专利名称:流量比较仪的安装方法
本发明有关气体的流量侧量，具体有关在现场对气体表作校正用的煤气管道流量比较仪的安装方法。
自从七十年代以来，天然气的成本迅速上涨，使人们对待仪表的准确性的态度特别在涉及高压煤气时，有了深刻的变化。由于实际价格(非贬值通货的价格)上涨了两到三倍，按照贬值通货计算则上涨了十至十五倍，人们急切盼望有比现在的仪表取得和保持的测量可以准确很多的测量。天然气对其它材料的相对价值，因受管制限制而被长期压低。现在已经接近和代用的燃料相等，引起了对准确测量的更大兴趣。但是，所有测量体积的仪表都测量实际的体积。因此，在比较高的压力下工作的仪表，一般有相当大的误差，因为校正是在大气压下，或接近大气压下进行的。在较高的工作压力下，一个给定的仪表可能处理一个很大量的煤气，而仪表的准确性难以预侧。为了对这误错的代价有所理解，现举一例说明，假使煤气的价格是五美元每一千标准立方英寸，那么当直径为12英寸的管道在表示压强为900/每英寸时，假如仪表的误差只是1%，那么每年的误差就要达到＄3.450，000。美元。由于即使在实验室条件下作了校正，指示准确度在各种压力下，高于±1%的仪表是少见的，在实际现场条件下，能造成比这高很多的误差，明显可见对较大的管道和较大的压力，木校正的仪表是没有能力作精确测量的。因此本发明的一个主要目的，是提出一种高精度测量标准器，在现场和仪表连接，从而可以利用这标准器，在实地条件下对仪表校正。
本发明的另外一个目的，是提出一个校正标准器，可以在各种压力和各种流速的现场，当仪表的误差作为压力，流速，和管道条件的函数变化时利用这标准器，在各种压力和流速下，求出一个准确的流速。
流量比较仪是一个辅助检验标准器，经证明可以和诸如检验钟(proving bell)之类的主检验标准器作极好的关连。用大型检验钟作的严格控制的实验室对照，确定了流量比较仪作优良的商品标准器的价值，这种流量比较仪又叫做音速喷管口音速喷管高度精确，可以用大型检验钟验证，有耐久性(比较不受磨损和侵蚀的影响)，构造紧凑，携带方便，易于重新校正。可以在任何混合气体的宽阔温度范围和压力范围中工作。假如把音速喷管紧靠需要校正的仪表的下游安装，测试式压力只需要保持比较固定。因此，本发明的另外一个目的，是提出一种利用音速喷管的仪表现场校正安排法。
在过去，这种器具只作实验室中的校正使用，或者把它暂时插在管道里面，作现场校正的标准器。暂时插入的主要目的，是除了作100%的测试流是供应外，在一切的测试流速中，都需要对喷嘴加旁路(不计量)，以完成管道的供给。此外，音速喷管的压力吸收范围，在5%到20%之间，取决于它的过度锥面(recovery cone)设计。如果不设置额外的阀件作管路中的校正标准器，那么这两个特点都排除永久性的装置。而在另一方面，由于仪表的精确性随管道的条件，流速，压力及用途变化，最适宜于把这种声速器具留在管道内，作初始的校正和实地的重校正。因此本发明有另外一个目的，就是提出一种安排，从而可以把用于作仪表校正的音速喷固定安装在管道内。
本发明的上述目的和其他目的，根据本发明的原理之所以能取得，是设有一个有进口和出口的阀，一个流量比较仪，和安装流量比较仪的装置，因而，当阀关闭把从进口到出口的流体阻止时，流量比较仪所处的位置可以把全部流体从进口，通过流量比较仪，到达出口。
根据本发明的一个方面，这个阀是一个可膨胀套管式轴流阀，固定件的安排方法，是把流量比较仪基本沿阀的中心线支承，提供一个不受套管影响通过阀的流通路。
根据本发明的另一个方面，固定件还另有一个装置，以适应流量比较仪的选定尺寸。
结合附图阅读本文下面的说明后，对以上所述便可立刻了解，附图内容如下
图1为一个透视图，说明一个作举例的音速喷管;
图2为1中沿图1的2-2线的音速喷管的剖视;
图3为管路的略图，示出图1及2中的音速喷管，按传统在管路里安装的方法;
