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Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Durchflussmessung eines Prozessfluids (Flüssigkeit oder Gas), mit einem von dem Prozessfluid durchströmten Rohrabschnitt und einem an diesem montierten Pitot-Durchflussmesser, der zwei in das Innere des Rohrabschnitts hineinragende und dort einen Staudruck und einen statischen Druck erfassende benachbarte Röhren sowie einen außerhalb des Rohrabschnitts angeordneten und die Differenz der beiden erfassten Drücke messenden Differenzdruckmesser aufweist.
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Eine derartige Messeinrichtung ist aus der
US 1 508 017 A bekannt. Dort wird der Pitot-Durchflussmesser mit seinen beiden zur Erfassung des Staudrucks und des statischen Drucks dienenden Röhren durch eine Öffnung in ein von einer zu messenden Flüssigkeit durchströmtes Rohr eingeführt. Eine Muffe und Stopfbuchse hält den Pitot-Durchflussmesser in der Öffnung des Rohres fest und verhindert das Austreten der Flüssigkeit. Um die Röhren des Pitot-Durchflussmesser im Inneren des Rohres parallel zueinander zu halten, sind sie von einer Hülle umgeben. Die Hülle enthält auf der stromaufwärtigen Seite und der gegenüberliegenden stromabwärtigen Seite Perforationen die mit entsprechenden Löchern in den Röhren übereinstimmen.
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Aus der
EP 1 906 156 A2 ist ein Durchflussmessgerät, insbesondere ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, mit einem von einem zu messenden Prozessfluid durchströmten Messrohr bekannt. Das Messrohr des Durchflussmessgeräts ist in einstückiger Weise mit einem Ventilgehäuse versehen, so es mit dem Ventil eine gemeinsame Baueinheit bildet.
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Aus der
DE 101 28 448 A1 ist ein Prozessventil mit pneumatischem Stellantrieb bekannt, das in seinem zuströmenden Kanal mit einem Drucksensor und einem Durchflusssensor ausgestattet ist, die den Druck und die Menge des zuströmenden Prozessmediums messen. Die Messwerte für den Druck und die Durchflussmenge sind durch eine entfernte Diagnoseeinrichtung über eine drahtlose Kommunikationsverbindung abrufbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durchflussmesseinrichtung anzugeben, die in eine Prozessanlage, insbesondere in Komponenten der Prozessanlage, wie z. B. Ventile, mit möglichst geringer Veränderung bestehender Strukturen und Bauformen integriert werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Messeinrichtung gelöst, von der vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Messeinrichtung zur Durchflussmessung eines Prozessfluids, mit einem von dem Prozessfluid durchströmten Rohrabschnitt und einem an diesem montierten Pitot-Durchflussmesser, der zwei in das Innere des Rohrabschnitts hineinragende und dort einen Staudruck und einen statischen Druck erfassende benachbarte Röhren sowie einen außerhalb des Rohrabschnitts angeordneten und die Differenz der beiden erfassten Drücke messenden Differenzdruckmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Röhren in zwei benachbarten Löchern in der Wand des Rohrabschnittes gehalten sind, dass sie in dem Inneren des Rohrabschnitts zwischen zwei Teilen eines sie umgebenden Staukörpers eingebettet sind und dass eine der Röhren mit mindestens einer stromaufseitigen Öffnung in dem Staukörper und die andere Röhre mit mindestens einer stromabseitigen Öffnung in dem Staukörper verbunden ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der Messeinrichtung, wobei zunächst die Röhren in dem Rohrabschnitt eingebaut werden und erst danach der Staukörper aus den beiden Teilen die Röhren zwischen sich aufnehmend montiert wird.
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Aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen Messeinrichtung können die Röhren des Pitot-Durchflussmessers in Form sehr dünner, nicht drucktragender Röhrchen durch entsprechend kleine Löcher in dem von dem Prozessfluid durchströmten Rohrabschnitt eingeschoben und dort abgedichtet werden. Danach, also im eingebauten Zustand der Röhrchen, kann der Staukörper im Inneren des Rohabschnitts montiert werden. Der Staukörper dient zur mechanischen Stabilisierung und Fixierung der Röhrchen im Inneren des Rohrabschnitts und bestimmt mit seiner Geometrie die Messeigenschaften des Pitot-Durchflussmessers. Der Pitot-Durchflussmessers ist also an der Stelle, wo er in den Rohrabschnitt eingebaut wird, auf die beiden Röhrchen reduziert und zeichnet sich daher durch eine besonders schlanke Bauform aus. Dadurch kann der Pitot-Durchflussmesser in vorteilhafter Weise in Anlagenkomponenten wie Ventile, Flansche und sogar Flanschdichtungen integriert bzw. nachträglich eingebaut werden, ohne die wesentlichen Bauartmerkmale, wie z. B. die Einbaulänge von Ventilen, verändern zu müssen. Das ist mit den wesentlich größeren Pitot-Durchflussmesser bekannter Bauart nicht möglich. Die beiden Löcher zum Einführen der Röhrchen des erfindungsgemäßen Pitot-Durchflussmessers stellen nur einen minimalen Eingriff in die bestehende Anlagenkomponente dar, die mit dem Pitot-Durchflussmesser ausgestattet wird.
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Der Differenzdruckmesser kann in vorteilhafter Weise in Form einer Differenzdruckmesszelle mit zwei Messanschlüssen ausgebildet sein, wobei die Differenzdruckmesszelle mit ihren Messanschlüssen unmittelbar, d. h. ohne zusätzliche Verbindungsleitungen, auf die beiden Röhrchen des Pitot-Durchflussmessers aufgesetzt und mit diesen dicht verbunden werden kann. Die Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Verkleben erfolgen. Da die Röhrchen nicht drucktragend sind oder zumindest nicht sein müssen, können Versteifungselemente vorgesehen werden, die die Röhrchen im Bereich zwischen der Differenzdruckmesszelle und der Außenwand des Rohrabschnitts umgeben und mechanisch stabilisieren. In einfachsten Fall kann es sich dabei um Verstärkungshülsen oder um einen Verstärkungskörper handeln, der ähnlich wie der Staukörper aus zwei Teilen besteht, bei deren Zusammenbau die Röhrchen von zwei Seiten umschlossen und fixiert werden.
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Da nur wenige Teile für den Aufbau des Pitot-Durchflussmessers benötigt werden, kann dieser sehr preisgünstig gefertigt werden. Es ist z. B. im Unterschied zu dem aus der oben erwähnten
US 1 508 017 A bekannten Messeinrichtung keine Verlängerung zwischen den Röhrchen und der Differenzdruckmesszelle erforderlich.
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Es können beliebige Geometrien als Staukörper angeboten werden, die einfach produziert werden können, weil sie unabhängig von den Röhrchen hergestellt werden können. Diese Körper können auch einfach getauscht werden (z. B. nach Verschleiß durch Kavitation), ohne Undichtigkeiten in den Röhrchen zu erzeugen.
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Insbesondere für sehr kurze Rohrabschnitte wie schmale Flansche oder sogar Flanschdichtungen können die Röhren in vorteilhafter Weise einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sein.
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Als Differenzdruckmesser kann ein sehr einfache Differenzdruckmesszelle eingesetzt werden, wie sie z. B. aus der
EP 2 294 376 B1 ,
WO 2017/036613 A1 oder
WO 2017092887 A1 bekannt ist.
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Wenn die erfindungsgemäße Messeinrichtung an oder in einem Ventil eingebaut ist, kann das sonst übliche Ventilsystem an dem Differenzdrucksensor zum Kurzschließen der Röhren des Pitot-Durchflussmessers kann entfallen, weil ein Durchfluss von Null auch durch Schließen des Ventils sichergestellt werden kann.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert; im Einzelnen zeigen
- 1 ein Beispiel für einen an einem Ventilflansch montierten Pitot-Durchflussmesser,
- 2 ein detailliertes Beispiel für den Pitot-Durchflussmesser,
- 3, 4, 5 unterschiedliche Beispiele für den Staukörper und
- 6 ein Beispiel für einen Pitot-Durchflussmesser, bei dem die Röhren in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene angeordnet sind.
