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Die Erfindung betrifft ein strömungsführendes Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse einer Strömungsmaschine oder einer Armatur, an einer äußeren Wandfläche des Gehäuses ist eine Materialanhäufung zur Aufnahme eines Messgerätes angeordnet, eine Öffnung in der Materialanhäufung nimmt ein Messgerät oder Teile davon auf und das Messgerät oder Teile davon erfassen innerhalb des Gehäuses ein oder mehrere physikalische Eigenschaften eines Fluids.
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Am Gehäuse einer Strömungsmaschine, beispielsweise an deren Stutzen, befinden sich Materialanhäufungen, an denen im Bedarfsfall ein Manometer angeschlossen wird, um damit die Druckverhältnisse innerhalb einer Pumpe zu erfassen. Dazu werden die Materialanhäufungen mit einer Öffnung versehen, durch die hindurch ein Messgerät oder Teile davon die physikalischen Eigenschaften eines innerhalb des Gehäuses befindlichen Fluids erfassen. Zu dem gleichen Zweck werden solche Materialanhäufungen auch an den Anschlussflanschen von Armaturen vorgesehen.
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So zeigt die
DE 100 35 458 A1 an einer Pumpe, insbesondere an einer Kreiselpumpe, eine Flanschausbildung mit einer Bohrung, durch die hindurch ein Messfühler bis unmittelbar an oder in den Strom des Pumpenmediums hineinragt. Mit dieser Lösung sollen die innerhalb des Gehäuses vorherrschenden Druck- und Temperaturwerte eines Fluids erfasst werden.
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Die
DE 41 22 799 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines strömenden Fluids, die unempfindlich gegen elektromagnetische Strahlung am Messort ist, wobei die Messwerterfassung optisch ist.
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Zur direkten Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids mit Hilfe bekannter Messgeräte oder Sensoren ist eine solche Bohrung jedoch nicht geeignet. Denn aufgrund der durch die technischen Normen vorgeschriebenen Flanschabmessungen wären aufwendige Umkonstruktionen eines solchen Flansches notwendig, um daran ein entsprechendes Messgerät für die direkte Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit anzuordnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein strömungsführendes Gehäuse in wenig aufwendiger Weise derartig umzugestalten, um mit Hilfe bekannter Messgeräte die Strömungsgeschwindigkeit über einen großen Messbereich erfassen zu können.
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Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass das Messgerät oder Teile davon innerhalb der Materialanhäufung und gegenüber einer inneren strömungsführenden Wandfläche vertieft angeordnet sind, wobei die Materialanhäufung einen gegenüber einem Gehäuse-Strömungsweg vertieft angeordneten Innenraum aufweist, wobei der Innenraum einen Sekundärwirbel erzeugt. Mit dieser Lösung wird für ein zu messendes Fluid eine hydraulische Untersetzung geschaffen. Durch die vertiefte Anordnung des Messgerätes oder dessen Teile entsteht in der strömungsführenden Innenwand des Gehäuses ein außerhalb des hauptsächlichen Strömungsweges befindlicher Raum. Ein entlang der strömungsführenden Innenwand geführtes Fluid erzeugt im Bereich des in der Materialanhäufung durch die vertiefte Anordnung geschaffenen Raumes einen Strömungswirbel. Ein solcher sekundärer Strömungswirbel ist hinsichtlich seiner Umfangsgeschwindigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit der Hauptströmung abhängig und besitzt gegenüber dieser eine geringere Umfangskomponente. Diese Umfangskomponente ist aber proportional der Hauptströmung. Somit kann durch direkte oder indirekte Erfassung der Geschwindigkeit des Sekundärwirbels eine Aussage über die Geschwindigkeit in der Hauptströmung getroffen werden. Damit ist die Erfassung von höheren Strömungsgeschwindigkeiten möglich. Denn viele Messgeräte können in einem flüssigen Fluid nur bis zu einem Geschwindigkeitsgrenzwert genau messen, der unterhalb heutzutage üblicher Strömungsgeschwindigkeiten liegt. Gegenüber einem direkt in der Hauptströmung angeordneten Messelement ergibt sich durch die vertiefte Anordnung in einfachster Weise eine Vergrößerung des maximalen Messbereiches.
