PL173989B1 - Sposób i urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynu, zwłaszcza do stosowania w przewodzie z przepływającym płynem. Wynalazek ma szczególne zastosowanie do określania wydajności wody pożarniczych bloków pompowych i hydrantów przeciwpożarowych

Pożarnicze bloki pompowe wymagają okresowej atestacji w celu sprawdzenia ich zgodności z normami państwowymi i warunkami technicznymi oraz przydatności bloków do wykorzystania w nagłych wypadkach. Atestacja wydajności hydrantów przeciwpożarowych jest również wymagana ze względów ubezpieczeniowych. Atestacja wymaga bardzo precyzyjnego i dokładnego pomiaru przepływu wody, zwłaszcza dokładności w granicach plus minus 1 %.

Znany jest sposób pomiaru parametrów płynu przepływającego w przewodzie, który polega na tym, że pomiaru dokonuje się w przewodzie za pomocą zespołu detekcyjnego w nim umieszczonego.

Sposób ten jest realizowany za pomocą urządzenia, które zawiera zespół detekcyjny umieszczony w przewodzie z przepływającym płynem. Jako zespół detekcyjny jest stosowany na przykład przepływomierz wirnikowy.

Dla zapewnienia dokładnego pomiaru przepływu płynu przez przewód konieczne jest zapewnienie w zasadzie płaskiego czoła profilu prędkości przepływu, o maksymalnej średnicy przeciętnej strumienia, to znaczy średnicy odpowiadającej w przybliżeniu wewnętrznej średnicy przewodu. Kiedy czoło profilu prędkości staje się wklęsłe lub wypukłe, to zmniejsza się przeciętna średnica strumienia, utrudniając dokonanie dokładnego pomiaru strumienia, ponieważ strumień całkowity nie jest jednorodny na całym przekroju przewodu.

Jeżeli profil strumienia jest niejednorodny, ale symetryczny względem osi przewodu, to pomiaru dokonuje się za pomocą przepływomierza z wirnikiem o osi obrotu ustawionej wzdłuż osi przewodu, ponieważ piasta wirnika zastawia środek przepływu płynu i sprzyja ustaleniu się bardziej równomiernego przepływu przez łopatki wirnika, to znaczy przez pierścieniową, przestrzeń między piastą wirnika a wewnętrzną ścianką przewodu.

Jednakowoż, jeżeli profil przepływu nie jest symetryczny względem osi i/lub strumień rdzeniowy jest zaburzony, to przepływomierz z wirnikiem, bądź przepływomierz turbinowy nie zapewnia dokładnego pomiaru. Ponadto, zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego drogi przepływu powodowane przez piastę wirnika powoduje na brzegach przepływ wsteczny,

173 989 a przeciętna średnica przepływu staje się niestabilna i podlega silnym zaburzeniom powodując duże trudności pomiaru prędkości strumienia przepływu.

Warunki stają się jeszcze bardziej wyjątkowe, jeżeli strumień płynu podlega zawirowywaniu, to znaczy przepływa po torze śrubowym, czyli przypominającym korkociąg, wzdłuż przewodu. W warunkach zawirowania strumień jest zaburzony, i przeciętna średnica przekroju przepływu jest w znacznym stopniu zmniejszona i przekrój jest przesunięty względem osi środkowej przewodu, powodując duże niedokładności pomiaru przepływu.

Wszystkie te warunki występują przy badaniach weryfikacyjnych i atestacyjnych w pożarnictwie. Strumień wody z hydrantów przeciwpożarowych i pożarniczych bloków pompowych zwykle jest silnie zaburzony i ma znaczny współczynnik zawirowania. Zaburzenia strumienia spowodowane są również zakrzywieniami węża pożarniczego, które nadają strumieniowi zawirowania, albo w lewo, albo prawo, zależnie od kierunku zakrzywienia toru przepływu wody. W konsekwencji, pomiary weryfikacyjne wydajności wody i prędkości przepływu wymagają bardzo skomplikowanego sprzętu, i są obecnie bardzo czasochłonne i kosztowne. Poszukiwano zatem prostszych, bardziej niezawodnych, dokładniejszych i mniej kosztownych układów przydatnych do atestacji.

Znane jest z opisu patentowego US nr 3,572,117 urządzenie do pomiaru parametrów przepływu, które zawiera przepływomierz mający podcięte elementy wytwarzające oscylacje w płynie przepływającym przez przewód, których częstotliwość zmienia się. Oscylacje są odczytywane w celu pomiaru parametrów przepływu, podcięte elementy mają określoną geometryczną konfigurację i posiadają bazową powierzchnię czołową skierowaną przeciwko przepływowi, ostre naroża na krawędziach powierzchni bazowej stanowiące linie rozdziału przepływu oraz umieszczone za nimi powierzchnie przeznaczone do sterowania oscylacyjnym przepływem i przeznaczone do wytwarzania sygnałów stanowiących wysoki sygnał względem poziomu szumu.

