DE2356779B1 - Rohrförmiger DralldurchfluBmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Dralldurchflußmesser mit mindestens einem die Sekundärrotation des Wirbelkerns des durchströmenden Mediums erfassenden Meßfühler und einer im Inneren des Meßrohres in Durchflußrichtung stromaufwärts vom Meßfühler angeordneten Drallvorrichtung zur Erzeugung der Sekundärrotation.

Durch die CH-PS 4 53 732 ist es bekannt, das durch das Meßrohr fließende Medium in einen wirbelnden Zustand zu versetzen, das wirbelnde Medium zur Präzession zu bringen und die Umlauffrequenz sowie Amplitude der Präzessionsbewegung zu messen. Zu diesem Zweck ist der Dralldurchflußmesser unter anderem mit den eingangs geschilderten Teilen versehen. Als Drallvorrichtung werden in der genannten Patentschrift im ersten Teil des Meßrohres angebrachte Schaufelblätter angegeben, bzw. daß dieser Teil der Innenseite des Rohres mit Windungen oder Rippen versehen ist. Diese Rippen oder Windungen müssen zur Erzeugung einer wirksamen Wirbelströmung bis an oder in die Nähe der Achse des Meßrohres reichen.

Es sind weitere nach dem gleichen Prinzip, jedoch mit zusätzlichen Mitteln arbeitende Dralldurchflußmesser bekannt, von denen ersatzweise die DT-PS 19 04 435 genannt wird.

Diesem Meßprinzip liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zwischen einer durch eine Drallvorrichtung erzeugten Wirbelfrequenz und der durch das Meßrohr fließenden Durchflußmenge ein hinreichend genauer linearer Zusammenhang besteht, wobei mit der geometrischen Ausbildung der Drallvorrichtung und der damit verbundenen Strömungsgeschwindigkeit die Linearität bestimmbar ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Linearität aber auch durch die Reynoldszahl des zu messenden Mediums beeinflußt wird. Dralldurchflußmesser besitzen demzufolge nur eine für ein Meßgerät genügende Linearität innerhalb eines bestimmten Reynoldszahlenbereiches, der etwa auf 1 :20 bis 1 :30 beschränkt, also verhältnismäßig klein ist. Wird mit einem Dralldurchflußmesser, der mit einem eine bestimmte Reynoldszahl besitzenden Medium geeicht ist, ein Medium mit einer außerhalb des genannten Bereiches liegenden Reynoldszahl gemessen, so sind Abweichungen bis zu 10% vom tatsächlichen Durchfluß möglich. Diese Abweichung hat ihre Ursache in der Veränderung der Grenzschichtdikke in Abhängigkeit von der Reynoldszahl. Mit zunehmender Reynoldszahl baut sich die Grenzschicht ab, wodurch zwangsläufig ein Minusfehler des Dralldurchflußmessers durch Zunahme des aktiv durchströmten Meßquerschnittes hervorgerufen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eichfähigen Meßbereich der Dralldurchflußmesser zu vergrößern.

Zur Lösung wird deshalb gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Grenzschichtdicke, und im Zusammenhang damit den aktiv durchströmten Meßquerschnitt von der Reynoldszahl ganz oder nahezu unbeeinflußbar zu machen, und sie besteht darin, daß die Innenwand des Meßrohres im von der Drallvorrichtung bis zum Meßfühler reichenden Bereich mit einer in Hauptdurchflußrichtung des Mediums wirksam werdenden Rauheit versehen ist, deren Rauhtiefe K ein Verhältnis zum Durchmesser d des freien Durchganges von mindestens KId = 1/300 besitzt.

Durch diese Maßnahme wird die in der äußeren Grenzschicht sich befindliche Potentialströmung bei den unterschiedlichen Reynoldszahlen nahezu konstant gehalten. Während bei einer niedrigen Reynoldszahl der die Grenzschichtdicke bestimmende Geschwindigkeitsgradient gering ist, die genau definierte Rauheit der beströmten Oberfläche also im Bereich der Potentialströmung liegt und somit ohne Wirkung bleibt, kommt die Rauheit bei einer hohen Reynoldszahl, die bekanntlich einen Anstieg des Geschwindigkeitsgradienten zur Folge hat, zur Wirkung, da sie im wesentlichen eine Abnahme des Bereiches der Potentialströmung verhindert und somit die Grenzschichtdicke beeinflußt.

Das angegebene Rauhtiefe/Durchmesser-Verhältnis stellt das Minimum dar, bei dem die Rauheit ihre an sie gestellte Aufgabe in noch eben vertretbaren Grenzen erfüllt. Im allgemeinen ist ein Wert zwischen KId = 1/200 und KId= 1/50 angebracht.

