EA 009813B1 20080428 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2008\TIT_PDF/009813 Титульный лист описания [PDF] EAPO2008/PDF/009813 Полный текст описания EA200700428 20040810 Регистрационный номер и дата заявки US2004/025900 Номер международной заявки (PCT) WO2006/022702 20060302 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [eab] EAB20802 Номер бюллетеня [RU] ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И СМЕСИТЕЛЬ, ИМЕЮЩИЙ СЪЁМНЫЙ И СМЕННЫЙ СМЕЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Название документа G01F 1/37 Индексы МПК [US] Макколл Флойд (умер), Питерс Роберт Дж. В. Сведения об авторах [US] МАККРОМЕТЕР, ИНК. Сведения о патентообладателях [US] МАККРОМЕТЕР, ИНК. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000009813b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий

трубопровод, включающий съемную и сменную секцию, имеющий внешнюю стенку с внутренней поверхностью для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, при этом секция трубопровода имеет относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец,

смещающий элемент потока текучей среды в секции трубопровода, имеющий относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем смещающий элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет между своими концами средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную между внешней поверхностью смещающего элемента и внутренней поверхностью секции,

трубу, проходящую через стенку секции трубопровода и имеющую часть, проходящую, по существу, в осевом направлении секции в направлении вниз по потоку,

смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход, соединенный с участком трубы таким образом, чтобы обмен текучей средой был установлен между внутренней частью секции трубопровода и местом в или рядом с осью секции трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку смещающего элемента, и

согласующее средство для съемной и сменной установки смещающего элемента, посредством чего смещающий элемент снимается и заменяется на другой смещающий элемент для заданного другого потока через секцию;

причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.

2. Измеритель по п.1, в котором труба содержит первое измерительное отводное отверстие внутри секции трубопровода и второе измерительное отводное отверстие, проходящее через стенку секции трубопровода выше по потоку от смещающего элемента, причем отводные отверстия обеспечивают измерение расхода потока текучей среды в трубопроводе в областях выше и ниже по потоку от смещающего элемента.

3. Измеритель по п.2, включающий средство для измерения расхода потока, связанное с секцией трубопровода и отводными отверстиями и определяющее с ними корпус измерителя, причем смещающий элемент может быть заменен на другой смещающий элемент, посредством чего различные текучие среды и различные потоки могут измеряться с помощью одного корпуса измерителя.

4. Измеритель по п.2, в котором второе из отводных отверстий связано с областью в трубопроводе выше по потоку от смещающего элемента, где распределение профиля скоростей потока текучей среды относительно гладкое, а средство для измерения потока, внешнее относительно трубопровода, связано с внутренней частью трубопровода посредством измерительных отводных отверстий.

5. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.

6. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.

7. Измеритель по п.6, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.

8. Измеритель по п.7, в котором винтовые резьбы между конической резьбовой пробкой и удлинением и между смещающим элементом и удлинением имеют противоположное направление.

9. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит сопрягающее гнездо и штифт для быстрого крепления и открепления.

10. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий

трубопровод для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, причем трубопровод имеет внешнюю стенку с внутренней поверхностью,

смещающий элемент потока текучей среды в трубопроводе, имеющий относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную периферией смещающего элемента и внутренней поверхностью трубопровода,

отводное отверстие для измерения потока, проходящее через стенку трубопровода и связанное с областью в трубопроводе выше по потоку от смещающего элемента,

трубу, проходящую через стенку трубопровода и включающую участок, проходящий в направлении вниз по потоку, по существу, осевом относительно трубопровода,

смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход и подсоединяемый и съемно крепящийся к участку трубы, причем труба и проход содержит измерительное отводное отверстие, выполненное между областью, внешней для трубопровода, и областью внутри трубопровода, размещенной в или рядом с осью трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку от смещающего элемента, и

согласующее средство для подсоединяемого и съемного крепления смещающего элемента с участком трубы, причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.

11. Измеритель по п.10, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.

12. Измеритель по п.10, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.

13. Измеритель по п.12, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.

14. Измеритель по п.13, в котором винтовые резьбы между конической резьбовой пробкой и удлинением и между смещающим элементом и удлинением имеют противоположное направление.

15. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий

трубопровод, включающий съемную и сменную секцию трубопровода, имеющий внешнюю стенку с внутренней поверхностью для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, при этом секция трубопровода имеет относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец,

смещающий элемент потока текучей среды в секции трубопровода, имеющий направления относительно потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем смещающий элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет между своими концами средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную между внешней поверхностью смещающего элемента и внутренней поверхностью секции,

трубу, проходящую через стенку секции трубопровода и имеющую участок, проходящий, по существу, в осевом направлении секции в направлении вниз по потоку,

смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход, соединенный с участком трубы таким образом, чтобы обмен текучей средой был установлен между внутренней частью секции трубопровода и местом в или рядом с осью секции трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку от смещающего элемента, и

согласующее средство для съемной и сменной установки смещающего элемента, посредством чего смещающий элемент снимается и заменяется на другой смещающий элемент для заданного другого потока через секцию, причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.

