NO165816B - Anordning for aa maale stroemningen av en gass i et gassfoerende roer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for å måle strømningen av en gass, slik som luft, i et gassførende rør.

I klimateknikken er det allerede i lengre tid anvendt volum-strømregulatorer som uavhengig av et vekslende drivtrykk skal holde volumstrømmen i strømningskanalen konstant. Herunder kan ved et såkalt variabelt volumstrømsystem vedkommende volumstrøm forandres tilsvarende den foreliggende belastning ved hjelp av en elektrisk eller pneumatisk innstillingsmotor, for derved å holde volumstrømmen konstant uavhengig av tryk-ket i strømningskanalen. En ulempe ved sådanne volumstrøm-regulatorer er at det kreves et minste differensialtrykk på mer enn 150 Pa for å oppnå en stabil regulering. En ytterligere ulempe ligger i den høye mekaniske følsomhet for en sådan volumregulator, og fjærer og klaffopplagringer må derfor avstemmes meget omhyggelig overfor hverandre. I drift kan imidlertid klaffene eller spjeldenes lagre lett foru-renses således at nøyaktig regulering av spjeldene ikke lenger er mulig. En ytterligere ulempe ligger også i det forhold at det uunngåelig avleires støv, således at et på forhånd innstilt dreiemoment forandres under drift og derved fører til feilregulering. For å unngå disse ulemper anordnes nå en elektrisk eller pneumatisk målesonde som måler strøm-ningshastigheten og på dette grunnlag innstiller volumstrøm-men ved hjelp av innstillingsmotor og et spjeld. Spjeldet krever herunder ingen spesiell konstruksjon. Utprøvede, kommersielt tilgjengelige spjeld eller klaffer kan således anvendes. Kjente pneumatiske eller elektriske målesonder er også stabile og kan fremstilles for pålitelig drift. Ved de elektriske sonder finner reguleringen sted elektronisk, således at den i seg selv gir nøyaktige verdier. En ulempe ved disse kjente sonder, som gjør tjeneste som måleinnretning, ligger i at de alt etter sin plassering i vedkommende strøm-ningskanal etter en lengre rett strekning eller bak et krumt avsnitt faktisk gir forskjellige måleresultater ved i og for seg samme volumstrøm. Det kommer således an på hvilket sted i en strømningskanal sonden er anordnet, om den målte hastig-het virkelig skal tilsvare den foreliggende volumstrøm. Det tilstrebes videre å anbringe lange utligningsstrekninger foran måleinnretningen, men sådanne utligningsstrekninger kan vanligvis ikke påregnes i praksis, da måleinnretningen etter innbygningsforholdene enten må anbringes etter en lengre rett utligningsstrekning eller umiddlebart bak en krumning. De nevnte avvikende måleanvisninger for de anvendte ganske nøyaktige målesonder ligger åpenbart i at det f.eks. etter et krumt avsnitt av kanalen den egentlige lineære strømning vanligvis vil være overlagret en virvelstrømning. De ovenfor angitte omstendigheter fører da til at en forinnstilling eller kalibrering ikke er mulig på fremstillingsstedet. Det er forsøkt etter innbygning av sonden å gi denne en individuell innstilling eller kalibrering for vedkommende monte-ringssted, idet man forsøker å fastslå hvilket målepunkt som representerer en bestemt volumstrøm, eller ved forut gitt volumstrøm innstiller et potensiometer som er tilordnet måleinnretningen på sådan måte at vedkommende volumstrøm, som må være kjent, korrekt angis ved måleanvisningen. Sådanne spe-sialinnstillinger er tids- og personalkrevende, rent bortsett at fra at de ofte ikke blir utført tilfredsstillende i praksis, da verken de nødvendige prøveinnretninger eller tilstrekkelig kvalifisert personale er tilgjengelig på innbyg-ningsstedet. Dette fører da til det forhold at det på tross

av i og for seg nøyaktige målesonder ofte finner sted en unøyaktig regulering av volumstrømmen.

