MXPA04009470A

MXPA04009470A - Elemento de flujo primario de orificio de promediado.

Info

Publication number: MXPA04009470A
Application number: MXPA04009470A
Authority: MX
Inventors: Xen Beachey Terry
Original assignee: Dieterich Standard Inc
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2005-01-25
Also published as: AU2003213244A1; KR20100013325A; KR20040097292A; EP1493001A4; US7406880B2; US20030188586A1; WO2003087734A1; US7284450B2; US20070214896A1; EP1493001A1; CN1646885A; CA2481869C; CA2481869A1; ZA200408017B; RU2004132863A; JP2005522686A

Abstract

Un dispositivo de flujo de proceso que incluye un tipo de placa de orificio de auto promediado de elemento (2) de flujo primario para medir, mediante un proceso de presion diferencial, el regimen volumetrico de flujo de fluido en un punto en un conducto (8) portador de fluido en donde el perfil (7) de velocidad del fluido es asimetrico con respecto al eje longitudinal del conducto. El elemento de flujo mejorado comprende una placa (2) que impide el flujo plano, dispuesta transversalmente a traves del interior del conducto (8) y perpendicular al eje longitudinal del mismo. La placa incluye cuando menos tres aberturas (22) circulares excentricamente dispuestas con respecto al eje longitudinal del conducto para crear promediado de presion estatica en el lado de corriente abajo de la placa. Los portillos de percepcion de presion estatica corriente arriba y corriente abajo estan respectivamente provistos en lados opuestos de la placa que impide el flujo.

Description

ELEMENTO DE FLUJO PRIMARIO DE ORIFICIO DE PROMEDIADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente con un dispositivo de flujo de proceso que incluye un tipo de placa de- orificio de autopromediado de elemento de flujo primario para medir, mediante un proceso de presión diferencial, el régimen volumétrico de flujo de fluido en un punto en un conducto portador de fluido en donde el perfil de velocidad del fluido es asimétrico con respecto al eje longitudinal del conducto. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN - - - - ~ " ' " Los medidores de flujo · de placa de orificio que tienen una sola abertura centrada en una constricción de placa que está dispuesta diametralmente dentro de un tubo que lleva fluido, con medios de medición de presión diferencial en los lados de corriente arriba y corriente abajo de la construcción, han estado en existencia durante un periodo de tiempo largo. Mientras que la precisión de dichos dispositivos es buena para tramos largos de tubería, los medidores de flujo de placa de orificio adolecen de la desventaja de funcionamiento bajo cuando se colocan en tramos cortos de tubería que sigue una perturbación de flujo creada por aparatos corriente arriba, tales como un codo, expansor, reductor, válvula u otra discontinuidad. Para precisión de medición con un medidor de flujo de placa de orificio, se requiere un tramo recto largo de tubería (en exceso de diez diámetros en algunos casos) corriente arriba del medidor de flujo a fin de presentar un perfil de velocidad simétrico completamente desarrollado a la placa de orificio, con la velocidad de fluido más elevada ocurriendo coaxialmente ¦ con el centro de la constricción de placa de orificio. Cuando un accesorio de tubería de corriente arriba u otro dispositivo desvía el perfil de velocidad, las presiones medidas en los grifos de presión de medidor de flujo de orificio están en error. Para reducir · la. asimetría del- perfil de' velocidad creado por un accesorio corriente arriba, el aparato comúnmente utilizado es una máquina para enderezar el flujo, del tipo descrito en la Patente de E.U.A. No. 5,596,152 o aparato similar al acondicionador de flujo descrito en la Patente de E.U.A. No. 3,733,898. Un aparato más complejo, que emplea una pluralidad de aberturas alargadas dispuestas en un patrón predeterminado en una placa transversalmente dispuesta dentro del tubo de conducción de fluido, junto con una computadora para tratar con los algoritmos necesarios, se describe en la Patente de E.U.A. No. 5,295,397. Todavía otro dispositivo para reducir los efectos de medición adversos de un perfil de velocidad distorsionado se conoce como el anillo de piezomedidor . Este aparato