SE443451B - Stromningsmetare av pitotrortyp och sett att stabilisera trycket som avkenns - Google Patents

Description

7810485-s f har en endimensionell adiabatisk strömning vara den bästa ut- Olyckligtvis har mycket få strömningsmätare en som förblir konstant inom hela ett gângspunkten. strömningskorrigeringsfaktor _ brett intervall av strömningstakter då alla andra faktorer för- blir konstanta.

Exempelvis är det från den amerikanska 3 581 565 känt att anordna en strömningsmätare av pitotrörtyp för att mäta differentialtryck eller skillnadstryck, varvid en sond är införbar i en medieström som rör sig i ett rör och nämn- da sond inkluderar en uppströms vänd yta, mot vilken det ström- patentskriften mande mediet kan slå an, resp. en nedströms vänd yta som är be- - lägen nedströms i förhållande till den senare och som innehåller en i riktning nedströms vänd öppning för avkänning av lâgtrycks- komposanten hos den uppmätta skillnaden.

Strömningsmätarna som utgör uppfinningsföremålet enligt den ovannämnda amerikanska patentskriften har alla problem med att strömningskorrigeringskoefficienterna varierar i hög grad då strömningstakten, som är bäst karakteriserad av det Reynoldska Dessutom påverkas resultatens upprep- En detalje- strömningstalet, varierar. barnet ogynnsamt av den fria strömningens turbulens. rad analys av en stor mängd prestandadata har visat att orsaken till problemen är att lâgtryeksöppningen är belägen i nedströms- sidan hos en baffel med en cirkulär tvärsektion. Å andra sidan har placeringen av denna lågtrycksöppning vid ifrågavarande punkt också vissa viktiga fördelar, bland vilka kan nämnas det förhållandet att man erhåller ett tryck under det lokala sta- tiska friströmningstrycket tack vare att öppningen ligger i baffelns släptåg.

Uppfinningen beskrivas i detalj i det följande under hän- visning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1, 2 och 3 är perspektivvyer i samma skala avseende tre olika strömningsmätare av pitotrörtyp, varvid den primära skillnaden i de olika fallen ligger i formen hos baffeln eller något annat strömnings- 7810485-8 3 avböjningsorgan som är beläget omedelbart uppströms från det parti som innehåller den nedströms vända öppningen som har till uppgift att känna av det statiska trycket, fig. 4, 5 och 6 är sektionsvyer som är tagna längs de respektive linjerna 4-4, 5-5 och 6-6 i fig. l, 2 och 3, fig. 7 är en perspektivvy av en fjärde version av strömningsmätaren men i något mindre skala, varvid delar också har brutits bort så att den' inre konstruktionen skall framträda, fig. 8 är en längs linjen 8-8 i fig. 7 tagen tvärsek- tion, och fig. 9 är en fragmentarisk halvsektion i väsentligen samma skala som fig. 7, varvid strömningsmätaren enligt den sistnämnda figuren är visad monterad i läge i ett rör.

Inledningsvis hänvisas till fig. l, 2, 3, 7 och 9 på ritningarna samt till den ovannämnda amerikanska patentskriften 5 581 565. Alla de däri visade versionerna av strömningsmätaren inkluderar en sond som är markerad med beteckningarna lOA-lOC och lOM, varvid nämnda sond, då den är i användning, är belägen inuti ett rör eller en ledning 12, såsom är visat i fig. 9, till- sammans med vissa yttre delar 14. Dessa yttre delar utgör ingen del av föreliggande uppfinning, och deras uppgift är helt enkelt att ge uppgift om de båda medietryckvärdena, vilka känns av inuti röret såsom följd av mediet som strömmar i detta, till lämpliga mätnings- eller uppteokningsinstrument som är belägna utanför röret. De fundamentala dragen hos själva sonden 10 är också allmänt kända och klart beskrivna i den ovannämnda ameri- kanska patentskriften. ' Bafflarna 18A-l8C och l8M har en öppning 16 som är vänd uppströms och som är så belägen att den kommer att ligga på led- ningens l2 geometriska axel när den är belägen i nämnda ledning på det i fig. 9 visade sättet. Ett interpoleringsrör 20 är be- läget inuti baffeln, som givetvis är ihålig. Interpoleringsröret innehåller en uppströms vänd avskärmad öppning 22 som blir pla- cerad ungefär på ledningens eller rörets 12 geometriska axeln när anordningen är placerad i läge, såsom framgår av fig. 9.