Opis patentowy US nr 3,733,898 ujawnia urządzenie do stabilizacji przepływu umieszczone przed przepływomierzem i zawierające regulator wirów, wzmacniacz przepływu i zespół ujednoradniający przepływ, składający się z szeregu otworów o ostrych krawędziach oddzielonych pierścieniowymi szczelinami, które zapewniają jednorodny rozkład prędkości przepływu płynu przed jego doprowadzeniem do przepływomierza.

Inne urządzenie do wytwarzania laminarnego przepływu płynu w przewodzie jest ujawnione w opisie patentowym nr 4,576,204. Zawiera ono wydłużony cylindryczny element mający nachylone do wewnątrz stożkowe końce z wieloma występami usytuowanymi na każdym końcu do centrowania elementu w przewodzie.

Obrotowe przepływomierze typu wirnikowego zawierają prostowniki przepływu, w postaci na przykład rozmieszczonej wzdłużnie wiązki rur lub rozmieszczonych w równych odstępach kątowych biegnących wzdłużnie łopatek, usytuowane w sąsiedztwie wirnika i służące do uspokojenia zawirowań w przepływie płynu podczas jego przechodzenia przez wirnik. W opisie patentowym nr 3,049,009 ujawniono łopatki prostujące przepływ, dopasowane do przedniej płaszczyzny wirnika. Mierniki wypływu wody z hydrantów przeciwpożarowych zawierające tego rodzaju prostowniki służą do zmniejszania zawirowywania wody wypływającej z hydrantu, lecz pomiar zużycia wody nie jest dostatecznie niezawodny dla zastosowania do weryfikacji i atestowania.

Znane jest również z opisu patentowego nr 4,638,672 urządzenie statyczne wykorzystywane do pomiaru strumienia płynu, oraz do mieszania różnych płynów, patrz patent 4,812,049. Urządzenie to zawiera przepływomierze płynów i mieszacze stacjonarne.

Obrotowe przepływomierze typu wirnikowego są bardzo cenione przy pomiarach przepływu w technice, i zwykle stanowią niezawodny, a przede wszystkim niedrogi środek pomiaru przepływu płynu. Korzystne byłoby, aby mógłby on być stosowany również przy wyższym poziomie dokładności i niezawodności, przy dokonywaniu badań weryfikacyjnych i atestacyjnych, zwłaszcza przy występowaniu utrudnień przepływu, w rodzaju omówionych powyżej.

Sposób wyznaczania parametrów przepływu płynu, według wynalazku, w którym przeprowadza się płyn przez przewód i mierzy się parametry przepływu płynu za pomocą zespołu detekcyjnego umieszczonego w przewodzie, charakteryzuje się tym, że przed doprowadzeniem

173 989 płynu do zespołu detekcyjnego odchyla się strumień płynu płynącego przez przewód za pomocą umieszczonego w przewodzie członu wypierającego o średnicy mniejszej od średnicy przewodu, złożonego z dwóch ściętych stożków połączonych większymi podstawami i zainstalowanych współosiowo względem przewodu i prostopadle do kierunku przepływu, przy położeniu krawędzi stożków symetrycznie względem wewnętrznej ścianki przewodu. Strumień cieczy wprowadza się do obszaru pierścieniowego wyznaczonego między krawędziami stożków a ścianką wewnętrzną przewodu, linearyzując i ustalając profil prędkości płynu w przewodzie w pobliżu zespołu detekcyjnego oraz centrując osiowo średnicę średniego przepływu.

Strumień odchyla się za pomocą członu wypierającego umieszczonego w przewodzie przed zespołem detekcyjnym w odległości nie większej od około dziesięciokrotnej średnicy przewodu.

Strumień odchyla się za pomocą członu wypierającego umieszczonego w przewodzie przed zespołem detekcyjnym w odległości równej od około jednej do około trzech średnic przewodu.

Eliminuje się zawirowania płynu w przewodzie za pomocą elementów eliminujących zawirowania płynu umieszczonych w przewodzie w sąsiedztwie członu wypierającego, przy czym korzystnie są one umieszczone w przewodzie po stronie dopływowej i odpływowej członu wypierającego.

Mierzy się prędkość przepływu płynu przez przewód za pomocą zespołu detekcyjnego. Mierzy się różnicę ciśnień w wyznaczonych położeniach w przewodzie i wyznacza się na podstawie zmierzonej prędkości przepływu i różnicy ciśnień masę płynu przepływającego przez przewód. Korzystnym jest, gdy mierzy się różnicę ciśnień pomiędzy dopływową i odpływową stroną członu wypierającego.

Urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynu, według wynalazku, zawierające przewód, w którym jest umieszczony zespół detekcyjny, charakteryzuje się tym, że zawiera zespół stabilizujący do wyrównywania profilu przepływu płynu do zarysu mającego dużą współosiową z przewodem przeciętną średnicę przekroju przepływu. Zespół stabilizujący jest usytuowany w przewodzie przed zespołem detekcyjnym i zawiera człon wypierający o średnicy mniejszej od średnicy przewodu, złożony z dwóch ściętych stożków połączonych większymi podstawami i zainstalowanych współosiowo względem przewodu, których krawędzie podstaw są usytuowane prostopadle do kierunku przepływu płynu i symetrycznie względem wewnętrznej ścianki przewodu.

Zespół stabilizujący zawiera elementy eliminujące zawirowania płynu przepływającego przez przewód, które korzystnie są usytuowane po stronie dopływowej i po stronie odpływowej członu wypierającego.

Elementy eliminujące zawirowania mają postać łopatek rozmieszczonych wzdłużnie w pewnych odstępach kątowych i dzielących część wnętrza przewodu na kanały wzdłużne. Wymiar wzdłużny łopatek jest rzędu półtorej średnicy wewnętrznej przewodu. Na elementach eliminujących zawirowania jest zainstalowany współśrodkowo z przewodem człon wypierający.

Zespół detekcyjny zaopatrzony jest w zespół do pobierania próbek płynu. Zespół detekcyjny zawiera przepływomierz płynowy. Przepływomierz płynowy zawiera reagujący na przepływ wirnik, zainstalowany współosiowo względem przewodu.

Zespół detekcyjny znajduje się za zespołem stabilizującym w odległości nie większej niż około dziesięciokrotność średnicy wewnętrznej przewodu, korzystnie równej od około jednej do około trzech średnic wewnętrznych przewodu.

Wynalazek zapewnia wstępną normalizację, homogenizację i stabilizację przepływu płynu w przewodzie, jak również realizację pomiarów jednego lub wielu parametrów przepływu płynu i/lub pobieranie próbki ustabilizowanego i homogenicznego płynu.

Niniejszy wynalazek zapewnia nowe zastosowanie urządzenia V-CONE i nowe połączenie członów w celu otrzymania nowego, zwartego i wysoce niezawodnego urządzenia do pomiaru przepływu. Wynalazek ma szeroki zakres zastosowań komercjalnych i przemysłowych, spełniając wymagania pomiaru przepływu w trudnych warunkach przepływu płynu.

Wynalazek wykorzystuje urządzenia V-CONE w nowym zastosowaniu, do wstępnego normalizowania, stabilizacji i homogenizacji przepływu płynu w przewodzie. Ma to na celu ⁶

173 989 przekształcanie niestabilnego i zakłóconego profilu przepływu w jednorodny, zwarty i symetryczny profil o dużej i ustawionej współosiowo przeciętnej średnicy przekroju przepływu. Urządzenie odznacza się lepszą sprawnością, a zatem zwiększeniem niezawodności i wartości naukowej stosunkowo tanich przyrządów pomiarowych i próbkujących, przez wstępne normalizowanie strumienia płynu wewnątrz przewodu tak, aby zapewnić dopływ do przyrządu strumienia o profilu idealnie dostosowanym do pomiarów tym przyrządem.

Nachylona do wewnątrz powierzchnia stożka ściętego po stronie odpływowej członu wypierającego służy optymalizacji prędkości powrotu strumienia do warunków przepływu swobodnego w przewodzie, za członem wypierającym. W konsekwencji, profil przepływu za członem wypierającym jest stosunkowo płaski, symetryczny, o dużej przeciętnej średnicy przekroju strumienia, i jest współosiowy z wnętrzem rury lub przewodu. Ponadto, przeciętna średnica pozostaje stała i nie zmienia się przy zmianach prędkości przepływu płynu.

Człon wypierający płyn działa również homogenizująco na strumień płynu, zarówno ciekłego, gazowego, jak i zawierającego wprowadzone ciała stałe, to znaczy dokonuje dokładnego wymieszania i ujednorodnienia mieszaniny dwóch lub więcej płynów i/lub płynu z zawiesiną ciała stałego. Tak więc przepływająca mieszanina będzie w zasadzie jednorodna w całym odpływowym profilu przepływu płynu. W wyniku tego można osiągnąć dużą dokładność wyznaczania parametrów płynu, bądź przepływu płynu w tym obszarze.

W korzystnej odmianie wykonania, w przypadku pożarniczych badań atestacyjnych, urządzenie jest przepływomierzem typu wirnikowego napędzającym wskaźnik chwilowej prędkości przepływu i/lub licznik sumujący.