puede rodear el orificio en ambos lados de la placa de orificio y, por medio de una pluralidad de portillos de percepción de presión circunferencialmente dispuestos, promedia las presiones alrededor de los lados de corriente arriba y corriente abajo del orificio. Aún cuando no se muestra con un medidor de flujo de placa de orificio, un tipo piezomedidor de sensor de promediado se describe generalmente en la Patente de E.U.A. No. 5,279,155. Los enderezadores de flujo, acondicionadores, computadoras y piezomedidores son moderadamente efectivos para acondicionar apropiadamente el perfil de velocidad para introducció a un . medidor de flujo de placa de" ofificio, o promediar la velocidad asimétrica del flujo, pero tienen la desventaja de añadir componentes separados o adicionales a la tubería de proceso con el costo inicial inherente, caída de presión en el fluido, y requerimientos aumentados de mantenimiento. Consecuentemente, el objeto primario de la presente invención es proporcionar un elemento de flujo primario que logra los beneficios de precisión del tipo de placa de orificio de medidor de flujo, pero no está restringido a tramos largos de tubería corriente arriba antes de la colocación del medidor de flujo en la tubería.. Un objetivo correspondiente de la · invención es proporcionar un elemento de flujo primario en donde el elemento para interrumpir el flujo de fluido es una placa de orificio de presión diferencial que logra un promediado de las presiones diferenciales a través de la placa, a -pesar de la distorsión de perfil de velocidad del fluido presentada al elemento de flujo primario, y sin el piezomedidor y su computadora añadidos, enderezador de flujo o aparato de acondicionamiento de flujo. Objetos, particularidades y ventajas distintos y adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de modalidades preferidas de la invención, tomada en conjunción con los dibujos que se acompañan. „ .. _.. - - --· COMPENDIO DE LA INVENCIÓN . Una operación exitosa de medidores de flujo de placa de orificio tradicionales está basada en el teorema de Bernoulli que manifiesta que a lo largo de cualquier linea de corriente en un fluido móvil, la energía total por masa unitaria es constante, estando hecha de la energía potencial, la energía de presión y la energía cinética del fluido. De esta manera, cuando el fluido pasa a través del orificio en una placa de tubería de constricción, la velocidad del fluido ocasiona que la presión dinámica del fluido inmediatamente corriente abajo de la placa de orificio aumente, mientras que simultáneamente disminuye la presión estática del fluido en ese mismo punto. Percibiendo la presión estática en los lados de corriente arriba y corriente abajo de la placa de orificio., la disminución de presión estática en el lado de corriente abajo resulta en una medición del diferencial de presión, dP, entre el lado de corriente arriba de la placa de orificio y el lado de corriente abajo. El régimen de flujo de fluido q es proporcional a 4dP. Como se manifestó anteriormente, los medidores de flujo de placa de orificio del ramo anterior trabajan bien cuando el perfil de velocidad es simétrico alrededor del eje longitudinal de la tubería en la que está fluyendo el fluido. En tal caso, el fluido de velocidad más elevada es a lo largo del eje central de la tubería, coaxial con. el orificio de la placa de tubería de constricción. Cuando se mueve a través -del orificio, el fluido de velocidad más elevada es el fluido que produce el diferencial de presión a través de la placa para proporcionar el resultado de régimen de flujo. · Sin embargo, si el perfil de velocidad se desvía un fluido de velocidad inferior pasará a través del orificio y la presión estática de corriente abajo será una reflexión de aquella del fluido de velocidad inferior. La presión diferencial producida de esta manera a través de la placa de constricción no será una indicación verdadera del régimen de flujo de fluido. De conformidad con la presente invención, una placa de constricción. 