Interpoleringsrörets 20 öppning 22 samverkar med de uppströms vända öppningarna 16 i baffeln och ger därvid ett genomsnitts- värde på medietrycket som avkänns av de sistnämnda över hela strömningsprofilen 1 röret 12. I detta sammanhang samverkar baffeln med sina uppströms vända öppningar och interpolerings- 7810485-8 4 röret under bildande av en s.k. anslagningssond, som med god verkan kan användas för avkänning av genomsnittstrycket hos mediet som strömmar över densamma. I alla de visade sonderna ingår ett interpolerlngsrör 20, såsom framgår 1 fig. l, Ä, 5, 6, 7 och 8. Inre kanaler (ej visade) sammankopplar interpole- ringsröret 20 med röret 20A som utgör ett avsnitt av de yttre delarna 14. Alla de olika strömningsmätarkonstruktionerna som är visade inkluderar ett lågtrycksrör 24; Detta rör 24 innehåller en öppning 26 som är vänd nedströms och som också är belägen på rörets geometriska axel när strömningsmätaren befinner sig på plats, såsom är visat i fig. 9. I versionerna enligt fig. l, 2, 3, 4, 5 och 6 är detta rör beläget inuti den ihåliga baffeln, varvid rörets_lågtrycksöppning 26 är inställd mittför en i baffeln belägen kanal 28 som mynnar nedströms. Liksom var fallet ~ med interpoleringsröret 20 är det statiska röret 24 anslutet till yttre rördelar 24A via inre kanaler (ej visade).

Den i fig. 7, 8 och 9 visade versionen är utformad särskilt för rör med liten diameter, där de stora bafflarna i de andra versionerna skulle utgöra ett avsevärt hinder för strömningen genom rören. Genom att man således anbringar det statiska röret utanför baffeln kan man minska storleken hos den sistnämnda högst betydligt. Fig. 7 och 9 visar att det statiska röret är mycket mindre än baffeln och att det ligger nedströms i förhållande till baffeln samt skärmat bakom denna. Vid punkten där den nedströms fivända lågtrycksöppningen 26 är belägen pla- ceras strömningsdetekteringsorgan 52 för att utföra exakt samma reglerade strömningsavböjningsfunktion som de omformade bafflar~ na 18A, l8B och l8C hos de i fig. 1,22 resp. 5 visade versionerna.

I var och en av de visade utföringsformerna är ett par bortbrytningsytor 36 med skarp kontur anordnade på inbördes av- stånd på ömse sidor om den nedströms vända öppningen 26 hos det statiska röret samt uppströms i förhållande till denna öppning, varvid nämnda ytor är åtskilda från öppningen 26 medelst ned- . ströms vända skarpt konvergerande ytor 38. De uppströms vända anslagningsytorna 4OM, ÄEM i fig. l, 4OB i fig. 2 och ÄOM i fig. 3, vilka är belägna uppströms i förhållande till ytorna 36 med skarp kontur, har betydligt mindre betydelse än ytorna PooR Ötüštm. 5 7s1p4ss-8 36 med skarp kontur, under förutsättning att de delar strömningen ungefär lika och medför att hälften av denna, räknat på grundval av tidsgenomsnittet, strömmar över den ena ytan med skarp kon- tur medan den andra hälften strömmar över parets andra yta med skarp kontur. Dessa anslagningsytor bör härvid vara symmetriska kring ett plan som är definierat av rörets geometriska axel och sondens geometriska axel när strömingsmätaren är monterad på det i fig. 9 visade sättet.

Fig. 2 och 5 visar de enklast möjliga ytornal nämligen en enda plan yta ÄOB på sondens lOB baffel l8B som är belägen vinkelrätt mot strömningen. Bland de visade ytorna är den i fig. 2 och 5 visade ytan den som är svårast att tillverka, detta beroende på den minskade inre tvärsektionen som står till buds för det inre röret. 7 En mera tillfredsställande uppdelning av strömningen kan skegenom aü;man utnyttjar ett par ytor ÄOM som lutar i motsatta riktningar, såsom är visat i fig. l och 4 resp. 3 och 6. Dessa ytor samverkar inbördes och delar därvid strömningen eller flödet samt böjer av ungefär hälften över var och en av tvâ ytor med skarp kontur. Ytorna ÄOM i fig. 3 och 6 skär varandra i en skarp framkant 42, medan ytorna i fig. l och 5 skär var- andra i en trubbig kant ÄQM.

