DE19648588C1

DE19648588C1 - Wirkdruckgeber eines Durchflußmessers

Info

Publication number: DE19648588C1
Application number: DE1996148588
Authority: DE
Original assignee: TAVIRA HOLDINGS Ltd
Current assignee: TAVIRA HOLDINGS Ltd
Priority date: 1996-11-23
Filing date: 1996-11-23
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2016-11-24
Also published as: AU5500498A; WO1998023925A1; RU2157972C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Durch flußmessung von Fluiden in geschlossenen Leitungen und insbesondere von Fluiden, die Festkörperbeimengungen enthalten. Speziell geht es um den Wirkdruckgeber eines Durchflußmessers für solche Anwendungsfälle.

Übliche Wirkdruckgeber sind Meßblenden, Meßdüsen und Venturirohre. Die letzteren bestehen aus einem Rohrkör per, dessen Strömungsquerschnitt sich in Strömungsrich tung vom vollen Rohrquerschnitt allmählich auf etwa die Hälfte dieser Querschnittsfläche verengt und dann wieder auf den normalen Querschnitt erweitert. Gemessen wird die Differenz der Drücke zwischen der stromauf liegenden Stelle vollen Querschnitts und der Stelle des minimalen Querschnitts, wo die Drücke abgenommen werden von mehre ren Druckabnahmeöffnungen, die auf dem Umfang der jewei ligen Querschnittsebene der Druckabnahmestelle verteilt sind und die von einem vergleichmäßigenden Ausgleichs mantel umgeben sind.

Eine aus US-PS 2 573 430 bekannte Durchflußmeßvorrich tung hat auf einem Rohrabschnitt ohne Querschnittsver änderung in zwei mit Abstand aufeinanderfolgenden Quer schnittsebenen Druckabnahmeöffnungen, die die Mündungs stellen von in der Wand verlaufenden Kanälen darstellen, wobei die stromaufwärts mündenden Kanäle der Strömung entgegen gerichtet sind und die stromabwärts mündenden Kanäle in Richtung der Strömung münden. In einer anderen Ausbildung hat der Querschnitt des Rohrabschnitts zwar einen venturirohrähnlichen Verlauf, jedoch liegen die Druckabnahmeöffnungen vor und hinter der engsten Stelle an Stellen gleichen Querschnitts. Ein Schutz vor Fest körperbeimengungen ist nicht vorhanden.

Eine Vorrichtung zur Messung zweier Druckdifferenzen über zwei aufeinanderfolgende Strömungsabschnitte eines Strömungskanals ist aus DE-PS 10 22 021 bekannt, wobei es um Feststoffe transportierende Gase geht und auf der ersten Meßstrecke konstanten Querschnitts eine Druckdif ferenz gemessen wird, die eine Funktion der mitgeführten Feststoffmenge ist, und auf der zweiten, sich diffusor artig erweiternden Meßstrecke eine Druckdifferenz gemes sen wird, aus der sich der Durchsatz des Fördergases ergibt. Auch hier ist kein Schutz der Druckabnahmestel len vor den mitgeführten Feststoffen vorgesehen.

Zum Schutz vor mitgeführten Festkörpern ist bei einem aus DE-AS 10 97 698 bekannten Wasserzähler dem Meßwerk ein zylindrisches Sieb vorgeschaltet, durch dessen Man telfläche der gesamte Durchsatz strömt. Eine Wirkdruck messung findet nicht statt.

In einem aus US-PS 1 145 222 bekannten Durchflußmesser sind in einer Kanalverengung eine diametral verlaufende Meßsonde mit mehreren Staudrucköffnungen und stromauf wärts von dieser strömungsvergleichmäßigende Leitbleche sowie ein Siebeinsatz angeordnet. Der letztere überdeckt den gesamten Kanalquerschnitt.

Eine zum Stand der Technik gehörende, in DE 195 29 544 A1 beschriebene Vorrichtung zur Durchflußmessung von mit Verunreinigungen beladenen Gasen hat einen Kanal mit einer Querschnittverengung und mit je einer in der Ka nalmitte gehaltenen Drucksonde im weiten und im engen Kanalabschnitt. Zum Schutz vor Verstopfungen der Druck sonden ist jede derselben umgeben von einem vorn ge schlossenen und hinten offenen Außenrohr, so daß der Druck des sich stromabwärts ausbildenden Totwasserbe reichs durch das hintere offene Ende die eingeschlossene Drucksonde beaufschlagt.