0 dispositivo de impedancia de flujo, que tiene una pluralidad de orificios diversamente colocados se coloca en un conducto portador de fluido con medición de presión estática tomada en los lados de corriente arriba y corriente abajo de la placa. Cada uno de la pluralidad de orificios conducirá una parte del flujo de fluido total dentro del conducto. De conformidad con el teorema de Bernoulli, la velocidad del fluido a través de cada uno de los orificios aumentará, y la presión de fluido estático en el lado de corriente abajo de la placa de constricción que es atribuible a cada uno de los orificios separados se promediará dentro del fluido para proporcionar una presión estática de corriente_ .abajo- promedio^ la presión estática de corriente abajo promedio se compara con la presión estática de corriente arriba para proporcionar una presión diferencial promedio de cualquier perfil de velocidad que se presente a la placa de múltiples orificios, resultando en una medición precisa del régimen de flujo de fluido en la tubería. Incorporando integralmente la placa de múltiples orificios hacia la abertura central de un anillo anular con portillos de medición de presión estática de corriente arriba y corriente abajo intermedia dispuestos dentro del anillo, se proporciona sencillez añadida al elemento de flujo primario. Esta simplicidad se mejora adicionalmente cuando el anillo anular se proporciona con un vástago proyectante que es capaz de conducir la presión diferencial percibida a otros accesorios de procesamiento de flujo montados en el vástago.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista detallada en perspectiva de un elemento de flujo primario de orificio de promediado de la presente invención colocado entre dos pestañas de montaje opuestas fijadas a los extremos de un conducto portador de fluido. Las líneas de guiones indican la conexión de dispositivos de procesamiento de flujo accesorios con los portillos de presión de corriente arriba y corriente abajo dispuestos dentro de las pestañas de montaje. La Figura 1A es una vista en sección transversal fragmentaria de. la tubería y elemento de"" flujo primario de la Figura 1, que ilustra un perfil de velocidad representativo del fluido en la tubería que existiría poco corriente abajo de un codo en la tubería. Las Figuras 2, 2A y 2B son vistas de planta de tres configuraciones diferentes del elemento de flujo primario de orificio de promediado de la presente invención. Las vistas se toman desde una posición corriente abajo de la placa de orificio, viendo corriente arriba. La Figura 3 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de las líneas 3-3 de la Figura 2A. La Figura 4 es un detalle fragmentario amplificado de una porción de la Figura 3. La Figura 5 es una vista en perspectiva de la modalidad de la presente invención en donde el elemento de flujo primario de orificio de promediado está incorporado integralmente intermedio a los extremos de un anillo de montaje anular con un vástago de comunicación de presión proyectante que monta un distribuidor portador de válvula. La Figura 6 es una vista en perspectiva fragmentaria de la modalidad de la Figura 5 de la presente invención, como sustentada entre pestañas de montaje opuestas en los extremos de un conducto portador de fluido. La Figura 7 es una vista detallada del conjunto de la Figura 6. La Figura 8 es una vista en perspecti a de una forma modificada del anillo de montaje anular de la Figura 5 en donde el anillo anular soporta un tipo de tubo de Pitot de elemento de flujo primario en lugar de la placa de orificio de promediado, como se muestra en la Figura 5. La Figura 9 es una vista en perspectiva fragmentaria amplificada del tubo de Pitot de ejemplo ilustrado en la Figura 8 como estando montado' dentro del anillo anular. DESCRIPCIÓN DETALLADA Una versión simplificada de la presente invención se muestra en las Figuras 1 y 1A. Un elemento 2 de flujo primario de orificio de promediado se coloca entre dos pestañas 4 y 6 de montaje opuestas fijadas a los extremos de un conducto 8 portador de fluido justamente debajo de un codo 9 en donde se desvia el perfil 7 de velocidad. Cada una de las pestañas de montaje contiene un portillo 10 y 12 de percepción de presión que se extiende radialmente, que comunican con el fluido que fluye en la tubería y están conectados respectivamente a través de conductos 14 y 16 a un distribuidos 18 de válvula y hacia un transductor 19 de