Ytorna 4ON på den i fig. 7-9 visade sondens lOM ström- ningsavböjningsorgan 32 lutar nägottrantare än ytorna hos fig. 1, 3, 4-och 6, vilka är belägna i ungefär rät vinkel mot varandra på det visade sättet. Framkanten på avböjningsorganet 52 är av- skärmat medelst den uppströms i förhållande därtill belägna baffeln l8M, och av denna anledning har nämnda framkant ringa funktionell betydelse. I själva verket är i fig. 7-9 den upp- ströms vända anslagningsytan 4ON en sammansatt yta som består av både baffelns l8M cylindriska yta och de divergerande plana ytorna hos strömningsregleringsskärmen som är belägen uppströms i förhållande till den sistnämndas med skarp kontur försedda ytor 36. Under alla förhållanden är ytan ÄQN bildad av symmet- riska ytor som samverkar för att dela strömningen ungefär lika och för att avge hälften av strömningen till var och en av de båda ytorna 56 med skarp kontur. lEn konvex, rundad yta som leder in i ytorna 36 med skarp kontur bör undvikas, därför att sådana ytor bildar inte en ren- .. .....,_.:.._..__-- . - ___--. ___-_... fvwfïoïïëmïï 7810485-8 6 odlad bortbrytningskontur där gränsskiktet tvingas att lämna sondens yta under ett antal olika strömningsbetingelser. Kon- kava divergent krökta uppströms vända anslagningsytor, som leder in i ytorna med skarp kontur, arbetar tillfredsställande då det gäller att bilda en väl definierad kant där gränsskiktet bryts bort noggrant under skilda strömningsbetingelser, men sådana ytor komplicerar sondens tillverkning och de medför ingen fördel i förhållande till plana ytor som lutar i motsatta riktningar.

P Kanterna på ytorna 36 med skarp kontur som är belägna på avstånd från varandra på motsatta sidor om den nedströms vända lågtrycksöppningen 26 är så placerade och anordnade att ström- ningen eller flödet avböjs kring desamma, samtidigt som de bildar den punkt där gränsskiktseparation sker. I varje enskilt fall är dessa kanter relativt skarpa. Kanter av denna typ har visat sig tvinga gränsskiktet att brytas bort från sondens sidor vid exakta lägen trots att strömningstakterna, mediets egenskaper och andra faktorer varierar i stor omfattning.Om emellertid dessa bortbrytningsytor 36 med skarp kontur har en avsevärd rundning kommer punkten där gränsskiktet avskils från sonden att röra sig kring en dylik krökt yta såsom en funktion av det Reynoldska talet, varigenom man inför just de felaktigheter som föreliggande uppfinning avser att eliminera.

I den visade formen är bada bortbrytningsytorna 36 med skarp kontur väsentligen belägna i samma plan, parallella, vinkelräta mot strömningen samt anordnade med konstant inbördes avstånd på ömse sidor om rörets geometriska axel i monterat läge. Ehuru det är önskvärt att dessa samband skall vara upp- fyllda är de inte särskilt kritiska, ehuru andra driftsegen- skaper hos sonden kan påverkas ogynnsamt, vilket ofta sker, om nämnda samband inte råder. Om med andra ord den ena bortbryt- ningsytan 36 skulle ligga närmare rörets sida än den andra skulle detta innebära att själva sonden inte är belägen dia- metralt i förhållande till röret, varvid följden av detta skulle bli att man inte skulle känna av strömningens verkliga tvärsektion.

I fig. l och 4 ser man att ytorna 36 med skarp kontur bildar framkanterna eller uppströmskanterna på ett par motsatt W.

