Расходомерное устройство для измерения параметра потока, образованного из текучей среды
FLOW METER FOR MEASUREMENT OF FLUID MEDIUM FLOW PARAMETERS

Данное изобретение относится к расходомерному устройству для измерения параметра потока, образованного из текучей среды и текущего в трубопроводе в основном направлении потока.
Для определения скорости протекания текучей среды в трубопроводе, предпочтительно, в трубе, существует, кроме различных физических принципов, применение ультразвуковых волн, испускаемых в трубопроводе. Так, посредством способа, основанного на разнице времени прохождения, можно определять параметры текущей текучей среды и, таким образом, потока.
При этом ультразвуковые волны испускаются и принимаются парой ультразвуковых устройств, в частности ультразвуковых преобразователей, причем данные ультразвуковые устройства расположены напротив друг друга на стенке трубопровода на концах измерительного контура с наклоном к основному направлению потока или, точнее, к потоку текучей среды.
Проходящие через текучую среду ультразвуковые волны ускоряются в направлении потока и тормозятся против направления потока. Возникающую в результате разницу времени прохождения рассчитывают с геометрическими величинами с получением средней скорости текучей среды, из которой определяют параметры текущей текучей среды, например, объемный расход при эксплуатации или другой подобный параметр.
Важной и сложной областью применения являются газовые счетчики для трубопроводов природного газа, в которых вследствие огромных транспортируемых объемов газа и стоимости сырья малейшие отклонения в измерительной точности соответствуют значительно ощутимым значениям. При этом вышеуказанные расходомерные устройства все больше применяются при транспортировании газа и хранении газа в указанной области техники, связанной с измерением больших объемов газа, вследствие своей точности, удобства технического обслуживания и возможностей самодиагностики.
Поскольку ультразвуковой измерительный контур считывает скорость потока только в определенных положениях, в конечном счете получают с приближением среднюю скорость потока по всему поперечному сечению потока. Таким образом, высокие точности могут быть достигнуты только при хорошем воспроизведении потока или если поток содержит невозмущенный профиль потока, или когда множество измерительных контуров может разрешать неоднородности. Для достижения высоких точностей можно целенаправленно воздействовать на профиль потока, например, посредством выпрямителей потока или длинных прямых впускных участков. Однако выпрямители ограничены в возможности выравнивания потока, для удлиненных прямых впускных участков необходимо монтажное пространство, и, кроме этого, указанные участки не всегда имеются в наличии. Кроме этого, измерение на множестве измерительных контуров требует соответственно сложных измерительных приборов с высокими производственными затратами.
Кроме ультразвуковой технологии для измерения газа применяются механические турбинные счетчики или ротационно-поршневые счетчики.
Для механического измерения структура потока в целом не имеет значения, так что возмущение первоначального потока и направления потока может быть просто учтено. С другой стороны, в случае ультразвуковых счетчиках всегда необходимо стремиться к монтажу данных счетчиков только после длинного и предпочтительно прямого успокаивающего участка, так чтобы поток мог выровняться, и это дополнительного поддерживают посредством выпрямителей потока. Кроме этого, сами ультразвуковые счетчики смонтированы и выполнены так, что текучая среда может протекать максимально свободно и невозмущенно.
Для преодоления указанных ограничений в патентном документе ЕР 2375224 А1 раскрыто расходомерное устройство, выполненное в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, в котором текучая среда отводится из основного направления потока в трубопроводе, например, в штуцерообразную насадку. Это достигается посредством специальной направляющей потока, содержащей колено с углом 180°, которое, в свою очередь, повернуто на угол 45° относительно его вертикальной оси. Посредством этого поток может быть измерен независимо от участков трубопровода выше по потоку от расходомерного устройства и, таким образом, с высокой воспроизводимостью.
Таким образом, обеспечено компактное расходомерное устройство с по существу высокой устойчивостью к возмущениям поля потока.
При протекании через отдельные участки колена текучая среда испытывает многократные повороты потока, которые могут вызывать одно или более отрывов текучей среды от стенки трубопровода, так называемые сорванные пузыри. Данные сорванные пузыри очень чувствительно реагируют на предшествующие изменения поля потока и могут воздействовать на последующее поле потока.
