SE441961B - Forfaranden for faststellande av noggrannheten for resp for fornyad kalibrering av en propeller- eller turbinmetare samt anordning for overvakning av noggrannheten hos sadan metare - Google Patents

Description

78i05646-2 Bästa sättet för användaren av mätaren att kontrollera mätarens noggrannhet är att ha en egen kalibreringsbänk. För att det skall vara möjligt att använda en kalibreringsbänk måste emel- lertid mätaren (eller åtminstone mätrotorn, dvs propellern eller turbinen) först avlägsnas från den driftledning vari den är in- stallerad. Detta är inte alltid lämpligt, eller ens möjligt, i vissa fall.

Ett huvudändamål med denna uppfinning är att åstadkomma en ny metod (= ett förfarande) resp. anordning som är enkel, prak- tisk och effektiv för pålitlig kontroll av noggrannheten hos en propellermätare under det att densamma förblir i drift, och utan att därvid avbryta eller störa strömningen i driftledningen.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen medelst ett för- farande(av inledningsvis angivet slag), som utmärkes av vidtagan- det av dei kravets 1 resp. 2 kännetecken angivna åtgärderna.

Vid fastställande av fluidens medelutgångsvinkel kan man använda sig av två små cylindriska pitotrör för att fastställa strömningsriktningen, och dessa båda pitotrör införs då radiellt i mätaren och vinkelrätt mot mätarens längdaxel. Pitotrören uppvi- sar identiskt lika konstruktion, och varje pitotrör har två hål som är inbördes åtskilda ett begränsat vinkelavstând mätt i ett plan parallellt med mätarens axel. Varje hål är förbundet med en rörledning som överför trycket till utsidan av mätaren. Ett av pi- totrören införs i strömningspassagen vid ett ställe uppströms om mätarens rotor, medan det andra pitotröret är placerat nedströms därom. Ändringen av strömningsriktningen kan därigenom mätas, när så önskas. Varje pitotrör har rörledningarna för sina hål förbund- na med ett lämpligt organ för mätning av differentialtrycken el- ler tryckskillnaden för ifrågavarande hål i pitotröret. Pitotrö- ret vrids sedan tills medeldifferentialtrycket noll erhålles mel- lan de två hålen i respektive pitotrör. Bisektrisen för vinkeln mellan hålen kommer då att ange strömningsriktningen. Ändringen av vinkeln mellan fluiden som inströmmar mot, resp. lämnar, mätarens rotor utgör medelavlänkningsvinkeln eller utgångsvinkeln.

En med varje pitotrör förbunden kodare av den absoluta axelvinkeln kan användas till att visa eller indikera den vinkel som strömningsriktningen bildar med mätarens längdaxel. Sedan skill- naden mellan de två utslagen använts till att beräkna medelutgångs- vinkeln, kan densamma jämföras med det värde som fastställts under den ursprungliga kalibreringen av mätaren, och denna jämförelse kommer då att utvisa eventuell ändring av mätarens noggrannhet. 7805646-2 Med det ovan sagda i minnet kan konstateras att ett annat väsentligt ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkgmma en ny metod och anordning som åstadkommer ett mått på en variabel som kan jämföras med ett referensvärde för att bestämma ifall nog- grannheten hos propellermätaren har försämrats, utan att därför av- bryta eller störa driften i den anläggning vari mätaren används.

Anordningen enligt uppfinningen uppnår de ovannämnda än- damålen genom att anordningen av det inledningsvis angivna slaget uppvisar de i kravets 3 kännetecken angivna särdragen.

Anordningen enligt denna uppfinning erbjuder alltså ett medel för att göra mätningar, som sedan kan jämföras med tidigare mätningar för att fastställa, ifall det har skett en ändring av mä- tarens noggrannhet. Denna anordning, som är avsedd att delvis vara inbyggd i respektive mätare, används i fabriken, innan mätaren skic- kas till kunden, för mätning av fluidens utgångsvinkel, när mätaren kalibreras. Analys av propellermätaren visar att varje avvikelse från det ursprungliga kalibrerade värdet för fluidens medelutgångs- vinkel är säreget relaterad till storleken på mätarkoefficientens avvikelse från det ursprungliga kalibrerade värdet. Denna avvikel- se är unik eller säregen genom att den är praktiskt taget helt obe- roende av fluidflödet eller ledningstrycket eller temperaturen. V Detta samband mellan utgângsvinkeln, som är storleken på avlänkningen av fluiden till följd av kontakten med de mätande pro- pellerbladen (turbinbladen), och mätarkoefficienten, kan användas för att kontrollera propellermätare utan att därför avbryta eller störa strömningen i användarens driftrörledning, vari mätaren in- går. Med föreliggande uppfinning blir det möjligt att uppnå dessa mätningar, som möjliggör ovannämnda jämförelse.