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Die Materialanhäufung ermöglicht die Ausbildung eines Innenraumes, der gegenüber dem vom Gehäuse umschlossenen Strömungsweg eines Fluids eine vertiefte Anordnung aufweist. Ein sich im Innenraum ausbildender Wirbel weist auf seiner der Hauptströmung gegenüberliegenden Seite eine geringere Strömungsgeschwindigkeit aus. Somit ergibt sich innerhalb der Vertiefung und hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit eine hydraulische Untersetzung. Durch Anordnung eines üblichen Messfühlers an einer solchen Stelle mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit wird in einfachster Weise der Messbereich eines üblichen Geschwindigkeitsmessers vergrößert, ohne dabei an Messgenauigkeit einzubüßen. Praktische Versuche haben eine Messbereichserweiterung um den Faktor 1.5 - 3 ergeben. Durch eine solche Gehäuseausbildung oder Messgerätanordnung wird ein anderer definierter Strömungszustand erzeugt, der unabhängig vom Messprinzip messtechnisch erfasst werden kann.
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Die den Innenraum bildende Materialanhäufung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung domartig ausgebildet. Ein solcher Dom ist gusstechnisch leicht herzustellen. Ebenso ist es möglich, die Materialanhäufung als separates und dichtend mit dem Gehäuse verbundene Einheit auszubilden. Dies wäre eine einfache Möglichkeit für Gehäuse, die aus anderen oder schweißbaren Materialien bestehen, z. B. aus Kunststoffen oder Blechformteilen. Bei letzterem ist es auch möglich, die Materialanhäufung als eine zur Gehäuseaußenseite weisende Ausformung auszubilden.
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Zur Beeinflussung der hydraulischen Untersetzung sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Innenraum strömungsführende Einbauten und/oder eine strömungsführende Form aufweist. Somit kann der sich im Innenraum ausbildende Wirbel gezielt auf das Messgerät geleitet werden. Um eine sichere Wirkung des in seiner Geschwindigkeit reduzierten Wirbels zu erhalten, ist weiter vorgesehen, dass die Eintrittsfläche des Innenraumes gleich oder größer als eine im Innenraum angeordnete Messzone ist. Auch kann nach einer anderen Ausgestaltung ein Messgerät oder ein Teil davon aufnehmendes Halteelement den Innenraum bilden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
- 1 eine Materialanhäufung an einem Gehäuse mit Messgerät, die
- 2 verschiedene Materialanhäufungen an einem Stutzen einer Strömungsmaschine und die
- 3 als separates Bauteil ausgebildete Materialanhäufung.
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In der 1 ist ein Strömungsraum 1 gezeigt, der umschlossen ist von einer strömungsführenden Wand 2 eines Gehäuses. Die strömungsführende Wand 2 verfügt auf der Außenseite über eine Materialanhäufung 3 mit einer Öffnung 4. In der Öffnung 4 ist ein Messgerät 5 oder ein Teil eines Messgerätes vertieft unter Bildung eines Innenraumes 6 angeordnet. Der Innenraum 6 befindet sich innerhalb der Materialanhäufung 3.
