DE3824929A1 - Vorrichtung zur fluidmengenmessung in einem stroemungskanal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fluidmengenmessung in einem Strömungskanal, insbesondere in einer Luttenleitung, bestehend aus einem Rohrkörper mit mindestens einer ersten in ihm endenden Leitung eines Differenzdruckmeßgerätes, dessen zweite Leitung entweder gleichfalls in den Strömungskanal oder in seine Umgebung endet.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art bestehen aus metallischen Rohrkörpern, die mittels eines oder mehrerer Flansche am Ende oder an irgendeiner anderen Stelle in den Strömungskanal eingebaut werden. Die Meßgenauigkeit einer derartigen Vorrichtung hängt unter anderem von der Dichtigkeit und der Zentrierung der Flansche ab, die oft an schwer zugänglichen Stellen, z.B. im untertägigen Bergbau direkt unter dem Hangenden, mit entsprechenden Werkzeugen verschraubt werden müssen. Derartige Vorrichtungen zur Fluidmengenmessung sind relativ schwer und unhandlich und erfordern bei der Montage und Demontage einen entsprechenden Zeit- und Kostenaufwand. In jedem Fall erfordern sie aufgrund ihres Gewichtes eine eigene Aufhängung.

Mit dem mit der Vorrichtung verbundenen Differenzdruckmeßgerät wird sodann entweder an zwei in Strömungsrichtung axial zueinander versetzten Stellen der Differenzdruck des Strömungsmediums oder mittels eines Prandt′lschen Staurohres der Staudruck gemessen und sodann nach der Formel

die den Rohrkörper pro Zeiteinheit durchströmte Volumenmenge des Fluids, z.B. Luft, ermittelt. In der vorgenannten Formel bedeutet
V = Durchströmmenge in m³/Sec.,
K = eine Konstante,
in der unter anderem die Dichte des Fluids, die Querschnittsfläche der Meßstellen, der Strömungswiderstandswert und der Faktor 0,5 enthalten sind, während Δ p den Differenzdruck zwischen den beiden Leitungen des Differenzdruckmeßgerätes bedeutet.

Die unterschiedlichen Meßmethoden sowie unterschiedliche Formen von Rohrkörpern zur Fluidmengenmessung sind zahlreichen Fachbüchern der Strömungslehre zu entnehmen. Dieser Stand der Technik ist in komprimierter Form in dem beigefügten Merkblatt T 2.6 der BAG Lippe vom Mai 1986 dargestellt.

Von dem vorbeschriebenen Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die sich durch ein äußerst geringes Gewicht, eine leichte Handhabung sowie eine zeit- und kostensparende Montage und Demontage auszeichnet und gleichwohl die gewünschte Meßgenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohrkörper aus einem entropieelastischen Material besteht und ganz oder teilweise in den Strömungskanal einsetzbar und sodann auf eine vorherbestimmbare, radialsymmetrische Form aufblähbar ist. Durch diese Ausbildung kann die Vorrichtung in äußerst leichter und kompakter sowie zusammengefalteter Form zum Einsatzort gebracht, dort entweder ganz oder teilweise in das Ende einer Rohrleitung eingesetzt und hiernach von außen mit einem Füllfluid, wie einem Gas, Luft, Helium oder Stickstoff, oder mit einer Flüssigkeit, wie Wasser, aufgebläht werden.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der aufblähbare Rohrkörper werkzeuglos in den Strömungskanal einsetzbar. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn die Zuführungsleitungen für das in den Rohrkörper einzufüllende Fluid zu seiner Aufblähung aus dem Strömungskanal herausragen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Rohrkörper die Querschnittsform eines Diffusors oder einer Düse auf. In diesem Fall besteht er vorteilhaft aus mehreren pneumatisch und/oder hydraulisch voneinander getrennten Kammern, die in aufgeblähtem Zustand gemeinsam die Ouerschnittsform eines Diffusors oder einer Düse bilden. Die Zuführungsleitungen zur Aufblähung sind vorteilhaft mit einem Rückschlagventil und zur Kammer hin mit einem Manometer versehen. Durch letzteres kann sofort der Druckabfall und die damit verbundene, veränderte Form des Rohrkörpers festgestellt, die dann offensichtlich bestehende Undichtigkeit behoben und hiernach der Rohrkörper erneut auf seine vorherbestimmte Form aufgebläht werden.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Rohrkörper in zwei axial zueinander versetzten Radialebenen jeweils mit mehreren von dem zu messenden Strömungsfluid beaufschlagbaren Öffnungen versehen, die jeweils über getrennte Ringleitungen miteinander verbunden sind, von denen die eine mit der ersten und die andere mit der zweiten Leitung des Differenzdruckmeßgerätes meßtechnisch verbindbar sind. Durch diese Anordnung kann wahlweise eine Differenzdruckmessung nach der Bernoullischen Gleichung oder nach dem Prandt′lschen-Staurohr-Prinzip mit sämtlichen nach dem Stand der Technik bekannten meßtechnischen Varianten durchgeführt werden.