In einem aus DE-OS 15 66 095 bekannten Atemrohr für Pneumotachographen ist durch ein den Strömungsquer schnitt überdeckendes Drahtnetz ein Strömungswiderstand aufgebaut, um beim Ein- und Ausatmen ein Druckgefälle zu erzeugen, das zur Ermittlung des Lungenvolumens dient. Eine Wirkdruckmessung findet nicht statt.

Soweit die bekannten Durchflußmesser nach dem Wirkdruck prinzip arbeiten, sind sie zur Durchflußmessung von Fluiden mit Beimengungen wenig geeignet. Die Druckabnah meöffnungen können leicht von größeren Teilchen der Bei mengungen abgedeckt werden, so daß die Zuverlässigkeit des Betriebs und die Genauigkeit der Messung in Frage gestellt ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Wirkdruck gebers für einen Durchflußmesser, mit dem der Durchfluß auch von Fluiden mit Beimengungen zuverlässig und genau gemessen werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt mit der in Patentanspruch 1 angegebenen Ausbildung. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeich nungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die zur Hälfte geschnittene Seitenansicht des Wirkdruckgebers;

Fig. 2 den Querschnitt gemäß Linie 1-1 aus Fig. 1;

Fig. 3 den Querschnitt gemäß Linie 2-2 aus Fig. 1;

Fig. 4 den Längsschnitt eines rohrförmigen Schutzein satzes;

Fig. 5 den Querschnitt gemäß Linie 3-3 aus Fig. 4;

Fig. 6 das Austrittsende eines Wirkdruckgebers im Längsschnitt;

Fig. 7 den Querschnitt gemäß Linie 5-5 aus Fig. 6.

Der von links nach rechts durchströmte Wirkdruckgeber stellt einen Rohrkörper dar, der in eine Rohrleitung zwischen eine Zuströmrohrleitung 26 und eine Abström rohrleitung 27 eingebaut ist und besteht aus einem Ein trittsstutzen 1, einem Diffusorabschnitt 3 der Länge l₁, einem zylindrischen Abschnitt 4 maximalen Querschnitts der Länge l₂, einem Konfusorabschnitt 6 der Länge l₃ und einem Austrittsstutzen 7.

Der Eintrittsstutzen weist eine Mehrzahl von auf dem Umfang verteilten Druckabnahmeöffnungen 9 auf, deren Mündungen an der Außenfläche 10 eingeschlossen sind in einen halbtorusförmigen Ausgleichsmantel 11, der eine Druckvergleichmäßigung bewirkt und von dem ein Druckab nahmestutzen 12 abgeht, in dem der an dieser Quer schnittsstelle 2 herrschende Druck P₁ ansteht. Im Ab schnitt maximalen Querschnitts 4 sind in dessen Quer schnittsebene 5 eine Mehrzahl von auf dem Umfang ver teilten Druckabnahmeöffnungen 13 des Durchmessers d aus geführt, deren Mündung an der Außenfläche 14 umgeben ist von einem Ausgleichsmantel 15 mit Druckabnahmestutzen 16 für den hier herrschenden Druck P₂. Im Austrittsstutzen 7 sind Druckabnahmeöffnungen 17 an der Außenfläche 18 umgeben von dem Ausgleichsmantel 19 mit dem Druckabnah mestutzen 20 für den hier herrschenden Druck P₃. Die Drücke P₁, P₂, P₃ wirken über nicht gezeigte Leitungen auf ein geeignetes Meßgerät, beispielsweise mit Diffe rentialmanometern.

Durch das Innere des Rohrkörpers verläuft in Längsrich tung konzentrisch ein zylindrischer Schutzeinsatz 22 mit einer Mehrzahl von Wanddurchbrüchen, welche sich er strecken von einer Stelle stromauf von den Druckabnahme öffnungen 9 des Drucks P₁ bis zu einer Stelle stromab wärts von den Druckabnahmeöffnungen 17 des Drucks P₃. Die Wanddurchbrüche in diesem käfigartigen Schutzeinsatz verhindern, daß grobe Beimengungen des strömenden Fluids in den Ringmantelraum außerhalb des Schutzeinsatzes und zu den Druckabnahmeöffnungen 9, 13, 17 gelangen, verhin dern jedoch nicht, daß der Ringmantelraum an der Durch strömung teilnimmt und zum Meßkanal 21 zählt. Dieses Fernhalten grober Beimengungen ist besonders wichtig bezüglich der Druckabnahmeöffnungen 13 im Abschnitt 4 maximalen Querschnitts, wo wegen der hier herrschenden minimalen Geschwindigkeit der Strömung ein Absetzen stattfinden würde und die Durchströmung gestört würde.