Det er derfor et formål for oppfinnelsen å frembringe en anordning av ovenfor angitt art og som gjør det mulig å foreta en innstilling eller kalibrering på fremstillingsstedet, og anordningen derpå kan innbygges på et hvilket som helst sted i en strømningskanal uten at dette har avvikende måleresultater til følge.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for å måle strøm-ningen av en gass, slik som luft, i et gassførende rør, med et antall samlerør som er anordnet hovedsakelig jevnt fordelt over det gassførende rørets tverrsnitt og forbundet med et samlehylster, samt har innstrømningsåpninger som hovedsakelig er rettet parallelt med strømningsretningen, mens en målesonde som avføler gassens strømningshastighet i hylsteret er anordnet i samlehyIsteret.

På denne bakgrunn av kjent teknikk fra US patentskrift nr 4.476.729 og 4.453.419, oppnås dette ved at anordningen i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at samtlige inn-strømningsåpninger er rettet mot strømningsretningen, og samlehylsteret er utformet som et rør og oppviser en utløps-åpning i den rørende som ligger motsatt samlehylsterets inn-strømningsende, idet utløpsåpningen munner ut i det gass-førende rør for tilbakeføring av den uttatte delstrøm gjennom innløpsåpningene.

Ved en sådan måleanordning i henhold til oppfinnelsen oppnås en målenøyaktighet som ligger omkring 2%, uavhengig av om monteringsstedet ligger bak et krumt avsnitt eller en rett utligningsstrekning, idet et sådant avvik i foreliggende sammenheng vanligvis kan neglisjeres da det ligger innenfor toleranseområdet for strømningsreguleringen i sin helhet. Den oppnådde høye målenøyaktighet uavhengig av monteringsstedet for oppfinnelsens anordning, er særlig også uavhengig av tverrmålet av det gassførende rør hvor måleinnretningen er anordnet. Det er således på dette grunnlag uten videre mulig å foreta en forinnstilling på fremstillingsstedet, uten at det for dette formål er nødvendig å vite monteringsstedet på forhånd i de forskjellige tilfeller. Forinnstillingen kan således utføres rutinemessig ved seriefremstilling, og enhver individuell innstilling bortfaller. Ved en innstilling på fremstillingsstedet foreligger også de nødvendige tekniske og personalmessige forutsetninger for en innstilling med høyeste nøyaktighet. Måleanordningen i henhold til oppfinnelsen kan da innebygges på monteringsstedet uten noen som helst proble-mer eller hensyn til spesielle forhold, slik som omstendig-hetene på monteringsstedet, enten dette ligger etter en rett utligningsstrekning eller umiddelbart bak en krumning, og uten at dette har noen større innvirkning på målenøyaktig-heten til oppfinnelsens måleanordning og reguleringsegen-skapene til en reguleringsenhet som er forbundet medmålean-ordningen i et reguleringssystem for strømningen i vedkommende gassførende rør. Den målesonde som er montert i måleanordningen i henhold til oppfinnelsen påvirkes ved utførel-ser i henhold til oppfinnelsen alltid av turbulensfattig og virvelfri luft. Den oppnådde målenøyaktighet for måleanordningen i henhold til oppfinnelsen påvirkes under ingen omstendigheter av tilbakestrømmende gass som ofte forekommer på et sådant sted. For ytterligere å forbedre .måleresultatet er i henhold til en foretrukket utførelse samlerørene utført som flerekantsrør, og særlig som firkantsrør. Ved en sådan ut-førelse er det mulig å anordne innstrømningsåpningene over hele sin åpningsflate nøyaktig vinkelrett på gasstrømningen, således at skrått rettet innstrømning med tilhørende for-falskede måleresultater utelukkes. Anordningen i henhold til oppfinnelsen bør omfatte minste to samlerør. Alt etter strøm-ningskanalens størrelse kan imidlertid seks til åtte eller fler rørarmer være hensiktsmessig og uten videre virkelig-gjøres i praksis ved anordningen i henhold til oppfinnelsen. I en foretrukket utførelse oppviser imidlertid anordningen fire samlerør, hvilket er tilstrekkelig innenfor et bredt område av forskjellige strømningstverrsnitt, således at en sådan utførelse kan anses som en optimal standard. Skjønt det i de fleste tilfeller er fordelaktig at måleenheten anbringes midt i samlerøret og på sin forside som vender bort fra sonden er tildekket med en hette, kan alt etter vedkommende strømningskanals.utformning og de stedlige forhold også målesonden over forbindelsesledninger være anordnet på siden av samlerørene, hvorunder anordningen da med fordel kan omfatte en ringledning som forbinder samlerørene.