presión. Una señal eléctrica que representa la presión diferencial percibida entre los portillos 10 y 12 se transmite mediante el transmisor 20 a una unidad de procesamiento (no mostrada) . El elemento 2 de flujo primario, también mostrado en la Figura 2 ,__ comprende...una . placa- circular que tiene cuatro aberturas- 22 simétricamente dispuestas alrededor del centro de la placa 2. El centro de la placa 2 de elemento de flujo está colocado coaxialmente con la línea central longitudinal de la tubería 8. La placa 2 se retiene en su lugar mediante la presión de emparedado de las pestañas 4 y 6. Como se muestra en las Figuras 3 y 4, los bordes 24 circunferenciales de las aberturas 22 en el lado de corriente abajo de la placa 2 de elemento de flujo de preferencia, pero no necesariamente, están biseladas a fin de facilitar la expansión de la columna de fluido que fluye a través de cada abertura . Las Figuras 2A y 2B ilustran modalidades adicionales del elemento de flujo primario en el que se encuentra una pluralidad aumentada de aberturas 22A y 22B agrupadas alrededor del centro de las placas 2A y 2B de elemento de flujo primario. Mientras que la invención se describirá con respecto a la modalidad de cuatro aberturas de la Figura 2, se entiende que cuatro aberturas en la placa de elemento de flujo primario es solamente una de muchas posibles configuraciones de aberturas. Una configuración particular, y número de aberturas puede ser más apropiada a un fluido, características de fluido, perfil y tubería determinados que otra. Sin embargo, lo principal de operación es lo mismo, independientemente del número o ubicación de aberraras en Ja placa- de- constricción. ~~ Él número o "configuración de aberturas no está limitado por las ilustraciones de las. Figuras 2 a 2B. Se ve de la Figura 1A que la velocidad del fluido que se acerca al par superior de aberturas 22 en la placa 2 de constricción es menor que la velocidad del fluido que se acerca al par inferior de aberturas 22. Estas diferencias iniciales en velocidad de fluido no solamente influenciarán la presión estática percibida por el portillo 10 de presión en el lado de corriente arriba de la placa 2, también impactarán la velocidad del fluido que pasa a través de los pares respectivos de aberturas y consecuentemente, afectarán la presión de fluido estática percibida por el portillo 12 de corriente abajo. Debido a que la velocidad de fluido a través de cada una de las aberturas, o cada par de aberturas será diferente, la presión estática en el lado de corriente abajo de la placa 2 que es una función de la velocidad de fluido a través de cada una de las aberturas se promediará dentro del fluido y el portillo 12 de presión de corriente abajo percibirá esa presión estática promediada. Con una pluralidad de aberturas colocadas alrededor del centro de la placa 2, tal como por ejemplo, las cuatro aberturas 22 mostradas en las Figuras 2 y 5, la presión estática será promediada, aún cuando el perfil de fluido sea no simétrico alrededor de dos ejes de tubería, como sería cuando el fluido esté turbulento. . . ... - - - — Una forma modificada de una placa 30 de elemento de flujo primaria de cuatro aberturas se muestra en la Figura 5, formada integralmente con el anillo anular,' u oblea 32, que es insertable entre las pestañas 34 y 36 fijadas a los extremos de dos secciones de una tubería 40 portadora de fluido. Portillos 35 y 37 de percepción de presión de corriente arriba y corriente abajo están colocados en cada lado de la placa 30 de elemento de flujo, como se ve en la Figura 6. ¦ Los portillos 35 y 37 de percepción de presión se conectan a través de los conductos 39 y 41 en el vástago 45 a los conductos 46 y 47 en el distribuidor 18. La modalidad de la Figura 5 también se ilustra en las Figuras 6 y 7, que ilustran el conjunto " de medidor de flujo total insertado entre secciones de tubería que llevan el fluido cuyo régimen de flujo se va a medir. La oblea 32 es un anillo anular cuyo diámetro interior corresponde al diámetro interior de la tubería 40 portadora de fluido. La placa 30 de elemento de flujo está colocada a través de la abertura de anillo substancialmente equidistante desde cada uno de los lados laterales del anillo 32 de oblea. La