W wyniku faktu, że przepływ płynu przy wirniku jest stabilny i jednorodny, a profil przepływu jest równomierny, o dużej i stabilnej przeciętnej średnicy przekroju, oraz współosiowy z przewodem, przepływomierz lub inne urządzenie pomiarowe zapewnia dużą dokładność i niezawodność pomiaru przepływu wody, wymaganą na przykład przy weryfikacji wydajności wody hydrantów przeciwpożarowych i pożarniczych bloków pompowych. Sprawność, a zatem wartość przemysłowa i naukowa urządzenia pomiarowego tym samym wzrasta i zostaje poszerzona.

Tak więc, urządzenie według wynalazku jest proste, niewielkie i zwarte, aprzy tym wysoce dokładne i niezawodne urządzenie do sprawdzania i pomiaru przepływu przez przewód z dokładnością rzędu jednego procenta lub lepszą. Badania pożarnicze i podobne badania weryfikacyjne i atestacyjne zatem mogą być przeprowadzane w sposób bardzo ekonomiczny i w stosunkowo krótkim okresie czasu. Dla specjalistów z tej dziedziny inne możliwe zastosowania są oczywiste.

Poza powyższym, według wynalazku otrzymuje się proste i ekonomiczne urządzenie do realizacji masowych pomiarów przy przepływach cieczy newtonowskich lub w zasadzie newtonowskich. W szczególności, przy wyposażeniu członu wypierającego przepływ w, na przykład przetwornik, do wyznaczania spadku ciśnienia na tym elemencie, i przy zastosowaniu za tym członem przepływomierza w celu określenia prędkości płynu, można dokonywać wyznaczania masy czy ciężaru płynu przepływającego przez przewód.

Wynalazek zatem zapewnia sprawdzanie różnych parametrów płynu w sposób praktyczny i ekonomiczny. Te i inne cele i zalety wynalazku w sposób oczywisty dla specjalistów wynikają z poniższego szczegółowego opisu przy uwzględnieniu załączonych rysunków.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynów według wynalazku, w zastosowaniu do układu weryfikacji pożarniczych bloków pompowych, w widoku perspektywicznym, fig. 2 - korzystny przykład wykonania urządzenia z fig. 1, w pionowym przekroju wzdłużnym, a fig. 3 - urządzenie z fig. 2 w przekroju wzdłuż linii 3-3 na fig. 2.

Urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynów, w przykładzie wykonania wynalazku szczególnie korzystnym do wykorzystania w układzie do weryfikacji pożarniczych bloków pompowych, zawiera rurowy przewód 10, który korzystnie jest ukształtowany z dwóch połówek wlotowej 12 i wylotowej 14 skręconych razem dopasowanymi kołnierzami 16 i 18, przyspawanymi do zwróconych do siebie odpowiednich końców połówek 121 14 przewodu 10. Jak wskazano strzałką, przepływ płynu przez przewód 10 odbywa się od wlotu 20 na swobodnym

173 989 końcu połówki wlotowej 12 przewodu 10 do wylotu 22 na swobodnym końcu połówki wylotowej 14. Wlot 20 przewodu 10 ma zewnętrzną, wlotową łącząca część 24 do zamocowania przewodu 10 w złączce wylotowej hydrantu przeciwpożarowego lub pompy wodnej, lub na końcu wylotowego odcinka przewodu pożarniczego. Przewód 10 ma wylot 22, który posiada zewnętrzną wylotową część łączącą 26 do przyłączenia go do złącza węża pożarniczego.

Złączka wylotowa hydrantu przeciwpożarowego i złączka węża pożarniczego mają standardową średnicę wynoszącą 63,5 mm. Dlatego wlotowa część łącząca 24 i wylotowa część łącząca 26 mają tę samą średnicę. Ponieważ objętość i prędkość przepływu płynu są duże, to pożądanejest stosowanie przewodu 10 o większej średnicy. Odpowiednio do tego, połówki 12,14 przewodu 10 mają większą średnicę, korzystnie 101,6 mm z częściami przejściowymi w kształcie stożków ściętych, od średnicy 63,5 do 101,6mm. Zwiększenie średnicy przewodu 10 służy również do eliminacji kawitacji w komorze pomiarowej przepływu. Dla umożliwienia operowania przepływomierzem w terenie, każda połówka 12 i 14 przewodu 10 zaopatrzona jest w uchwyt 28 o kształcie odwróconej litery U. Dwa ramiona każdego z uchwytów 28 przyspawane są do przeciwległych stron odpowiedniej połówki 12,14 przewodu 10 i wystają poniżej przewodu 10 tworząc również stojak podtrzymujący urządzenie w uniesionym położeniu poziomym, kiedy nie jest on połączony w wylotem hydrantu lub pompy.

