Уравновешенная измерительная диафрагма

Изобретение относится к регулятору расхода, более точно, к измерительной диафрагме, которая способна уравновешивать или выравнивать один или несколько технологических параметров потока текучей среды через поверхность диафрагмы, когда она находится в проходном сечении текучей среды. Измерительная диафрагма содержит диафрагму, устанавливаемую на трубопроводе и перекрывающую его поперечное сечение. При этом в диафрагме выполнено множество отверстий, чтобы поток текучей среды через каждое отверстие имел одинаковое число Рейнольдса. Причем множество отверстий включают центральное отверстие посередине диафрагмы и множество периферийных отверстий вокруг центрального отверстия. При этом центральное отверстие и множество отверстий удовлетворяют следующей формуле R_c1V_c1=R_chV_ch, в которой R_c1 - радиус центрального отверстия, V_c1 - скорость потока в трубопроводе в центре центрального отверстия, R_ch - расстояние между центром диафрагмы и центрами периферийных отверстий, V_ch - скорость потока в трубопроводе в центре периферийных отверстий. Технический результат - повышение точности измерения технологических параметров, снижение турбулентных потока и усилия, а также давления потока текучей среды, повышение линейности и воспроизводимости измерений и уменьшение потерь давления. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к регулятору расхода, более точно, к измерительной диафрагме, которая способна уравновешивать или выравнивать один или несколько технологических параметров потока текучей среды через поверхность диафрагмы, когда она находится в проходном сечении текучей среды.

Предпосылки создания изобретения

При подаче потока текучей среды по трубопроводу следует измерять и корректировать один или несколько переменных параметров (таких как давление, температура, расход потока и т.д.) текучей среды. Разработаны измерительные диафрагмы различных видов, такие как диафрагменные расходомеры, регуляторы расхода, ограничители потока или просто восстановители параметров потока. Восстановитель параметров потока также способен регулировать поток текучей среды способом, применимым для измерения технологических параметров. В патентах US 5295397, 5341848 и 5529093, соответственно, описаны измерительные диафрагмы трех типов, которые будут кратко рассмотрены далее.

В патенте US 5295397, выданном на имя Hall и др., описан щелевой диафрагменный расходомер, поперечно установленный в измерительной диафрагме в трубопроводе. Щелевые отверстия одинаковой ширины и длины обычно выполнены на концентрических участках. Число отверстий на каждом участке пропорционально его площади относительно всей измерительной диафрагмы.

В патенте US 5341848, выданном на имя Laws и др., описан восстановитель параметров потока (т.е. измерительная диафрагма) с множеством круглых отверстий. Отверстия выполнены во множестве разнесенных по радиусу кольцевых структур вокруг центрального отверстия. Отверстия в каждой кольцевой структуре равномерно распределены вокруг центра диафрагмы, при этом все отверстия в любой кольцевой структуре имеют преимущественно одинаковый диаметр. С целью согласования распределения скоростей псевдополностью развитого потока текучей среды размер и число отверстий таковы, что сопротивление потоку, создаваемое диафрагмой, возрастает с увеличением радиуса заданной структуры отверстий.

В патенте US 5529093, выданном на имя Gallagher и др., описан восстановитель параметров потока (т.е. измерительная диафрагма), которая, как и в патенте Laws, имеет множество отверстий. Участок, на котором выполнены отверстия, включает центральную часть и концентрическую кольцевую часть. Площадь отверстия зависит от зоны и задана постоянными отношениями. В основу этой конструкции положена задача создания структуры псевдополностью развитой турбулентности и распределения скоростей.