Vorteilhaft ist der Rohrkörper an seiner dem zu messenden Strömungsfluid zugewandten Außenfläche glatt ausgebildet, wobei die Wandungen einer jeden Kammer aus Gummi oder Kunststoff bestehen. Dabei ist der entropieelastische Werkstoff der Wandungen der Kammern innen und/oder außen mit einem Gewebe oder einem Netzkörper aus Kunststoff, wie Polyacrylnitril, verstärkt.

Um Verschraubungen zwischen dem Rohrkörper und dem Druckmeßgerät im Sinne der Aufgabenstellung entbehrlich werden zu lassen, bestehen sämtliche mit dem Rohrkörper in Verbindung stehenden Ringleitungen des Differenzdruckmeßgerätes sowie die Zuführungsleitungen für das Fluid zum Aufblähen gleichfalls aus entropieelastischen Werkstoffen und sind vorteilhaft durch Klebung oder Schweißung stoffschlüssig mit dem entropieelastischen Rohrkörper verbunden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Ende einer Luttenleitung mit eingesetztem Rohrkörper zur Fluidmengenmessung in zusammengerollter Lage,

Fig. 2 eine Stirnansicht von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß Fig. 1 mit aufgeblähtem Rohrkörper,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines augeblähten Rohrkörpers in Form eines Autoreifens,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht durch einen aufgeblähten, sich aus drei getrennten Kammern zusammengesetzten Rohrkörper in Düsenform und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht durch einen in einer Rohrleitung eingesetzten, aufgeblähten Rohrkörper in Düsenform mit nur einer Kammer.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht der Rohrkörper (1) zur Fluidmengenmessung in einem Strömungskanal (2) aus einem entropieelastischen Material, welches, wie in sämtlichen dargestellten Fällen, ganz in den Strömungskanal (2) eingesetzt ist und sodann auf eine vorherbestimmbare, radialsymmetrische Form gemäß Fig. 3 aufblähbar ist.

Der Rohrkörper (1) ist für das einzufüllende Fluid zur Aufblähung mit einer oder mehreren Zuführungsleitungen (3) sowie zum Anschluß an das aus Fig. 3 ersichtliche Differenzdruckmeßgerät (4) mit mindestens einer ersten Leitung (5) zum Anschluß an das Differenzdruckmeßgerät (4) versehen, dessen zweite Leitung (6) entweder gleichfalls in den Strömungskanal (2) oder in die Umgebung, beispielsweise in der Atmosphäre (7), endet. Welche der letztgenannten Alternativen gewählt werden, hängt von der jeweiligen Variante der Meßmethode ab, beispielsweise, ob die Fluidmengenmessung nach dem Prandt′lschen-Staurohr-Prinzip oder nach einer der Möglichkeiten der Bernoullischen Gleichung ermittelt werden soll.

Wie aus der Darstellung der Fig. 3 hervorgeht, besteht dort der Rohrkörper (1) aus mehreren pneumatisch und/oder hydraulisch voneinander getrennten Kammern (8, 9), die in ihrem aufgeblähten Zustand gemeinsam die Querschnittsform einer Düse mit anschließendem Diffusor bilden. Jede der Kammern (8, 9) wird entweder mit einem Gas, wie Luft, Helium oder Stickstoff oder mit einer Flüssigkeit, wie Wasser, aufgebläht. Jede Kammer (8, 9) ist für das einzufüllende Fluid zur Aufblähung mit einer Zuführungsleitung (3) versehen, in welcher sich ein Rückschlagventil (10) und vor dem Rückschlagventil zur Kammerseite hin ein Manometer (11) befindet. Bei einem vom Manometer (11) angezeigten Druckabfall wird die dann offenkundig bestehende Undichtigkeit behoben und hiernach der Rohrkörper (1) erneut auf seine vorherbestimmte Form aufgebläht. Diese aufgeblähte Form wird von dem jeweiligen Rückschlagventil (10) gehalten.