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Die Öffnung 4 kann, wie hier dargestellt, als einfache Bohrung innerhalb der Materialanhäufung 3 ausgebildet sein. Ebenso gut ist es möglich, den Innenraum 6 ganz oder teilweise bereits bei der Herstellung des Gehäuses bzw. von dessen Wandfläche durch entsprechende Formgebung zu erzeugen. Ein in Richtung der Hauptströmung H durch den Strömungsraum 1 fließendes Fluid erzeugt aufgrund der vertieften Anordnung des Messgerätes 5 innerhalb des Innenraumes 6 einen Sekundärwirbel 7. Dieser Sekundärwirbel 7 weist auf seiner gegenüber der Hauptströmung H abgewandten Seite eine geringere Strömungsgeschwindigkeit auf, welche dort mit dem Messgerät 5 oder einem Teil eines Messgerätes erfasst wird. Da die so erfasste Geschwindigkeit proportional der Hauptströmung H ist, entsteht gewissermaßen eine hydraulische Untersetzung, wodurch mit einem für begrenzte Strömungsgeschwindigkeiten ausgelegten Messgerät 5 dessen Messbereich in einfachster Weise zu höheren Geschwindigkeiten hin erweitert werden kann. Für das Messgerät 5 können die bekannten Messgeräte zur direkten oder indirekten Geschwindigkeitsmessung verwendet werden.
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Im Innenraum 6, der gegenüber dem Strömungsraum 1 vertieft angeordnet ist, rotiert aufgrund der Hauptströmung H der Sekundärwirbel 7. Bedingt durch die Reibung innerhalb des Innenraumes 6 und an den Wandflächen der Öffnung 4 und des Messgerätes 5 verfügt der Sekundärwirbel 7 über eine Umfangskomponente einer Geschwindigkeit, die geringer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungsraum 1. Im Bereich des Messgerätes 5 verfügt daher der Sekundärwirbel 7 über eine in Umfangsrichtung verlaufende Strömungsgeschwindigkeit, die ca. 25 - 30 % von der Geschwindigkeitskomponente der Hauptströmung H beträgt. Eine Veränderung der Hauptströmung H bedingt eine entsprechende Veränderung von der Umfangsgeschwindigkeit des Sekundärwirbels 7. Somit stellt der Sekundärwirbel 7 in strömungsmechanischer Hinsicht eine Art hydraulische Untersetzung für die Strömungsgeschwindigkeit dar.
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Das Verhältnis der in Richtung der Hauptströmung H verlaufenden Innenraumlänge L zur Innenraumtiefe T liegt im Bereich zwischen 0,5 - 1. Somit kann durch Wahl eines geeigneten Einbauortes für das Messgerät 5 eine für die zu messende Strömungsgeschwindigkeit und für die Empfindlichkeit des Messgerätes 5 oder dessen Teile notwendige Einbautiefe gewählt werden.
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Selbstverständlich kann ein Teil des Messgerätes oder das Messgerät 5 selbst flächenbündig mit der Innenwand 8 der Wand 2 angeordnet werden. Somit kann bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten mit hoher Genauigkeit eine Messung erfolgen und gleichzeitig ist damit die Möglichkeit gegeben, durch die vertiefte Anordnung des Messgerätes 5 auch höhere Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Gehäuses zu erfassen. Durch einfache Wahl der Einbaulage des Messgerätes 5 kann somit in einem Strömungsgehäuse ein wesentlich größerer Geschwindigkeitsbereich messtechnisch erfasst werden. Die Erweiterung des Messbereiches zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten hin erfolgt durch die Auswahl der Innenraumtiefe T.
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Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt die Anordnung verschiedener Bauarten einer Materialanhäufung am Stutzen 9 einer Kreiselpumpe. Die Materialanhäufung 3.1 ist hierbei gleichzeitig als separates und dichtend mit dem Gehäuse verbundene Einheit ausgebildet. Diese Einheit weist eine zusätzliche Funktion auf, indem sie gleichzeitig als Halteelement 10 für das Messgerät 5 oder dessen Teile dient. Mit dieser Lösung ist die Möglichkeit gegeben, bereits in Betrieb befindliche strömungsführende Gehäuse nachträglich mit einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung zu versehen. Die Materialanhäufung 3.1 in Form des Halteelements 10 kann nachträglich dichtend an einer Pumpe oder an einer Armatur angebracht werden, wobei hier durch die vertiefte Anordnung des Messgerätes 5 innerhalb des Halteelements 10 der Innenraum 6 gebildet wird. Die Materialanhäufung 3 in Form des Halteelements 10 ist selbstverständlich dichtend in der Wand 2 angeordnet. Vom Innenraum 6 bildet das Messgerät 5 bzw. dessen Teil die eine begrenzende Wandfläche, die parallel zur Innenwand 8 verschoben ist. Das Halteelement 10 kann gleichzeitig als Stelleinrichtung ausgebildet sein, mit der eine genaue Positionierung des Messgerätes 5 und Einstellung des Innenraumes 6 möglich ist. In einfacher Weise ist somit eine Anpassung an verschiedene Einbausituationen möglich und die für den jeweiligen Anwendungsfall notwendige Innenraumtiefe T ist einfach einstellbar.