V- *u 'I _ 1 . ._ ; g.. _ -z- -ff-E xf-yyf , "' -. af ...g -»_, 7810485-8 7 varandra vända, väsentligen:parallella plana ytor 44 med be- tydande bredd. I själva verket ligger kanterna på ytorna 36 med skarp kontur vid de ställen där separering av gränsskiktet sker, varvid varken ytorna 44 eller den nedströms belägna kan- ten 46 vid förbindningspunkten mellan nämnda plana ytor och de skarpt konvergerande nedströms vända ytorna 58A inverkar störan- de därpå¿ bortsett från att nämnda plana ytor hålls tillräck- ligt smala för att de alltid skall förbli i det förbi sonden strömmande mediets släptâg. Med andra ord har varken formen eller läget hos en sondyta nedströms i förhållande till ytorna 36 med skarp kontur någon betydelse så länge ifrågavarande sond- yta förblir i det förbi sonden strömmande mediets släptág inom hela intervallet av strömningsbetingelser som strömningsmätaren är avsedd att mäta. Detta gäller inte endast de plana ytorna 44 utan också den nedströms vända konvergenta ytan 58A, därför att om det strömmande mediet kan återansluta sig till en god- tycklig sondyta nedströms i förhållande till bortbrytningsytor- na 36 med skarp kontur kommer den eftersträvade stabiliteten i det vid den nedströms vända lågtrycksöppningen avkända trycket att gå förlorad, såvida inte, såsom kommer att förklaras nedan i samband med fig. 7, 8 och 9, andra bortbrytningsytor med skarp kontur är belägna nedströms men ändå befinner sig upp- ströms i förhållande till lågtrycksöppningen. Plana ytor av storleksordningen 5 mm har inte medfört något problem i ström- ningsmätare av typerna enligt fig. l-6, vilka är utformade för användning i rör med stor diameter. _ Under hänvisning till fig. 4, 5, 6 och 8 ser man nu att varje par av de nedströms vända ytorna 38A, 38B resp. 388 är ganska skarpt konvergent, varvid ytorna 38A och 38C på de respektive sonderna lOA och 100 (fig. 4 och 6) lutar något brantare än ytorna 38B på sonden lO (fig. 2). Alla ytorna 38A, 58B och 380 omfattar delar av de respektive bafflarna 18A, l8B och l8C, medan analoga konvergenta ytor 38M som är visade i fig. 8 och som utgör en del av sonden lOM bildar en del av strömningsavböjningsorganen 32 och inte baffeln l8M, ehuru deras syfte och verkan är desamma funktionellt, nämligen att eliminera varje eventuell yta som ligger nedströms och som har bortbrytningsytor 55 med skarp kontur, vid vilka gränsskiktet -7- T-.fl-f-wqv--m-w var oumrrv i 7810485-8 8 kan återansluta sig inom det intervall av strömningsbetingelser som strömningsmätaren är konstruerad för att mäta. Härvid gäller, ännu mer än vad som var fallet med de uppströms vända anslag- ningsytorna 40, att den form som dessa nedströms vända ytor har saknar betydelse, eftersom det enda kriteriet för desamma är att de skall förbli i släptåg (“kölvattnet") med avseende på mediet som strömmar kring sonden under hela det intervall av strömnings- betingelser som strömningsmätaren är avsedd att mäta upp. De visade ytorna är alla plana och symmetriska kring ett plan som är parallellt med medieströmingen och som innehåller lågtrycks- öppningen just av den anledningen att det är lättastat tillverka sådana ytor och att det inte skulle tjäna något nyttigt syfte att ge dem någon annan komplicerad form eller att ge en sådan yta en form som skiljer sig från den motsvarande ytan på låg- trycksöppningens motsatta sida.

I alla de fyra visade utföringsformerna av sonden före- ligger den nyss beskrivna specialkonturen i mittpartiet som är generellt markerat medelst hänvisningsbeteckningen C i varje strömningsmätare. Det är givetvis i detta mittparti som låg- trycksöppningen 26 är belägen och kring vilket strömningen måste dirigeras. I de i fig. 2 och 3 visade versionerna är special- konturen begränsad till detta mittparti, medan de övre och nedre ändpartierna UE resp. LE förblir cylindriska. Den i fig. l visade versionen är å andra sidan något olika genom att det övre ändpartiet U och det undre ändpartiet L båda har exakt samma specialkontur som mittpartiet C. Det cylindriska partiet X ligger i alla fyra versionerna utanför röret, såsom är visat i fig. 9, varför det inte påverkar mediet som strömmar inuti röret. f I I den i fig. 7 visade versionen bildar mittpartiet en del av strömningsavböjningsorganen 32 i stället för baffeln l8M som förblir cylindrisk längs hela sin sträckning. Icke desto mindre är mittpartiet i funktionshänseende väsentligen detsamma som mittpartierna C i de i fig. l, 2 och 3 visade versionerna för större rör.

Något bättre totalprestanda har erhållits genom att man har infört specialkonturen som återfinns i mittpartierna också i såväl det övre ändpartiet som det nedre ändpartiet, såsom är _ QUALITY - -išJÅ/f., nå; Ä 7810485-8 fallet med versionen enligt fig. l, ehuru det inte på något sätt är kritiskt-att utföra detta. Å andra sidan har det visat sig att om dessa ytor med specialkontur slutar alltför nära det närmaste paret anslagningsöppningar 16 börjar prestanda försämras ganska snabbt. Den 1 fig. 7 visade versionen med ett litet rör har en egen specialtillämpning, och då det gäller tillämpningar med stora rör finns ringa, om ens någon, fördel i versionen enligt fig. l i förhållande till versionen enligt fig. 3, särskilt om specialkonturen hos mittpartiet i fig. 5 utsträcks till båda ämdpartierna hos sonden.