Die Wandungen (12, 13) einer jeden Kammer (8, 9) bestehen aus einem entropieelastischen Werkstoff, wie Gummi oder Kunststoff und sind innen und/oder außen mit einem nicht dargestellten Gewebe oder einem Netzkörper aus Kunststoff, wie beispielsweise Polyacrylnitril, verstärkt. Dadurch erhält der aufblähbare Rohrkörper (1) unter Beibehaltung seiner leichten Handhabbarkeit und Transportfähigkeit eine allen Anforderungen genügende Festigkeit.

Der Rohrkörper (1) ist in zwei axial zueinander versetzten, parallelen Radialebenen (14, 15) jeweils mit mehreren von dem zu messenden Fluid beaufschlagbaren Öffnungen (16, 17) versehen, die jeweils über getrennte Ringleitungen (18, 19) miteinander verbunden sind und von denen die eine (18) mit der ersten Leitung (5) und die andere (19) mit der zweiten Leitung (6) des Differenzdruckmeßgerätes (4) meßtechnisch verbindbar sind. Da in der mit der kleineren Querschnittsfläche versehenen Radialebene (19) die Geschwindigkeit des Strömungsfluids ansteigt und damit sein Druck abfällt und umgekehrt in der Radialebene (14) mit der größeren Querschnittsfläche die Geschwindigkeit des Strömungsfluids geringer und sein Druck höher ist, kann hiernach aufgrund des am Differenzdruckmeßgerätes (4) abgelesenen Differenzdruckes Δ p nach der eingangs genannten Formel die pro Zeiteinheit durchströmte Volumenmenge V des Fluids ermittelt werden. Derartige Fluidmengenmessungen sind beispielsweise überall dort erforderlich, wo Menschen unter der Notwendigkeit einer Bewetterung arbeiten müssen, wie beispielsweise im Bergbau. Um sicherzustellen, daß aus dem Ende (20) des Strömungskanals (2) auch tatsächlich die erforderliche und gewünschte Fluidmenge austritt, muß permanent eine Fluidmengenmessung vorgenommen werden. Der Differenzdruck Δ p wird sodann über eine Steuerleitung (21) einem Steuergerät (22) mitgeteilt, welches bei zu geringer Fluidmenge entweder die Leistung des Ventilators erhöht oder eine Leckage im Strömungskanal (2) anzeigt. Diese letztgenannte Art der Überwachung ist bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.

In Fig. 4 besteht der Rohrkörper (1) aus einem Autoreifen mit kreisrundem Querschnitt sowie mit einer Zuführungsleitung (3) für das einzufüllende Fluid zur Aufblähung.

In Fig. 5 weist der Rohrkörper (1) die Querschnittsform einer Düse auf und besteht aus ingesamt drei Kammern (23, 24, 25) mit je einer Zuführungsleitung (3) für das einzufüllende Fluid und ist in insgesamt drei axial zueinander versetzten Radialebenen (26, 27, 28) jeweils mit mehreren von dem zu messenden Strömungsfluid beaufschlagbaren Öffnungen (29, 30, 31) versehen, die über jeweils getrennte Ringleitungen (32, 33, 34) miteinander verbunden sind. Aufgrund seiner sowohl radial als auch axial symmetrischen Form kann dieser Rohrkörper (1) in beiden Richtungen zur Fluidmengenmessung verwendet werden. Wenn beispielsweise ein oder mehrere Öffnungen (29) der Ringleitung (32) verstopft, defekt oder sonstwie für eine Druckmessung ausfallen und die Öffnungen (31) der zweiten Ringleitung (34) einwandfrei sind, kann der Rohrkörper (1) um 180° gewendet und bei gleicher Strömungsrichtung des Pfeiles (35) weiterhin zur Fluidmengenmessung verwendet werden.

Gleiches gilt auch für den Rohrkörper (1) gemäß Fig. 6, der sich von dem der Fig. 5 lediglich dadurch unterscheidet, daß er mit nur einer Kammer (36) versehen ist. Ansonsten sind mit der Fig. 5 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Sämtliche mit dem Rohrkörper (1) in Verbindung stehenden Leitungen (3) und Ringleitungen (18, 19; 32, 33, 34) des Differenzdruckmeßgerätes (4) bestehen gleichfalls aus entropieelastischen Werkstoffen. Diese Leitungen können entweder durch im Strömungskanal (2) angeordnete Öffnungen hindurchgeführt oder derart in die Außenhaut der Kammern (8, 9; 23, 24, 25, 36) eingebettet werden, daß sie ohne eine Quetschung aus der jeweiligen Endöffnung (20, 37) des Strömungskanals (2) herausgeführt und dann mit den betreffenden Leitungen ihres Bestimmungszweckes, also die Ringleitungen (18, 19; 32, 33, 34) mit dem Differenzdruckmeßgerät (4) und die Zuführungsleitungen (3) für das Fluid zum Aufblähen mit einer entsprechenden Preßluftflasche oder einem sonstigen Fluidspender zum Aufblähen verbunden werden.