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Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Die Darstellungen sind rein schematisch und repräsentieren keine Größenverhältnisse.
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1 zeigt eine Rohrleitung 1 einer nicht weiter dargestellten prozesstechnischen Anlage, in der ein Ventil 2 eingebaut ist, das durch einen entsprechenden Hub 3 eines mit einem Ventilsitz 4 zusammenwirkenden Schließkörpers 5 den Durchfluss eines Prozessfluids 6 steuert. Der Pfeil zeigt die Strömungsrichtung des Prozessfluids 6 an. Der Hub 3 kann durch einen hier nicht gezeigten pneumatischen Antrieb erzeugt und mittels einer Ventilstange 7 auf den Schließkörper 4 übertragen werden.
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Zum Einbau des Ventils 2 in die Rohrleitung 1 ist das Ventilgehäuse 8 mit zwei Ventilflanschen 9, 10 versehen, die unter Zwischenlage von Flachdichtungen 11, 12 mit Flanschen 13, 14 des Rohres 1 verbunden sind.
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An einem Rohrabschnitt, hier z. B., dem zulaufseitigen Ventilflansch 9 ist ein Pitot-Durchflussmesser 15 montiert, der eine in das Innere des Ventilflanschs 9 hineinragende und dort einen Staudruck und einen statischen Druck erfassende Baueinheit 16 und einen außerhalb des Ventilflanschs 9 angeordneten und die Differenz der beiden erfassten Drücke messenden Differenzdruckmesser 17 aufweist. Der Differenzdruckmesser 17 ist Bestandteil einer Messeinheit 18, die aus dem gemessenen Druckdifferenz einen Durchflussmesswert des Prozessfluids 6 erzeugt und drahtlos über eine Antenne 19 und/oder drahtgebunden über eine Leitung 20 an eine hier nicht gezeigte übergeordnete Einheit, z. B. einen den pneumatischen Antrieb steuernden Stellungsregler, übermittelt. Alternativ kann die gemessene Druckdifferenz direkt an die übergeordnete Einheit übermittelt und dort in den Durchflussmesswert umgerechnet werden.
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2 zeigt ein Beispiel für den Pitot-Durchflussmesser 15 in detaillierter Darstellung. In dem Rohrabschnitt, hier dem Ventilflansch 9, sind zwei Löcher (Bohrungen) 21, 22 eingebracht, in die zwei dünne Röhren (Röhrchen) 23, 24 eingesetzt sind, so dass sie in das Innere des Ventilflansches 9 hineinragen. Die Löcher 21, 22, bzw. Röhrchen 23, 24 sind in Durchflussrichtung des Prozessfluids 6 gesehen hintereinander angeordnet. Das stromaufwärts gelegene Röhrchen 23 weist mindestens eine stromaufseitige Öffnung 25 zur Erfassung des Staudrucks und das stromabwärts gelegene Röhrchen 23 mindestens eine stromabseitige Öffnung 26 zur Erfassung des statischen Drucks des Prozessfluids 6 auf. Entlang der Röhrchen 23, 24 können mehrere solcher Öffnungen vorgesehen werden, um einen Mittelwert über das Durchflussprofil des Prozessfluids 6 zu erfassen.
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Bei dem gezeigten Beispiel sind die Löcher 21, 22 im Bereich der Außenwand 27 des Ventilflansches 9 um eine Ringnuten erweitert, in die unter Zwischenlage von Dichtungsringen 28, 29 zwei Hülsen 30, 31 eingesetzt sind, die die nach außen ragenden Abschnitte der Röhrchen 23, 24 zum Zwecke der mechanischen Stabilisierung umgeben und die Dichtungsringe 28, 29 zusammenpressen und so die Röhrchen 23, 24 druckdicht in dem Flansch 9 halten. Weitere Befestigungsvarianten für die Röhrchen 23, 24 in den Löchern 21, 22, wie z. B. verkleben, sind möglich.