图4A为本发明所提出的一种安排方法，其中有一个音速喷管安装在一个轴流阀里面，轴流阀处于开放的情形;
图4B所示是与图4A中相似的一个视图示，轴流阀处于关闭的状态;
图5示出图4A及4B中的安排的修改形式，图示不同尺寸的音速喷管的纳入方法;
图6所示一个举例的管道示意，说明本发明里的一个器具在管道里安装的方法;
图7A，7B及7C表示本发明和一个球阀的结合;
图8表示本发明和一个球形阀的结合。
现参看附图，各图中的相似组件用相同的标图号标示，图1.及图2.中示出一个传统设计的音速喷管，用标号10作一般表示，这音速喷管用于插在一个管道内，如图3的概略示意，作实地对仪表校正用。音速喷管10的设计是为了装在一个座架12里，形式属于已知，这器具的用途，是无论通过器具的压力差如何，给通过器具的气流，按一个特定的流速，规定一个上限。这样，当把这种器具安装在一个管路里的时候，可以准确地知道流速，在用时间去乘的时候，便可以用气流体积的答数，去和测试中的仪表记泵下来的体积去比较。
图3表示利用一个安放在座架12中的音速喷管，测试仪表14的管路安排方法的举例。如图3所示，必须设置阀16，18，20，22及24，以适应一切可能的运转状况。因此，在作正常的仪表测量时，阀16及20必须开放。而阀18及22或24关闭。在作校正时，阀20必须关闭，阀16，22，及24必须开放，而阀18部分开放，以满足在校正时下游的需要，但保持通过座架12里的音速喷管的临界压力差。这种安排方法中的各种缺点之一，是必须把高压管路打开，用一个有不同尺寸的流量比较仪，去代替一个流量比较仪。把管路打开不仅涉及相当大量的劳动，而且作无泄漏的再密封也是很重要的。应该注意的是最好用三种尺寸的流量比较仪-一个与仪表的工作容量一致或接近，一个的容量是工作容量的10%，另一个是工作容量的50%-因此在每一次作校正或重校正时，要把管路打开三次。否则，也可以用另外一种安排方法(图中表示)去避免打开的问题，就是配置和两个平行音速器具连结的阀和管路，因为使用两个平行的音速器具后，使第三速度的精确度不会减低。但是，这种安排的缺点是管件和昂贵的阀件的成本高，有一个附带的缺点就是草拟阀的运转方案很复杂，并且，下游管路突然停止工作会引起防故障措施起动，为了防止在改变功能时突然停止工作而把若干个阀协调运转是很困难的。本发明提出了一种简单的装置，把一个流量比较仪插入和一个仪表串连，可以减少使用管件和阀。
根据本发明的原理，可以把一个音速喷管安装在一个阀里，克服所有的上面提到的缺点。音速喷管安装在一个阀里的组合，在下文里都称为“音速监测器”可以在作改变后在本发明中实施的阀的理想类型，在美国专利第3，836，113号中有揭示，其内容在本文中转述是作参考的目的。这阀的名称是可膨胀套管式轴流阀。这种阀是一个插在管件突缘之间的器具，用作高容量无声紧凑阀，可在1500磅/每英寸表示压强下工作。工作原理是有一个可膨胀的弹性材料制造的套管，放在一个外壳里的一对圆锥形壳体件的上面，壳罩件中有槽道从里面通过。在自由状态下套管把壳体罩件密封。当套管后面的压力减低时，套管被膨胀，离开槽道，使气体从槽道里，和套管与壳罩件之间通过。如图4A及4B所示，流量比较仪50最好是一个可以恢复压力的音速喷管，用这流量仪代替传统轴流阀的壳罩螺栓。如图4A所示，并在引述的专利中有详细的叙述，流体管路52-54之内设有轴流阀，轴流阀有一个圆柱形外壳56，有一对基本完全相似的带槽道的壳罩58及60，有一个弹性的可膨胀的套管62，套在壳罩58及60的周围。歧管64焊接在外周围柱形外壳56上。壳罩58及60用一个音速喷管和一个拧在音速喷管50下游端外侧上的螺纹里的减阻螺母66固定在一起。
有一个阀控制回路和歧管64连接。这个控制回路有一个限流器68和一个控制阀70。限流器68连接在阀的进口，和套管62外面的控制腔之间。控制阀70连接在套管62外部的控制腔。和低压控制回路排卸口之间。本发明的安排中的一个典型装置，是在需要校正的仪表的下游，把仪表放在调节位置上。因此，控制回路的排卸口是管72，这管路通向配流调节器的另一侧。否则也可以把管路72接通大气。