Auch die Herausnahme des jeweiligen Rohrkörpers (1) aus dem Strömungskanal erfolgt werkzeuglos. Zu diesem Zweck werden die Rückschlagventile (10) betätigt und sogleich durch Zusammendrücken der Kammerwände von Hand das Fluid in den Kammern (8, 9; 23, 24, 25, 36) herausgepreßt. Hiernach wird der Rohrkörper (1) aus dem Strömungskanal (2) entnommen, zusammengefaltet und an seinen neuen Bestimmungsort transportiert.

Bezugszeichenliste:

1  Rohrkörper
2  Strömungskabel
3  Zuführungsleitung
4  Differenzdruckmeßgerät
5  in den Strömungskanal 2 endende Leitung
6  zweite Leitung des Differenzdruckmeßgerätes 4
7  Atmosphäre
8, 9; 23, 24, 25; 36  Kammern
10  Rückschlagventil
11  Manometer
12, 13  Wandungen der Kammern 8, 9
14, 15; 26, 27, 28  Radialebenen
16, 17; 29, 30, 31  Öffnungen
18, 19; 32, 33, 34  Ringleitungen
20, 37  Ende des Strömungskanals 2
21  Steuerleitung
22  Steuergerät
35  Pfeil der Strömungsrichtung des Fluids

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Fluidmengenmessung in einem Strömungskanal, insbesondere in einer Luttenleitung, bestehend aus einem Rohrkörper mit mindestens einer ersten in dem Strömungskanal endenden Leitung eines Differenzdruckmeßgerätes, dessen zweite Leitung entweder gleichfalls in den Strömungskanal oder in seine Umgebung endet, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) aus einem entropieelastischen Material besteht und ganz oder teilweise in den Strömungskanal (2) einsetzbar und sodann auf eine vorherbestimmbare, radialsymmetrische Form aufblähbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufblähbare Rohrkörper (1) werkzeuglos in den Strömungskanal (2) einsetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) mit einem Gas, wie Luft, Helium oder Stickstoff, oder mit einer Flüssigkeit, wie Wasser, aufblähbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) die Querschnittsform eines Diffusors aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) mit der Querschnittsform einer Düse versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) aus mehreren pneumatisch und/oder hydraulisch voneinander getrennten Kammern (8, 9, 23, 24, 25, 36) besteht, die in aufgeblähtem Zustand gemeinsam die Querschnittsform eines Diffusors oder einer Düse bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer (8, 9, 23, 24, 25, 36) für das einzufüllende Fluid zur Aufblähung mit einer Zuführungsleitung (3) versehen ist, in welcher sich ein Rückschlagventil (10) befindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zuführungsleitung (3) einer Kammer (8, 9, 23, 24, 25, 36) für das einzufüllende Fluid ein Manometer (11) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) an seiner dem zu messenden Fluid zugewandten Außenfläche glatt ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (12, 13) einer jeden Kammer (8, 9, 23, 24, 25, 36) aus Gummi oder Kunststoff bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der entropieelastische Werkstoff der Wandungen (12, 13) der Kammern (8, 9, 23, 24, 25, 36) innen und/oder außen mit einem Gewebe oder einem Netzkörper aus Kunststoff, wie Polyacrylnitril, verstärkt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1) in zwei axial zueinander versetzten parallelen Radialebenen (14, 15, 26, 27, 28) jeweils mit mehreren von dem zu messenden Strömungsfluid beaufschlagbaren Öffnungen (16, 17, 29, 30, 31) versehen ist, die jeweils über getrennte Ringleitungen (18, 19, 32, 33, 34) miteinander verbunden sind, von denen die eine (18, 32, 34) mit der ersten (5) und die andere (19, 33) mit der zweiten Leitung (6) des Differenzdruckmeßgerätes (4) meßtechnisch verbindbar sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche mit dem Rohrkörper (1) in Verbindung stehenden Ringleitungen (18, 19, 32, 33, 34) des Differenzdruckmeßgerätes (4) sowie die Zuführungsleitungen (3) für das Fluid zum Aufblähen gleichfalls aus entropieelastischen Werkstoffen bestehen.