DE19648601C1

DE19648601C1 - Ortsbeweglicher Wirkdruckmesser für örtliche Durchflußmessungen

Info

Publication number: DE19648601C1
Application number: DE1996148601
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: AU5500698A; RU2157975C2; WO1998023927A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Durch flußmessung von Fluiden, z. B. in geschlossenen Leitun gen großen Querschnitts. Solche Messungen werden in ge eigneten Anwendungsfällen durchgeführt mittels frei be weglicher, insbesondere tragbarer und in der Strömung an ausgewählten Stellen anzuordnender Sonden. Bekannte Son den dieser Art sind z. B. Prandtl-Rohre oder Gesamt druck-Pitot-Rohre, die die örtliche Strömungsgeschwin digkeit festzustellen gestatten. Bei bekannter Vertei lung des Geschwindigkeitsprofils der Fluidströmung über den Leitungsquerschnitt kann eine einzige Messung genü gen; anderenfalls führt man Netzmessungen durch, bei denen an mehreren, netzartig über den Strömungsquer schnitt verteilten Stellen die Strömungsgeschwindigkei ten gemessen werden, wobei der Durchfluß durch Integra tion aus der Geschwindigkeitsverteilung bestimmt wird.

Aus DE 44 17 913 C1 ist eine solche in einer Rohrströ mung quer zu deren Richtung verschiebliche und dadurch an verschiedenen Querschnitts stellen positionierbare Gasströmungssonde bekannt, die zwei parallele Holme auf weist, wobei am Ende des einen eine Druckaufnahmebohrung für den statischen Druck und am Ende des anderen ein der Strömung entgegen gerichteter pitotrohrartiger Druckauf nehmer für den Gesamtdruck angeordnet sind.

Vorliegend geht es um eine Sonde in Form eines durch strömten Hohlkörpers, der schnell und ohne großen Auf wand in der zu messenden Strömung angeordnet werden kann, wobei die durch ihn fließende Meßströmung auf Grund entsprechenden Verlaufs der Querschnittsfläche des Meßkanals Druckänderungen erfährt, die als Wirkdruck gemessen werden können und den Durchsatz zu bestimmen gestatten. Auf diese Weise können schnell und leicht ausreichend zuverlässige Durchflußdaten gewonnen werden.

Eine fest in eine Leitung eingebaute Vorrichtung zur Messung zweier Druckdifferenzen über zwei aufeinander folgende 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 Druckdifferenz gemessen wird, die eine Funktion der mitgeführten Feststoffmenge ist, und auf der zweiten, sich diffusorartig erweitern den Meßstrecke eine Druckdifferenz gemessen wird, aus der sich der Durchsatz des Fördergases ergibt. Die ge samte Strömung geht durch die Meßstrecken.

Ein aus DE-AS 10 84 041 bekannter Strömungsmesser für Warmwasserleitungen in Form einer in diese einzuschrau benden Muffe hat eine stufenartige Durchmesserverengung, die eine Einschnürung der Strömung bewirkt. Abzweigkanä le münden vor und an der Stelle der eingeschnürten Strö mung und diese Abzweigkanäle leiten einen abgezweigten Teilstrom zu einem Meßgerät und von diesem zurück.

Die vorliegende Erfindung hat einen Wirkdruckgeber in der Art eines durchströmten und bei Bedarf an verschie denen Stellen des Strömungsquerschnitts positionierbaren Hohlkörpers zum Gegenstand, mit dem noch genauere Meß daten erhalten werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die in Patentanspruch 1 angegebe nen Merkmale. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Der erfindungs gemäße Wirkdruckgeber für örtliche Durchflußmessungen erzeugt einen höheren Druckabfall zwischen den Meßquer schnitten, wodurch die Genauigkeit der Messungen erhöht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen ortsbeweglichen Wirkdruckgeber zur freien Positionierung in einer zu messenden Strömung in teilweise geschnittener Seitenan sicht;

Fig. 2 den Schnitt 1-1 aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Wirkdruckgeber in einer zweiten Ausbil dungsform in teilweise geschnittener Seiten ansicht;

Fig. 4 den Schnitt 1-1 aus Fig. 3.

Der Wirkdruckgeber gemäß Fig. 1, 2 besteht im wesentli chen aus einem Gehäuse 1 in Form eines rotationssymme trischen Hohlkörpers, in dem ein Meßströmungskanal 2 gebildet ist, dessen lichte Durchtrittsquerschnittsflä chen längs der Achse 13 vom Eintrittsquerschnitt 3 aus gehend zunächst zunehmen bis zu einem maximalen Quer schnitt 5, anschließend abnehmen bis zu einem minimalen Querschnitt 6 und danach bis hin zum Austrittsquer schnitt 4 wieder zunehmen. Auf diese Weise setzt sich der Meßströmungskanal 2 aufeinanderfolgend aus einem Diffusor-, einem Konfusor- und einem Diffusorabschnitt zusammen. Alle Querschnitte des Gehäuses 1 sind kreis förmig. Der Eintrittsrand 14 und der Austrittsrand 15 sind zur Verringerung von Druckverlusten scharf ausge bildet.

In den Ebenen 5, 6 des maximalen bzw. minimalen Quer schnitts sind Druckentnahmebohrungen 9, 10 ausgeführt, von welchen Meßdruckrohre 7, 8 ausgehen, deren Enden zum Anschluß von Meßschläuchen ausgebildet sind. Diese stel len die Verbindung zu einem nicht gezeigten Meßgerät, insbesondere einem Differentialmanometer her. Die Meß druckrohre sind umgeben von einer Tragsäule 11 stromli nienförmigen Querschnitts, auf der eine Einstellskala 12 angebracht ist, deren Markierungen sich auf ein Niveau beziehen, in dem die Meßkanalachse 13 liegt.