Vidareutvecklingar av anordningen enligt krav 3 framgår av de osjälvständiga kraven 4-9.

Uppfinningen kommer nu nedan att ytterligare förklaras och beskrivas under hänvisning till utföringsexempel som visas på den bifogade ritningen. För ritningsfigurerna gäller att fig. 1 visar en schematisk uppkoppling av anordningen mon- terad vid en propellermätare, som också endast är schcmatiskt vi- sad; fig. 2 visar schematiskt ett parti av mätrotorn till en pro- pellermätare samt ett riktningsfastställande pitotrör placerad ned- ströms om rotorn, varvid pilarna visar fluidens strömningsriktnin- gar; fig. 3 visar en ovanifrån sedd horisontalprojektion av en pro- pellermätare, delvis i snitt, och figuren visar sondinstallatio- nen och anslutningarna därtill; och 7805646-2 i fig. 4 visar slutligen ett snitt vinkelrätt mot mätarens längdaxel, varvid vissa element är utelämnade för att göra figuren tyd- ligare, och snittet är taget längs linjen 4 - 4 i fig. 3.

Grundläggande för förståelsen av denna uppfinning är insikten av betydelsen av termen "utgångsvinkel" som används för fluidström~ ningen genom mätarens rotor. De i fig. 2 visade pilarna som anger ström- ningen genom rotorn används till att illustrera ändringen av ström- ningsriktningen, vilken riktningsändring är betecknad ë. I fig. 2 tän- kes strömningen ske från vänster i riktning åt höger, och strömningen uppströms om.rotorn sker i dess axiella riktning, d.v.s. är parallell med mätarens längdaxel. Det har visat sig att medelutgångsvinkeln, som i figuren är betecknad ë, är praktiskt taget oberoende av flödet, led- ningstrycket och temperaturen. Såsom angivits ovan gäller att varje avvikelse hos denna utgångsvinkel (eller avlänkningsvinkel), från det ursprungliga kalibrerade värdet för denna fluidens medelutgångsvinkel, är unikt eller på ett säreget sätt relaterad till storleken på mätar- ,koefficientens avvikelse från dess ursprungliga kalibrerade värde.

Eftersom detta värde är praktiskt taget oberoende av flödet, lednings- trycket och temperaturen, kan denna utgångsvinkel ë mätas också när mätaren är i drift, utan att detta stör eller avbryter strömningen. En jämförelse mellan det värde på ä som bestämts vid sådan kontroll av mätaren i drift, och det ursprungliga värde på ë som bestämts vid ka- libreringsprov i fabriken, kommer då att utvisa eventuell ändring av mätarens noggrannhet.

Den anordning eller apparatur som erfordras för att fast- ställa denna utgångsvinkel Ö kan helt allmänt installeras vid propel- lermätare med axiell strömning, men nedanstående beskrivning hänför sig till en mätare av det slag som beskrivs i amerikanska patentskrif- ten 3 858 448 till vilken hänvisas för en mera detaljerad beskrivning av flödesmätarens konstruktion och drift.

Fig. l visar en schematisk framställning av ett parti av an- ordningen i användningsläge på en propellermätare 10. Såsom framgår av fig. 3 används två identiskt lika sonder. Den uppströms belägna sond- panordningen l4 är såväl vad gäller driften som till sin konstruktion identiskt lika den nedströms placerade sondanordningen 12, varför en- bart den nedströms placerade sondanordningen kommer att beskrivas här.

Såsom framgår av fig. l är sondanordningen 12 installerad i sidoväggen till mätarhuset 16. Sondanordningen är försedd med två rörlcdningar 18 7aoss46~2 och 20 förbundna med avkänningshålen 22 respektive 24 (se fig. 2) hos det cylindriska pitotröret 26. Dessa hål är företrädesvis placerade i vinkellägen inbördes åtskilda 750 - 850 utmed omkretsen av pitot- röret 26, och är belägna i ett gemensamt plan parallellt med mätarens axel. Rörledningarna 18 och 20 är förbundna med en differentialtryck- omvandlare 28 för fastställande av ett vridläge med minimalt diffe- rentialtryck mellan hålen 22 och 24. Mätvärdesomvandlaren 28 kan vara av vilken som helst av ett antal på marknaden förekommande typer med ett tryckområde lämpat för den typ av drift vid vilken mätaren är in- stallerad. Omvandlaren 28 är kopplad till en elektronisk manometer som är schematiskt visad och betecknad 30, för att man skall kunna konsta- tera medeltryckskillnaden noll i omvandlaren.