16. Измеритель по п.15, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.

17. Измеритель по п.15, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.

18. Измеритель по п.17, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.

 


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий

трубопровод, включающий съемную и сменную секцию, имеющий внешнюю стенку с внутренней поверхностью для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, при этом секция трубопровода имеет относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец,

смещающий элемент потока текучей среды в секции трубопровода, имеющий относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем смещающий элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет между своими концами средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную между внешней поверхностью смещающего элемента и внутренней поверхностью секции,

трубу, проходящую через стенку секции трубопровода и имеющую часть, проходящую, по существу, в осевом направлении секции в направлении вниз по потоку,

смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход, соединенный с участком трубы таким образом, чтобы обмен текучей средой был установлен между внутренней частью секции трубопровода и местом в или рядом с осью секции трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку смещающего элемента, и

согласующее средство для съемной и сменной установки смещающего элемента, посредством чего смещающий элемент снимается и заменяется на другой смещающий элемент для заданного другого потока через секцию;

причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.

2. Измеритель по п.1, в котором труба содержит первое измерительное отводное отверстие внутри секции трубопровода и второе измерительное отводное отверстие, проходящее через стенку секции трубопровода выше по потоку от смещающего элемента, причем отводные отверстия обеспечивают измерение расхода потока текучей среды в трубопроводе в областях выше и ниже по потоку от смещающего элемента.

3. Измеритель по п.2, включающий средство для измерения расхода потока, связанное с секцией трубопровода и отводными отверстиями и определяющее с ними корпус измерителя, причем смещающий элемент может быть заменен на другой смещающий элемент, посредством чего различные текучие среды и различные потоки могут измеряться с помощью одного корпуса измерителя.

4. Измеритель по п.2, в котором второе из отводных отверстий связано с областью в трубопроводе выше по потоку от смещающего элемента, где распределение профиля скоростей потока текучей среды относительно гладкое, а средство для измерения потока, внешнее относительно трубопровода, связано с внутренней частью трубопровода посредством измерительных отводных отверстий.

5. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.

6. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.

7. Измеритель по п.6, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.

8. Измеритель по п.7, в котором винтовые резьбы между конической резьбовой пробкой и удлинением и между смещающим элементом и удлинением имеют противоположное направление.

9. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит сопрягающее гнездо и штифт для быстрого крепления и открепления.

10. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий

трубопровод для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, причем трубопровод имеет внешнюю стенку с внутренней поверхностью,

смещающий элемент потока текучей среды в трубопроводе, имеющий относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную периферией смещающего элемента и внутренней поверхностью трубопровода,

отводное отверстие для измерения потока, проходящее через стенку трубопровода и связанное с областью в трубопроводе выше по потоку от смещающего элемента,

трубу, проходящую через стенку трубопровода и включающую участок, проходящий в направлении вниз по потоку, по существу, осевом относительно трубопровода,

смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход и подсоединяемый и съемно крепящийся к участку трубы, причем труба и проход содержит измерительное отводное отверстие, выполненное между областью, внешней для трубопровода, и областью внутри трубопровода, размещенной в или рядом с осью трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку от смещающего элемента, и

согласующее средство для подсоединяемого и съемного крепления смещающего элемента с участком трубы, причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.

11. Измеритель по п.10, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.

12. Измеритель по п.10, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.

13. Измеритель по п.12, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.

14. Измеритель по п.13, в котором винтовые резьбы между конической резьбовой пробкой и удлинением и между смещающим элементом и удлинением имеют противоположное направление.

15. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий

трубопровод, включающий съемную и сменную секцию трубопровода, имеющий внешнюю стенку с внутренней поверхностью для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, при этом секция трубопровода имеет относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец,

смещающий элемент потока текучей среды в секции трубопровода, имеющий направления относительно потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем смещающий элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет между своими концами средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную между внешней поверхностью смещающего элемента и внутренней поверхностью секции,

трубу, проходящую через стенку секции трубопровода и имеющую участок, проходящий, по существу, в осевом направлении секции в направлении вниз по потоку,

смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход, соединенный с участком трубы таким образом, чтобы обмен текучей средой был установлен между внутренней частью секции трубопровода и местом в или рядом с осью секции трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку от смещающего элемента, и

согласующее средство для съемной и сменной установки смещающего элемента, посредством чего смещающий элемент снимается и заменяется на другой смещающий элемент для заданного другого потока через секцию, причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.

16. Измеритель по п.15, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.

17. Измеритель по п.15, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.

18. Измеритель по п.17, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.