Jak pokazano na fig. 2, połówka wlotowa 12 przewodu 10 mieści zespół stabilizujący 30 do normalizowania wstępnie, stabilizacji i ujednorodniania przepływ, a połówka wylotowa 14 przewodu 10 mieści zespół detekcyjny 32 do wyznaczania parametrów płynu lub jego przepływu. W przedstawionym przykładzie wykonania, zespół detekcyjny 32 zawiera wirnik przepływomierza płynu.

Zespół stabilizujący 30 zawiera człon wypierający 34 do kierowania płynu. Człon wypierający 34 składa się z dwóch zwróconych w przeciwne strony ściętych stożków dopływowego 34a i odpływowego 34b, mających te same średnice większych podstaw połączonych trwale ze sobą. Stożek dopływowy 34a jest dłuższy od stożka odpływowego 34b, i ukształtowany jest z kątem wynoszącym od około 39 do około 75 stopni względem płaszczyzny wyznaczonej obwodem połączonych podstaw obu stożków 34a, 34b, przy czym korzystna wartość kąta wynosi około 67,5 stopnia. Kąt stożka odpływowego 34b względem płaszczyzny wyznaczonej przez obwód połączonych podstaw stożków 34a,34b wynosi korzystnie około 22 stopnie. Liczba Beta członu 34 względem wewnętrznej średnicy przewodu 12 ma wartość, korzystnie, od około 0,5 do około 0,94.

Człon wypierający 34 ma średnicę mniejszą od przewodu 10 i zainstalowany jest współosiowo w przewodzie 10, przy prostopadłym umieszczeniu płaszczyzny, wyznaczonej przez krawędź obwodową połączonych podstaw stożków 34a,34b, względem kierunku przepływu płynu, i przy symetrycznym rozmieszczeniu pochylonych powierzchni dwóch stożków 34a,34b wewnątrz przestrzeni wewnętrznej, czyli ścianki wewnętrznej połówki wlotowej 12 przewodu 10.

Kiedy płyn, na przykład woda, wpływa do wlotu 20 pod ciśnieniem, jest on wypierany, czyli odchylany, przez stożek dopływowy 34a członu wypierającego 34 do obszaru pierścieniowego o stopniowo zmniejszającej się powierzchni przekroju poprzecznego, aż do minimalnego przekroju, na obwodzie połączonych podstaw stożków 34a,34b. Płyn następnie przepływa przez obszar pierścieniowy o stopniowo zwiększającym się przekroju, utworzony przez stożek odpływowy 34b. W konsekwencji, strumień płynu zostaje ustabilizowany i znormalizowany wstępnie zarówno po stronie dopływowej, jak i odpływowej członu wypierającego 34. Również płyn, bądź płyny, i ewentualnie zawarte w płynie cząstki ciała stałego, zostają ujednorodnione tak, ze przewód za członem wypierającym 34 wypełniony jest w zasadzie jednorodną mieszaniną, w całym jego przekroju poprzecznym.

W szczególności człon wypierający 34 jest skuteczny do linearyzacji profilu prędkości strumienia płynu w szerokim zakresie prędkości przepływu, a stożek odpływowy 34b skutecznie optymalizuje prędkość powrotu płynu do warunków przepływu swobodnego w przewodzie 10 za członem wypierającym 34. W wyniku tego profil przepływu płynu za członem wypierającym 34 jest stosunkowo płaski, symetryczny i współosiowy względem przewodu 10, i ma dużą i stosunkowo stałą przeciętną średnicę przepływu, niezależnie od prędkości przepływu. Rozrzuty

173 989 prędkości przepływu są rzędu około 1 % lub poniżej. Zatem za członem wypierającym 34 zapewniony jest stały profil przepływu płynu umożliwiając dokładny pomiar parametrów przepływu.

Obwodowa krawędź utworzona przez połączone końce dwóch stożków 34a,34b, w połączeniu ze stożkiem odpływowym 34b powoduje, że za krawędzią obwodową w kierunku odpływu występują krótkie wiry. Te wiry mają małą amplitudę i dużą częstotliwość, a zatem sprzyjają optymalizacji prędkości powrotu strumienia do warunków przepływu swobodnego. Wiry o małej amplitudzie i dużej częstotliwości skutecznie eliminują nadmierne zaburzenia po stronie odpływowej, czyli tak zwany szum, a zatem umożliwiają bardzo dokładne i niezawodne pomiary. Tak więc człon wypierający 34 poprawia parametry umieszczonego za nim zespołu detekcyjnego 32.