如图4A所示，在控制阀70打开时，使上游的气体通过音速喷管50，轴流阀，和控制回路(全部并联连接)。总的结果是在这种情况下，通过器具的压力降相当小，使它适宜于和仪表串联。
如图4B所示，在控制阀70关闭时，进口处的压力对套管62的内部加压。因此，通过控制回路，和通过阀进入下游的气流被切断，使气流仅通过音速喷管50。假如由于通过音速喷管的压力差的状况，使喷管排气的绝对压力，低于上游绝对压力的80%到90%，那么这个压力差足可以使音速喷管50里达到临界流速(音速)，提供了一个(取决于温度和气体组成成份的)非常准确的流速。在这种情况下，可利用音速喷管50，在任何压力下校正仪表。
图5所示的一种安排，可以在一个轴流阀中容纳各种尺寸的音喷管提供这种安排，是因为一般的轴流阀有六种尺寸(2英寸，3英寸，4英寸，6英寸，8英寸和12英寸)，名和一种普通的管径匹配。假如给每一种尺寸的轴流阀制造一种音速喷管，那么就要有相当多的部件。虽然任何给定的仪表可能只需要用三种音喷管作校正，但是要求适应的代表的类型(膜片式旋转仪表，涡轻式或孔口式仪表)可能达到六种乃至合八种。于是，六种尺寸的轴流阀便可能有36种到48音速喷管。那么给这样大量的组件配备零件便有极大的不便。因此如图5所示，设计了一种喷管密纳装置。于是安装了一种带减阻螺母66的连接器74，代替了(图4A里)的音速喷管50。连接器74有内螺纹，可以在里面容纳一个尺寸小一些的音速喷管，或者一个小一些的连接器76。在连接器76中配置音速喷管78。否则也可以把小一些的连接器及小一些的音速喷管，放在连接器76里面。显然可以看到这容纳装置的安排，可以有效地减少了需要的备件。
应该注意到有音速喷管长期放在气流里，让它接触气体传带的颗粒和材料，是没有关系的。孔口式仪表非常容易把边缘磨圆，使精度严重下降，而音速喷管几乎不受这种损伤。虽然音速喷管会出现严重的蚀斑，进口表面有磨损，但在喉口则完全没有损坏而可以继续作校正。对喉口的不受损伤的现象，可以用进入喉口的气流的流线型作解释。因为可以预测一个边缘流层，保持永远避免对喉口的冲撞。
把本发明的安排和仪表串联，一个校正设备的管路和阀的安排可以高度简化，价格低廉。进行校正的劳动也大幅度降低，因此只需要一个人，把指定的轴流阀关闭，控制旁通阀(取得压力差造成临界流量，而同时把足够的气体旁路，维持下游的需要)。图6所示是作为举例的管路安排。图6中还示出，有三个音速监测器102，104，和106与一个仪表108串联。典型的方法是把表108放在配流调节器110的上游。从音速监测器102，104和106接出的排卸回路112，通过阀114，接到调节器110的下游侧。在作正常的仪表测量时，旁通阀116关闭，而所有的其他的阀开放。为了作校正，旁通阀116部分开放，以满足下游的需要，选择音速监测器102，104及106的其中一个控制阀关闭。应该注意到为了能够把仪表拆卸作校正或更换，除开三个音速监测器102，104和106，两根短管和旁路里的管件外，全部管件和阀件，等于因为设置三个音速监测器而增加的管件的长度。因此，本发明的安排非常紧凑，不要求有额外昂贵的阀。可以明显看到这个安排是提供实地校正和重校正的最廉价的方法，可以避免把管路打开。在校正的过程中，下游压力的控制也很容易，因为测试者可以(用回路限流器)把音速监测器控制回路中的一个有长期时间“衰减”的回路关闭，因而把全部注意力集中在旁通阀116的调定上。
