slutna fluidpermeabla kroppen är en partiell-kon. Flodesmätarelementet enligt något av krav 1-8, innefattandes att tvärsnittet på rörgeometrierna är cirkelformade, polygonformade, eller är ellipsformade. .Flödesmätarelementet enligt krav 1-8, innefattandes att tvärsnittet på rorgeometrierna är en kombination av cirkelform och/eller ellips och/eller polygon. .Flodesmätarelementet enligt krav 1-10, som innefattar en differentialtryckmätare en ansluten till var sida av den fluidpermeabla kroppen och anordnat att mäta ett differentialtryck vid ett flöde över den fluidpermeabla kroppen. .Flodesmätarelementet enligt krav 1-11, som innefattar en flodesventil som är ansluten till ett första kopplingsgränssnitt till flodesmätarelementet. Flödesmätarelementet enligt krav 12, som innefattar att flödesmätarelementet har ett andra kopplingsgränssnitt identiskt med flodesventilens kopplingsgränssnitt. .Flodesmätarelement som innefattar en flödesrestriktor med en relativt stor yta samt en relativt liten volym mellan flodesrestriktorns, i flodeskanalen placerade, fluidpermeabla kropp och 10 15 20 25 30 15. 16. 12 kopplinsgränssnittets ytter-rör; där den relativt lilla volymen åstadkoms genom att ytter-röret och den fluidpermeabla kroppen är anordnade relativt varandra med ett avstånd som avtar i flödesmätarelementets longitudinalriktning mellan ytter-rörets innersida och den fluidpermeabla kroppen varvid ett ökat tryck genereras uppströms (P1) och ett tryckfall erhålls nedströms (P2) den fluidpermeabla kroppen och vilkas differens är proportionerligt relativt flödet. Förfarande för att mäta ett flöde som innefattar att mäta ett flöde på en fluid som passerar en flödesmätaranordning varvid anordningen orsakar ett tryckfall då den genomströmmas av fluiden och där tryckfallet över anordningen är ett mått på fluiden flöde, varvid förfarandet innefattar att tillhandahålla en anordning som är utformad som ett fluidpermeabelt rör som på uppströmssidan längs röret har en flödeskanal som är utformad på sådant sätt att kanalens tvärsnittsarea minskar nedströms det fluidpermeabla röret, varigenom förfarandet innefattar att tillhandahålla en minimal volym i kanalen uppströms anordningens tryckfallsgenererande del. Förfarandet enligt krav 15, som innefattar att mäta differentialtrycket, gastemperatur, utloppstrycket, gasviskositet och gasdensitet, och att använda den erhållna mätdatan för bestämningen av flödet.