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы улучшить расходомерное устройство по ограничительной части п. 1 формулы изобретения таким образом, чтобы обеспечить улучшенную воспроизводимость измерения различных экземпляров конструктивно идентичного расходомерного устройства и, таким образом, уменьшение его чувствительности к воздействиям срывов в потоке.
В соответствии с изобретением указанную задачу решают посредством расходомерного устройства с признаками п. 1 формулы изобретения.
Расходомерное устройство для измерения параметра потока, образованного из текучей среды и текущего в трубопроводе в основном направлении потока, содержит: первый участок трубопровода для направления текучей среды из основного направления потока; второй участок трубопровода для направления текучей среды обратно в основном направлении потока; соединительный участок трубопровода для соединения первого участка трубопровода со вторым участком трубопровода; по меньшей мере одно ультразвуковое устройство для испускания и/или приема ультразвуковых волн; и блок обработки для выполнения измерения разницы времени прохождения и для определения указанного параметра, причем обеспечено наличие по меньшей мере одного вихреобразующего устройства для образования вихря, которое расположено после указанного первого участка трубопровода таким образом, что образованный вихрь направлен в направлении, противоположном направлению вихря, имеющегося после указанного первого участка трубопровода и перед указанным вихреобразующим устройством.
Это решение согласно изобретению имеет то преимущество, что посредством простого и недорогого изменения внутри расходомерного устройства улучшена воспроизводимость потока перед местоположением измерения. Кроме этого, простым образом может быть достигнуто улучшенное выравнивание поля потока.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения вихреобразующее устройство имеет цилиндрический корпус и множество расположенных внутри данного корпуса лопаток, причем данные лопатки зафиксированы относительно корпуса.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения вихреобразующее устройство расположено после первого участка трубопровода и перед соединительным участком трубопровода.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения ультразвуковое устройство расположено после вихреобразующего устройства в направлении потока текучей среды.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединительный участок трубопровода выполнен в виде колена с углом 180° и образует вместе с первой и второй прямыми частями трубопровода U-образный канал, при этом первая прямая часть трубопровода расположена между первым участком трубопровода и соединительным участком трубопровода и вторая прямая часть трубопровода расположена между соединительным участком трубопровода и вторым участком трубопровода.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения вихреобразующее устройство расположено в первой прямой части трубопровода, а ультразвуковое устройство расположено во второй прямой части трубопровода.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения U-образный канал закреплен с возможностью съема с первого участка трубопровода и второго участка трубопровода. Посредством этого обеспечивается то преимущество, что часть расходомерного устройства с вихреобразующим устройством и ультразвуковым устройством можно быстро и просто отделить от частей расходомерного устройства, которые только направляют текучую среду, для замены, при необходимости, вихреобразующего устройства или ультразвукового устройства.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения вихреобразующее устройство выполнено с возможностью направления текучей среды на внутреннюю стенку первой прямой части трубопровода.
Предпочтительные усовершенствования и дополнительные варианты осуществления, а также дополнительные преимущества изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, а также из нижеследующего описания и чертежей.
Изобретение описано детально ниже посредством вариантов осуществления со ссылками, в частности, на чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан схематичный вид известного расходомерного устройства в рабочем положении;
на фиг. 1а показан внешний вид в аксонометрии известного расходомерного устройства в соответствии с фиг. 1;
на фиг. 2 показан вид в аксонометрии в продольном разрезе по плоскости А-А расходомерного устройства согласно изобретению без входного или выходного участков;
на фиг. 3 показан вид спереди в аксонометрии предпочтительного варианта осуществления вихреобразующего устройства в соответствии с изобретением;
на фиг. 3а показан вид сзади в аксонометрии вихреобразующего устройства в соответствии с фиг. 3.
На фиг. 1 показана схематичная расположение известного расходомерного устройства 1 в трубопроводе L для текучей среды с целью определения, в рабочем состоянии, параметра потока, образованного текучей средой F и находящегося в трубопроводе L.
Расходомерное устройство 1 содержит первый участок L1 трубопровода и второй участок L2 трубопровода. Первый участок L1 трубопровода впускает притекающую текучую среду F из основного направления потока в расходомерное устройство 1 и, таким образом, по существу служит в качестве входного участка расходомерного устройства 1. Второй участок L2 трубопровода направляет текучую среду F из расходомерного устройства 1 обратно в основном направлении потока в трубопроводе L и, таким образом, служит по существу в качестве выходного участка расходомерного устройства 1.