Ни в одном из материалов известного уровня техники не предложена измерительная диафрагма, рассчитанная на уравновешивание или выравнивание одного или нескольких технологических параметром по всей площади диафрагмы. Обычно изменение технологического параметра по поверхности измерительной диафрагмы может являться причиной неэффективности потока текучей среды. Например, из уровня техники известно, что при перетекании текучей среды с одной стороны измерительной диафрагмы на другую может происходить значительная потеря давления. К сожалению, обычным способом устранения такой значительной потери давления является использование более дорогостоящих гидравлических насосов с более высокой мощностью. Кроме того, в известных из уровня техники измерительных диафрагмах потенциал давления обычно расходуется беспорядочным и хаотическим турбулентным потоком. Эти турбулентные потоки, образующиеся вокруг измерительной диафрагмы, уменьшают линейность и воспроизводимость измерений технологических параметров и тем самым снижают точность измерений. В результате снижения точности измерений происходят значительные изменения процесса и дополнительно увеличиваются расходы на обработку в связи с необходимостью более высоких затрат на эксплуатацию оборудования. Тем не менее, если давление по поверхности измерительной диафрагмы может быть уравновешено или выровнено, можно значительно уменьшить беспорядочный и хаотичный турбулентный поток. Таким образом, путем уравновешивания потока по отношению к измеряемому технологическому параметру может быть повышена точность измерений технологического параметра и одновременно снижены затраты на измерения.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания измерительной диафрагмы для установки на трубопроводе, в которой уравновешен технологический параметр потока текучей среды через измерительную диафрагму или установлено оптимальное уравновешенное состояние множества технологических параметров.

Далее настоящее изобретение будет дополнительно рассмотрено со ссылкой на описание и чертежи, чтобы лучше пояснить другие его задачи и преимущества.

В настоящем изобретении предложена измерительная диафрагма, представляющая собой диафрагму, устанавливаемую на трубопроводе и перекрывающую его поперечное сечение, при этом в диафрагме выполнено множество отверстий для того, чтобы поток текучей среды через каждое отверстие имел одинаковое число Рейнольдса.

Кроме того, множество отверстий включают центральное отверстие посередине диафрагмы и множество периферийных отверстий вокруг центрального отверстия, при этом центральное отверстие и множество отверстий удовлетворяют следующей формуле:

R_c1V_c1=R_chV_ch,

в которой

R_c1 означат радиус центрального отверстия;

V_c1 означает скорость потока в трубопроводе в центре центрального отверстия;

R_ch означает расстояние между центром диафрагмы и центрами периферийных отверстий;

V_ch означает скорость потока в трубопроводе в центре периферийных отверстий.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения каждое периферийное отверстие проходит под косым углом к каждой поверхности измерительной диафрагмы.

Продольная ось каждого отверстия проходит параллельно продольной оси трубопровода.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения каждое периферийное отверстие представляет собой отверстие круглого сечения. В качестве альтернативы, каждое периферийное отверстие представляет собой дугообразную прорезь.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения диафрагма является круглой. В качестве альтернативы, диафрагма является прямоугольной.

Настоящее изобретение имеет множество преимуществ. Существует множество способов простого уравновешивания (по проходному сечению) технологических параметров потока текучей среды. Преимущества настоящего изобретения над традиционными измерительными диафрагмами включают повышенную точность измерений, лучшее восстановление давления и меньшую генерацию шума. Кроме того, в настоящем изобретении уменьшена безвозвратная потеря давления при прохождении потока с одной стороны диафрагмы на другую сторону. В результате, для перекачивания текучих сред через измерительную диафрагму согласно настоящему изобретению требуется меньшая мощность, чем в известном уровне техники. Настоящее изобретение применимо в условиях разнообразных потоков текучей среды.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на сопровождающие его чертежи, а также варианты его осуществления с целью более наглядного представления его задач, технического решения и преимуществ изобретения. Одинаковые элементы на всех чертежах обозначены одинаковыми позициями.