Sättet för tillämpning av uppfinningen består i att man lokaliserar de områden på sonden där gränsskiktseparering in- träffar under skilda strömningsbetingelser genom att man förser dessa ytor med skarp kontur, formar ytorna som är belägna upp- ströms i förhållande till dessa ytor med skarp kontur på så sätt att strömmen delas och dirigeras, således uppdelad, över nämnda ytor, och slutligen anordnar den nedströms vända låg- trycksöppningen och alla ytor som átskiljer denna från ytorna med skarp Kontur för att alltid ligga i släptåg ("i kölvattnet") hos mediet som strömmar över nämnda ytor inom ett förutbestämt intervall av strömningsbetlngelser.

Qtramw

Claims (8)

7810485-8 lo Patentkrav

1. Strömningsmätare av pitotrörtyp för uppmätning av skillnadstryck hos medieströmmen i ett rör, vilken _ strömníngsmätare innefattar en lângsträckt sond, vars längdaxel förlöper vinkelrätt mot strömmen, vilken sond har en uppströms vänd yta som är symmetrisk kring ett plan som innehåller längdaxlarna för sonden och strömmen, mot vilken yta strömmen slår an vid användning, varvid nämnda uppströms vända yta inkluderar minst en öppning för avkänning av trycket hos den anslâende strömmen, och en nedströms vänd yta som innehåller en nedströms vänd öppning för avkänning av lågtryckskomposanten hos skillnadstrycket som skall mätas, varvid den uppströms vända ytan och den nedströms vända ytan ansluter sig till varandra på ömse sidor om nämnda ytor åtminstone i partiet för den nedströms vända öppningen vid skarpa kanter som sträcker sig i sondens längdriktning, k ä n n e t e o k n a d därav, att sonden sträcker sig över hela diametern hos den i röret styrda strömmen och att de skarpa kanterna (36) är belägna vid läget eller det främsta läget (i förhållande till strömmens riktning) för den uppströms vända ytans (42M'-UZM eller HCB eller HOM eller ÄON) största bredd.

2. *Strömningsmâtare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att de skarpa kanterna (36) är inbördes parallella och är parallella med sondens (l0A-lOC, l0M) geometriska axel så att de vid användning blir orienterade vinkelrätt mot strömnings- riktningen.

3. Strömningsmätare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att de skarpa kanterna (36) sträcker sig över sondens (IOA-10C, l0M) hela längd. 7810485-8 Ii N.

Strömningsmätare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att öppningen som är vänd nedströms är belägen i stort sett mittemellan sondens (lOAflOC, IOM) ändar och att de skarpa kanterna (36) är begränsade till mittpartiet (C) hos sonden som innehåller nämnda öppning,

5. Strömningsmätare enligt krav 1, 2 eller Ä, k ä n n e - t e c k n a d därav, att ytan som är vänd uppströms är plan och att de skarpa kanterna (36) bildar den uppströms vända ytans motsatta sidokanter.

6. Strömningsmätare enligt krav l, 2 eller U, k ä n n e - t e c k n a d därav, att ytan som är vänd uppströms har en i stort sett V-formad tvärsektion.

7. Strömningsmätare enligt något av kraven 1-6, k ä n - n e t e,o k n a d därav, att ytan som är vänd nedströms har en i stort sett V-formad tvärsektion.

8. Sätt att stabilisera trycket som avkänns av den nedströms vända öppningen hos en strömningsmätare av pitotrörtyp enligt något av kraven l-7 inom ett brett strömningsintervall, varvid en sond är belägen i medieströmmen i ett rör, varigenom åstadkommes en stabil och upprepbar strömningskoefficient, k ä n n e t e esk n a t därav, att sonden förses med skarpa kanter (36) för att definiera läget där gränsskiktseparation inträffar på sondens uppströms vända yta och att återanslutning av gränsskiktet förhindras genom att ytorna som innehåller nämnda öppning lägesplaoeras på så sätt och ges sådan kontur nedströms i förhållande till nämnda skarpa kanter (36) att nämnda ytor kontinuerligt ligger mellan strömningslinjerna för mediet som strömmar från nämnda kanter inom ett förutbestämt intervall av strömningsbetingelser. ,.-.-__...- .......~...,._._.._._..._._._- __.._..7 --V_ i íïoïoa QUALITY