Соединительный участок LV трубопровода служит для соединения первого участка L1 трубопровода со вторым участком L2 трубопровода. При этом соединительный участок LV трубопровода предпочтительно выполнен в виде колена с углом 180° и образует вместе с первой и второй прямыми частями LS1 и LS2 трубопровода, описанными более подробно ниже, U-образный канал расходомерного устройства 1.
При прохождении текучей среды F от основного направления потока из трубопровода L через расходомерное устройство 1 и обратно снова в основном направлении потока в трубопроводе L определяют параметры текучей среды F или потока посредством по меньшей мере одного ультразвукового устройства 2, которое расположено на стороне, противоположной показанному блоку 2а обработки, на внутренней стенке второй прямой части LS2 трубопровода и испускает и/или принимает ультразвуковые волны и блок 2а обработки которого выполняет измерение разницы времени прохождения. Ультразвуковое устройство 2 расположено, в частности, во второй прямой части LS2 трубопровода U-образного канала таким образом, что перед так называемым измерительным контуром, в котором расположено ультразвуковое устройство 2, поток текучей среды может быть выровнен для минимизации возмущений измерения, в частности точности измерения.
При помощи фиг. 1а подробно описано прохождение текучей среды F через расходомерное устройство 1. При этом на фиг. 1а показан внешний вид в аксонометрии известного расходомерного устройства 1.
Прохождение текучей среды F через расходомерное устройство 1 схематично показано линиями со стрелками.
На первом участке L1 трубопровода текучую среду отклоняют на 90° вбок из преобладающего в трубопроводе L основного направления потока. Сразу после этого отклонения текучую среду F отводят перпендикулярно основному направлению потока вверх в первой прямой части LS1 трубопровода. Таким образом, текучая среда F выполняет спиралеобразное перемещение начиная со входа в первый участок L1 трубопровода до выхода из первого участка L1 трубопровода.
После протекания через первую прямую часть LS1 трубопровода текучую среду F отклоняют в колене с углом 180° в противоположное направление, в котором текучая среда протекает через вторую прямую часть LS2 трубопровода, расположенную параллельно первой части LS1 трубопровода. Таким образом, первая и вторая прямые части LS1 и LS2 трубопровода образуют вместе с коленом с углом 180° соединительного участка LV трубопровода U-образный канал расходомерного устройства 1.
После второй прямой части LS2 трубопровода текучая среда F течет во второй участок L2 трубопровода, при этом текучую среду, равным образом посредством спиралеобразного перемещения, снова направляют обратно в основном направлении потока в трубопровод L.
Посредством многократного поворота потока текучей среды F на первом участке L1 трубопровода расходомерного устройства 1 и, в частности, посредством спиралеобразного перемещения текучей среды F после ее выхода из первого участка L1 трубопровода происходит образование вихря DR1 в потоке текучей среды F.
Многократный поворот и, в частности, имеющийся вихрь DR1 после первого участка L1 трубопровода вызывает, в частности, образование сорванного пузыря (не показан) на расположенной изнутри внутренней стенке первой части LS1 трубопровода непосредственно после первого участка L1 трубопровода и на расположенной изнутри внутренней стенке второй части LS2 трубопровода непосредственно после соединительного участка LV трубопровода.
Как показано на фиг.2, в соответствии с данным изобретением используется по меньшей мере одно вихреобразующее устройство DE для образования вихря DR2 перед выпрямителем G. Выпрямитель G служит, помимо прочего, в качестве вихревого разрушителя и обеспечения, в местах расположения измерительных контуров, преобладания максимально возможного однородного потока. Таким образом, на фиг. 2 показан вид в аксонометрии в продольном разрезе по плоскости А-А расходомерного устройства 1 без первого и второго участков L1 и L2 трубопровода.
В соответствии с показанным предпочтительным вариантом осуществления изобретения вихреобразующее устройство DE расположено после первого участка L1 трубопровода и перед соединительным участком LV трубопровода, в частности, на переходной части между первым участком L1 трубопровода и первой прямой частью LS1 трубопровода.
В соответствии с изобретением вихреобразующее устройство DE расположено после первого участка L1 трубопровода таким образом, что образованный вихрь DR2 направлен в направлении R2, противоположном направлению R1 вихря DR1, имеющегося после первого участка L1 трубопровода и перед вихреобразующим устройством DE.