Der in Fig. 3, 4 gezeigte Wirkdruckgeber unterscheidet sich von der vorstehend betrachteten Ausbildung durch die Querschnittsform des Gehäuses. Das Gehäuse 1′ hat rechteckige Querschnitte, wobei der Meßströmungskanal 2′ begrenzt ist durch ebene parallele Seitenwände in einem Abstand b und hierzu rechtwinklig orientierten Begren zungsflächen, die einen profilierten Verlauf haben und die Diffusor-Konfusor-Diffusorabschnitte bilden. Diese Begrenzungsflächen verlaufen zueinander bezüglich der Meßkanalachse 13 spiegelbildlich symmetrisch.

Zum Gebrauch wird der Wirkdruckgeber in der Rohrleitung, deren Durchfluß zu messen ist, mittels der Einstellskala 12 so positioniert, daß seine Meßkanalachse 13 mit der Rohrleitungsachse zusammenfällt. Der scharfe Eintritts rand 14 schneidet aus der ankommenden Rohrströmung eine Teilströmung heraus, die als Meßströmung durch den Kanal 2 fließt und entsprechend dem Querschnittsverlauf Ver zögerungen und Beschleunigungen erfährt.

Auf dem ersten Diffusorabschnitt bis zur Ebene 5 maxima len Querschnitts verringert sich die Geschwindigkeit der Meßströmung, so daß der Druck ansteigt und in der Druck entnahmebohrung 9 und damit im Meßdruckrohr 7 ein maxi maler Druck P_max ansteht. Auf dem anschließenden Konfusor abschnitt bis zur Ebene 6 minimalen Querschnitts wird die Meßströmung wieder beschleunigt und erreicht in der Ebene 6 ihren maximalen Wert, so daß hier der minimale Druck P_min auftritt, welcher über die Druckentnahmebohrung 10 im Meßdruckrohr 8 ansteht. Auf der abschließenden Diffusorstrecke bis zum Austrittsquerschnitt 4 verlang samt sich die Meßströmung wieder auf die in der Rohrlei tung herrschende Geschwindigkeit, so daß der Druck auch wieder den zugehörigen Wert annimmt und die Meßströmung ohne Störungen und mit nur minimalen Verlusten wieder in die allgemeine Rohrströmung einfließt.

Die erzeugte Druckdifferenz ΔP zwischen P_max und P_min ist auf Grund des Querschnittsverlaufs des Meßkanals 2 sehr groß, so daß mit guter Genauigkeit der Meßströmungsdurch satz q durch den Meßkanal 2 ermittelt werden kann nach der Beziehung

mit
α - Durchflußkoeffizient und
c - eine von der Geometrie des Wirkdruckgebers ab hängige und experimentell durch Kalibrierung zu ermittelnde Konstante;
f - Querschnittsfläche am Eintritt und Austritt;
ΔP - Druckdifferenz P_max-P_min;
γ - spezifisches Gewicht des Fluids.

Der gesamte Rohrleitungsdurchfluß Q ergibt sich dann bei ausreichend konstanter Geschwindigkeitsverteilung über dem Rohrquerschnitt aus der Beziehung

mit
F - Querschnittsfläche der Rohrleitung.

Auch die Ausbildung des Wirkdruckgebers mit einem Meß strömungskanal mit rechteckigen Querschnitten erlaubt die Ermittlung des Durchflusses mit guter Genauigkeit, wobei vorteilhaft insbesondere die größere Kompaktheit ist. Die reduzierte Breite erhöht die Anwendungsmöglich keiten und verringert gleichzeitig die hydrodynamischen Beanspruchungen und Belastungen.

Claims

1. Ortsbeweglicher Wirkdruckgeber für örtliche Durch flußmessungen mit einem einen Meßströmungskanal (2) bil denden Gehäuse (1) und Druckentnahmebohrungen (9, 10), an die Meßdruckrohre (7, 8) angeschlossen sind, wobei die Flächen des Eintrittsquerschnitts (3) und des Aus trittsquerschnitts (4) des Meßkanals (2) einander gleich sind dadurch gekennzeichnet, daß der Meßströmungskanal (2) sich zusammensetzt aus einem ersten Diffusorabschnitt bis zu einem maximalen Querschnitt (5), der größer ist als der Eintrittsquerschnitt (3), einem anschließenden Konfusorabschnitt bis zu einem minimalen Querschnitt (6), der kleiner ist als der Eintrittsquerschnitt (3) und einem hieran anschließenden Diffusorabschnitt, des sen Ende der Austrittsquerschnitt (4) ist, wobei die Druckentnahmebohrungen (9, 10) in den Querschnitten ma ximalen bzw. minimalen Querschnitts (5, 6) liegen.

2. Wirkdruckgeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kreisförmige Querschnitte des Meßströmungskanals (2).

3. Wirkdruckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Querschnitte des Meßströmungskanals (2′) rechteckig sind, wobei zwei einander gegenüberliegende Wände parallel und eben sind und die beiden anderen Wän de symmetrisch zueinander profiliert sind.

4. Wirkdruckgeber nach einem der vorhergehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch eine die Meßdruckrohre (9, 10) umgebende Tragsäule (11) vorzugsweise stromlinienförmi gen Querschnitts.

5. Wirkdruckgeber nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine an der Tragsäule (11) angebrachte Einstellskala (12).

6. Wirkdruckgeber nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäu se (1) einen scharfen Eintrittsrand (14), und einen schar fen Austrittsrand (15) aufweist.