2. 10
20
trida 42 e, 23/20
ČeskoslovENSKÁ socIALISTICKÁ REPUBLIKA
Vydáno 15. září 1961 Vyloženo 15. března 1961
PATENTNÍ spis č.
100950
Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 3 odst. 6 zák. . 34/1957 Sb. STANISLAV
VINOPAL, PRAHA
Způsob měření průtoku v potrubní síti a zařízení k jeho uskutečnění
Přihlášeno 1. dubna 1960 PV 2211-60)
Platnost patentu od 1. dubna 1960
Navrhovaný způsob měření využívá upravených regulačních armatur pro měření
průtočného množství kapalin, plynů, par. K měření, se snímá tlakový spád na uzavíracích a
regulačních orgánech.
V běžných průmyslových provozech se používá k měření průtoku speciálních
jednoúčelových zařízení, která se vkládají do upraveného potrubí. Tyto měřicí elementy
prodlužují stavební délku potrubí. Najčastěji se měří průtok pomocí průřezových měřidel (clona,
dýza, Venturiho trubice. Při jejich použití se prodlouží stavební délka minimálně o 25násobek
průměru potrubí. Toto prodloužení je zvláště při rekonstrukci stávajících potrubních sítí velmi
obtížné, protože před měřicím elementem musí být alespoň 20násobek a za elementem
alespoň 5násobek průřezu přímého potrubí bez rušivých elementů (například armatur, kolen
atp.). Tento požadavek způsobuje mnohdy značnou odlehlost a nevýhodné umístění měřicího
elementu. V některých případech nelze vůbec přikročit k realisaci měřicího zařízení, což vede
ke značným národohospodářským škodám.
Další nevýhodou všech stávajících řešení je trvalé zvýšení tlakové ztráty v uvažovaném
systému, které např. u průřezových měřidel dosahuje minimálně 40% měřeného spádu. Ke
zvýšení přesnosti se často uměle zvyšuje měřený tlakový spád a tím roste úměrně i trvalá
tlaková ztráta v systému. Každá změna ve velikosti trvalých ztrát v uvažovaném obvodu má za
následek ohrožení správné funkce regulačních zařízení v síti. . . . . . .
3.
4.
5. 30
2 100950
Navrhované řešení odstraňuje výše uvedené nevýhody tak, že se stavební délka potrubí
neprodlužuje s ohledem na měření průtoku, odstraňuje se trvalá tlaková ztráta vznikající vlivem
průtokoměru a měření průtoku lze provádět za libovolných podmínek v jakékoli potrubní síti
zcela jednoduše s použitím příslušných armatur.
Podstatou přihlášeného způsobu měření průtočného množství je využití tlakové ztráty
vznikající přímo v armatuře. Tato ztráta nahrazuje v navrhovaném řešení uměle vyvolávanou
ztrátu zmenšením průtočné plochy v průřezových měřidlech. Je vodítkem pro stanovení prů-
točného množství, které určíme ze vztahu:
Q = K. f). WAp, kde, : – objemové, resp. váhové množství
K – číselná konstanta – souhrnný průtokový součinitel arma, tury, daný systémem jejího škrcení
(např. u ventilu systém sedla a kuželky) a měřeným médiem. f) – skutečná průtočná plocha ve
škrticím systému armatury, daná její konstrukční charakteristikou (charakteristikou otevření) * *
Ap – vlastní tlakový spád na armatuře.
Podle vztahu (1) je tedy průtočné množství závislé na souhrnném průtokovém součiniteli,
průtočné ploše, která je funkcí plochy závěru, a odmocnině z tlakového spádu. Průtočný
součinitel K je funkcí poměrného otevření regulačního orgánu a funkcí Reynoldsova čísla.
Závislost součinitele na poměrném otevření je u běžných armatur obecně známa a lze ji
respektovat vhodnou kompensací měřicího zařízení. Závislost průtočného součinitele na
Reynoldsově čísle je daná typem armatury. Podle údajů zahraničních firem platí tato závislost
pro Re 3000 . (a podle vynálezcova měření pro Re 2000) u běžných regulačních orgá
nů. V oblasti tak malých Reynoldsových čísel je však nutné provádět
individuální korekci i u ostatních typů průtokoměrů. Při malém otevření (přibližně do 5 až 10%
zdvihu uzávěru) regulačních orgánů může nastat na, armatuře kritický průtok. Průtočné
množství je pak závislé pouze na tlaku před armaturou. V tomto případě měření průtoku se
lhává. Vzhledem k tomu, že u uzavíracích armatur a při dvoupolohové
regulaci přicházejí v úvahu pouze polohy zavřeno, otevřeno, není tento nedostatek navržené
metody na újmu měření průtoku. Totéž platí i pro armatury regulační, které většinou nemají v
oblasti zdvihu do 10% definovanou průtočnou charakteristiku (vlivem laminárního proudění,
závislosti na Re a možnosti nadkritického průtoku.
K výpočtu průtočného množství podle klasické metody průřezových měřidel slouží vztah:
Při srovnání obou výrazů vidíme, že se při použití navrhovaného řešení
musí respektovat vliv průtočné plochy jednoduchou úpravou stávajících měřicích
zařízení. . . .