На фиг.1 схематически проиллюстрирован вид сбоку типичного трубопровода с установленной измерительной диафрагмой,

на фиг.2 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно одному из вариантов осуществления изобретения, на котором показана ее общая конструкция, используемая на трубопроводе круглого поперечного сечения,

на фиг.3 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.4 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в котором периферийные отверстия представляют собой дугообразные прорези,

на фиг.5 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения, на котором показана ее общая конструкция, используемая на трубопроводе прямоугольного поперечного сечения,

на фиг.6 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.7 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.8 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.9 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.10 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.11 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.12 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения,

на фиг.13 схематически проиллюстрировано поперечно сечение части измерительной диафрагмы, на котором показано наклонное расположение отверстия относительно поверхности диафрагмы,

на фиг.14 схематически проиллюстрировано поперечное сечение измерительной диафрагмы, на котором края отверстий измерительной диафрагмы образуют структуру, параллельную продольной оси трубопровода.

Подробное описание изобретения

В настоящем изобретении предложена усовершенствованная измерительная диафрагма. Используемый в настоящем изобретении термин "измерительная диафрагма" означает любой структурный элемент (например, диафрагму, диск, блок и т.д.) с проходящими через него отверстиями, при этом измерительная диафрагма установлена таким образом, чтобы текучая среда могла протекать через отверстия. Измерительная диафрагма может использоваться в качестве диафрагменного расходомера, а также просто как восстановитель параметров потока, рассчитанный на изменение потока текучей среды каким-либо способом (например, путем спрямления потока, уменьшения шума потока текучей среды, снижения скорости потока текучей среды и т.д.).

За счет использования в расходомере измерительной диафрагмы, предложенной в настоящем изобретении, может быть повышена точность измерения технологических параметров и снижены затраты на измерения. Измерительная диафрагма согласно настоящему изобретению уменьшает турбулентный поток, турбулентное усилие сдвига и давление потока текучей среды. Кроме того, измерительная диафрагма, предложенная в настоящем изобретении, способна улучшать линейность и воспроизводимость измерений и снижать потери давления. Измерительная диафрагма также совместима с существующим оборудованием и измерительными системами и не требует особой укладки трубопроводов, контрольно-измерительных приборов или способа расчетов.

На фиг.1 показана конфигурация типичной технологической установки с использованием измерительной диафрагмы согласно настоящему изобретению. Как упомянуто выше, измерительная диафрагма способна легко регулировать поток текучей среды или может использоваться в составе расходомера для измерения одного или нескольких технологических параметров потока текучей среды. Используемый в изобретении термин "текучая среда" означает любое текучее вещество, включая пар или газ, гомогенные или негомогенные жидкости и суспензии.

Как показано на фиг.1, стык 2 трубопровода 1 соединен фланцами 3 и 5. Трубопровод и соединение труб относятся к известному уровню техники и не охватываются настоящим изобретением. Между фланцами 3 и 5 установлена измерительная диафрагма 4, которая регулирует поток текучей среды через трубопровод 1 (в направлении, указанном стрелкой 6). Измерительная диафрагма 4 установлена поперечно или перпендикулярно потоку 6 с использованием существующей технологии.

Размер и форма измерительной диафрагмы 4 могут соответствовать трубопроводу 1 любого размера и формы. Например, круглая измерительная диафрагма, показанная на фиг.2, применима для установки на цилиндрическом трубопроводе. Прямоугольная измерительная диафрагма, показанная на фиг.6, применима для установки на прямоугольном трубопроводе.

Когда предложенная в настоящем изобретении измерительная диафрагма 4 установлена на трубопроводе, периферийный установочный участок измерительной диафрагмы 4 зажат между фланцами 3 и 5, как это показано на фиг.14, при этом его сечение представляет собой уравновешенное проходное сечение 4C, граница которого достигают окружности 4D и по которому распределены отверстия. Следует отметить, что при отсутствии центрального отверстия 7 центральный участок измерительной диафрагмы 4 представляет собой центральное круглое сечение 7A, показанное пунктирной линией на фиг.5. Множество периферийных отверстий выполнены таким образом, чтобы поток текучей среды через каждое отверстии имел одинаковое число Рейнольдса и тем самым уравновешивался один технологический параметр потока текучей среды через измерительную диафрагму или устанавливалось оптимальное уравновешенное состояние множества технологических параметров по поверхности измерительной диафрагмы.