 


009813
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для прохождения текучей среды и, в частности, к измерителям расхода потока текучей среды, смесителям текучей среды и устройствам диспергирования текучей среды.
Уровень техники
Патенты US № 4638672, 4812049, 5363699 и 5814738 раскрывают измерители расхода потока текучей среды и устройства смешивания и диспергирования текучей среды, которые отличаются уникальным статическим смещающим элементом потока текучей среды, который установлен симметрично в трубопроводе и который действует для линеаризации потока текучей среды через трубопровод в зоне, определенной между смещающим элементом и внутренней поверхностью трубопровода, а также для сглаживания профиля скорости потока текучей среды в трубопроводе выше и ниже по потоку смещающего элемента. Устройство обеспечивает надежное измерение расхода потока текучей среды в трубопроводе, а также обеспечивает однородное смешивание и диспергирование различных текучих сред или текучих сред, содержащих твердые частицы.
Уникальные измерители расхода потока текучей среды и смесители изготовляются и продаются под зарегистрированной торговой маркой V-CONE компании McCrometer, Inc. из Hemet, California, которая является собственником вышеуказанных патентов и правопреемником настоящего изобретения.
Смещающий элемент потока текучей среды в устройствах V-CONE состоит из двух усеченных пирамид, обычно конических, соединенных у больших краев и установленных соосно в отделенной секции трубопровода. Усеченные пирамиды установлены, по существу, перпендикулярно к оси секции и направлению потока текучей среды, и их периферии разнесены симметрично внутрь от внутренней поверхности секции трубопровода. В зависимости от размеров смещающего элемента относительно внутреннего диаметра трубопровода, смещающий элемент является эффективным для линеаризации потока текучей среды в пределах диапазона скоростей потока через секцию.
В некоторых вариантах осуществления смещающий элемент выполнен посредством соединения двух усеченных пирамид по большим краям, обычно посредством сварки. Усеченная пирамида, расположенная выше по потоку, обычно крепится, например, посредством сварки в верхней части и в меньшем конце к магистрали или трубе, которая проходит через смещающий элемент к нижней части и через которую определяются показания давления или через которую вводится вторичная текучая среда для смешивания с первичной текучей средой, проходящей через трубопровод. Магистраль или труба изогнута наружу и проходит через стенку секции трубопровода выше по потоку от смещающего элемента. Магистраль или труба крепится, например, приваривается к стенке секции трубопровода и выступает в качестве удобного средства крепления смещающего элемента соосно в секции.
В вышеописанных вариантах осуществления отдельный измеритель потока и связанные датчики параметров потока необходимы для каждого из различных размеров измерителей потока, необходимых для линеаризации и измерения параметров потока текучей среды в пределах соответствующих диапазонов скоростей потока.
Патент № 5814738 раскрывает вариант осуществления устройства V-CONE, в котором смещающий элемент потока текучей среды с возможностью съема и замены установлен в нижнем конце секции трубопровода так, что смещающий элемент может сниматься и заменяться одним или более другими смещающими элементами для приспособления различных текучих сред и различных диапазонов параметров потока текучей среды через секцию трубопровода. Таким образом, одна секция трубопровода, т.е. один корпус измерителя может использоваться с множеством смещающих элементов для приспособления различных жидкостей и газов и широкого диапазона параметров потоков через корпус измерителя.
Последний вариант осуществления устройства также обеспечивает отводные отверстия для измерения расхода потока через стенку секции трубопровода или корпус измерителя, поэтому отводные отверстия для измерения либо другие отверстия или проходы не требуются в смещающем элементе. Тем не менее, было выяснено, что для некоторых текучих сред, особенно газов с высокой скоростью, измерение давления в нижней части смещающего элемента посредством отводного отверстия в стенке трубопровода является не таким точным, как измерение в нижней части, полученное с помощью предыдущих вариантов осуществления устройства V-CONE.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в усовершенствовании устройств, раскрытых в вышеуказанных документах, коммерческих вариантов осуществления измерителей V-CONE и устройств смешивания и диспергирования текучих сред.
В частности, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении средства съемной и сменной установки смещающих элементов в секции трубопровода для отделяемого соединения и отсоединения от магистрали или трубы, которая проходит через стенку трубопровода и связана с осевым проходом через смещающий элемент, с тем чтобы достигались преимущества сменности и возможности измерений на оси ниже по потоку поверхности смещающего элемента.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения магистраль или труба, проходящая через и прикрепленная к стенке трубопровода, включает часть, размещенную, по существу,
- 1 -
009813