Człon wypierający 34 korzystnie jest instalowany osiowo w połówce wlotowej 12 przewodu 10 za pomocą dowolnych środków mocujących, na przykład jednego lub wielu wsporników gwiaździstych, lub zakrzywionych wsporników kolankowych, bądź rury przechodzącej przez ściankę przewodu 10. Jednak z punktu widzenia skrajnego stopnia zawirowania w wodzie odpływającej z hydrantu lub węża pożarowego, korzystnie jest w tym konkretnym zastosowaniu zapewnienie środków wspomagających człon wypierający 34 w eliminacji zawirowań.

W korzystnym przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 i 3, człon wypierający 34 zainstalowany jest osiowo wewnątrz połówki wlotowej 12 przewodu 10 za pomocą łopatek prostujących przepływ, przy czym korzystnie, pierwszy zespół łopatek 36 jest usytuowany po stronie dopływowej członu wypierającego 34 a drugi zespół łopatek 38 po stronie odpływowej członu wypierającego 34. Stożki ścięte 34a i 34b korzystnie są spawane lub w inny sposób łączone swoimi mniejszymi podstawami z zespołami łopatek odpowiednio 36 i 38.

Jak to przedstawiono na fig. 3, każdy zespół łopatek 36,38, korzystnie zawiera sześć rozmieszczonych na obwodzie, w równych odstępach kątowych, łopatek odchodzących promieniowo od osi do wewnętrznej ścianki połówki wlotowej 12 przewodu 10. Wymiar wzdłużny łopatek powinien być nie mniejszy od półtorakrotnej średnicy przewodu 10. W korzystnym przykładzie wykonania każdy zespół łopatek 36, 38 ma długość równą około półtorej średnicy przewodu.

Dwa zespoły łopatek 36,38 stanowią część zespołu stabilizującego 30, przy czym połączone stożki 34a,34b zapewniają korekcję turbulencji i profilu przepływu, a łopatki wspomagają człon wypierający 34 w korygowaniu zawirowań. W wyniku tego, strumień płynu docierający do zespołu detekcyjnego 32 jest całkowicie ustabilizowany i wstępnie znormalizowany. Zespół detekcyjny 32 do wykrywania lub wyznaczania parametrów płynu korzystnie jest zainstalowany wewnątrz przewodu 10 w dowolnej pożądanej odległości za członem wypierającym 34, maksymalnie w odległości równej dziesięciokrotnej średnicy przewodu 10, zależnie od płynu, warunków przepływu i wyznaczanego parametru. Jednakowoż, najkorzystniejsze jest, jeżeli zespół detekcyjny 32 jest instalowany w zakresie od około dwóch do trzech średnic przewodu 10 za członem wypierającym 34, to znaczy około jednej do trzech średnic za zespołem stabilizującym 30. Segmentowa konstrukcja przewodu 10, składającego się z dwóch połówek 12,14, ułatwia montaż środków stabilizacji przepływu odpowiednio do różnych układów pomiarowych i próbkujących.

W przedstawionej korzystnym przykładzie wykonania, służącym do weryfikacji wydajności wyjściowej przeciwpożarowych hydrantów i zespołów pompowych, zespół detekcyjny 32 zawiera wirnikowy przepływomierz 40 z zespołem rejestracji przepływu i sumującym licznikiem przepływu i/lub wskaźnikiem chwilowej prędkości przepływu. Korzystnie przepływomierz, szczególnie odpowiedni do zastosowania, stanowi układ przepływomierza z wirnikiem i licznikiem.

Jak to przedstawiono na fig. 2, przepływomierz 40 zaopatrzony jest w wirnik 42 o średnicy nieco mniejszej od wewnętrznej średnicy połówki wylotowej 14 przewodu 10, zainstalowany na osi obrotu pokrywającej się z osią przewodu i osią członu 34 wypierającego płyn.

173 989

W przedstawionej konstrukcji, wirnik 42 zainstalowany jest obrotowo na czujniku elektrycznym 44, który zamontowany jest osiowo w przewodzie 10 na końcu zakrzywionego, korzystnie rurowego', wspornika kolankowego 46, który przechodzi promieniowo i jest przyspawany do ścianki połówki wylotowej 14 przewodu 10 za wirnikiem 42 i czujnikiem 44. Przewody elektryczne (nie przedstawione) przechodzą przez wspornik kolankowy 46 od czujnika 44 do łącznika 48 zainstalowanego na zewnętrznym końcu wspornika kolankowego 46. Łącznik 48 zawiera zaciski do połączeń elektrycznych z miernikiem zawierającym licznik ogólnego przepływu i/lub wskaźnik prędkości przepływu. Jeżeli potrzebna jest wyjątkowa dokładność, to czujnik 44 jest czujnikiem scalonym, generującym impulsy cyfrowe, które przekazywane są z łącznika 48 do odpowiedniego zespołu przetwarzania danych, na przykład komputera lub mikroprocesora. Takie oprzyrządowanie nie jest przedstawione na rysunku, ponieważ jest znane w technice pomiarów przepływu.