För mätning av pitotrörets vinkelläge är en axelvinkelkodare 32 fäst vid den yttre änden av pitotröret 26. En elektronisk digital- indikator 34 för vinkeln (som i de flesta fall utgörs av den önskade “utgångsvinkeln") är kopplad till axelvinkelkodaren 32.

Eftersom det inte är nödvändigt att kontinuerligt övervaka kalibreringen, utan räcker med att kontrollera densamma vid enstaka tillfällen, är sonderna eller pitotrören 26 inrättade att dras till- baka från den strömmande fluiden, för att minimera risken för till- täppning av pitotrörets hål. Vidare gäller att instrumenten, närmare bestämt omvandlaren 28, manometern 30, axelvinkelkodaren 32, och di- gitalindikatorn 34, är utförda att selektivt anslutas till respektive demonteras från önskade pitotrör, för att instrumenten skall kunna an- vändas till att kontrollera mer än en mätare.

Den anordning som är fäst vid mätaren, och som kvarblir på densamma, framgår av fig. 3 och 4. Fig. 3 visar den uppströms place- rade sondanordningen 14 och den nedströms placerade sondanordningen 12 i deras återdragna eller indragna lägen. Anordningarna bibehålls i dessa lägen utom när ett utslag önskas, för att minimera sannolikheten för att lösgjorda partiklar eller fragment täpper hålen i pitotrören.

När ett utslag önskas, så skjuts pitotrören in till de i fig. 3 och 4 med streckade konturer angivna lägena 36 och 36a.

Innan vi påbörjar beskrivningen av dessa sondanordningar, bör det återigen betonas att båda sondanordningarna l2 och 14 är identiskt lika till konstruktionen och driften, varför endast den nedströms pla- cerade sondanordningen l2 kommer att beskrivas här, och likadana delar 7sose46ë2 f på sondanordningen l4 är såsom framgår av fig- 3 försedda med samma hänvisningsbetecknar dock försedda med suffixet "a" efter hänvisnings- numret.

I detta sammanhang bör påpekas att det visat sig att propel- lermätarinstallationer är konstruerade att åstadkomma rent axiell ström- ning vid mätarens rotor. Röret bör därför förlöpa rakt ett stycke upp- ströms, och ledskenor som åstadkommer axiell strömning är vanligen in- stallerade. Det har följaktligen visat sig att installationen av en uppströms belägen sondanordning ofta inte ger någon väsentligt ökad noggrannhet, och därför helt kan utelämnas.

Den nedströms belägna sondanordningen 12 är monterad på ett nav 38 anordnat vid sidan av mätaren. En genomgående, avsatsföksedd borrning 40 (fig. 4) är gängad i sin yttre del, såsom visas vid 42, för att uppta en pluggdel 44. Den inre änden av pluggdelen eller plug- gen 44 uppbär en tätningsdel, såsom en O-ring 46 placerad i ett urtag 48, för att åstadkomma tätning mellan huset 16 och pluggen 44. Pluggen 44 har själv en avsatsförsedd, genomgående borrning 50 för upptagning av hylsdelen 52 och pitotröranordningen 54. Borrningen 50 är gängad i sin yttre del 56 med störst diameter, för att där upptag det gängade, yttre partiet 58 av hylsan 52. Borrningen 50 har två efter varandra följande partier 60 respektive 62 med stegvis mindre diameter, vilka partier sträcker sig in till den inre änden av pluggdelen 44. Borr- ningen 60 är dimensionerad att noggrant upptag mantelpartiet 64 av pitotröranordningen 54, och har ett urtag 66 som upptar en O-ringtät- ning 68 för att göra anordningen fluidtät. Mantelpartiet 64 är fixe- rat i förhållande till hylsdelen 52 när det gäller inåt- och utåtrik- tad rörelse, men tillåter inbördes rotation mellan dem för skruvning av hylsdelen 52 inåt och utåt med hjälp av gängorna 56 och 58, samt ävenledes för vridningen av pitotröret med ett ändamål som kommer att diskuteras närmare nedan. Vid denna utföringsform är mantelpartiet 64 fixerat vid hylsdelen 52 medelst distansorganet 70, axiallagret 72, och stoppringarna 74 och 76. När hylsdelen 52 inskruvas i pluggdelen 44 drar delen 52 således med sig pitotröranordningen 54 i riktning inåt utan att därför vrida eller rotera pitotröranordningen. När stoppringen 74 når fram till kontakt med ansatsen 78 mellan den gängade borrningen 56 och borrningen 60, befinner sig pitotröret 26 i det med streckad kontur angivna läget 36. När mätningarna har gjorts, kan hylsdelen 52 skruvas ut tills det gängade partiet 58 stöter på lockdelen 80, som 78056 46-2 [hålls fast på pluggdelen 44 medelst skruvar 82. Denna lockdel kan ut- göra en sammansatt del eller ha någon annan lämplig utformning. När pitotröranordningen befinner sig i detta tillbakadragna läge som visas med heldragna konturer i fig. 4, skyddar en i urtaget 86 monterad tät- ning 84 hålen 22 och 24 från ledningsfluiden, varigenom risken att hå- len täpps igen av fluidtransporterade fragment eller dylikt minimeras, Denna tätning bidrar också till att avtäta mätarhuset, och förhindrar därigenom läckage från detsamma.