虽然最好把一个音速器具放在一个轴流阀里面，但也考虑到可以把一个音速器具放在任何阀里面。图7A，7B和7C表示一个安装在球体124里的球阀122里的音速器120，和开放口轴线126及旋转轴线128垂直，因此，当开放口打开时阀完全开放，开放口完全关闭时作校正操作。虽然这似乎在正常运转时有保护音速器具的优点，但是这种保护是没有必要的。这方法的不利之处，在于需要使用极为昂贵的球阀作为喷管或喷管座架。还可能对开口及音速器具作安排，从而通过把开口的直径减小，并把音速器具，放列离开开口轴线六十度的一条轴线上(关闭位置在离开音速器具轴线60度的轴线上)，以取得一个第三工位(流体完全切断)。还可能把音速器具放在一根管(支撑管)内，管的长度接近球的直径。优点是易于把标准器从阀中取出，作更换和校正，并由于过渡锥面的长度有相当大的增加，压力恢复得比较好。
图8表示的是安装在一个球体阀或角阀132里的一个音速器具130，音速器具装设在阀座孔134里。
里然图中没有示出，但是板式阀(闸门阀，摇板阀，回转逆上阀)可以很容易地采用，把音速器具安装在阀板内。
到此，适宜于将有图6中的设计形式的、利用音速监测器的一些优点作一个归纳。任何有优良重复测量性能的仪表，可以在现场在任何压力下，作误差不超过±0.25%的指针校正。出厂校正的误差可以消除。由不精确高压测试台造成的测量误差可以得以消除。由于特定压力造成的和出厂校正偏离而产生的测量误差可以消灭。由于流速变化使指示精度变化而造成测量误差可以消灭。由于管道条件(紊流，喷流和旋流)造成的测量误差可以测灭。由于使用的岁月改变了指示精度造成的误差可以消灭。
孔口式仪表可以在任何压力下在现场校正。由于孔口板的出厂校正造成的测量误差可以消灭。由于孔口板因素造成的测量误差可以消灭。由于一个特定的压力造成一个压力因素，和美国煤气协会第3条(AGA3)中所设定的压力不同而产生的误差可以消灭。
在闸门位置上增加音速监器很容易，紧凑，并需要最少量的管件。可以消除预校正高压设备的投资。可以消除作高压预校正的费用和预备周期。为自动调整因使用造成的精度变化而设计的仪表，是不必需的开支。可以消除使用输送校准仪的投资和费用。
因此，上面揭示了一种用于作现场仪表校正的流量比较仪的安装措施。应理解上面叙述的实施方案只是作为本发明原理应用的举例。凡对本技术领域：
诸熟的人都可以设计许多措施而不脱离本发明的精度和范围，本发明的范围如附于本说明书的权利要求
书所设定。
权利要求
1、一个流量比较仪，其特征在于它的组合体包括
一个有一个进口和一个出口的阀；
一个流量比较仪；
把上述流量比较仪安装在上述阀中的装置；当把上述阀关闭把从上述进口通向上述出口的流体阻止时，上述流量比较仪所处的位置，可以把全部流体，从上述进口，通过上流量比较仪，达到上述出口。
2、如权利要求
第1项中之组合体，特征为上述比较流体仪是一个音速喷管。
3、如权利要求
第1项中之组合体，特征为由于上述安装装置的安排，允许在上述阀开放时，并且也上述阀关闭时，使流体通过上述流量比较仪。
4、如权利要求
第1项中之组合体，特征为由于上述安装装置的安排，可在阀开放时把上述比较流量仪从流程中取出。
5、如权利要求
第1项中之组合体，特征为上述阀是一个可膨胀套式的轴流阀，上述安装装置的安排，是把上述流量比较仪基本沿上述阀的中心线支撑，作成一条不受上述套管影响的通过上述阀的流程。
6、如权利要求
第5项中之组合体，特征为上述安装装置还有包括用于紧固上述阀的端部罩体的装置。
7、如权利要求
第5项中之组合体，特征为上述安装装置还有容纳选定尺寸的流量比较仪的装置。
8、如权利要求
第7项中之组合体，特征为上述容纳装置有一个连接装置，紧固上述阀的端部罩体，并有在上述连接器装置里面的装置，把一个流量比较仪固定。
专利摘要
一种较流阀的阀罩螺栓用一个音速喷管代替。于是可以把这个器具长期安装在一条管道里，与一个仪表串连，作为仪表现场校正的设备。
文档编号F16K7/00GK86100848SQ86100848
公开日1986年11月12日 申请日期1986年2月6日
发明者欧文·A·希克斯 申请人:美国仪表公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan