DE29501626U1 - Variable area flow meter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schwebekörper-Durchflußmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a variable area flow meter according to the preamble of claim 1.
Schwebekörper-Durchflußmesser enthalten in einem senkrechtstehenden Meßrohr einen Schwebekörper, der von dem Fluid, dessen Durchfluß zu messen ist, von unten angeströmt wird und in dem Meßrohr aufsteigt, bis die von dem Fluid auf den Schwebekörper ausgeübte dynamische Kraft gleich dem Gewicht des Schwebekörpers ist. Die Steighöhe des Schwebekörpers ist ein Maß für den Durchfluß. Schwebekörper und Meßrohr sind derart ausgebildet, daß sich der Durchlaßquerschnitt mit zunehmendem Anstieg des Schwebekörpres im Meßrohr erhöht.Variable area flow meters contain a floating body in a vertical measuring tube, which is flowed against from below by the fluid whose flow is to be measured and which rises in the measuring tube until the dynamic force exerted by the fluid on the floating body is equal to the weight of the floating body. The height of the floating body is a measure of the flow. The floating body and measuring tube are designed in such a way that the flow cross-section increases as the floating body rises in the measuring tube.
Die Medien, deren Durchfluß mit derartigen Durchflußmessern gemessen werden soll, sind häufig abrasiv oder chemisch aggressiv. Außerdem können in dem Medium starke Druckstöße entstehen oder auch Unterdrücke.The media whose flow is to be measured with such flow meters are often abrasive or chemically aggressive. In addition, strong pressure surges or negative pressures can occur in the medium.
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Es ist bekannt, die Meßrohre von Schwebekörper-Durchflußmessern mit einer Beschichtung zu versehen. Eine solche Beschichtung kann aus PTFE bestehen oder aus Keramik. PTFE hat den Nachteil eines hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch bei hohen Betriebstemperaturen die Gefahr der Ablösung von dem in der Regel aus Stahl bestehenden Meßrohrmantel besteht. Das PTFE-Material wird in der Regel als Schlauch aufgebracht, der sich durch radiale Aufweitung mit dem Stahlmantel verbindet. Im Falle von Unterdruck im Meßrohr kann sich die PTFE-Beschichtung von dem Stahlmantel ablösen. Keramik ist dagegen druck- und stoßempfindlich. Bei schlagartiger Änderung des Durchflusses sind daher besondere Schutzmaßnahmen erforderlich. Bekannt sind auch Kombinationen von Keramik- und PTFE-Auskleidungen. Auch hier besteht jedoch die Gefahr des Ablösens vom Rohrmantel. Ferner hat PTFE (Teflon) die Eigenschaft, Wasser aufzunehmen, so daß es bei Temperaturwechseln zu einer Blasen- oder Faltenbildung in der Auskleidung kommen kann.It is known to provide the measuring tubes of variable area flow meters with a coating. Such a coating can be made of PTFE or ceramic. PTFE has the disadvantage of a high coefficient of thermal expansion, which means that at high operating temperatures there is a risk of detachment from the measuring tube casing, which is usually made of steel. The PTFE material is usually applied as a hose that connects to the steel casing by radial expansion. In the event of negative pressure in the measuring tube, the PTFE coating can detach from the steel casing. Ceramic, on the other hand, is sensitive to pressure and impact. Special protective measures are therefore required in the event of a sudden change in flow. Combinations of ceramic and PTFE linings are also known. Here, too, however, there is a risk of detachment from the pipe casing. PTFE (Teflon) also has the property of absorbing water, so that changes in temperature can lead to bubbles or folds in the lining.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwebekörper-Durchflußmesser zu schaffen, der bei einer Vielzahl chemischen Medien eingesetzt werden kann und in einem großen Temperaturbereich und bei schwierigen Druckverhältnissen ohne die Gefahr der Zerstörung oder des übermäßigen Verschleißes sicher arbeitet.The invention is based on the object of creating a variable area flow meter that can be used with a variety of chemical media and operates reliably in a wide temperature range and under difficult pressure conditions without the risk of destruction or excessive wear.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Schwebekörper-Durchflußmesser ist die Innenwand des Meßrohrs und/oder die AußenwandIn the variable area flow meter according to the invention, the inner wall of the measuring tube and/or the outer wall
des Schwebekörpers mit einer Duplex-Beschichtung versehen, die aus einer korrosionsschützenden und porenschließenden Trägerschicht sowie einer darauf angebrachten Deckschicht auf Epoxydharzbasis oder Phenolharzbasis besteht.The float is provided with a duplex coating consisting of a corrosion-protecting and pore-closing carrier layer and a top layer based on epoxy resin or phenolic resin.