W przypadku opisanych części składowych ogólna dokładność układu, to znaczy łączna dokładność układów hydraulicznych, mechanicznych, elektrycznych i/lub elektronicznych wynosi co najmniej 99%. Łączne błędy układu wynoszą co najwyżej 1 %. Jak wiadomo, licznik sumujący może podawać odczyty w galonach, stopach sześciennych, akrach stopowych, metrach sześciennych, i innych standardowych jednostkach miary. Podobnie, wskaźnik prędkości przepływu może podawać odczyty w galonach na minutę, stopach sześciennych na sekundę lub innych jednostkach standardowych.

W odróżnieniu od układu z elektrycznym bądź elektronicznym czujnikiem i licznikiem, wirnik 42 korzystnie jest zaopatrzony w bezpośredni napęd mechaniczny licznika i wskaźnika, z giętkim wałem przechodzącym przez mocujący wspornik kolankowy 46, od wirnika 42 do licznika (nie przedstawiony) zainstalowanego na zewnętrznym końcu wspornika kolankowego 46. Ta postać napędu ma tę zaletę przy stosowaniu w terenie, że jest niezależna i nie wymaga elektrycznego zasilania układu rejestracji.

Przy stosowaniu, wirnik 42 jest obracany płynem przepływającym przez przewód 10 z prędkością proporcjonalną do prędkości przepływu. Wirnik 42 w ten sposób wykrywa i zapewnia pomiar prędkości strumienia płynu. Przy znanej średnicy przewodu 10, łatwe jest wyznaczenie objętości strumienia.

Ponadto, przez dodatkowe zastosowanie zespołu pomiarowego określającego spadek ciśnienia w określonych miejscach w przewodzie 10, można dokonać pomiaru strumienia masy płynu newtonowskiego lub w zasadzie newtonowskiego w funkcji różnicy ciśnień i prędkości płynu. W korzystnym przykładzie wykonania urządzenia różnica ciśnień mierzonajest na członie wypierającym 34 za pomocą przetwornika (nie przedstawiony). W tym celu, w ścianie połówki wlotowej 12 przewodu 10 wykonane jest okno 50 (które w przedstawionej konstrukcji zamknięte jest zwykle zatyczką 52), w celu umożliwienia zainstalowania zespołu pomiarowego do wyznaczania spadku ciśnienia na członie wypierającym 34. Na podstawie otrzymanej w ten sposób różnicy ciśnień i prędkości przepływu, z łatwością można obliczyć prędkość masową przepływu i//lub masę strumienia płynu przepływającego przez przewód 10.

W odróżnieniu od rozwiązań znanych, według wynalazku możliwy jest pomiar przepływu masowego w skrajnie krótkim odcinku liniowym. Pomiar przepływu masowego jest bardzo wartościowym wskaźnikiem pomocniczym w licznych funkcjach procesów przemysłowych, na przykład w zakładach przetwórstwa żywności.

Tak więc, wynalazek pozwala na dokładny pomiar różnych charakterystyk i parametrów przepływu płynu.

W zastosowaniach innych, niż w urządzeniach do weryfikacji pożarniczych bloków pompowych, zespół stabilizujący 30 według wynalazku jest korzystnie wykorzystywany do stabilizacji warunków przepływu płynu w różnych celach, i do poprawy dokładności, niezawodności oraz sprawności innych układów i przyrządów do pomiaru płynów.

Czynnik przepływający przez przewód 10 może być gazowy, ciekły lub być płynem lepkim, bądź stanowić ich kombinację, może również zawierać zawieszone cząstki ciała stałego w wszystkich w zasadzie przypadkach, zespół stabilizujący 30 sprzyja homogenizacji strumienia

173 989 i stabilizacji warunków przepływu, zapewniając stały profil przepływu o płaskiej powierzchni czołowej przy wylocie 20 połówki wlotowej 12 przewodu 10. W wyniku tego, w połówce wylotowej 14 przewodu, można dokonać szeregu pomiarów z dużą dokładnością i niezawodnością.

Jakkolwiek opisano i przedstawiono korzystny przykład wykonania wynalazku, to jest oczywiste, że jest możliwe dokonanie różnych zmian, konstrukcyjnych i modyfikacji bez wychodzenia poza zakres wynalazku określony w załączonych zastrzeżeniach.

