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Differenzdruckmesser mit Druckluft zur Bestimmung des Flüssigkeitsstromes
in einer Leitung, insbesondere bei Wasserkraftanlagen Die Erfindung betrifft einen
Differenzdruckmesser mit Druckluft zur Bestimmung des Flüssigkeitsstromes in einer
Leitung, insbesondere bei Wasserkraftanlagen.
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Aus der Druckdifferenz oder dem Wirkdruck zwischen zwei Meßstellen
kann in einer Leitung für einen Flüssigkeitsstrom, z. B. Einlaufspirale einer Wasserturbine,
die Größe dieses Flüssigkeitsstromes laufend direkt bestimmt werden, wenn durch
eine Eichmessung, wie dies z.B. in Wasserkraftanlagen durchgeführt wird, der Zusammenhang
zwischen der Druckdifferenz und dem Flüssigkeitsstrom ermittelt worden ist. Diese
Druckdifferenz ergibt sich aus den verschiedenen an den zwei Meßstellen herrschenden
Geschwindigkeiten, die ihrerseits durch die Form der Leitung bestimmt sind, oder
kann durch den Energieverlust in der Leitung zwischen den zwei Meßstellen verursacht
werden. Im allgemeinen erfolgt die Druckübertragung auf das Meßgerät durch die Betriebsflüssigkeit.
In bestimmten Fällen, z.B. bei Wasserturbinen in Heberanordnung, kann eine mögliche
Gas- oder Luftauscheidung in den Meßleitungen den Meßwert verfälschen, ebenso kann
dieser bei stark verschmutzter Flüssigkeit beeinträchtigt werden durch Veränderungen
an den Meßstellen selbst, infolge von Ablagerungen oder durch Verstopfungen. Ein
Spülen der Meßleitungen zur Beseitigung von Gasblasen erfordert eine Unterbrechung
der Messung und ist vor allem bei geringem Druck schwierig. Bei Unterdruck kann
ein Durchspülen nur durch ein umständliches Durchsaugen oder mit einer eingedrückten
Spülflüssigkeit erfolgen. Um ein wirkungsvolles Spülen zu ermöglichen, müssen z.
B. bei Wasserkraftanlagen die Meßleitungen mit einer relativ großen lichten Weite
von 25 mm ausgeführt werden. Diese möglichen ungünstigen Einflüsse und betrieblichen
Nachteile sollen vermieden werden.
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Bei der bekannten Druckluftpegelmessung wird über ein fest eingebautes
Tauchrohr Druckluft eingeführt. Der in der Leitung sich einstellende Druck ist von
der Eintauchtiefe des Tauchrohres abhängig und kann damit als Maß für den jeweiligen
Wasserstand verwendet werden. Es ist weiter bekannt, daß bei aggressiven Flüssigkeiten
der Schutz der empfindlichen Meßgeräte durch eingeperlte oder zwischengeschaltete
Schutzstoffe in Form von Flüssigkeiten mit gegenüber dem Betriebsmedium abweichendem
spezifischen Gewicht erfolgt (deutsche Auslegeschrift 1 048 702). Weiter ist die
Verwendung von Dosiergeräten nach dem Schutzstoffverfahren zur gleichmäßigen Dosierung
des Schutzstoffes mit einer Dosierpatrone bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 051
019). Ebenso ist bei stoßweise strömenden Gas- oder Dampfmengen zur Messung unter
der Verwendung des Prinzips der Teilströme die Zwischenschaltung von Puffergefäßen
in die zur Nebendrossel führenden Abzweigungen zur Abschwächung der Stöße bekannt
(deutsche Patentschrift 421 900).
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In vielen Fällen ist der Schutz der Meßgeräte vor der Betriebsflüssigkeit,
z. B. bei Wasserkraftanlagen, nicht erforderlich. Die Verwendung und Zwischenschaltung
eines anderen Mediums als die Betriebsflüssigkeit zur Druckübertragung kann jedoch
aus betrieblichen Gründen und zur Vermeidung ungünstiger Einflüsse zweckmäßig sein.
Für die erzielbare Genauigkeit des Meßergebnisses ist es jedoch wesentlich, daß
das an den beiden Meßstellen eingeleitete Medium während des Betriebes auf den gleichen
Wert eingestellt und dieser rasch überprüft werden kann. Mit einer Dosierpatrone
und einem Schauglas ist eine Einstellung während des Betriebes nur schwer möglich
und eine Überprüfung ungenau.