Der Innendurchmesser des Schutzeinsatzes 22 ist gleich dem Durchmesser d₁ der Rohrleitung 26, 27, in die der Wirkdruckgeber eingebaut ist, so daß die lichte Rohrweite sich ohne Absatz fortsetzt in den Innenraum des Schutz einsatzes. Der Außendurchmeser d₂ des Schutzeinsatzes entspricht den einander gleichen Innendurchmessern von Eintrittsstutzen 1 und Austrittsstutzen 7.

Bei der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausbildung sind die Wanddurchbrüche des Schutzeinsatzes 22 ausgeführt in Form von Längsschlitzen 23, die sich in Längsrichtung parallel zur Achse 27 des Rohrkörpers des Wirkdruckge bers erstrecken, das heißt sie verlaufen normal zu den Querschnittsebenen 2, 5 und 8. Möglich ist auch eine Aus bildung, bei der Längsschlitze einen von 90° abweichen den Winkel mit diesen Ebenen bilden.

In der Ausbildung gemäß Fig. 4 und 5 sind die Wanddurch brüche Querschlitze 24, deren jeder sich fast über einen halben Umfang erstreckt und in einer Querschnittsebene liegt. Möglich ist auch eine Ausbildung, bei der Quer schlitze in Ebenen liegen, die einen Winkel mit den Querschnittsebenen bilden.

In der Ausbildung gemäß Fig. 6 und 7 sind die Wanddurch brüche Perforationsöffnungen 25, vorzugsweise kreisför mige Bohrungen.

Die kleinste Abmessung b, also die Weite der Schlitze bzw. der Durchmesser der Perforierungen wird aus der Bedingung

d b < b₁

gewählt, mit
d - Durchmesser der Druckabnahmeöffnungen und
b₁ - kleinste Abmessung der zurückzuhaltenden Festkörperbeimengungen in der Strömung.

Die Länge des Abschnitts, auf dem die Wanddurchbrüche ausgeführt sind, beträgt l und es gilt

l l₁ + L₂ + l₃ + l₄ + l₅ + 2d

mit l₁ - Länge des Diffusorabschnitts 3;
l₂ - Länge des Abschnitts 4 maximalen Querschnitts;
l₃ - Länge des Konfusorabschnitts 6;
l₄ - Abstand zwischen der Ebene 2 mit den Druckab nahmeöffnungen 9 für den Druck P₁ und dem An fang des Diffusorabschnitts;
l₅ - Abstand zwischen dem Ende des Konfusorab schnitts und der Ebene 8 mit den Druckabnahme öffnungen 17 für den Druck P₃.

Der Schutzeinsatz 22 ist so in den Rohrkörper des Wirk druckgebers eingesetzt und festgelegt, daß die Druckab nahmeöffnungen 9 und 17 von Eintritts- und Austritts stutzen mit den Wanddurchbrüchen fluchten, so daß eine Behinderung der Ausbreitung des in diesen Querschnitts ebenen 2 und 8 herrschenden Drucks in den jeweiligen Ausgleichsmantel und Druckabnahmestutzen nicht auftreten kann. Dabei kann die Zahl der auf dem Umfang verteilten Wanddurchbrüche des Schutzeinsatzes gleich der Zahl der Druckabnahmeöffnungen in dieser Querschnittsebene sein, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, oder die Zahl der Wanddurchbrüche ist ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Druckabnahmeöffnungen, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Im Betrieb des beschriebenen Wirkdruckgebers werden bei der Durchströmung die festen Beimengungsteilchen, deren minimale Abmessung b₁ größer ist als die Weite b der Schlitze 23 bzw. 24 bzw. der Durchmesser der Perfora tionsbohrungen 25 sich innerhalb des Schutzeinsatzes durch den Wirkdruckgeber bewegen und stoßfrei in die Abströmrohrleitung 27 ausgetragen. Die übrige Strömung und darunter auch Teilchen, deren minimale Abmessung b₁ kleiner ist als die Durchlaßweite b der Wanddurchbrüche durchströmt auch den Ringmantelraum zwischen der Rohr körperwand und der Außenfläche des Schutzeinsatzes, was aber nicht zu Betriebsstörungen führt, selbst wenn Bei mengungen in die Ausgleichsmäntel 11, 15, 19 gelangen.