Die Trägerschicht dient als Haftgrund für die anschließend aufgebrachte Deckschicht. Sie füllt die Oberflächenrauhheiten der zu beschichtenden Flächen von Meßrohr und Schwebekörper, wodurch eine glatte Fläche entsteht. Ferner dient die Trägerschicht als Korrosionsschutz für das metallische Grundmaterial von Meßrohr und Schwebekörper, das nicht zwingend aus rostfreiem Stahl bestehen muß.The carrier layer serves as a base for the top layer that is subsequently applied. It fills the surface roughness of the surfaces of the measuring tube and float that are to be coated, creating a smooth surface. The carrier layer also serves as corrosion protection for the metallic base material of the measuring tube and float, which does not necessarily have to be made of stainless steel.
Die Deckschicht auf Epoxydharz- oder Phenolharzbasis hat eine hohe Abriebfestigkeit und eine hohe chemische Resistenz. Sie weist eine glatte und porenfreie Oberfläche auf. Damit werden Inkrustationen der dem Medium ausgesetzten Flächen vermieden.The top layer based on epoxy resin or phenolic resin has a high level of abrasion resistance and chemical resistance. It has a smooth and pore-free surface. This prevents incrustations on the surfaces exposed to the medium.
Die Deckschicht kann in einem Arbeitsgang auch bei großen Meßrohren und Schwebekörpern einfach und kostengünstig aufgebracht werden. Außerdem lassen sich auch Meßrohre mit kleinen Weiten ohne großen Aufwand beschichten. The cover layer can be applied easily and inexpensively in one step, even for large measuring tubes and floats. In addition, measuring tubes with small widths can also be coated without great effort.
Die nach einem Einbrennvorgang ausgehärtete Duplexschicht weist für eine nichtkeramische Auskleidung hohe Temperaturbeständigkeit (bis 210 °C Dauerbelastung bei einer Deckschicht auf Phenolharzbasis und bis 170 0C bei einer Deckschicht auf Epoxydharzbasis) auf. Aus der guten Haftung der Träger- und Deckschicht auf dem je-The duplex layer, which is hardened after a baking process, has a high temperature resistance for a non-ceramic lining (up to 210 °C continuous load for a phenolic resin-based covering layer and up to 170 0 C for an epoxy resin-based covering layer). The good adhesion of the carrier and covering layers to the respective
weiligen Untergrund ergibt sich eine sehr gute Druckbeständigkeit (von Vakuum bis 1 000 bar) der Duplexschicht. The duplex layer has very good pressure resistance (from vacuum to 1,000 bar) on any substrate.
Da der Elastizitätsmodul der Duplex-Schicht niedriger ist als der des Meßrohres bzw. Schwebekörpers, entstehen bei Temperaturänderungen trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten keine Risse in der Auskleidung. Since the elastic modulus of the duplex layer is lower than that of the measuring tube or float, no cracks occur in the lining when temperatures change, despite different thermal expansion coefficients.
Vorzugsweise besteht die Deckschicht aus einem Pulver, das auf die Trägerschicht, z.B. mit Hilfe einer Beschichtungslanze, Flocking-Pistole oder anderer Verfahren, gleichmäßig aufgetragen wird und durch Erwärmung zu einem glatten Überzug verschmilzt.Preferably, the top layer consists of a powder that is evenly applied to the carrier layer, e.g. using a coating lance, flocking gun or other method, and melts into a smooth coating when heated.
Die erfindungsgemäße Auskleidung basiert auf einer modifizierten Novolak-Beschichtung. Novolak bezeichnet eine Hauptgruppe der härtbaren technischen Harze, deren Moleküle sehr lange lineare Ketten bilden. Die Trägerschicht besteht hauptsächlich aus einem Resol, das durch drei Bindungsarten auf der zu beschichtenden Stahloberfläche haftet, nämlich durch mechanische Adhäsion, polare und chemische Bindungen sowie eine chemische Verbindung, die das Trägermaterial mit dem Grundmaterial eingeht.The lining according to the invention is based on a modified novolak coating. Novolak refers to a main group of curable technical resins whose molecules form very long linear chains. The carrier layer consists mainly of a resol that adheres to the steel surface to be coated by three types of bonding, namely mechanical adhesion, polar and chemical bonds, and a chemical bond that the carrier material forms with the base material.