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Somit kann bei üblichen Pumpen und Armaturen, bei denen Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu 14 Meter/Sekunde auftreten, in einfachster Weise und mit wenig aufwendigen Mitteln eine zuverlässige Aussage über die momentane Fördermenge geliefert werden. Veränderungen solcher Mengenströme sind ein zuverlässiger Indikator für einen Betreiber, um festzustellen, ob das Strömungssystem störungsfrei arbeitet.
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Die in der 2 dargestellte linke Wand 2 eines Stutzens 9 weist eine stärkere Wandstärke auf und kann Bestandteil einer Gusskonstruktion sein. Demgegenüber ist die in der 2 gezeigte rechte Wand 2 dünnwandig ausgebildet und dient als Beispiel für eine Ausführungsform, wie sie bei Blechformteilen üblich ist. Dabei ist die Materialanhäufung 3.1 als mit der Wand 2 des Gehäuses verbundene separate Einheit ausgebildet und dient zur Aufnahme des Messgerätes 5. Zur Bildung des Innenraumes 6 ist die Wand 2 mit einer Öffnung 4 versehen, aufgrund derer die Hauptströmung H im Innenraum 6 einen Sekundärwirbel 7 erzeugt. Eine andere Ausführungsform zeigt die oberhalb angeordnete Materialanhäufung 3.2. Sie ist hierbei als eine nach außen weisende Ausformung der Wand 2 gestaltet, wobei das Messgerät 5 in dieser Ausformung vertieft angeordnet ist. In dem Innenraum 6 können zusätzliche strömungsführende Einbauten 11 angeordnet sein. Somit wird ein strömungsmechanischer Nachteil, als solcher wird im Allgemeinen ein Sekundärwirbel angesehen, in vorteilhafter Weise für eine erhebliche Erweiterung des Messbereiches eines Geschwindigkeitsmessgerätes genutzt.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Materialanhäufung 3 als Ringelement ausgebildet ist, die mit einer Wandstärke S einen Strömungsweg ringförmig umgibt. Diese Materialanhäufung kann problemlos zwischen zwei miteinander zu verbindende Stutzen, beispielsweise zwischen einem Gehäusestutzen und einer anzuschließenden Rohrleitung, angeordnet werden. Diese ringförmige Materialanhäufung 3.3 besitzt eine radial verlaufende Öffnung 4 in die das Messgerät 5 oder dessen Teile unter Bildung des vertieft angeordneten Innenraumes 6 angeordnet sind. Eine solche ringförmige Materialanhäufung kann nachträglich in bestehende Anlagen oder Rohrleitungen integriert werden, um darin eine Geschwindigkeits- und oder Mengenmessung vorzunehmen. Das im Ausführungsbeispiel gezeigte zweite Messgerät 5.1 ist hierbei durch einen Materialabtrag flächenbündig mit der Innenwand 8 angeordnet. Somit kann wahlweise bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine präzise Messung mit dem Messgerät 5.1 erfolgen und bei höheren Geschwindigkeitsbereichen, die außerhalb des Messbereiches vom Messgerät 5.1 liegen, kann das vertieft angeordnete Messgerät 5 Anwendung finden.
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In allen Anwendungsfällen ist das Messgerät 5 oder sind die Teile davon mit Hilfe üblicher Dichtmittel in der Materialanhäufung 3 - 3.3 angeordnet.