Ytterligere fordeler og særtrekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de etterfølgende patentkrav og også av etterfølgende detaljerte beskrivelse av utførelseseksempeler av oppfinnelsens anordning under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Fig. la er en skisse av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelsesgjenstand satt inn i et sirkulært gassførende rør. Fig. lb viser et snitt gjennom et samlerør i anordningen, tilsvarende B - B i fig. la. Fig. 2 viser et snitt langs linjen A-A gjennom midt- partiet av den viste utførelsesform i fig. 1. Fig. 3 viser en annen utførelsesform av foreliggende

oppfinnelsesgjenstand.

Fig. 4 er et målediagram som angir strømningshastighets-målinger i et rør med og uten oppfinnelsens anordning over det måleområde som er angitt i fig. 4a, mens fig. 4b viser måleinnretningens plassering i vedkommende gassførende rør.

Oppfinnelsens anordning for måling av volumstrømmen av en gass i et gassførende rør oppviser i den angitte utførelses-form i fig. 1 en sentral måleenhet 2, hvorfra det rager ut fire samlerør 3 i stjerneform utover til innerveggen av det gassførende rør 4 hvor måleanordningen er anbragt. Stiplet er det angitt at ved siden av de fire samlerør 3 kan det også være anordnet ytterligere samlerør 6, således at det tilsam-men foreligger åtte samlerør. Antallet samlerør 3, 6 avhenger hovedsakelig av tverrmålet av det gassførende rør. Fremstil-lingen i fig. la er vist sett i gassens strømningsretning. I denne retning oppviser samlerørene 3 innstrømningsåpninger 7 som er logaritmisk fordelt i radialretningen. Samlerørene 3 er, som det vil fremgå av fig. lb, utformet som firkantsrør idet forholdet mellom rørhøyden vinkelrett på strømningsret-ningen og rørbredden i strømningsretningen er av størrelses-orden ca. 1:10.

Som det særlig vil fremgå av det viste tverrsnitt i fig. lb samt av fig. 2, oppviser samlerørene 3 finnelignende fremspring som rager ut parallelt og motsatt rettet hovedstrøm-ningsretningen i vedkommende rør. Disse fremspringende finner 25 foran de egentlige samlerør 3 sørger for at ingen forfalskning av måleresultatene kan opptre ved at luftstrøm-men er overlagret en virvelstrøm, hvilket særlig kan være tilfelle ved en krumning av det gassførende rør. Hvis disse finner eller fremspring 25 ikke fantes ville da målearmene motta skrått rettet innstrømning. Finnene eller fremspringene 25 tjener således til å unngå en dreiebevegelse eller skrå tilstrømning på forsiden av målearmene eller samlerørene 3.

