ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСХОДОМЕРОВ
AUXILIARY DEVICE FOR FLOW METERS

Изобретение относится к вспомогательному устройству для расходомеров, прежде всего для ультразвуковых расходомеров, состоящему по меньшей мере из двух расположенных друг за другом, предусмотренных вниз по потоку и/или вверх по потоку относительно расходомера, снабженных выемками элементов воздействия на поток в форме пластин или дисков, при этом выемки в элементах воздействия на поток выполнены так и/или элементы воздействия на поток расположены так, что в направлении потока отсутствует свободная линия зрения.
Расходомеры, как и другие измерительные приборы, должны «хорошо функционировать», а именно, в как можно более широком диапазоне измерений и в как можно большее широком диапазоне температуры (окружающей среды, в которой используется расходомер). К «хорошему функционированию» относится прежде всего, но не только, хорошая стабильность нуля и малая погрешность измерения.
Вначале было сказано, что речь идет о вспомогательном устройстве для расходомеров. При этом речь может идти, например, о магнитно-индукционных расходомерах. Однако, прежде всего, вспомогательное устройство, о котором согласно изобретению идет речь, имеет значение в связи с ультразвуковыми расходомерами. Подобные ультразвуковые расходомеры широко известны. Для этого лишь для примера следует обратиться к немецким выложенным заявкам на изобретение 19503714 и 10 2007004936, к американской выложенной заявке на изобретение 2004/011.141, к американским публикациям патентов 3,564,912, 5,546,812, 6,550,345 и 6,132,595, а также к международным выложенным заявкам на изобретение WO 98/19.296 и WO 00/03.206, прежде всего, однако, к немецкой выложенной заявке на изобретение 10 2007004936.
Как указано, изобретение относится к вспомогательному устройству для расходомеров различного типа, например магнитно-индукционным расходомерам, однако, прежде всего, для ультразвуковых расходомеров. Всегда речь идет о расходомерах, с помощью которых, встроенных в содержащий текущую среду трубопровод, может быть измерен расход протекающей через этот трубопровод текущей среды. При этом в случае текущей среды речь может идти о жидкой среде, о газообразной среде, о содержащей твердые и/или газообразные компоненты жидкой среде или о содержащей твердые и/или жидкие компоненты газообразной среде.
Хотя изобретение, как неоднократно упоминалось, относится к вспомогательному устройству для расходомеров различного типа, все же в дальнейшем, без того, чтобы с этим были связаны ограничения, всегда исходят из особого расходомера, а именно, ультразвукового расходомера.
Для «хорошего функционирования» расходомеров существенное значение имеет «качество потока» текущей среды в расходомере. Для «качества потока» в связи с изобретением должно иметь значение, идет ли речь о ламинарном или турбулентном потоке, и как градиент скорости потока выглядит по диаметру или же сечению расходомера.
Расходомеры обычно калибруются или применяются расчетные методы, которые основываются на стандартных условиях в отношении градиента скорости, то есть в отношении распределения скорости внутри канала потока. Чаще всего используемым стандартным распределением скорости для газа является - при высоких числах Рейнольдса - так называемый «полностью развитый турбулентный поток» (англ.- «fully developed turbulent flow"). Это стабильное равновесное состояние, которое может быть смоделировано в длинной прямой трубе с гладкими внутренними стенками. В зависимости от типа расходомера для этого необходима длина пути потока, которая соответствует десятикратному или даже сорокакратному диаметру канала потока.
Однако для «хорошего функционирования» расходомеров важно не только «качество потока», это скорее зависит от того, не оказывают ли отрицательного влияния на работу расходомера нежелательные и не относящиеся собственно к работе расходомера звуковые волны или волны давления, возникающие в текущей среде, которые, прежде всего, могут оказать влияние на точность измерения, то есть отрицательно повлиять на относящийся к «хорошему функционированию» критерий «малая погрешность измерения».
В трубопроводы, в которые встроены расходомеры рассматриваемого типа, зачастую из различных соображений также встроены вентили, клапаны и/или дроссели, которые в дальнейшем будут обозначаться как «мешающие элементы». «Мешающие элементы» потому, что они, с одной стороны, отрицательно влияют на «качество потока», в то время как они, с другой стороны, создают звуковые волны, которые всегда у ультразвуковых расходомеров мешают служащим для измерения звуковым волнам с появлением в результате основанных на этом ошибок измерений.
Вначале было сказано, что согласно изобретению речь идет о вспомогательных устройствах для расходомеров. Эти вспомогательные устройства могут быть выполнены по-разному. Одной возможностью реализации является то, что вспомогательные устройства как индивидуально используемые приборы встраиваются в трубопровод, в который также встроены расходомеры. Другая возможность реализации состоит в том, что не выполнять вспомогательные устройства как индивидуально используемые приборы, а, напротив, лишь встраивать представляющие собой вспомогательные устройства элементы воздействия на поток в трубопроводы, в которые также встроены расходомеры. Теоретически является также возможным предусмотреть элементы воздействия на поток, представляющие собой согласно изобретению вспомогательные устройства, в самих расходомерах. Однако это приводит к хорошим результатам лишь при относительно хорошем «качестве потока» и лишь тогда, когда воздействия на поток, например из-за вентилей, клапанов или дросселей, относительно малы.
Важной составной частью вспомогательных устройств для расходомеров, о которых сейчас идет речь, являются снабженные выемками элементы воздействия на поток в форме пластин или в форме дисков, при этом выемки в элементах воздействия на поток выполнены так, или элементы воздействия на поток расположены так, что в направлении потока «отсутствует свободная линия зрения». Значение «отсутствует свободная линия зрения» следующее.
Ультразвуковые волны распространяются таким же образом, как и лучи света. Если выемки в элементах воздействия на поток выполнены так, или элементы воздействия на поток расположены так, что в направлении потока «отсутствует свободная линия зрения», то ультразвуковые волны, как и лучи света, не могут беспрепятственно распространяться, таким образом, не могут беспрепятственно попадать от являющихся «мешающими элементами» вентилей, клапанов и/или дросселей к расходомерам. Выполненные и/или расположенные, как описано, элементы воздействия на поток делают, таким образом, расходомеры как бы «слепыми» для исходящих от «мешающих элементов» «мешающих воздействий».
Как пояснено вначале, элементы воздействия на поток расположены вниз по потоку и/или вверх по потоку. Смысл расположения элементов воздействия на поток вверх по потоку, то есть - если смотреть в направлении потока - перед расходомерами, очевиден. Однако и расположение элементов воздействия на поток вниз по потоку, то есть - если смотреть в направлении потока - за расходомерами, имеет смысл, так как «мешающие воздействия» распространяются с очень высокой скоростью по сравнению со скоростью текущей среды.
Вспомогательные устройства для расходомеров типа, из которых исходит изобретение, хорошо известны, например, Spearman, K-Lap, CPA, ВТВ, Zanker, Gallagher. У известных вспомогательных устройств обсуждаемого типа выемки в элементах воздействия на поток выполнены круглыми.
Известные вспомогательные устройства для расходомеров, из которых исходит изобретение, в отношении их назначения способствовать «хорошему функционированию» расходомеров все еще не оптимальны. Следовательно, в основе изобретения лежит задача разработать, усовершенствовать и улучшить обсуждаемые вспомогательные устройства таким образом, чтобы тем самым, с одной стороны, было достигнуто улучшение «качества потока», однако, прежде всего, с другой стороны, уменьшено, значительно уменьшено или даже, если возможно, устранено отрицательное влияние «мешающих воздействий», прежде всего следующих из вентилей, клапанов и/или дросселей.
Вспомогательное устройство для расходомеров согласно изобретению, прежде всего, по существу отличается тем, что выемки в элементах воздействия на поток выполнены в виде щелей, продольное направление которых проходит, по меньшей мере приблизительно, радиально, т.е. строго радиально или приблизительно радиально. Благодаря такой ориентации щелей компоненты радиальной скорости (турбулентность) в поле потока непосредственно ниже по потоку от элемента воздействия на поток могут быть уменьшены и тем самым будет предотвращено, что будет предоставлена в распоряжение энергия для образования звуковых волн в направлении, перпендикулярном оси трубопровода, которая, при наличии, может вызывать звуковые волны значительной амплитуды. Уменьшение турбулентности потока благоприятно влияет на работу не только ультразвуковых или магнитно-индукционных расходомеров, упомянутых выше, но и других типов расходомеров. Предпочтительно, чтобы щели в элементах воздействия на поток имели соотношение сторон (соотношение длины к ширине) >1, предпочтительно, значительно >1.
Целесообразно, чтобы ширина щели в радиальном направлении увеличивалась соответственно радиусу элемента воздействия на поток.