на оси секции трубопровода и проходящую в направлении ниже по потоку. Смещающий элемент, имеющий, по существу, осевое сквозное отверстие или проход, сопрягается с магистралью или трубой таким образом, чтобы магистраль или труба находились в сообщении по текучей среде с осью поверхности ниже по потоку смещающего элемента, с тем чтобы измерения могли проводиться из этой точки через магистраль или трубу снаружи секции трубопровода.
В предпочтительном варианте осуществления концевая часть магистрали или трубы и конец выше по потоку смещающего элемента снабжены согласующим средством для съемного крепления смещающего элемента к концевой части магистрали. Согласующее средство крепления может иметь любую одну или более из нескольких известных форм, таких как сопрягающая винтовая резьба, самозажимные гнезда байонетного или J-типа, и т.д., при условии, что они абсолютно надежные. Не следует иметь уходящий смещающий элемент, перемещаемый ниже по потоку к насосу, компрессору или другому дорогостоящему элементу оборудования.
По этой причине предпочтительные варианты осуществления изобретения содержат резервные системы крепления.
Таким образом, изобретение обеспечивает измеритель потока текучей среды и смесительное устройство, имеющее съемные и сменные вытесняющие элементы и также обеспечивающее возможность проведения измерения давлений в оптимальных местах трубопровода.
Эти и другие задачи и преимущества настоящего изобретения будут очевидными специалистам в данной области техники из последующего подробного описания, рассматриваемого совместно с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - осевое поперечное сечение первого варианта осуществления изобретения;
фиг. 2 - увеличенное поперечное сечение измерителя расхода потока текучей среды, содержащего вариант осуществления на фиг. 1;
фиг. 3 - вид в перспективе крепления смещающего элемента варианта осуществления на фиг. 1;
фиг. 4 и 5 - поперечные сечения элементов крепления смещающего элемента варианта осуществления на фиг. 1;
фиг. 6 - осевое поперечное сечение второго варианта осуществления изобретения;
фиг. 7 - вид в разрезе части на фиг. 6, обведенной в кружок "В" и иллюстрирующей крепление смещающего элемента варианта осуществления на фиг. 6; и
фиг. 8, 9 и 10 - поперечные сечения трех взаимозаменяемых смещающих элементов для использования в одном и том же трубопроводе или трубопроводах с одинаковым внутренним диаметром, причем каждый из них имеет различный бета-коэффициент относительно трубопровода.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Далее приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, предусмотренных в качестве оптимального режима осуществления изобретения. Модификации и изменения в них должны стать очевидными специалистам в данной области техники, как представлено в описании.
На фиг. 1 показан измеритель расхода потока текучей среды согласно изобретению, обозначенный в целом позицией 10, который приспособлен для установки в магистрали или другом трубопроводе потока текучей среды, который показан как состоящий из секций 12 трубы, имеющих болтовые фланцы 14 на концах. Измеритель расхода потока 10 состоит из корпуса измерителя или секции 20 трубопровода и смещающего элемента 40 прохождения текучей среды, установленного соосно внутри корпуса. Корпус 20 измерителя содержит, по существу, секцию трубы или трубопровода, приспособленную для болтового или иного крепления между двумя секциями трубопровода, например, между фланцами 14 показанных секций 12 трубы. Корпус измерителя, в качестве примера, имеет так называемую конструкцию тонкой пластины и просто размещен между фланцами 14 и центрирован либо выровнен по оси с секциями 12 трубы посредством расположенных на одной окружности болтов 16 (показан только один), проходящих между фланцами и соединяя фланцы. Тем не менее, секция 20 трубопровода может иметь любую надлежащую конфигурацию, например секцию с фланцами или сварными швами.
Секция 20 имеет внутреннее отверстие или сквозное отверстие 22, которое при использовании содержит часть и составляет удлинение прохода потока текучей среды через трубопровод 12. Как указано стрелкой, направление потока текучей среды показано слева направо на чертежах. Труба 12 и секция 20 трубопровода обычно имеют цилиндрическую форму, а отверстие 22 обычно, хотя и не всегда имеет то же внутреннее поперечное сечение и размер, что и секции 12 трубы.
Продольно расположенные отводные отверстия 24 и 26 для измерения потока проходят радиально через корпус 20 в положениях для целей, которые будут описаны далее.
На фиг. 1 и 2 показано, что смещающее средство 40 состоит из части, определяющей поток, или смещающего элемента 42 и опоры или крепления 44.
Часть, определяющая поток или смещающий элемент 42, состоит из корпуса, обычно цилиндрического, который имеет основной поперечный диаметр или размер на конце 46 и две расположенные напротив друг друга, обычно конические наклоненные стенки 48 и 50, которые обращены, соответственно,
- 2 -
009813
в направлениях выше и ниже по потоку в корпусе измерителя и которые сужаются симметрично внутрь в направлении оси корпуса. Если не указано иное, элемент 42, задающий поток, имеет, по существу, такие же физические характеристики и функционирует, по существу, так же, как и вытесняющие элементы потока, используемые в устройствах V-CONE компании McCrometer Inc., и элементы, описанные в патентах US № 4638672, 4812049, 5363699 и 5814738, которые включены в данное описание посредством ссылки, как если бы они были полностью изложены в данном документе.