Die Durchflußgröße wird bestimmt aus den beiden zu mes senden Druckgefällen

Δp₁ = P₂ - P₁ und
Δp₂ = P₂ - P₃

Claims

1. Wirkdruckgeber eines Durchflußmessers für Fluide, insbesondere für Fluide mit festen Beimengungen, beste hend aus einem Rohrkörper mit einem Eintrittsstutzen (1), einem Austrittsstutzen (7) und zwischenliegenden Abschnitten mit allmählichen Veränderungen des Strö mungsquerschnitts
und mit Druckabnahmeöffnungen an aufeinanderfolgenden Stellen, die auf dem Umfang der jeweiligen Querschnitts ebene verteilt sind und an der Außenfläche des Rohrkör pers von einem druckvergleichmäßigenden Ausgleichsmantel (11, 15, 19) umgeben sind,
dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung aufein anderfolgend ein Diffusorabschnitt (3), ein Abschnitt maximalen Querschnitts (4) und ein Konfusorabschnitt (6) vorgesehen sind
und daß sich längs der Meßstrecke (21) ein käfigartiger zylindrischer Schutzeinsatz (22) mit einer Vielzahl von Wanddurchbrüchen (23; 24; 25) erstreckt.

2. Wirkdruckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Innendurchmesser von Eintrittsstutzen (1) und Austrittsstutzen (7) einander gleich und gleich dem Außendurchmesser (d₂) des Schutzeinsatzes (22) sind und daß der Innendurchmesser (d₁) des Schutzeinsatzes gleich dem Innendurchmesser der Rohrleitung (26, 27) ist, in die der Wirkdruckgeber eingebaut ist.

3. Wirkdruckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddurchbrüche Längsschlitze (23) sind, die sich parallel zur Rohrkörperachse (27) erstrecken oder einen von 90° abweichenden Winkel mit den Querschnittsebenen einschließen.

4. Wirkdruckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddurchbrüche Querschlitze (24) sind, die in normal zur Rohrkörperachse orientier ten Querschnittsebenen liegen oder einen Winkel zu die sen einschließen.

5. Wirkdruckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddurchbrüche Perforationsöff nungen (25) vorzugsweise runder Form sind.

6. Wirkdruckgeber nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die klein ste Abmessung (b) der Wanddurchbrüche die Bedingung er füllt d b < b₁mit d - Durchmesser der Druckabnahmeöffnungen (9, 13, 17) und
b₁ - kleinste Abmessung der vom Fluidstrom mitge führten festen Beimengungen.

7. Wirkdruckgeber nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1) des die Wanddurchbrüche aufweisenden Abschnitts des Schutzeinsatzes (22) die Bedingung erfüllt l l₁ + l₂ + l₃ + l₄ + l₅ + 2dmit l₁ - Länge des Diffusorabschnitts (3);
l₂ - Länge des Abschnitts (4) maximalen Querschnitts;
l₃ - Länge des Konfusorabschnitts;
l₄ - Entfernung zwischen der Ebene (2) der Druckab nahmeöffnungen (9) des Eintrittsstutzens (1) und dem Anfang des Diffusorabschnitts (3);
l₅ - Entfernung zwischen der Ebene (8) der Druckab nahmeöffnungen (17) des Austrittsstutzens (7) und dem Ende des Konfusorabschnitts (6).

8. Wirkdruckgeber nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand durchbrüche (23, 24, 25) des Schutzeinsatzes (22) dec kungsgleich mit den Druckabnahmeöffnungen (9, 17) von Eintrittsstutzen (1) und Austrittsstutzen (7) angeordnet sind.

9. Wirkdruckgeber nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Längsschlitze (23) oder Perforationsöffnungen (25) des Schutzeinsatzes (22) gleich der Anzahl der Druckab nahmeöffnungen (9, 17) des Eintrittsstutzens (1) bzw. des Austrittsstutzens (7) ist oder ein ganzzahliges Vielfaches dieser Anzahl beträgt.