oblea está montada entre dos empaques 48 y 49 que están en interfaz con las pestañas 34 y 36 de extremo de tubería. Un anillo 50 de colocación semicircular funciona para colocar y asegurar la oblea 32 en su lugar apropiado entre las pestañas_de .'tubería . - La- ce-loeacrón de la oblea 32 se logra colocándola hacia el soporte formado por el interior del anillo 50 y asentando los vástagos de los pernos 55 de sujeción hacia ranuras externas del anillo. Con la placa 30 de orificio de promediado estando integralmente construida con la oblea 32 de anillo de montaje y el vástago 45 portador de conducto y con el distribuidor 18 de montaje de transmisor estando directamente fijado al vástago 45, se logran varias ventajas importantes. De manera más importante, el mecanismo generador de presión diferencial, los portillos de percepción de presión, los componentes de distribuidor y de transmisor se incorporan en una sola unidad que es fácilmente insertable entre las pestañas de las secciones de tubería. Además, el mecanismo generador de presión diferencial puede comprender tipos de elementos de flujo primario distintos a las placas de orificio. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 8, un tubo 70 de Pitot de promediado, tal como aquel descrito en la Patente de E.U.A. No. 6,321,166 Bl, puede estar dispuesto diametralmente a través de la abertura de la obliga 32 de anillo. Una sección fragmentaria de un tubo 70 de Pitot de ejemplo se muestra en la Figura 9. Dicho tubo de Pitot tiene superficie 72 y 74 orientadas corriente arriba y corriente abajo cada una con portillos 76 y 78 respectivos, de percepción de presión elevada y presión estática que comunican con_ conductos... 80....y._-82 - interiormente ^ dispuestos conductores de presión alta y baja, conectados a los conductos 84 y 86 de tubería alojados en el vástago de corona anular.

Claims

REIVINDICACIONES 1. - Un elemento de medición de flujo primario de presión diferencial de promediado para inserción entre secciones de un conducto portador de fluido, que comprende, primera y segunda pestañas de montaje anulares que tienen superficies exteriores circunferenciales y aberturas interiores que corresponden en forma y tamaño a la sección transversal interior del conducto, un elemento de impedancia de flujo plano que tiene un punto central, el elemento estando dispuesto entre la primera y segunda pestañas de monr.a^e amii^r-n;- rn r†-n1^ " T" punto central está coaxial con los ejes longitudinales de las aberturas interiores de las pestañas, y el elemento teniendo una pluralidad de aberturas circulares excéntricamente dispuestas con respecto al punto central del elemento de impedancia.
2. - El aparato de . conformidad con la reivindicación 1, en donde el elemento de impedancia de flujo es una placa plana.
3. - El aparato de ' conformidad con la reivindicación 2, en donde la primera y segunda pestañas de montaje anulares están cada una formadas integralmente como un solo anillo anular, que tiene lados paralelos y en donde la placa plana está dispuesta transversalmente a través de la abertura interior en el anillo y paralela a los lados del anillo.
4. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1, y que incluye además, primera y segunda perforaciones conductoras de presión radialmente dispuestas en la primera y segunda pestañas para establecer comunicación de fluido entre las aberturas interiores respectivas en las pestañas y las superficies exteriores circunferenciales de las pestañas.
5. - El aparato de conformidad con la reivindicación 3, y que incluye además, Primera_ y segunda, perforaciones conductoras " depresión radialmente dispuestas en el anillo anular en lados opuestos de la placa plana.
6. - El aparato de conformidad con la reivindicación 5, y que incluye, además, un vastago de montaje alargado que se extiende radialmente desde la superficie externa circunferencial del anillo anular y que tiene primero y segundo conductor longitudinalmente a través del mismo que comunican con la primera y segunda perforaciones conductoras de presión respectivas .
7. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1, en donde las aberturas circulares tienen bordes circunferenciales opuestos, uno de los cuales está biselado.