Как описано в предшествующих патентах, элемент 42 имеет меньший размер, чем отверстие 22 в трубопроводе 20 и установлен соосно внутри отверстия перпендикулярно направлению потока текучей среды и с наклоненными стенками 48 и 50, разнесенными симметрично внутрь от внутренней поверхности стенки трубопровода. Большие и смежные края наклоненных стенок имеют одинаковый размер и форму и определяют в месте соединения ровную наружную кромку 46, плоскость которой расположена перпендикулярно направлению потока текучей среды. Расположенная выше по потоку стенка 48 длиннее расположенной ниже по потоку стенки 50 и предпочтительно сужается внутрь до небольшого диаметра в верхнем конце. Стенка расположена под углом в диапазоне от около 39 до около 75° к плоскости, определяемой наружной кромкой 46, причем предпочтительный угол составляет около 67,5°. Угол расположенной ниже по потоку стенки 50 относительно плоскости, определяемой кромкой 46, находится в диапазоне от около 15 до около 30°, при этом предпочтительный угол составляет около 26°. Бета-коэффициент элемента 42 относительно внутреннего диаметра трубопровода 20 может варьироваться примерно от 0,4 до 0,94.
Когда текучая среда входит во впускное отверстие или верхний край трубопровода 20, текучая среда смещается или отклоняется верхней стенкой 48 элемента 42 в кольцевую зону с постепенно сокращающейся площадью поперечного сечения с минимальной площадью в плоскости внешней кромки 46. Затем текучая среда проходит в кольцевую зону с постепенно увеличивающейся площадью, определяемой нижней стенкой 50. Как следствие, поток текучей среды стабилизируется и приводится к определенным условиями выше и ниже по потоку элемента 42. В частности, элемент 42 действует для линеаризации потока текучей среды в зоне между элементом 42 и стенкой трубопровода 20 и для сглаживания распределения скоростей потока текучей среды в трубопроводе выше и ниже по потоку смещающего элемента в пределах диапазона скоростей потока. Следовательно, распределение потока выше и ниже по потоку является относительно плоским, симметричным, центрированным по оси в трубопроводе и с большим и, по существу, постоянным средним диаметром потока вне зависимости от скорости потока. Кроме того, текучая среда или среды и любые твердые вещества в ней гомогенизируются таким образом, что трубопровод 20 заполняется, по существу, однородной смесью, по существу, через всю площадь поперечного сечения.
Кроме того, нижняя стенка 50 служит для оптимизации скорости возвратного потока текучей среды, когда он возвращается в режим свободного потока в трубопроводе ниже элемента. Острый наружный край 46, связанный с нижней стенкой 50, вызывает короткие завихрения от наружного края в направлении вниз по потоку. Эти завихрения имеют небольшую амплитуду и высокую частоту и тем самым способствуют оптимизации скорости выше по потоку текучей среды. Завихрения небольшой амплитуды и высокой частоты эффективно устраняют внешние ниже по потоку возмущения или так называемый "шум" и тем самым упрощают высокоточные и надежные измерения.
Для целей сменного крепления смещающего элемента 42 в секции трубопровода или корпусе 20 измерителя расхода с измерением параметров потока по или по существу по оси трубопровода в нижнем краю вытесняющего элемента, предпочтительный вариант осуществления изобретения включает сборочный узел 44 выше по потоку смещающего элемента, к которому съемно крепится верхний край смещающего элемента.
Как показано на фиг. 2-5, узел 44 содержит магистраль или трубу, состоящую из трубчатого штока или втулки 54, проходящей из нижнего отводного отверстия 26 для измерения параметров потока ради-ально в трубопровод, и трубчатого направляющего штифта 56, закрепленного к внутреннему концу втулки 54 и проходящего вдоль оси трубопровода в направлении вниз. Направляющий штифт 56 имеет длину, примерно равную длине вытесняющего элемента 42, и делится посредством продольных прорезей на четыре квадранта 58 на конце ниже по потоку. Концы ниже по потоку четырех квадрантов имеют внутреннюю резьбу 60, и конец выше по потоку направляющего штифта содержит внешнюю резьбу 62. Смещающий элемент имеет осевой сквозной проход 64 для удобного приема направляющего штифта 56 и имеет внутреннюю резьбу 66 на верхнем конце для резьбового зацепления с внешней резьбой 62 на направляющем штифте. Различные смещающие элементы, таким образом, могут подсоединяемо/съемно и взаимозаменяемо крепиться к сборочному узлу 44 просто посредством завинчивания и отвинчивания от направляющего штифта 56. Для защиты резьба 62-66 предпочтительно является самостопорящей.
Дополнительно, в предпочтительном варианте осуществления сборочный узел включает вторую или резервную систему крепления, а именно, прорезанный ниже по потоку конец 58 направляющего штифта 56 и связанный с ним трубчатый установочный винт 68. Установочный винт имеет конусообразный выше по потоку конец и внешнюю винтовую резьбу 70 примыкающего к нему конца ниже по потоку. Установочный винт приспособлен для завинчивания во внутреннюю резьбу 60 на конце ниже по по
- 3 -
009813
току направляющего штифта, посредством чего четыре квадранта 58 направляющего штифта сдвигаются наружу в фиксирующее зацепление со стенкой прохода через смещающий элемент. Тем самым смещающий элемент надежно крепится к направляющему штифту, так чтобы не ослабевать при использовании, и не представлять угрозы для оборудования, размещенного ниже по потоку измерителя расхода потока текучей среды. В качестве дополнительной меры безопасности пары 62-66 и 60-70 винтовой резьбы предпочтительно имеют противоположные направления.