За счет геометрии реализованных в элементах воздействия на поток щелей «качество потока» может подвергаться значительному влиянию. Следовательно, может быть также целесообразным выбрать в отношении ширины щелей в элементе воздействия на поток в радиальном направлении другое выполнение, чем то, при котором ширина щелей в радиальном направлении увеличивается. Так, может быть выбрано выполнение, при котором ширина щелей в элементах воздействия на поток в радиальном направлении сначала увеличивается, предпочтительно увеличивается пропорционально радиусу, однако затем снова уменьшается в радиальном направлении, предпочтительно пропорционально радиусу.
Трубопроводы, в которые встроены расходомеры, имеют, как правило, круглое сечение. Из этого будем исходить в дальнейшем, даже если круглое сечение не является обязательным.
Число выполненных в виде щелей выемок в элементах воздействия на поток целесообразно делают также зависимым от диаметра трубопровода, в который встроен расходомер и тем самым зависимым от диаметра элемента воздействия на поток.
Как правило, при этом будет обращаться внимание на то, что в основном представляющие собой вспомогательное устройство согласно изобретению элементы воздействия на поток являются вращательно-симметричными, и что выполненные в виде щелей выемки в элементах воздействия на поток выполнены вращательно-симметричными. Таким образом, щели в элементах воздействия на поток будут предпочтительно реализоваться на концентрическом кольце, концентрически с центральной точкой элемента воздействия на поток.
Если трубопровод, в который встроен расходомер, имеет относительно малый диаметр, то может быть достаточным реализовать щели в элементах воздействия на поток на одной концентрической окружности. При большем диаметре трубопровода рекомендуется вариант выполнения, при котором щели в элементах воздействия на поток реализованы на нескольких концентрических относительно друг друга окружностях; могут быть две или три концентрические окружности, при особенно большом диаметре трубопровода может быть еще больше концентрических окружностей, на которых реализованы щели в элементах воздействия на поток. Во всяком случае рекомендуется вариант выполнения, при котором число щелей, которые реализованы на концентрических относительно друг друга окружностях, увеличивается изнутри наружу. Например, внутри могут быть реализованы шесть щелей, на средней окружности - двенадцать щелей, а на наружной окружности - двадцать четыре щели.
Наконец, у вспомогательных устройств для расходомеров между элементами воздействия на поток рекомендуется предусматривать звукопоглощающий и/или звукоослабляющий материал.
В частности, имеются различные возможности выполнения и усовершенствования вспомогательных устройств для расходомеров согласно изобретению. В отношении этого, с одной стороны, делаются ссылки на следующие за пунктом 1 пункты формулы изобретения, а с другой стороны, на описанный ниже и показанный на чертеже вариант осуществления.
На чертежах показано:
фиг. 1 - предпочтительный вариант осуществления первого, принадлежащего вспомогательному устройству согласно изобретению элемента воздействия на поток,
фиг. 2 - предпочтительный вариант осуществления второго, дополнительно к элементу воздействия на поток согласно фиг. 1 принадлежащего вспомогательному устройству согласно изобретению элемента воздействия на поток,
фиг. 3 - вырез из элемента воздействия на поток согласно фиг. 1,
фиг. 4 - вырез из элемента воздействия на поток согласно фиг. 2, и
фиг. 5 - соответствующее фиг. 3 изображение, на котором нанесены «угловые расстояния» отдельных щелей.
Согласно изобретению речь идет о вспомогательном устройстве для расходомеров, прежде всего о вспомогательном устройстве для ультразвуковых расходомеров. Это вспомогательное устройство состоит по меньшей мере из двух расположенных друг за другом вниз по потоку или вверх по потоку относительно не показанного расходомера, снабженных выемками элементов 1 и 2 воздействия на поток в форме пластин или дисков; показан и будет описан вариант осуществления, в котором предусмотрены точно два элемента 1, 2 воздействия на поток. Существенным является то, что выемки в элементах 1, 2 воздействия на поток выполнены так и/или элементы воздействия на поток расположены так, что в направлении потока отсутствует свободная линия зрения.
Расходомеры должны, как подробно описано вначале, «хорошо функционировать». Для «хорошего функционирования» расходомеров, как также описано вначале, существенное значение имеет «качество потока» текущей среды в расходомере. Далее, вначале также описано, что для «хорошего функционирования» расходомеров важно не только «качество потока», а что скорее имеет значение, не оказывают ли отрицательного влияния на работу расходомера ненужные и не имеющие соотношение к собственно работе расходомера звуковые волны или волны давления, которые возникают в текущей среде.
Далее, вначале пояснено, что вспомогательные устройства согласно изобретению могут быть выполнены различно, что первая возможность реализации характеризуется тем, что вспомогательные устройства как индивидуально используемые приборы встраиваются в трубопровод, в который также встраиваются расходомеры, что другая возможность реализации характеризуется тем, что представляющие собой вспомогательное устройство элементы воздействия на поток встраиваются непосредственно в трубопровод, в который встраиваются расходомеры, и что теоретически представляется возможным предусмотреть представляющие собой вспомогательное устройство элементы воздействия на поток в самих расходомерах. Показан и будет описан второй вариант осуществления, то есть вариант осуществления, который характеризуется тем, что представляющие собой вспомогательные устройства элементы 1, 2 воздействия на поток встраиваются в не показанные трубопроводы, в которые также встраиваются на показанные расходомеры.
Наконец, вначале описано, какое значение имеет то, что выемки в элементах воздействия на поток выполнены так и/или элементы воздействия на поток расположены так, что в направлении потока отсутствует свободная линия зрения, что также выполненные, как описано, и/или расположенные, как описано, элементы воздействия на поток делают расходомеры «слепыми» в отношении «мешающих воздействий», происходящих от «мешающих элементов».
В примере осуществления, который показан на фигурах, элементы 1, 2 воздействия на поток образуют вспомогательное устройство согласно изобретению. При этом справедливо то, что элементы 1, 2 воздействия на поток образуют второй вариант осуществления вспомогательного устройства согласно изобретению. Для обоих вариантов осуществления справедливо то, что элементы 1, 2 воздействия на поток расположены друг за другом, и что элементы 1, 2 воздействия на поток могут быть предусмотрены вниз по потоку, вверх по потоку или вниз по потоку и вверх по потоку относительно непоказанных расходомеров. Для вспомогательных устройств для расходомеров согласно изобретению, прежде всего, является существенным, что выемки в элементах 1, 2 воздействия на поток выполнены в виде щелей 3 или же 4. При этом щели 3 или же 4 имеют соотношение сторон (соотношение длины к ширине) >1, в показанном примере осуществления существенно >1. Для показанного примера осуществления справедливо также то, что продольное направление щелей 3 или 4 направлено радиально, и что ширина щелей 3 или 4 в радиальном направлении увеличивается, а именно, сначала пропорционально радиусу элементов 1, 2 воздействия на поток. Частично справедливо то, что ширина щелей 3 или 4 сначала увеличивается пропорционально радиусу элементов 1, 2 воздействия на поток, однако затем снова уменьшается, а именно, пропорционально радиусу.
В остальном, для примера осуществления справедливо то, что щели 3 или 4 реализованы в элементах 1 и 2 воздействия на поток на концентрических окружностях, а именно, на трех окружностях. При этом дополнительно является справедливым то, что число щелей 3 или 4, которые реализованы в элементах 1 и 2 на концентрических относительно друг друга окружностях, увеличивается изнутри наружу; внутри имеются шесть щелей 3 или 4, на средней окружности - двенадцать щелей 3 или 4, а на наружном кольце - двадцать четыре щели 3 или 4.
Если сравнить элемент 2 воздействия на поток на фиг. 2 с элементом 1 воздействия на поток на фиг. 1 или вырез на фиг. 4 с вырезом на фиг. 3, то сразу станет понятным, что смещенное расположение щелей 3 или 4 приводит к тому, что в направлении потока «отсутствует свободная линия зрения». На фиг. 3 можно четко увидеть реализованные в элементе 1 воздействия на поток щели 3. В противоположность этому реализованные в элементе 2 воздействия на поток, который в виде вырезки показан на фиг. 4, щели лишь намечены. Наоборот, на фиг. 4 реализованные в элементе 2 воздействия на поток щели 4 видны четко, в то время как реализованные в элементе 1 воздействия на поток, который в виде вырезки показан на фиг. 3, щели лишь намечены.
Дополнительно следует еще указать на то, что, хотя в примере осуществления предусмотрены только два элемента 1 и 2 воздействия на поток, вспомогательное устройство согласно изобретению этим не ограничивается, что без проблем могут быть также предусмотрены три, четыре, пять или более элементов воздействия на поток.
Наконец, следует еще указать на то, что у вспомогательных устройств для расходомеров между элементами воздействия на поток может быть предусмотрен звукопоглощающий и/или звукоослабляющий материал, что, однако, не показано.