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Im Inneren des Ventilflansches 9 sind die Röhrchen 23, 24 in einem sie umgebenden Staukörper 33 eingebettet, wobei sie zusammen die in 1 gezeigte Baueinheit 16 bilden.
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3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Beispiele des Staukörpers 33 im Querschnitt. Der Staukörper 33 besteht aus zwei Teilen 34, 35, zwischen denen die Röhrchen 23, 24 eingebettet bzw. eingeklemmt sind. Der Staukörper 33 wird erst nach dem Einbau der Röhrchen 23, 24 in den Flansch 9 montiert und dient zur mechanischen Stabilisierung und Fixierung der Röhrchen 23, 24. Weiterhin bestimmt er durch seine Geometrie die Messeigenschaften des Pitot-Durchflussmessers 15 und kann leicht gegen andere oder neue Staukörper ausgetauscht werden.
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Die Öffnungen 25, 26 der Röhrchen kommunizieren oder fluchten mit entsprechenden Öffnungen 36, 37 des Staukörpers 33, wobei diese Öffnungen 36, 37 in den Beispielen der 3 und 4 in Form von zwei Längsschlitzen zwischen den beiden Teilen 34, 35 des Staukörpers 33 ausgebildet sein können.
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Wie die 3 und 4 zeigen, kann der Staukörper 33 sehr unterschiedliche Geometrien aufweisen. Die Teile des Staukörpers 33 können auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schrauben 38 oder Schnappverbindungen.
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Der in 5 gezeigte Staukörper 33 bezieht sich auf ein in 6 gezeigtes Ausführungsbeispiel des Pitot-Durchflussmessers 15, bei dem die Löcher 21, 22 in dem Rohrabschnitt, hier z. B. in der Flachdichtung 11 zwischen den Flanschen 9, 13, und die darin enthaltenen Röhrchen 23, 25 in einer Ebene senkrecht zur Querschnittsebene der Flachdichtung 11 bzw. senkrecht zur Strömungsrichtung der Prozessfluids 6 angeordnet sind. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere für die hier gezeigte Flachdichtung 11 oder schmale Flansche geeignet.
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Wie 1 und 6 zeigen, kann der Differenzdruckmesser 17 in Form einer Differenzdruckmesszelle 39 sein, die mit zwei Messanschlüssen 40, 41 auf die beiden Röhrchen 23, 24 aufgesetzt und mit diesen dicht verbunden, z. B. verschweißt oder verklebt, ist. Bei dem gezeigten Beispiel weist die Differenzdruckmesszelle 39 zwei Druckräume 43, 44 für den Staudruck und den statischen Druck auf, die durch eine flexible Wand 45 voneinander getrennt sind. Die differenzdruckabhängige Auslenkung der Wand 45 wird auf einen ebenfalls flexiblen Außenwandabschnitt 46 der Differenzdruckmesszelle 39 übertragen und dort mit Hilfe von Dehnungssensoren 47 erfasst.
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Alternativ kann der Pitot-Durchflussmesser 15 auch in dem zulaufseitigen Rohrflansch 13 oder in dem Ventilgehäuse 8 montiert sein. Eine Integration in einem der ablaufseitigen Flansche 10, 14 ist grundsätzlich auch möglich, jedoch aufgrund der größeren Beeinflussung des Durchflussprofils durch die sich ändernde Stellung des Schließkörpers 5 nachteilig.
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Optional kann ein Temperatursensor in einem der Röhrchen 23, 24 oder in dem Staukörper 33 integriert sein. Mittels eines stromabwärts hinter dem Staukörper 33 angeordneten Vibrationssensors können Vortexwirbel in dem Prozessfluid 6 überwacht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 1508017 A [0002, 0011]
- EP 1906156 A2 [0003]
- DE 10128448 A1 [0004]
- EP 2294376 B1 [0014]
- WO 2017/036613 A1 [0014]
- WO 2017092887 A1 [0014]