Иными славами, как показано для предпочтительного варианта осуществления изобретения, направление R1 вихря DR1, имеющегося после первого участка L1 трубопровода, ориентировано по часовой стрелке. Посредством данной конфигурации вихреобразующего устройства DE указанное направление R1 имеющегося вихря DR1 отклоняют и направляют в противоположное направление таким образом, что образованный вихрь DR2 имеет направление R2, ориентированное против часовой стрелки.
Посредством этого предотвращают или устраняют по меньшей мере один сорванный пузырь.
Ультразвуковое устройство 2 предпочтительно расположено в направлении потока текучей среды F после вихреобразующего устройства DE во второй прямой части LS2 трубопровода. Посредством этого поток по измерительному контуру предпочтительно выравнивается перед ультразвуковым устройством 2, при этом в нем устраняются или уменьшаются срывы, возмущающие процесс измерения расходомерного устройства 1.
Таким образом, вихреобразующее устройство DE предпочтительно расположено в первой прямой части LS1 трубопровода, при этом ультразвуковое устройство 2 расположено во второй прямой части LS2 трубопровода.
Как показано на фигурах 3 и 3а, вихреобразующее устройство DE имеет цилиндрический корпус 11 и множество расположенных внутри данного корпуса 11 лопаток 12.
При этом лопатки 12 зафиксированы относительно корпуса 11 таким образом, что лопатки 12 захватывают имеющийся вихрь DR1 потока на выходе из первого участка L1 трубопровода и, в соответствии с ориентацией лопаток 12, отклоняют его, согласно изобретению, в направлении R2, противоположном первоначальному направлению R1. Таким образом, в результате, после вихреобразующего устройства DE образован вихрь DR2 с противоположным направлением R2.
Указанные лопатки 12 соединены друг с другом в центре цилиндрического корпуса 11 посредством втулки 13. При этом втулка 13 выступает из цилиндрического корпуса 11 в противоположном потоку текучей среды F направлении, так что с текучей средой F сначала контактирует втулка 13.
Таким образом, втулка 13 с лопатками 12 по существу соответствует направляющему аппарату турбины, или вихреобразующее устройство DE функционирует в качестве вихревого генератора.
Кроме того, вихреобразующее устройство DE сконструировано в зависимости от характера потока текучей среды в трубопроводе L. Иными словами, в частности, на основании интенсивности расхода, давления, агрегатного состояния текущей текучей среды F и/или установки расходомерного устройства 1 в трубопроводе L соответствующее вихреобразующее устройство DE сконструировано таким образом, что выбираются форма лопаток 12 и/или количество лопаток 12.
На фиг. 3а показан, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, вид сзади в аксонометрии вихреобразующего устройства DE, содержащего девять лопаток 12, так что цилиндрический корпус 11 разделен на девять сегментов.
Предпочтительно количество лопаток 12 и размеры вихреобразующего устройства DE можно подбирать в зависимости от размеров расходомерного устройства 1.
Кроме этого, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения U-образный канал расходомерного устройства 1, содержащий соединительный участок LV трубопровода и две прямые первую и вторую части LS1 и LS2 трубопровода, закреплен с возможностью съема с первого участка L1 трубопровода и второго участка L2 трубопровода.
Посредством этого U-образный канал расходомерного устройства 1 или область измерения расходомерного устройства 1, которая воздействует на профиль потока и измеряет его, могут быть отделены простым образом от износостойких первого и второго участков L1 и L2 трубопровода, так что техническое обслуживание, ремонт или замена U-образного канала расходомерного устройства 1 могут быть выполнены просто и недорого.
Кроме этого, вихреобразующее устройство DE может быть простым образом вставлено в расходомерное устройство 1 или извлечено из него.
Список номеров позиций
1
Расходомерное устройство
2
Ультразвуковое устройство
2а
Блок обработки
11
Цилиндрический корпус
12
Лопатки
13
Втулка
DE
Вихреобразующее устройство
DR1
Имеющийся вихрь
DR2
Образованный вихрь
F
Текучая среда
G
Выпрямитель
L1
Первый участок трубопровода / Входной участок
L2
Второй участок трубопровода / Выходной участок
LV
Соединительный участок трубопровода
LS1
Первая прямая часть трубопровода
LS2
Вторая прямая часть трубопровода
R1, R2
Направление вихря