Для облегчения вращения при завинчивании и отвинчивании винтов смещающий элемент 42 имеет пару отверстий 72 в стенке ниже по потоку для приема инструмента (не показан), имеющего пару установочных штифтов для зацепления, а установочный винт 68 имеет шестиугольное гнездо 74 в поверхности ниже по потоку для приема шестиугольного гайковерта (не показан), зацепляемого с ним.
Отводное отверстие 24 выше по потоку для измерения расхода потока упрощает определение одного или более параметров потока текучей среды выше по потоку от края 46 смещающего элемента 42, а отводное отверстие 26 ниже по потоку для измерения параметров потока, связанное посредством трубчатых элементов 54, 56 и 68, упрощает определение одного или более параметров потока текучей среды в осевом направлении трубопровода в поверхности ниже по потоку смещающего элемента 42.
Смещающий элемент 42 легко прикрепляется и открепляется от направляющего штифта 56 и взаимозаменяем другими смещающими элементами различных размеров и конфигураций для поддержки измерения расхода потока через корпус 20 измерителя различных текучих сред и при различных скоростях потока, а также для упрощения использования в корпусе измерителей смещающих элементов, имеющих различные бета-коэффициенты, например, трех различных смещающих элементов, показанных на фиг. 8, 9 и 10.
Два измерительных отводных отверстия 24 и 26 соединены с помощью надлежащей аппаратуры 27 для измерения расхода потока, известной в данной области техники, для предоставления показаний характеристик потока, которые необходимо определять.
Со ссылкой на фиг. 6 и 7 показан второй вариант осуществления изобретения, содержащий секцию 20а трубы, имеющую продольно расположенные радиальные отводные отверстия 24а и 26а для измерения расхода потока, трубу или магистраль 44а, прикрепленную на одном конце посредством сварки к отводному отверстию 26а ниже по потоку и изогнутую в направлении вниз, чтобы проходить в проходящую в осевом направлении направляющую 56а, и смещающий элемент 42а, подсоединяемо и съемно установленный на направляющей 56а. В этом варианте осуществления взаимозаменяемые вытесняющие элементы 42а прикрепляются и открепляются от направляющей 56а посредством устройства быстрого крепления и открепления, обозначенного позицией 80. За исключением устройства 80 позиции, используемые на фиг. 6 и 7, такие же, как на фиг. 1-5, с дополнительным суффиксом "а".
Устройство 80 содержит множество штифтов 82, прикрепленных к смещающему элементу и проходящих радиально в центральный проход или отверстие 64а смещающего элемента, соответствующее число гнезд 84 байонетного или J-типа в направляющей 56а для размещения штифтов с возможностью расцепления и пружину 86 внутри отверстия 64а, отодвигающую смещающий элемент от направляющей, с тем чтобы штифты 82 обычно оставались установленными на нижнем конце J-гнезд, как показано на фиг. 7, для крепления смещающего элемента к направляющей. Поток текучей среды также удерживают штифты на концах J-гнезд.
Для снятия или открепления смещающего элемента от направляющей необходимо только подтолкнуть смещающий элемент вверх по потоку, чтобы сместить штифты с нижних концов J-гнезд для закручивания смещающего элемента на короткое расстояние в разрешенном направлении и обеспечения возможности пружине 86 отделить штифты от направляющих посредством открытых верхних концов J-гнезд. Тот же или другой смещающий элемент может быть присоединен к направляющей посредством выполнения указанных шагов в обратном порядке.
Предпочтительно, направляющая включает пару разнесенных по оси O-колец 88 или аналогичных уплотнителей для плотного прикрепления смещающего элемента к направляющей.
Съемное прикрепление смещающего элемента 42, 42а к направляющей магистрали или трубе 44, 44а предпочтительно при изготовлении измерителей расхода потока текучей среды и смесительных устройств в том, что стандартные процедуры производства могут использоваться для изготовления секций трубопровода и корпусов измерителей расхода различных стандартных диаметров и смещающих элементов различных стандартных диаметров, конфигурации и бета-коэффициентов, с тем чтобы измерители и смесители, соответствующие отдельным техническим условиям, могли быстро и экономично собираться из серийных имеющихся в наличии элементов вместо изготовления на заказ. Все элементы производятся с геометрическим подобием и определенными ограничениями, такими как расстояние между измерительными отводными отверстиями 24, 26 и 24а, 26а и расстояние бета-края 46, 46а от измерительного отводного отверстия 26, 26а, которое связано с поверхностью ниже по потоку смещающего элемента. За счет стандартизации и поддержания постоянного геометрического подобия может отпадать необходимость тестирования всех без исключения измерителей и смесителей, как происходило в случаях изготовляемых на заказ измерителей и смесителей.
На фиг. 8, 9 и 10 показаны в качестве примера три репрезентативных смещающих элемента 42b, 42с
- 4 -
009813
и 42d, предназначенных для использования в трубопроводе определенного диаметра, каждый из которых обеспечивает различный бета-коэффициент в трубопроводе, и все из которых обеспечивают одинаковое расстояние бета-края 46b, 46с и 46d от соответствующего измерительного отводного отверстия.