. . V příloze jsou uvedeny obrázky znázorňující schematicky způsob snímání tlakové diference
a konkrétní příklad na obecnou realisaci měřicího Zařízení. ·
V podstatě lze tlakóvý spád na armatuře snímat dvojím způsobem. Buď se snímá
6. tlakový spád vzhledem k místu nejmenšího průřezu (obr. 1), což vyžaduje přímou
úpravu odběrů v tělese armatury, nebo se měří tlakový spád před a za armaturou (obr.
2). Prvého způsobu lze použít u různých typů regulačních a uzavíracích ventilů (např.
jedno
a dvousedlových, nárožních, jehlových, trojcestných, přímých i prou
7.
8. 100
110
120
3 100950
dově řešených a speciálních, jako ventily typu „Sounders Patent“ a
„Wynn Patent). - - - - Na obr. 3 je zachycen jeden ze způsobů konkrétního měření průtočného
množství pömocí regulačního orgánu (ventilu) v obecném případě (proměnlivá průtočná plocha
a tlakový spád. Tlaková ztráta na orgánu se snímá např. indukčním vysílačem tlakové diference
1. Oka. mžitou polohu závěru zachycujeme indukčním vysílačem polohy závěru 2. Signály
indukčních vysílačů 1 a 2 jsou vedeny na měřicí most , z něhož můžeme brát impuls pro
ukazovací přístroj (okamžité průtočné množství, grafický záznam průtoku , impuls pro zpětnou
vazbu při regulaci, eventuálně pro počitadlo celkového průtočného množství.
Průmyslové armatury . dělíme podle způsobu jejich použití na uzavírací, určené pro
dvoupolohovou regulaci a regulační. Armatury určené pro dvoupolohovou regulaci jsou buď v
poloze zavřeno, nebo otevřeno. V poloze zavřeno médium neprotéká a v poloze otevřeno
protéká určitým konstantním odporem. V tomto případě není třeba provádět korekci na polohu
závěru armatury. Měření průtoku se děje obvyklým způsobem jako u průřezových měřidel. Pro
vyhodnocení výsledků měření se používá rovnice . U uzavíracích a regulačních orgánů
aplikovaných pro měření průtoku je nutné brát v úvahu polohu závěru, která ovlivňuje velikost
průtočné plochy a tím i průtočné množství. Každá správně řešená armatura je konstruována
takovým způsobem, že pro daný, předem určený tlakový spád je průtočné množství
jednoduchou funkcí průtočné plochy a tím i polohy závěru. Můžemeli zaručit konstantní tlakový
spád v uvažovaném obvodu s měřicí armaturou, lzepro výpočet použít zjednodušené rovnice: .
Q = K. f) - 3] a ukazovatel polohy závěru lze přímo
ocejchovat v průtočném množství.
Tohoto způsobu měření průtoku lze s úspěchem použít u ventilů samo
činně naştavujících žádanou konstantní tlakovou diferenci.
Výhoda navrženého uspořádání spočívá v tom, že odpadá použití běžných průtokových
průmyslových průtokoměrů, snižuje se trvalá tlaková ztráta v potrubí a zkracuje se podstatně
celkový náklad o cenu průtokoměru (čidla), jeho montáž a údržbu. Náklad na navrhované řešení
je minimální (úprava odběru tlakové diference nezvýší nikterak cenu armatury, ani nepoškodí
její funkci. Další výhodou je, že lze použít s menšími úpravami běžně vyráběných měřicích a
kompensačních mostů. Dále bude tímto způsobem umožněno měření průtoku. i v těch
obvodech, kde to dosud nebylo možné jednoduchou úpravou zabudovaných regulačních a
uzavíracích orgánů.
Zařízení pro měření a registraci průtoku lze zkonstruovat na bázi mechanického, elektrického,
pneumatického nebo kombinovaného přenosu. Přístroje, kterých se dá použít pro měření a
zpracování signálů vysílače polohy a tlakové diference, jsou vyráběny u nás i v zahraničí.
Navrhovaný způsob měření pomocí armatury je vhodný pro všechna průmyslová odvětví, ve
9. kterých se používá armatur v potrubní sítí.
Předmět patentu .
1. Způsob měření průtoku v potrubní síti, vyznačený tím, že se měří tlakový spád na
armatuře, korigovaný polohou jejího závěru. 2. Způsob měření průtoku podle bodu 1, vyznačený
tím, že při použití armatury určené pro dvoupolohovou regulaci se měří jen v po
loze otevřeno a odpadá körėkce na polohu závěru.
3. Způsob měření průtoku podle bodu 1, vyznačený tím, že při po
10.
11. 140
užití armatur v obvodech se stálým tlakovým spádem lze přímo ocej - chovat ukazatel polohy
závěru v jednotkách průtočného množství.
4. Zařízení k uskutečnění způsobu měření podle bodu 1, vyznačené tím, že se jeho čidlo
skládá z vysílače tlakové diference 1] a vysílače polohy závěru (2) a z vlastního měřicího mostu
spojeného s vysílačem signálu (3), který je úměrný okamžitému průtoku armaturou.
5. Zařízení podle bodu , upravené pro kontinuální měřeníí průtoku,
vyznačené tím, že signálu měřicího systému lze použít pro ukazovací
(4) a registrační zařízení (5).
6. Zařízení podle bodu , upravené pro měření souhrnného průtoku, vyznačené tím, že je
doplněno počitadlem ukazujícím celkové průtočné množství. - -
. Zařízení podle bodu , upravené pro regulaci průtoku, vyznačené tím, že je doplněno
regulátorem průtočného množství, ovládaným signálem měřicího systému.
Severografia, n. p, závod 03