Для произвольного периферийного отверстия в измерительной диафрагме 4 число Рейнольдса N потока текучей среды через периферийное отверстие 8 пропорционально результату умножения расстояния R между центрами периферийного отверстия 8 и измерительной диафрагмы на скорость V потока текучей среды при расстоянии R, т.е. величина N пропорциональна R×V. Например, как показано на фиг.3 и фиг.14, если расстояние между центрами измерительной диафрагмы 4 и периферийным отверстием 8 равно R_ch1 число Рейнольдса потока текучей среды через периферийное отверстие 8 равно NR_ch1, a скорость потока текучей среды равна V_ch1, следовательно, величина NR_ch1 пропорциональна R_ch1×V_ch1. По той же причине, если расстояние между центрами измерительной диафрагмы 4 и периферийным отверстием 8 равно R_ch2 число Рейнольдса потока текучей среды через периферийное отверстие 8 равно NR_ch2, a скорость потока, текучей среды равна V_ch2, следовательно, величина NR_ch2 пропорциональна R_ch2×V_ch2.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением конструкция периферийных отверстий 8 в измерительной диафрагме 4 удовлетворяет формуле:

Поскольку число Рейнольдса потока текучей среды через каждое отверстие является одинаковым, один технологический параметр потока текучей среды через измерительную диафрагму является уравновешенным, или устанавливается оптимальное уравновешенное состояние множества технологических параметров по поверхности измерительной диафрагмы, за счет чего повышается точность измерений с помощью измерительной диафрагмы 4.

Следует отметить, что для центрального отверстия 7 посередине измерительной диафрагмы число Рейнольдса потока текучей среды через центральное отверстие 7 пропорционально радиусу R_c1 центрального отверстия 7 и скорости V_c1 потока текучей среды через центр измерительной диафрагмы.

Следовательно, при условии, что конструкция отверстий в измерительной диафрагме 4 согласно настоящему изобретению удовлетворяет формуле R_c1×V_c1=R_ch×V_ch=R_ch2×V_ch2, число Рейнольдса потока текучей среды через каждое отверстие будет преимущественно одинаковым, как это показано на фиг.2.

Далее со ссылкой на фиг.2 описана измерительная диафрагма 4 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.2, измерительная диафрагма 4 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения имеет центральное отверстие 7 посередине диафрагмы и множество периферийных отверстий 8 вокруг центрального отверстия 7. В варианте осуществления, показанном на фиг.2, имеется 4 периферийные отверстия 8, при этом все они являются отверстиями круглого сечения, хотя настоящее изобретение не ограничено ими.

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения распределение отверстий (центрального отверстия 7 и периферийных отверстий 8) в уравновешенном проходном сечении 4C удовлетворяет следующей основной формуле:

,

в которой

R_c1 означает радиус центрального отверстия;

V_c1 означает скорость потока через трубопровод в центре центрального отверстия (т.е. центре измерительной диафрагмы);

R_ch является расстоянием между центрами диафрагмы и периферийного отверстия;

V_ch означает скорость потока через трубопровод в центре периферийного отверстия.

Формула радиальной скорости потока через трубопровод выражается следующим образом:

В данном случае

V_c1 означает скорость потока в центре трубопровода,

R_w означает радиус трубопровода,

M означает функцию f (N) числа Рейнольдса, которая является опытной функцией, зависящей от различных текучих сред.