Der für die Deckschicht vorgesehene Pulverlack besteht aus einem Hauptbestandteil und mehreren Zusatzstoffen. Der Hauptbestandteil ist ein modifizierten Novolak mit der nachstehend wiedergegebenen Strukturformel:The powder coating intended for the top coat consists of a main component and several additives. The main component is a modified novolak with the structural formula shown below:
Zu den Zusatzstoffen gehören Bindemittel, wie Harze, Härter und Beschleuniger, Pigmente, Farbstoffe, Additive, Füllstoffe und Verschnittmittel.Additives include binders such as resins, hardeners and accelerators, pigments, dyes, additives, fillers and extenders.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwebekörper-Durchflußmesser undFig. 1 a longitudinal section through a variable area flow meter and
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die mit der Duplex-Schicht ausgekleidete Wand des Meßrohrs bzw. des Schwebekörpers.Fig. 2 shows, on an enlarged scale, a section through the wall of the measuring tube or float lined with the duplex layer.
Der Schwebekörper nach Fig. 1 weist ein senkrechtstehendes Meßrohr 10 aus amagnetischem Stahl auf, das an seinem oberen Ende und seinem unteren Ende mit einem Flansch 11 versehen ist. Das Rohr 10 weist einen zylindrischen oberen Bereich 10a, einen sich nach unten verjüngenden Meßbereich 10b, einen sich daran anschließenden, nach außen erweiterten Übergangsbereich 10c und einen unteren zylindrischen Bereich 1Od auf.The float according to Fig. 1 has a vertical measuring tube 10 made of non-magnetic steel, which is provided with a flange 11 at its upper end and its lower end. The tube 10 has a cylindrical upper region 10a, a downwardly tapering measuring region 10b, an adjoining, outwardly expanded transition region 10c and a lower cylindrical region 10d.
In dem Meßrohr 10 ist der Schwebekörper 12 axial bewegbar. Der Schwebekörper 12 besteht aus einem Stahlmantel 12a aus amagnetischem Stahl, in dem ein Dauermagnet 12bThe float 12 is axially movable in the measuring tube 10. The float 12 consists of a steel casing 12a made of non-magnetic steel, in which a permanent magnet 12b
eingeschlossen ist. Der Dauermagnet 12b befindet sich in einem dickeren Mittelstück des Schwebekörpers 12. Von diesem Mittelstück stehen nach beiden Ende Führungsstäbe 13 bzw. 14 ab. Jeder Führungsstab 13,14 ist in einem Führungseinsatz 15 bzw. 16 axial geführt, der in das jeweilige Ende des Meßrohrs 10 eingesetzt ist. Die Führungseinsätze 15 und 16 sind sternförmiog ausgebildet, so daß sie Durchlässe für das strömende Medium bilden. Sie stützen sich jeweils mit einem Flansch 17 an dem jeweiligen Flansch 11 des Meßrohrs von außen ab und ragen von dort in das Innere des Meßrohres hinein. Die Führungseinsätze 15 und 16 haben eine solche Länge, daß sie in jeder axialen Position des Schwebekörpers 12 die Führungsstäbe 13 und 14 umgreifen. Dadurch wird der Schwebekörper 12 in dem Meßrohr 10 zentriertgehalten.is enclosed. The permanent magnet 12b is located in a thicker middle section of the float 12. Guide rods 13 and 14 protrude from this middle section at both ends. Each guide rod 13, 14 is axially guided in a guide insert 15 or 16, which is inserted into the respective end of the measuring tube 10. The guide inserts 15 and 16 are star-shaped so that they form passages for the flowing medium. They are each supported by a flange 17 on the respective flange 11 of the measuring tube from the outside and protrude from there into the interior of the measuring tube. The guide inserts 15 and 16 are long enough that they encompass the guide rods 13 and 14 in every axial position of the float 12. This keeps the float 12 centered in the measuring tube 10.
Am unteren Ende des Mittelteils des Schwebekörpers 12 befindet sich ein seitlich abstehender kegelstumpfförmiger Meßring 18, der an seinem Rand eine umlaufende scharfe Abrißkante 19 bildet.At the lower end of the middle part of the float 12 there is a laterally protruding truncated cone-shaped measuring ring 18, which forms a sharp peripheral tear-off edge 19 on its edge.
Außerhalb des Meßrohrs 10 ist ein Magnetfeldsensor 21 angebracht, der auf den Magneten 12b reagiert und somit die Position des Schwebekörpers 12 angibt.A magnetic field sensor 21 is mounted outside the measuring tube 10, which reacts to the magnet 12b and thus indicates the position of the float 12.