Såsom nämnts ovan har pitotröret 26 två rörledningar 18 och 20, anslutna till respektive avkännande hål 22 och 24. Dessa rörled- ningar sträcker sig ut från den bakre änden av mantelpartiet 64 och leder till avstängningsventiler 88 och 90. Rörledningarna är utformade att sträcka sig ut genom motsatta sidor av en slits 92 i den bakre de- len av mantelpartiet 64, för att lämna den bakre yttersta delen eller änden av mantelpartiet 64 fri för anslutning av axelvinkelkodaren 32. Änden av mantelpartiet 64 uppvisar en i tvärsnitt icke-cirkulär kon- figuration 94 för att säkerställa korrekt sammankoppling med axelvin- kelkodaren. Ventilerna 88 och 90 är också försedda med lämpliga rör- anslutningsdon 96 för att åstadkomma förbindelse med differential- tryckomvandlaren.

Differentialtryckomvnaldaren 28, dess utläsningsindikator 30, axelvinkelkodaren 32, och den elektroniska vinkelindikatorn 34, är alla i marknaden förekommande produkter och behöver därför inte beskri- vas i detta sammanhang. Det kan räcka att påpeka att omvandlaren 2 måste ha den lämpliga känsligheten, stabiliteten och tryckkaraktäristi- ken för den drift i samband med vilken den skall användas, och axel- vinkelkodaren 32 måste vara tillräckligt känslig för att ge vinkelut- slag som är korrekta på en tiondels grad när.

För att tillämpa föreliggande uppfinning sammansättes mätaren l0 på fabriken, och sedan ansluts de borttagbara elementen till av- stängningsventilerna 88 och 90 och till änden av mantelpartiet 64. Under kalibreringsprovningen av mätaren mäts och registreras utgångsvinkeln ë. När certifieringen av mätaren har slutförts i fabriken, så bortkopp- las de borttagbara elementen (omvandlaren 28, manometern 30, axelvin- kelkodaren 32 och vinkelindikatorn 34) från mätaren, och hylsdelen 52 skruvas tillbaka så att pitotröret 26 dras tillbaka till det med hel- dragna konturer visade läget i fig. 4, varefter mätaren är färdig att försäljas och installeras i respektive användningsläge. 7805646f-2 Vid senare tillfälle, när det är önskvärt att kontrollera mä- tarens kalibrering, behöver mätaren inte avlägsnas från sitt driftläge.

De ovan uppräknade borttagbara elementen ansluts återigen, hylsan 52 skruvas in i pluggen 44 tills stoppringen 74 når fram till kontakt med ansatsen 78, varvid komponenterna är i läge för mätning av utgångsvin- keln. När mätningen av utgångsvinkeln har slutförts, står storleken på ~ vinkelavvikelsen från den ursprungligen uppmätta vinkeln vid tiden för ¿ tillverkarens fabrikskalibrering av mätaren, därest sådan avvikelse förekommer, i direkt linjärt förhållande till mätarens kalibrering.

Varje slag av propellermätare och varje storlek på respektive konstruk- tion uppvisar mätaregenskaper, såsom den vinkel som rotorbladen bildar med ett längsgående axialplan till mätaren, vilka egenskaper bestämmer nämnda samband. För exempelvis Rockwell Mark II fyra tums Model T-18 propellermätare beräknades att den procentuella ändringen i mätarens stabilitet för varje grad av ändring av utgångsvinkeln uppgick till 2,26 %. Senare provning fastslog att nämnda procenttal var 2,15 %.