Следовательно, можно вывести соотношение между радиусом центрального отверстия и расстоянием от периферийного отверстия до центра диафрагмы

Когда центральное отверстие и периферийные отверстия согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения рассчитаны на то, чтобы иметь одинаковое число Рейнольдса, площади центрального отверстия, периферийных отверстий и трубопровода удовлетворяют следующей формуле:

πR_c1 ²+nπR_ch ²=πβ²R_w ²,

в которой

R_w означает радиус трубопровода,

n означает число периферийных отверстий, расстояние между которыми и измерительной диафрагмой равно R_ch,

A_{all отверстия} означает общую площадь всех отверстий в измерительной диафрагме;

А_{трубопровод} означает площадь поперечного сечения трубопровода. Следовательно, можно вывести следующую формулу:

На фиг.3 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения.

На фиг.3 показано центральное отверстие 7 и множество периферийных отверстий 8 вокруг центрального отверстия в измерительной диафрагме 4. Периферийные отверстия 8 поделены на две группы, при этом расстояния между центрами периферийных отверстий внутренней группы и измерительной диафрагмы равно R_ch2, а расстояние между центрами периферийных отверстий внешней группы и измерительной диафрагмы равно R_ch1.

Аналогичными образом конструкция отверстий в измерительной диафрагме 4 должна удовлетворять условию, согласно которому число Рейнольдса каждого отверстия является одинаковым. В отличие от варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.2, центр периферийных отверстий 8 расположен на двух окружностях с радиусами, равными R_ch1 и R_ch2, соответственно.

На фиг.4 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения. Измерительная диафрагма 4 имеет центральное отверстие 7 и множество периферийных отверстий вокруг центрального отверстия. В отличие от варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.2 и 3, в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.8, периферийные отверстия 8 представляют собой дугообразные прорези, а расстояние от продольной оси дугообразных прорезей до центра измерительной диафрагмы равно R_ch.

На фиг.5 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения. Периферийные отверстия в измерительной диафрагме поделены на две группы, при этом центры отверстий обеих групп расположены на соответствующих окружностях с радиусами, равными R_ch1 и R_ch2, соответственно. В отличие от вариантов осуществлений, проиллюстрированных на фиг.2-4, в измерительной диафрагме 4, показанной на фиг.5, отсутствует центральное отверстие 7.

На фиг.6 схематически проиллюстрирован вид сверху измерительной диафрагмы согласно другому варианту осуществления изобретения. Измерительная диафрагма 4, показанная на фиг.6, имеет прямоугольное поперечное сечение и используется в трубопроводе с прямоугольным поперечным сечением. Отверстия в измерительной диафрагме 4, показанной на фиг.6, имеют такую же схему расположения, как и на фиг.2.

Измерительная диафрагма согласно вариантам осуществления настоящего изобретения описана со ссылкой на упомянутые чертежи. Следует отметить, что в вариантах осуществления, показанных на фиг.2-3 и 5-6, периферийные отверстия 8 представляют собой четыре отверстия круглого сечения, в варианте осуществления, показанном на фиг.4, периферийные отверстия представляют собой четыре дугообразные прорези, а в вариантах осуществления, показанных на фиг.3 и 5, периферийные отверстия поделены на две группы, при этом центры отверстий обеих групп расположены на соответствующих окружностях с радиусами, равными R_ch1 и R_ch2, соответственно, однако настоящее изобретение не ограничено этими вариантами осуществления и в измерительной диафрагме может быть предусмотрено любое соответствующее число периферийных отверстий, такое как шесть, восемь, при этом центры периферийных отверстий могут находиться на множестве окружностей с различными соответствующими радиусами, и периферийные отверстия также могут иметь различную форму, например периферийные отверстия одной группы являются отверстиями круглого сечения, а отверстия другой группы являются дугообразными прорезями. Кроме того, измерительная диафрагма 4 также не ограничена прямоугольной или круглой формой и может иметь любую применимую геометрическую форму в зависимости от поперечного сечения трубопровода, в котором она применяется.

Как показано на фиг.13, периферийное отверстие образует косой угол 8A с каждой поверхностью 4A измерительной диафрагмы 4. Разумеется, что это не является ограничением настоящего изобретения и угол 8A также может являться вертикальным углом.