Смещающий элемент на фиг. 8 имеет бета-край 46b относительно большого диаметра, обеспечивающий (для определенного внутреннего диаметра трубопровода) бета-коэффициент, равный 0,45.
Смещающий элемент на фиг. 9 имеет край 46с промежуточного диаметра, обеспечивающий (в трубопроводе того же внутреннего диаметра) бета-коэффициент, равный 0,55. Меньший диаметр края 46с приводит к укорачиванию верхней наклоненной стенки 48с по сравнению со стенкой 48b. Для поддержания одинакового расстояния края 46с от соответствующего измерительного отводного отверстия смещающий элемент 42с на фиг. 9 включает на конце выше по потоку цилиндрическое удлинение 49с такой длины, чтобы общая длина смещающего элемента 42с совпадала с длиной смещающего элемента 42b, а бета-край 46с был на том же расстоянии от измерительного отводного отверстия, что и бета-край 46b.
Смещающий элемент 42d, показанный на фиг. 10, имеет бета-край 46d относительно небольшого диаметра, имеющий (внутри трубопровода того же внутреннего диаметра) бета-коэффициент, равный 0,65. Чтобы поддерживать постоянной общую длину смещающего элемента и расстояние бета-края от измерительного отводного отверстия, смещающий элемент имеет на верхнем крае цилиндрическое удаление 49d большей длины, чем удлинение 49с смещающего элемента на фиг. 9.
За счет поддержания геометрического подобия и определенных констант и использования на практике стандартных процедур производства один корпус 20 измерителя и связанная с ним измерительная аппаратура 27 может быть приспособлена для различных целей и для выполнения различных функций за счет надлежащего выбора, например, одного или другого из смещающих элементов, показанных на фиг. 8, 9 и 10, а также других смещающих элементов.
Система крепления или опоры смещающих элементов согласно изобретению упрощает удобный и быстрый переход устройства от одного бета-коэффициента к другому бета-коэффициенту или от одного диапазона скоростей потока к другому или различным диапазонам скоростей потока. Конкретно, размер или конфигурация, например, углы наклона смещающего элемента относительно отверстия 22 в секции 20 определяет бета-коэффициент, тип текучих сред и диапазон потоков, в которых смещающий элемент действует для линеаризации потока текучей среды через зону между смещающим элементом и внутренней поверхностью стенки трубопровода. Изменение размера и конфигурации смещающего элемента изменяет тип и диапазоны параметров потоков, к которым восприимчива система. Следовательно, за счет снятия первого смещающего элемента и его замены на другой смещающий элемент система может быть точно восприимчивой к различным скоростям потока и различным текучим средам и смесям текучих сред. Благодаря изобретению это может выполняться просто и быстро посредством выемки секции 20 из трубопровода, снятия смещающего элемента с направляющей 56 или 56а и секции 20 трубопровода, замены смещающего элемента на другой смещающий элемент и возврата секции 20 на свое место в трубопроводе 12. Следовательно, нет необходимости в замене данного корпуса измерителя расхода полностью другим корпусом измерителя. Одной секции 20 трубопровода и связанных датчиков достаточно для измерения расхода потока текучей среды для ряда диапазонов скоростей потока и ряда различных текучих сред, жидкостей, газов и их смесей.
Следовательно, задачи настоящего изобретения достигаются удобным, практичным, экономичным и простым образом.
Хотя в данном описании проиллюстрированы и описаны предпочтительные в данный момент варианты осуществления изобретения, следует принимать во внимание, что различные изменения, переделки и модификации могут вноситься без отступления от объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий
трубопровод, включающий съемную и сменную секцию, имеющий внешнюю стенку с внутренней поверхностью для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, при этом секция трубопровода имеет относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец,
смещающий элемент потока текучей среды в секции трубопровода, имеющий относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем смещающий элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет между своими концами средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную между внешней поверхностью смещающего элемента и внутренней поверхностью секции,
трубу, проходящую через стенку секции трубопровода и имеющую часть, проходящую, по существу, в осевом направлении секции в направлении вниз по потоку,
смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход, соединенный с участком трубы таким
- 5 -
009813
образом, чтобы обмен текучей средой был установлен между внутренней частью секции трубопровода и местом в или рядом с осью секции трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку смещающего элемента, и
согласующее средство для съемной и сменной установки смещающего элемента, посредством чего смещающий элемент снимается и заменяется на другой смещающий элемент для заданного другого потока через секцию;
причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.
2. Измеритель по п.1, в котором труба содержит первое измерительное отводное отверстие внутри секции трубопровода и второе измерительное отводное отверстие, проходящее через стенку секции трубопровода выше по потоку от смещающего элемента, причем отводные отверстия обеспечивают измерение расхода потока текучей среды в трубопроводе в областях выше и ниже по потоку от смещающего элемента.