Detta innebär att för varje tiondels grad ändring i utgångsvinkeln änd- ras mätarens stabilitet eller exakta visning med 0,22 %, och mätarut- slaget kan justeras med hänsyn härtill ifall så är .önskvärt. I varje fall utgör det ett medel för kontroll av mätarens kalibrering, för att bestämma ifall mätarens noggrannhet ligger inom de tillåtna felgrän- serna som gäller för den speciella installation vari mätaren används, eller ifall mätaren behöver demonteras från ledningen och ersättas.

I vissa installationer där någon osäkerhet råder om rikt- ningen för strömningen som träffar mätrotorns blad, kommer den i fig. 3 visade installationen till användning. I fig. 3 sker fluidströmningen nedifrån i riktning uppåt, och den uppströms belägna sondanordningen 14 drivs på samma sätt som ovan beskrivits för den nedströms placerade sondanordningen 12. Skillnaden i vinkelutslagen mellan de två sondan- ordningarna utgör då den av rotorn förorsakade ändringen, som är ut- gångsvinkeln för fluiden.

Uppfinningen avser således såväl ett nytt förfarande för kon- troll av noggrannheten hos propellermätare, som anordningar för genom- förande av denna kontroll.

Claims (9)

10 15 20 25 30 78056 46-2 ÉEEÉÉÉÄÉÉX

1. Förfarande för fastställande av noggrannheten för en pro- peller- eller turbínmätare (10) med en bladförsedd mätrotor, k ä n n e t e c k n a t av vídtagandet av följande åtgärder: ursprunglig kalibrering av mätaren (l0); mätning av utgångsvinkeln för fluidströmmen nedströms rotorn vid ursprunglig kalibrering; därefter mätning av utgångsvinkeln, när det är önskvärt att kontrollera mätarens (10) noggrannhet; jämförelse av de sålunda erhållna två värdena pa utgångs- vinkeln för att erhålla en indikation pa ändringen av mätarens noggrannhet såsom denna ändring framgår av ändringen av utgångsvínkelns värde.

2. Förfarande för förnyad kalibrering av en propeller- eller turbinmätare (10) med en bladförsedd mätrotor, k ä n n e t e c k- n a t av vidtagandet av följande åtgärder: bestämning av en ursprunglig mätarkoeffícient sasom den fluidmängd, som strömmar genom mätaren (10) som en bråkdel av rotorns rotation vid den ursprungliga kalíbreringen; bestämning av utgängsvinkeln för fluid, som lämnar rotorn vid den ursprungliga kalíbreringen; bestämning av utgångsvínkeln för fluid, som lämnar rotorn vid tidpunkten för den förnyade kalibreringen; korrigering av den ursprungliga mätarkoefficienten såsom en bråkdel av den ursprungliga utgangsvinkeln och den uppmätta utgângsvinkeln.

3. Anordning för övervakning av noggrannheten hos en propel- ler- eller turbinmätare (10) med en mätrotor omfattande inbördes åtskilda propellerblad, känningsorgan (12) är placerade nedströms mätrotorn för avkän- k ä n n e t e c k n a d av att av- ning av utgångsvinkeln för fluiden, som lämnar bladen, och att organ är anordnade för alstrande av en indikering av utgangs- vinkelns värde såsom ett mått på mätarens (10) noggrannhet.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att 10 15 20 30 7805646-2 10 indikeringsorgnnen omfattar dels signalalstrandc organ (32) inrättade att alstra en signal, som är representativ för vär- det på utgângsvinkeln, dels índikatororgan (34), som Jcagerar för signalen med att åstadkomma ett indikatorvärdc eller -utslag som visar utgângsvinkeln. S

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att avkänningsorganen omfattar ett riktningspitotrör (20) anordnat att alstra ett fluídtryckskillnadsutgångsvärde, dvs. ett diffe- *r rentialtryckutgångsvärde, som ändras i överensstämmelse med utgångsvinkeln.

6. Anordning enligt krav S, k ä n n e t e c k n a d av att utgångsvärdet från pitotröret (26) överförs til] en differential- tryckomvandlare (28) för alstrande av en indikering av utgångs- värdet från pitotröret (26).

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e C k n a G av att pitotröret (26) är anordnat vridbart till resp. lägen för att alstra ett minsta ingångsvärde för olika förutbestämda värden pâ utgångsvinkeln. 7

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att indikeringsorganen inbegriper en vinkelkodarc (32) inrättad att pâverkas av pitotrörets (26) vinkelvärde.

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att vinkelkodaren (32) alstrar ett utgångsvärde representativt för det aktuella vínkelvärdet, vilket utgångsvärde överförs till en indikator (34), som åstadkommer en indikering av ut- gângsvinkelns värde. U_