На фиг.14 показано частичное поперечное сечение измерительной диафрагмы 4 в трубопроводе, при этом скорость потока через центральное отверстие 7 равна V_c1, скорость потока через периферийное отверстие 8 равна V_ch, а продольная ось каждого периферийного отверстия проходит параллельно продольной оси трубопровода.

Таким образом, конструкция отверстия в измерительной диафрагме 4 согласно настоящему изобретению удовлетворяет условию, согласно которому поток текучей среды через каждое отверстие имеет одинаковое число Рейнольдса, например, удовлетворяет формулам 1-2 и 4-6 в рассмотренном выше варианте осуществления.

На основании того, что число Рейнольдса является в целом одинаковым, по соответствующей формуле также можно рассчитать диаметр и положение отверстия в измерительной диафрагме. Например, как показано на фиг.7-12, может быть выведена следующая формула:

в которой

A_R означает общую площадь отверстий, начинающихся в центре центрального круглого сечения 7A и заканчивающихся в уравновешенном проходном сечении 4C;

X_R означает коэффициент расхода на окружности с радиусом R_ch, равным (рК)_R, при этом p_R означает плотность потока текучей среды через трубопровод 10 с радиусом R_ch, a K_R означает поправочный коэффициент расхода текучей среды через трубопровод 10 с радиусом R_ch, соответствующий одному из параметров потока, включающих количество движения, кинетическую энергию, плотность энергии, объемный расход, расход и т.п.;

V_R означает скорость потока через известный из уровня техники трубопровод с радиусом R_ch, в котором скорость подчиняется известной функции распределения, основанной на таких факторах, как удельный расход текучей среды, форма/размер трубопровода и т.д.;

b означает константу, заданную с целью выровнять или "уравновесить" по меньшей мере один технологический параметр (потока текучей среды через трубопровод) для каждого диаметра R_ch, при этом b может иметь любое значение, обычно в пределах от -5 до +5 (например, b обычно равно 1, когда расход уравновешен, b обычно равно 2, когда количество движений или скоростной напор (разность потенциалов скоростей) уравновешен, хотя в каждом случае может применяться отличающийся поправочный коэффициент К расхода) и

а означает константу, равную (X_RA_RV_R ^b) для каждого радиуса R_ch.

В зависимости от скорости потока текучей среды коэффициент расхода X_R может быть постоянной величиной или может изменяться вместе с поверхностью измерительной диафрагмы. В частности, коэффициент X_R является переменным параметром, когда изменение величины X_R (т.е. (рК)_R) превышает установленный верхний предел для различных сечений измерительной диафрагмы.

Если учитывается только один технологический параметр, константу b выбирают таким образом, чтобы выровнять или уравновесить технологический параметр для каждого радиуса измерительной диафрагмы. Если учитывается несколько технологических параметров, величину b выбирают таким образом, чтобы можно было оптимизировать выравнивание или уравновешивание технологических параметров (которые должны быть учтены) потока через уравновешенное проходное сечение измерительной диафрагмы. Чтобы оптимизировать уравновешивание всех технологических параметров, которые должны быть учтены, необходимо согласовать его с абсолютным выравниванием отдельного технологического параметра. Таким образом, в настоящем изобретении уравновешивается множество технологических параметров таким образом, что может быть приблизительно выровнен каждый технологический параметр потока через уравновешенное проходное сечение измерительной диафрагмы.

Общая площадь отверстий зависит от расположения отверстий, при этом всегда существует два типа расположения. При расположении первого типа центры отверстий (например, отверстий круглого сечения, дугообразных прорезей) находятся на радиусе R_ch, при этом отверстия прерывисто распределены по уравновешенному проходному сечению. При расположении второго типа учитывается площадь всех отверстий на радиусе R_ch, при этом каждое отверстие проходит от окружности центрального отверстия 7 до окружности 4D.