Die Innenfläche des Meßrohrs 10 ist mit einer Duplex-Beschichtung 20 beschichtet. Diese Beschichtung erstreckt sich auch bis zu den Außenseiten der Flansche 11, wo die Flansche 17 der Führungseinsätze auf entsprechenden Beschxchtungsflachen 20a aufliegen.The inner surface of the measuring tube 10 is coated with a duplex coating 20. This coating also extends to the outer sides of the flanges 11, where the flanges 17 of the guide inserts rest on corresponding coating surfaces 20a.
In gleicher Weise ist der Schwebekörper 12 mit einer Duplex-Beschichtung 22 versehen, die sich über den Mit-In the same way, the float 12 is provided with a duplex coating 22, which extends over the center
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telteil und die Führungsstäbe 13,14 erstreckt und den gesamten Schwebekörper bedeckt, mit Ausnahme des Meßrings 18. Der Meßring 18 ist von Beschichtung frei, so daß seine scharfe Abrißkante 19 nicht durch eine Beschichtung abgerundet wird. Er besteht aus einem gegen Chemikalien resistenten Metallmaterial, wie Al2O3 oder Hastelloy C4.part and the guide rods 13,14 and covers the entire float, with the exception of the measuring ring 18. The measuring ring 18 is free of coating so that its sharp tear-off edge 19 is not rounded off by a coating. It consists of a metal material resistant to chemicals, such as Al 2 O 3 or Hastelloy C4.
Die mit der Duplex-Beschichtung 20 oder 22 beschichteten Flächen sind durch diese Beschichtung derart abgerundet, daß die Kantenradien etwa 2 mm betragen.The surfaces coated with the duplex coating 20 or 22 are rounded by this coating so that the edge radii are approximately 2 mm.
Fig. 2 zeigt die mit der Duplex-Schicht versehene Wand des Meßrohrs 10. Die Duplex-Schicht 20 besteht aus zwei unterschiedlichen Schichten. Die erste, direkt mit dem Metallmeßrohr in Berührung kommende Trägerschicht 23 auf Phenolharzbasis wird in flüssiger Form aufgetragen und hat nach dem Aushärten eine Schichtdicke von 10-20 &mgr;&pgr;&igr;, vorzugsweise 15 &mgr;&idiagr;&eegr;. Die Trägerschicht 23 füllt die Oberflächenrauhheiten in der zu beschichtenden Meßrohrwand aus und dient als Haftgrund für die durch Pulverbeschichtung aufgebrachte Deckschicht 24, die auf Epoxydharz oder Phenolharz basiert. Die Deckschicht 24 auf Phenolharzbasis ist vorzugsweise ein Novolak (Phenol formaldehyd) .Fig. 2 shows the wall of the measuring tube 10 provided with the duplex layer. The duplex layer 20 consists of two different layers. The first carrier layer 23, which comes into direct contact with the metal measuring tube, is based on phenolic resin and is applied in liquid form and has a layer thickness of 10-20 μm, preferably 15 μm, after curing. The carrier layer 23 fills the surface roughness in the measuring tube wall to be coated and serves as an adhesive base for the powder-coated cover layer 24, which is based on epoxy resin or phenolic resin. The cover layer 24 based on phenolic resin is preferably a novolak (phenol formaldehyde).
Die Schichtdicke der eingebrannten Deckschicht liegt typischerweise zwischen 200 und 300 pm. Die mittlere Oberflächenrauhheit der Deckschicht beträgt ca. 2 &mgr;&pgr;&igr;.The thickness of the fired top layer is typically between 200 and 300 pm. The average surface roughness of the top layer is approximately 2 μπι.
Im folgenden das Verfahren zur Beschichtung der Rohrinnenwand im einzelnen beschrieben.The process for coating the inner wall of the pipe is described in detail below.
Zunächst werden die zu beschichtenden Oberflächen entfettet und mittels Al2O3-Strahlmittel entrostet und aufgerauht. Anschließend werden die so behandelten Teile durch Ausblasen mit öl- und feuchtigkeitsfreier Luft entstaubt. Daraufhin wird die porenschließende Trägerschicht 2 3 in flüssiger Form bei Raumtemperatur aufgetragen. Nach dem Trocknen der Trägerschicht wird das Meßrohr auf die Beschichtungstemperatur von etwa 150-180 °C erwärmt. Ein nun gleichmäßig auf die Trägerschicht 2 3 aufgetragenes Pulver auf Epoxyd- oder Phenolharzbasis verschmilzt und bildet einen glatten, glänzenden Überzug. Das Pulver kann mit einer Beschichtungslanze, Flocking-Pistole oder anderen Verfahren aufgetragen werden. Abschließend wird die Deckschicht durch einen ca. einstündigen Einbrennvorgang bei 220-250 °C ausgehärtet.First, the surfaces to be coated are degreased and rust-removed and roughened using Al 2 O 3 blasting media. The parts treated in this way are then dedusted by blowing them out with oil- and moisture-free air. The pore-closing carrier layer 2 3 is then applied in liquid form at room temperature. After the carrier layer has dried, the measuring tube is heated to the coating temperature of around 150-180 °C. An epoxy or phenolic resin-based powder is then evenly applied to the carrier layer 2 3 and melts to form a smooth, shiny coating. The powder can be applied using a coating lance, flocking gun or other methods. Finally, the top layer is hardened by a baking process lasting around one hour at 220-250 °C.