3. Измеритель по п.2, включающий средство для измерения расхода потока, связанное с секцией трубопровода и отводными отверстиями и определяющее с ними корпус измерителя, причем смещающий элемент может быть заменен на другой смещающий элемент, посредством чего различные текучие среды и различные потоки могут измеряться с помощью одного корпуса измерителя.
4. Измеритель по п.2, в котором второе из отводных отверстий связано с областью в трубопроводе выше по потоку от смещающего элемента, где распределение профиля скоростей потока текучей среды относительно гладкое, а средство для измерения потока, внешнее относительно трубопровода, связано с внутренней частью трубопровода посредством измерительных отводных отверстий.
5. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.
6. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.
7. Измеритель по п.6, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.
8. Измеритель по п.7, в котором винтовые резьбы между конической резьбовой пробкой и удлинением и между смещающим элементом и удлинением имеют противоположное направление.
9. Измеритель по п.1, в котором согласующее средство содержит сопрягающее гнездо и штифт для быстрого крепления и открепления.
10. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий
трубопровод для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, причем трубопровод имеет внешнюю стенку с внутренней поверхностью,
смещающий элемент потока текучей среды в трубопроводе, имеющий относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную периферией смещающего элемента и внутренней поверхностью трубопровода,
отводное отверстие для измерения потока, проходящее через стенку трубопровода и связанное с областью в трубопроводе выше по потоку от смещающего элемента,
трубу, проходящую через стенку трубопровода и включающую участок, проходящий в направлении вниз по потоку, по существу, осевом относительно трубопровода,
смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход и подсоединяемый и съемно крепящийся к участку трубы, причем труба и проход содержит измерительное отводное отверстие, выполненное между областью, внешней для трубопровода, и областью внутри трубопровода, размещенной в или рядом с осью трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку от смещающего элемента, и
согласующее средство для подсоединяемого и съемного крепления смещающего элемента с участком трубы, причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.
11. Измеритель по п.10, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.
12. Измеритель по п.10, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.
- 6 -
009813
13. Измеритель по п.12, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.
14. Измеритель по п.13, в котором винтовые резьбы между конической резьбовой пробкой и удлинением и между смещающим элементом и удлинением имеют противоположное направление.
15. Измеритель расхода потока текучей среды, содержащий
трубопровод, включающий съемную и сменную секцию трубопровода, имеющий внешнюю стенку с внутренней поверхностью для прохождения текучей среды через него в заданном направлении, при этом секция трубопровода имеет относительно направления потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец,
смещающий элемент потока текучей среды в секции трубопровода, имеющий направления относительно потока текучей среды выше по потоку конец и ниже по потоку конец, причем смещающий элемент имеет меньший размер, чем секция, и имеет между своими концами средство с наклоненной стенкой, формирующее периферию на элементе для отклонения текучей среды для прохождения через зону, заданную между внешней поверхностью смещающего элемента и внутренней поверхностью секции,
трубу, проходящую через стенку секции трубопровода и имеющую участок, проходящий, по существу, в осевом направлении секции в направлении вниз по потоку,
смещающий элемент, имеющий, по существу, осевой проход, соединенный с участком трубы таким образом, чтобы обмен текучей средой был установлен между внутренней частью секции трубопровода и местом в или рядом с осью секции трубопровода в или рядом с концом ниже по потоку от смещающего элемента, и
согласующее средство для съемной и сменной установки смещающего элемента, посредством чего смещающий элемент снимается и заменяется на другой смещающий элемент для заданного другого потока через секцию, причем согласующее средство расположено между участком трубы и смещающим элементом.
16. Измеритель по п.15, в котором согласующее средство содержит сопрягающую винтовую резьбу на участке трубы и смещающем элементе.
17. Измеритель по п.15, в котором согласующее средство содержит осевое трубчатое удлинение, содержащее участок трубы и проходящее через осевой проход в смещающем элементе от конца выше по потоку в место вблизи конца ниже по потоку, причем удлинение имеет прорезанный нижний конец и винтовую резьбу в этом конце, а также коническую резьбовую пробку, завинченную в винтовую резьбу и развинчиваемую в ней для удлинения прорезанного конца удлинения для фиксирующего зацепления с внутренней частью смещающего элемента.
18. Измеритель по п.17, в котором согласующее средство дополнительно содержит сопрягающую винтовую резьбу на конце выше по потоку от смещающего элемента и на смежной части трубчатого удлинения.
Фиг. 1
- 7 -
009813
009813
009813
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 10 -