Независимо от типа расположения отношение общей площадь выходного сечения отверстий измерительной диафрагмы 4 к проходному сечению трубопровода можно определить согласно следующим известным формулам:

,

в которых

G_c означает переводную константу Ньютона,

P означает плотность текучей среды,

Δp означает перепад измеренных давлений в измерительной диафрагмы,

C_o означает коэффициент измерительной диафрагмы,

Y означает коэффициент расширения, обычно применяемый к сжимаемой текучей среде, и

M означает массовый расход потока.

Формулы (8) и (9) взяты непосредственно из книги McCabe и др. "Unit operations of chemical engineering", пятое издание, издательство McGraw-Hill, Inc., Нью-Йорк, 1983 г., стр.222, содержание которой в порядке ссылки включено в настоящую заявку.

Если известна общая площадь выходного сечения отверстий, общая площадь уравновешенного проходного сечения 4С измерительной диафрагмы определяется согласно формуле:

в которой

(i) A_RO равно нолю, если в центральном круглом сечении 7A отсутствует отверстие,

(ii) A_RO равно 2πRc1, если в центральном круглом сечении 7A имеется одно отверстие с радиусом Rc1, и

(iii) A_RO равно общей площади множества отверстий в центральном круглом сечении 7A.

Радиус единственного центрального отверстия в центральном круглом сечении 7A может достигать (включительно) Rc1.

На фиг.7-9 описаны варианты осуществления, в которых в центральном круглом сечении 7A имеются отверстия первого типа расположения. Эти варианты осуществления не являются частными и в них в целом описано расположение отверстий на одном радиусе. Каждый вариант осуществления основан на использовании периферийных отверстий 8. Периферийные отверстия, расположенные на конкретном радиусе, имеют одинаковый диаметр, тем не менее, они необязательно должны быть одинаковыми, если выполняются ограничения, заданные в формуле (7). Отверстия могут иметь любую форму, если она удовлетворяет условиям формулы (7). Диаметр равномерно распределенных отверстий с центрами на заданном радиусе R_ch может быть определен согласно следующей формуле:

в которой

A_Rch означает общую площадь всех отверстий, центры которых расположены на радиусе R_ch, a

N означает предпочтительное число отверстий, центры которых расположены на радиусе R_ch.

Как показано на фиг.7, центры периферийных отверстий на радиусе R_ch расположены на одной оси с центрами периферийных отверстий на другом радиусе. Как показано фиг.8, центры периферийных отверстий на каждом радиусе расположены не на одной оси с центрами периферийных отверстий на соседнем радиусе. Как показано на фиг.7 и 8, периферийные отверстия с центрами на соседних радиусах не перекрывают друг друга. Тем не менее, как показано на фиг.9, некоторые периферийные отверстия с центрами на соседних радиусах перекрывают друг друга.

На фиг.10 проиллюстрирован другой вариант осуществления отдельных отверстий с расположением первого типа, в котором отверстия представляют собой дугообразные прорези с центрами на радиусе R_ch. Дугообразная прорезь 8 имеет закругленные концы (т.е. полукруглые), диаметр которых равен D, при этом ширина прорези составляет D. Поскольку центр дугообразной прорези находится на радиусе R_ch, ширину прорези D определяют согласно следующей формуле:

в которой

α=360/2S,

S означает число прорезей на заданном радиусе R_ch и

A_Rch означает общую площадь всех прорезей с центрами на радиусе R_ch.

Прорези на заданном радиусе могут быть разнесены на одинаковые или неодинаковые расстояния друг от друга, что не выходит за пределы объема изобретения. По аналогии с описанным выше вариантом осуществления отверстий круглого сечения прорези на соседних радиусах могут быть расположены на одной оси или на различных осях. Кроме того, прорези могут иметь отличающиеся формы и размеры, если они удовлетворяют условиям формулы (7).