Die Duplex-Beschichtung 22 des Schwebekörpers 12 wird in gleicher Weise aufgebracht wie die Duplex-Beschichtung 20 des Meßrohrs 10.The duplex coating 22 of the float 12 is applied in the same way as the duplex coating 20 of the measuring tube 10.
Versuche mit den erfindungsgemäßen Schwebekörper-Durchflußmessern haben ergeben, daß die Beschichtung für zahlreiche Chemikalien unterschiedlicher Konzentration beständig ist. Die Chemikalien wirkten 90 Tage lang bei einer Temperatur von etwa 9 3 "C ohne beaufschlagten Druck auf die Materialproben ein. Die meisten getesteten Chemikalien verändern die Beschichtung nicht. Bei einigen Chemikalien verfärbte·sie sich während der Versuche. Die Farbänderung hat aber keinen Einfluß auf die Qualität der Beschichtung. Die chemische Beständigkeit der Duplex-Beschichtung ist sehr gut und mit der von PTFE vergleichbar. Die Beschichtung ist für ChemikalienTests with the variable area flow meters according to the invention have shown that the coating is resistant to numerous chemicals of varying concentrations. The chemicals acted on the material samples for 90 days at a temperature of about 9 3 "C without applying pressure. Most of the chemicals tested did not change the coating. With some chemicals it changed color during the tests. However, the color change has no influence on the quality of the coating. The chemical resistance of the duplex coating is very good and comparable to that of PTFE. The coating is resistant to chemicals
mit einem pH-Wert zwischen 3 und 13 beständig. Die glatte und porenfreie Oberfläche verhindert oder verzögert die bei bestimmten Anwendungsfällen im Betrieb auftretenden Inkrustationen. Die Beschichtung hat einen um 1 % geringeren Elastizitätsmodul als der Grundwerkstoff Stahl und zeichnet sich durch eine gute Biege- und Verdrehfestigkeit aus. Die Shore-Härte D beträgt für eine Temperatur von 24 °C 98, bei 121 0C 95 und bei 177 0C 93. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit der Deckschicht. Ferner haften Träger- und Deckschicht sehr gut auf dem Grundwerkstoff Stahl, so daß die von Vakuum bis 1 000 bar reichende Druckbeständigkeit für jeden Anwendungsfall des Durchflußmessers ausreicht. Die Beschichtung ist bei Einsatztemperaturen von bis zu 200 0C beständig. Auch die Temperaturwechselfestigkeit gegen Temperaturschocks ist sehr groß. Da der Elastizitätsmodul der Duplex-Schicht niedriger ist als der des Meßrohrwerkstoffs, entstehen bei Temperaturänderungen trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten keine Risse in der Auskleidung.with a pH value between 3 and 13. The smooth and pore-free surface prevents or delays the incrustations that occur in certain applications during operation. The coating has a 1% lower modulus of elasticity than the base material steel and is characterized by good bending and torsional strength. The Shore D hardness is 98 for a temperature of 24 °C, 95 at 121 0 C and 93 at 177 0 C. A further advantage is the high abrasion and wear resistance of the top layer. In addition, the carrier and top layers adhere very well to the base material steel, so that the pressure resistance ranging from vacuum to 1,000 bar is sufficient for every application of the flow meter. The coating is resistant to operating temperatures of up to 200 0 C. The thermal shock resistance is also very high. Since the elastic modulus of the duplex layer is lower than that of the measuring tube material, no cracks occur in the lining when temperatures change despite different thermal expansion coefficients.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29501626U DE29501626U1 (en) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Variable area flow meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29501626U DE29501626U1 (en) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Variable area flow meter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29501626U1 true DE29501626U1 (en) | 1995-03-23 |
Family
ID=8003291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29501626U Expired - Lifetime DE29501626U1 (en) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Variable area flow meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29501626U1 (en) |
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