8. - Un medidor de flujo de presión diferencial de promediado para determinar el régimen volumétrico de flujo de fluido en un conducto circular, que comprende, una corona anular en donde la abertura central corresponde en forma y tamaño a la sección transversal interior del conducto circular, un disco, congruente con la abertura central, y que tiene un punto central, el disco estando dispuesto dentro de la abertura central coincidente con un plano que está perpendicular al eje longitudinal de la abertura central, el disco teniendo una pluralidad de aberturas circulares excéntricamente dispuestas con respectó al punto central del disco .
9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, y que incluye además, un brazo de soporte que se extiende radialmente desde la corona anular, el brazo incluyendo primero y segundo conductos de transporte de fluido interiormente dispuestos, que se extienden hacia la corona anular, y primero y segundo portillos de percepción de presión que comunican con la abertura interior de la corona anular en lados opuestos respectivos del disco.
10. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, en donde la pluralidad de aberturas circulares es cuatro, comprendiendo primero y segundo pares de aberturas que están bilateralmente dispuestas con respecto al punto central del disco, ? en donde una línea que conecta los centros de las aberturas define un cuadrado.
11. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9 , en donde la pluralidad de aberturas circulares es tres, las tres aberturas estando dispuestas en un patrón triangular alrededor del punto central del disco.
12. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, en donde la pluralidad de aberturas circulares es cinco, que comprenden primero y segundo pares de aberturas que estáji bilateralmente - dispuestas con- respecto" al punto central de disco y una sola abertura espaciada del punto central del disco y en donde una línea que conecta los centros de las aberturas define un pentágono.
13. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, en donde la pluralidad de aberturas circulares es seis, las aberturas estando espaciadas desde el punto central del disco y, en donde una línea que conecta los centros de las aberturas define un hexágono.
14. - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, en donde las aberturas circulares tienen bordes circunferenciales opuestos, uno de los cuales está biselado.
15. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, en donde las aberturas circulares tienen bordes circunferenciales opuestos, uno de los cuales está biselado .
16. - La combinación de conformidad con la reivindicación 20, en donde el tipo de tubo de Pitot del medidor de flujo de fluido incluye, cuando menos un portillo de presión total én la superficie orientada corriente arriba, cuando menos un portillo de presión de succión en la superficie orientada corriente abajo, y recintos de presión total y de succión dentro del tubo conectadas en comunicación de fluido respectivamente- -a-los portillos de presión total y estática.
17. - La combinación de conformidad con la reivindicación 16, y que incluye además, primera y segunda perforaciones radialmente dispuestas en la corona anular, respectivamente conectadas en comunicación de fluido con los recintos de presión total y estática.
18. - La combinación de conformidad con la reivindicación 17, y que incluye además, un brazo de soporte que se extiende radialmente desde la corona anular, el brazo incluyendo primero y segundo conductos de transporte de fluido interiormente dispuestos que se extienden hacia la corona anular y se conectan en comunicación de fluido con la primera y segunda perforaciones en la corona anular.
19. - Un medidor de flujo de fluido de placa de orificio de promediado para medir el régimen volumétrico de flujo de fluido en un conducto, que comprende, un conducto para llevar fluido de una ubicació corriente arriba a una corriente, abajo, un medio de impedancia de flujo plano dispuesto transversalmente a través del interior del conducto, cuando menos tres aberturas circulares en el medio de impedancia excéntricamente dispuestas con respecto al eje longitudinal del conducto, .. _.. primer medio de percepción de presión estática dispuesto dentro del conducto corriente arriba del medio de impedancia de flujo y cercano al mismo, y segundo medio de percepción de presión estática dispuesto con el conducto corriente abajo del medio de impedancia de flujo y cercano al mismo.
20. - Un medidor de flujo de presión diferencial para determinar el régimen volumétrico de flujo de fluido en un conducto que conduce fluido circular, que comprende, una corona anular que tiene, una abertura central que corresponde en forma y tamaño a la sección conductor de fluido interior del conducto circular, y un tipo de tubo de Pitot de medidor de flujo de flujo que tiene un cuerpo que incluye superficies orientadas corriente arriba y corriente abajo llevadas por y montadas diametralmente a través de la abertura central de la corona anular.