На фиг.11 и 12 проиллюстрированы варианты осуществления измерительной диафрагмы, в котором отверстия в уравновешенном проходном сечении 4C расположены согласно описанному выше второму типу расположения. Кроме того, в каждом варианте осуществления отверстия достигают или почти достигают окружности 4D уравновешенного проходного сечения 4C. В этих вариантах осуществления проиллюстрирована общая форма/расположение отверстий. В каждом варианте осуществления площадь периферийного отверстия 8 увеличивается с расстоянием по радиусу до центрального круглого сечения 7A. Угол Sch в радианах с вершиной на радиусе R_ch может быть определен согласно следующей формуле:

в которой

ΔR означает изменение расстояния по радиусу от R_ch до R_ch+1, a

N означает предпочтительное число периферийных отверстий 8 в измерительной диафрагме 4.

Подразумевается, что для определения угла Sch в радианах также могут применяться другие методы, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. На фиг.11 показано, что периферийные отверстия 8 имеют V-образную форму, а на фиг.12 показано, что периферийные отверстие 8 имеют расширяющуюся форму.

В приведенных выше формулах (6)-(13) деление и расчет площади отверстий в центральном круглом сечении и уравновешенном проходном сечении основаны на правиле уравновешивания, согласно которому числа Рейнольдса являются преимущественно одинаковыми, и применяется константа для выравнивания или уравновешивания по меньшей мере одного технологического параметра, соответствующего числу Рейнольдса, чтобы определить и рассчитать размер и распределение отверстий в измерительной диафрагме согласно различным вариантам осуществления.

Как упомянуто выше, измерительная диафрагма согласно настоящему изобретению может применяться просто для восстановления параметров потока без какого-либо их изменения. Кроме того, измерительная диафрагма также способна взаимодействовать с одним или несколькими датчиками для измерения технологических параметров потока через измерительную диафрагму. Иными словами, в измерительной диафрагме может быть проделано проходящее в радиальном направлении отверстие, и она может применяться для измерений во взаимодействии с датчиком, установленным внутри отверстия на его боковой стенке. Тем самым измерительная аппаратура может быть полностью выведена за пределы поля потока. Следует отметить, что также могут применяться традиционные способы измерений, которые используются в измерительных диафрагмах, расположенных выше и ниже по потоку.

Хотя варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на чертежи, для специалистов в данной области техники ясно, что возможны многочисленные изменения и усовершенствования, не выходящие за пределы сущности и объема настоящего изобретения.

1. Измерительная диафрагма, содержащая:
диафрагму, устанавливаемую на трубопроводе и перекрывающую его поперечное сечение, при этом в диафрагме выполнено множество отверстий, чтобы поток текучей среды через каждое отверстие имел одинаковое число Рейнольдса,
причем множество отверстий включают:
центральное отверстие посередине диафрагмы и
множество периферийных отверстий вокруг центрального отверстия, при этом центральное отверстие и множество отверстий удовлетворяют следующей формуле:
R_c1V_c1=R_chV_ch,
в которой R_c1 означат радиус центрального отверстия;
V_c1 означает скорость потока в трубопроводе в центре центрального отверстия;
R_ch означает расстояние между центром диафрагмы и центрами периферийных отверстий;
V_ch означает скорость потока в трубопроводе в центре периферийных отверстий.

2. Измерительная диафрагма по п.1, в которой каждое периферийное отверстие образует косой угол с каждой поверхностью измерительной диафрагмы.

3. Измерительная диафрагма по п.1, в которой продольная ось каждого отверстия проходит параллельно продольной оси трубопровода.

4. Измерительная диафрагма по п.1, в которой каждое периферийное отверстие представляет собой отверстие круглого сечения.

5. Измерительная диафрагма по п.1, в которой каждое периферийное отверстие представляет собой дугообразную прорезь.

6. Измерительная диафрагма по п.1, в которой диафрагма имеет круглую форму.

7. Измерительная диафрагма по п.1, в которой диафрагма имеет прямоугольную форму.