Den sentrale måleenhet i oppfinnelsens anordning er vist mer detaljert i fig. 2 ved et snitt langs linjen A - A i fig. 1. Måleenheten 2 er utformet som rørformet hylster 11, hvis akse strekker seg i strømningsretningen for gasstrømmen i rør 4 og dermed vinkelrett på samlerørene 3. På oppstrømssiden er måleenheten 2 lukket, f.eks. ved hjelp av en hette 12. Umiddelbart bak hetten 12 munner samlerørene 4 radialt inn i måleenheten 2. Midt i dette innmunningsområdet 3 er det anordnet en strømningsretter 14 i form av ledeblikk. Ved hjelp av denne strømningsretter 14 avbøyes den radialt innstrømmende gass fra samlerørene 3 i aksial retning, nemlig i akseretnin-gen av strømningskanalen 4 og måleenheten 2. Etter strøm-ningsretteren 14 er det anordnet en dyse 16, som sammentren-ger strømningsveien for den tilførte gassandel gjennom samle-rørene 3. Umiddelbart etter dysen 16 er det så anordnet en

målesonde 17, som bare er skjematisk angitt som et målepunkt.

Gasstrømmen S er angitt ved piler. Gassen strømmer til slutt atter ut av måleenheten 2 gjennom et forlengelsesrør 18 bort-enfor målesonden 17. Målesonden 17 kan f.eks. være ført inn i hylsteret 2 gjennom en sideåpning 19, og kan da være fast-klemt i denne åpning 19.

Ved måleanordningen i henhold til oppfinnelsen tas gass-strømmen ut så og si som prøvemengder over hele tverrsnittet av det gassførende rør 4 og samles på realtiv optimal måte i samlerørene, samt måles til slutt av målesonden 17, som derved faktisk måler en gjennomsnittsverdi av strømningshastig-heten og således også volumgjennomløpet i det gassførende rør 4 som helhet. For denne måleprosess foretas en kalibrering eller forinnstilling av måleanordningen på fremstillingsstedet.

Den utførelsesform som er angitt i fig. la kan også være anbragt i en strømningskanal med rektangelformet tverrsnitt. I fig. 3a er det vist en annen utførelsesform, hvor anordningen i henhold til oppfinnelsen er vist i sammenheng med en kanal med rektangulært tverrsnitt, men som imidlertid også kan opp-vise et sirkelformet tverrsnitt. Samlerørene 3 er i den viste utførelsesform i fig. 3 anordnet som et nett eller gitter, hvorved hvert rør 3 strekker seg over den samlede høyde av kanalen og er ført ut på over- og undersiden av denne. Over kanalens bredde er det anordnet flere samlerør 3, som i det foreliggende utførelseseksempel også oppviser samme innbyrdes avstand, men det vil innses at denne avstand også kan variere på hensiktsmessig måte, f.eks. logaritmisk. Til forskjell fra utførelsen i fig. 1 er ved den angitte utførelsesform i fig. 3 måleenheten 2 ikke anordnet i midten av strømnings-kanalen. De enkelte samlerør 3 er i stedet innbyrdes forbundet over en samleledning 21 som over et forbindelsesrør 22 fører til måleenheten 2 som befinner seg på utsiden av kanalen 4. Det indre av måleenheten 2 tilsvarer imidlertid det som er angitt i fig. 2. Også ved en stjerneformet anordning av samlerørene 3 i henhold til fig. la, kan imidlertid måleenheten 2 være anbragt på utsiden av kanalen 4.

Med måleanordningen i henhold til oppfinnelsen ble det for

sammenligning med konvensjonelle måleprosesser i henhold til kjent teknikk foretatt målinger som er angitt i det oppstilte diagram i fig. 4. I dette diagram er strømningshastigheten i angitt langs abscisseaksen, mens det langs ordinataksen relative verdier er angitt reguleringsområdet som det til-hørende område av den tilsvarende gasstrømforandring skal finne sted over. Ordinatverdien er således et relativt mål for den anvendte energi, i dette tilfellet spenning, for å frembringe vedkommende strømningshastighet i forsøksanord-ningens strømningskanal. Kurven 32 viser anbringelse av en måleanordning i henhold til oppfinnelsen i en rett kanal,

altså ved rett innstrømning, (også fig. 4b), mens kurven 34 gjengir tilstrømningen til en måleanordning i henhold til oppfinnelsen over en krumning. Kurven 3 3 er middelverdien av kurvene 32 og 34, og kalibreringen eller forinnstillingen på fremstillingsstedet kan da foretas i samsvar med denne kurve.