173 989

ο

C\J

FIG. 2

173 989

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (19)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wyznaczania parametrów przepływu płynu, w którym przeprowadza się płyn przez przewód i mierzy się parametry przepływu płynu za pomocą zespołu detekcyjnego umieszczonego w przewodzie, znamienny tym, że przed doprowadzeniem płynu do zespołu detekcyjnego (32) odchyla się strumień płynu płynącego przez przewód (10) za pomocą umieszczonego w przewodzie (10) członu wypierającego (34) o średnicy mniejszej od średnicy przewodu (10), złożonego z dwóch ściętych stożków (34a,34b) połączonych większymi podstawami i zainstalowanych współosiowo względem przewodu (10) i prostopadle do kierunku przepływu, przy położeniu krawędzi stożków (34a,34b) symetrycznie względem wewnętrznej ścianki przewodu (10), przy czym strumień cieczy wprowadza się do obszaru pierścieniowego wyznaczonego między krawędziami stożków (34a,34b) a ścianką wewnętrzną przewodu (10), linearyzując i ustalając profil prędkości płynu przewodzie (10) w pobliżu zespołu detekcyjnego (32) oraz centrując osiowo średnicę średniego przepływu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień odchyla się za pomocą członu wypierającego (34) umieszczonego w przewodzie (10) przed zespołem detekcyjnym (32) w odległości nie większej od około dziesięciokrotnej średnicy przewodu (10).
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że strumień odchyla się za pomocą członu wypierającego (34) umieszczonego w przewodzie (10) przed zespołem detekcyjnym (32) w odległości równej od około jednej do około trzech średnic przewodu (10).
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że eliminuje się zawirowania płynu w przewodzie (10) za pomocą elementów eliminujących zawirowania płynu umieszczonych w przewodzie (10) w sąsiedztwie członu wypierającego (34).
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że eliminuje się zawirowania płynu w przewodzie (10) za pomocą elementów eliminujących zawirowania płynu umieszczonych w przewodzie (10) po stronie dopływowej i odpływowej członu wypierającego (34).
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mierzy się prędkość przepływu płynu przez przewód (10) za pomocą zespołu detekcyjnego (32).
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że mierzy się różnicę ciśnień w wyznaczonych położeniach w przewodzie (10) i wyznacza się na podstawie zmierzonej prędkości przepływu i różnicy ciśnień masę płynu przepływającego przez przewód (10).
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że mierzy się różnicę ciśnień pomiędzy dopływową i odpływową stroną członu wypierającego (34).
9. 9. Urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynu, zawierające przewód, w którym jest umieszczony zespół detekcyjny, znamienne tym, że zawiera zespół stabilizujący (30) do wyrównywania profilu przepływu płynu do zarysu mającego dużą współosiową z przewodem (10) przeciętną średnicę przekroju przepływu, przy czym zespół stabilizujący (30) jest usytuowany w przewodzie (10) przed zespołem detekcyjnym (32) i zawiera człon wypierający (34) o średnicy mniejszej od średnicy przewodu (10), złożony z dwóch ściętych stożków (34a,34b) połączonych większymi podstawami i zainstalowanych współosiowo względem przewodu (10), których krawędzie podstaw są usytuowane prostopadle do kierunku przepływu płynu i symetrycznie względem wewnętrznej ścianki przewodu (10).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół stabilizujący (30) zawiera elementy eliminujące zawirowania płynu przepływającego przez przewód (10).
11. 11. Urządzenie według zastrz.10, znamienny tym, że elementy eliminujące zawirowania są usytuowane po stronie dopływowej i po stronie odpływowej członu wypierającego (34).

    173 989
12. 12. Urządzenie według zastrz. 10, znamienny tym, że elementy eliminujące zawirowania mają postać łopatek (36,38) rozmieszczonych wzdłużnie w pewnych odstępach kątowych i dzielących część wnętrza przewodu (10) na kanały wzdłużne.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że wymiar wzdłużny łopatek (36,38) jest rzędu półtorej średnicy wewnętrznej przewodu (10).
14. 14. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że na. elementach eliminujących zawirowania jest zainstalowany współśrodkowo z przewodem (10) człon wypierający (34).
15. 15. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół detekcyjny (32) zaopatrzony jest w zespół do pobierania próbek płynu.
16. 16. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół detekcyjny (32) zawiera przepływomierz płynowy (40).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że przepływomierz płynowy (40) zawiera reagujący na przepływ wirnik (42), zainstalowany współosiowo względem przewodu (10).
18. 18. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół detekcyjny (32) znajduje się za zespołem stabilizującym (30) w odległości nie większej niż około dziesięciokrotność średnicy wewnętrznej przewodu (10).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że odległość między zespołem detekcyjnym (32) a zespołem stabilizującym (30) jest równa od około jednej do około trzech średnic wewnętrznych przewodu (10).