Grundsätzlich ist das angegebene kleinere Verhältnis der Rauhtiefe zum Durchmesser des freien Durchganges einem Dralldurchflußmesser mit kleinerem Querschnitt zuzuordnen und umgekehrt, doch spielen dabei die Ausbildung der Drallvorrichtung und eventuelle zusätzliche Einrichtungen zur Verbesserung der Präzessionsbewegung auch eine Rolle. Insbesondere vom Vorhandensein der letztgenannten Mittel kann ein Variieren der Länge der Rauheit im angegebenen Bereich angebracht sein.

Auch ist es möglich, die umströmte Oberfläche der Drallvorrichtung mit einer Rauheit zu versehen, um bereits dort einen Abbau der Grenzschichtdicke zu verhindern.

Auch die Form und Ausbildung der Rauheit ist variabel. So können Noppen oder Vertiefungen im Rohr selbst oder an, bzw. in einem Einsatzteil vorhanden sein, doch ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer erfin-

dungsgemäßen Ausbildung, die Rauheit durch quer zur Durchflußrichtung verlaufende Rillen gebildet wird, oder nach einem anderen Vorschlag, eine einzige Rille in Form eines Gewindes vorhanden ist. Im letztgenannten Fall sollte dann, bei besonders wirksamer Drallvorrichtung, die Steigung des Gewindes dem allgemeinen Drall entgegengerichtet sein.

Die Wirksamkeit der Rauheit wird gesteigert, wenn nach einem letzten Vorschlag, diese ein Profil mit einem spitzen Winkel besitzt.

Neben der Erweiterung des Meßbereiches besteht aber noch ein besonderer Vorteil darin, daß die Eichkonstante des Meßgerätes bei geringen Gasdichten (kleinen Reynoldszahlen) bestimmt werden kann und diese Eichkonstante auch bei hohen Gasdichten (großen Reynoldszahlen) ihre Gültigkeit behält, also die Eichung vereinfacht.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Dralldurchflußmesser im Schnitt,

F i g. 2 eine Detailvergrößerung eines Ausschnittes »/4« aus F i g. 1 und

F i g. 3 eine Detailvergrößerung eines Ausschnittes »ß« aus F i g. 1.

Der Dralldurchflußmesser nach F i g. 1 besteht aus einem Meßrohr 1 mit Eingang 2 und Ausgang 3, welches über Flansche 4 und 5 mit einer nicht dargestellten Rohrleitung verbindbar ist. Im Eingang 2 des Meßrohres 1 ist eine mit mehreren Leitflügeln 6 versehene Drallvorrichtung 7, und im Ausgang 3 eine nicht näher bezeichnete Entwirbelungsvorrichtung 8 angeordnet. Zwischen der Drallvorrichtung 7 und der Entwirbelungsvorrichtung 8 ist ein bis ins Rohrinnere reichender Meßfühler 9 am Meßrohr 1 angebracht. Einzelheiten der Innenwand des Meßrohres 1 im durch einen Hilfskreis A gekennzeichneten Bereich, zeigt die F i g. 2. Die Rauheit wird hier durch Rillen 10 gebildet, wodurch spitze Profile 11 stehenbleiben. Die Tiefe der Rillen 10, also die Rauhtiefe ist mit »K« gekennzeichnet, und der freie Querschnitt des Durchganges mit »d«.

Auch die F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt, jedoch aus dem Hilfskreis »#« am Leitflügel 6 der Fig. 1. Auch hier besteht die Rauheit aus den Rillen 10 und den spitzen Profilen 11. Es hat sich gezeigt, daß die Leitflügel 6 nur in seltenen Fällen, also nur bei extremen Verhältnissen eine Rauheit benötigen, doch ist es angebracht, Hilfsflügel od. dgl. damit zu versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rohrförmigen Dralldurchflußmesser mit mindestens einem die Sekundärrotation des Wirbelkerns des durchströmenden Mediums erfassenden Meßfühler und einer im Inneren des Meßrohres in Durchflußrichtung stronaufwärts vom Meßfühler angeordneten Drallvorrichtung zur Erzeugung der Sekundärrotation, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Meßrohres (1) im von der Drallvorrichtung (7) bis zum Meßfühler (9) reichenden Bereich mit einer in Hauptdurchflußrichtung des Mediums wirksam werdenden Rauheit versehen ist, deren Rauhtiefe K ein Verhältnis zum Durchmesser d des freien Durchganges von mindestens KId = 1/300 besitzt.

2. Rohrförmiger Dralldurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauheit durch quer zur Durchflußrichtung verlaufende Rillen (10) gebildet wird.

3. Rohrförmiger Dralldurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauheit im rohrförmigen Teil durch eine fortlaufende Rille in Form eines Gewindes gebildet wird, wobei vorzugsweise die Steigung dem vorgegebenen Drall des durchfließenden Mediums entgegengerichtet ist.

4. Rohrförmiger Dralldurchflußmesser nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (11) der Rauheit einen spitzen Winkel besitzt.