De to ekstreme tilstrømningsforhold, nemlig rett innstrømning

på den ene side og tilstrømning over en 90° krumning på den annen side avviker da fra forinnstillingen på fremstillingsstedet med et maksimalt avvik på bare 2,2 %.

Til sammenligning viser kurve 31 tilstrømningen til en målesonde på konvensjonell måte uten måleanordning i henhold til oppfinnelsen og over en krumning, mens en konvensjonell måling ved rett; tilstrømning ville gitt en verdi omtrent i om-

rådet av kurven 32-34. Det store avvik av kurve 31 fra de øvrige kurver viser tydelig at det her med forinnstilling på

en middelverdi vil forekomme alt for store avvik i praktisk bruk, således at en forinnstilling på fremstillingsstedet ikke er mulig, mens innstillingen først kan foretas etter innbygning av måleanordningen på monteringsstedet, således at den da kan foretas i avhengighet av de foreliggende forhold på dette sted.

De særtrekk ved foreliggende oppfinnelse som fremgår av be-skrivelsen ovenfor samt av de vedføyde tegninger og de etter-følgende patentkrav kan såvel enkeltvis som i egnet kombina-

sjon være vesentlig for virkeliggjørelse av foreliggende oppfinnelse i dens forskjellige utførelsesformer.

Claims (12)

1. Anordning for å måle strømningen av en gass, slik som luft, i et gassførende rør, med et antall samlerør som er anordnet hovedsakelig jevnt fordelt over det gassførende rørets tverrsnitt og forbundet med et samlehylster, samt har innstrømningsåpninger som hovedsakelig er rettet parallelt med strømningsretningen, mens en målesonde (17) som avføler gassens strømningshastighet i hylsteret er anordnet i samle-

hylsteret, karakterisert ved at samtlige innstrøm-ningsåpninger (7) er rettet mot strømningsretningen, og samlehylsteret (11) er utformet som et rør og oppviser en utløpsåpning i den rørende som ligger motsatt samlehylsterets innstrømningsende, idet utløpsåpningen munner ut i det gass-førende rør for tilbakeføring av den uttatte delstrøm gjennom innløpsåpningene.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at samlerørene (3, 6) er utformet som ilerkantsrør.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at. samlerørene (3, 6) er utformet som firkantsrør.

4. Anordning som angitt i krav 1 - 3, karakterisert ved at forholdet mellom samlerørenes høyde vinkelrett på gassens strømningsretning og rørenes bredde parallelt med gasstrømmens retning er mindre enn 1:4.

5. Anordning som angitt i krav 1 - 4, karakterisert ved at samlerørene (3, 6) er st j erneformet anordnet.

6. Anordning som angitt i krav 1 - 4, karakterisert ved at samlerørene (3, 6) er gitterformet anordnet.

7. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at samelhylsteret (2, 13) er anordnet sentralt i strømningstverrsnittet.

8. Anordning som angitt i krav 1 - 7, karakterisert ved at samlerørene (3, 6) er forbundet med samlehylsteret (2, 13) via forbindelsesledninger (21, 22).

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at forbindelsesledningene (21, 22) omfatter ringledninger.

10. Anordning som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at den omfatter fire samlerør (3).

11. Anordning som angitt i krav 1-10, karakterisert ved at innstrømningsåpningene (7) er fordelt logaritmisk fra den ytre ende av samlerørene (3, 6) og innover.

12. Anordning som angitt i tidligere krav, karakterisert ved at det fra samlerørene (3,6) rager ut finnelignende fremspring (25) anordnet hovedsakelig parallelt med hovedstrømningen. 13Anordning som angitt i krav 1 - 12, karakterisert ved at det er anordnet en dyse (16) i samlehylsteret, og målesonden (17) er anordnet etter dysen. 14. Anordning som angitt i krav 1-13, karakterisert ved at den er anordnet etter en kurve i de gassførende rør.