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Eine mit Luft bzw. Gas gefüllte Meßleitung stellt an sich einen kleinen
Pufferraum dar, durch den im Gegensatz zum bekannten nur ein geringer Strom des
zwischengeschalteten Mediums strömt und kein Teilstrom des zu messenden Mediums
fließen soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die betrieblichen Nachteile
bei der Differenzdruckmessung mit der Betriebsflüssigkeit als Druckübertragungsmittel
zu vermeiden und die Beeinträchtigung der Meßwerte bei Druckänderungen durch das
Eindringen der Betriebsflüssigkeit in die Meßleitungen bei der Verwendung von Druckluft
zur Druckübertragung zu verringen bzw. zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender
Merkmale: a) Am Anfang der beiden Meßleitungen ist je ein horizontaler langgestreckter
Pufferraum und in der Begrenzungsfläche zur Betriebsflüssigkeit je eine mit einer
glatten oder abgestuften Bohrung ausgeführte Meßstelle vorhanden; b) in jeder der
beiden Meßleitungen ist ein an sich bekanntes Dosiergerät angeordnet, das aus einem
einstellbaren Ventil in Verbindung mit einem Strömungsmesser und einem Differenzdruckregler
besteht und zur Einleitung eines kleinen, an jeder der beiden Meßstellen gleichen
Luftstromes unabhängig von dem herrschenden Absolutdruck in die Flüssigkeit dient.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 das Schema der Anordnung
in einer Wasserkraftanlage, F i g. 2 in Ansicht gemäß Pfeil in F i g. 1 die Ausbildung
der Meßstellen mit Pufferraum, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III
der Fig. 2, F i g. 4 vergrößert den Punkt A der F i g. 3, F i g. 5 eine Alternative
des Punktes A der F i g. 3, F i g. 6 im Schema ein Dosiergerät.
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In die Betriebsflüssigkeit 1 wird an den beiden Meßstellen 2 je ein
kleiner, an jeder der beiden Meßstellen 2 gleicher, durch ein Dosiergerät 4 bestimm-
und einstellbarer Luftstrom eingedrückt, so daß sich an den Meßstellen einzelne
Luftblasen laufend in die Flüssigkeit hinein ablösen. Durch diese kleine Luftblasenfolge
werden Verstopfungen und Ablagerungen im Bereich der Meßstellen verhindert, können
die Meßleitungen mit einem relativ kleinen Durchmesser, z. B. 5 mm lichter Weite
bei Wasserturbinen, ausgeführt und leicht verlegt werden. Die Meßleitungen 3 sind
nunmehr mit Luft als Sperrflüssigkeit gefüllt. Das Meßgerät 5, an welchem der Wert
dh abgelesen wird, kann einschließlich eines etwaigen für den Anschluß von Registriergeräten
erforderlichen Meßwertwandlers unabhängig von einer bestimmten Höhenlage aufgestellt
werden.
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Die Meßstellen 2 können mit einer kurzen, glatten Bohrung 7 oder mit
einem abgestuften Lochdurchmesser 8 ausgebildet werden, wobei der größere Durchmesser
zweckmäßigerweise auf der Seite der Flüssigkeit liegt. Der abgestufte Lochdurchmesser
kann erforderlich werden, wenn aus konstruktiven Gründen die erfahrungsgemäß günstigere
Verhältnisse ergebenden kurzen, glatten Bohrungen für die Meßstellen nicht mehr
möglich sind. Die Meßbohrungen 2 werden vorteilhafterweise jeweils am unteren Rand
eines zwischen Meßstelle 2 und der Meßleitung 3 liegenden, waagerechten und langgestreckten
Pufferraumes 6 angeordnet. Das Volumen des Pufferraumes Vp soll zu dem Volumen der
Meßleitung VL in einem bestimmten Verhältnis Vp > VL stehen.
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Dieser derart ausgebildete Pufferraum 6 hat in erster Linie den Zweck,
daß die bei einer Druckzunahme an der Meßstelle 2 in diesen Raum eintretende Betriebsflüssigkeit
bei einem geringen Spiegelanstieg im Pufferraum bereits eine relativ
große Verringerung
des gesamten Luftvolumens in der Meßleitung und damit eine rasche Veränderung und
Anpassung des Druckes in der Meßleitung an den an der Meßstelle herrschenden Druck
bewirkt.
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Der Flüssigkeitseintritt hält so lange an, bis der Druckausgleich
erreicht ist. Durch die laufende Druckluftzufuhr über die Dosiergeräte wird bei
einem geringen Druckanstieg das in den Pufferraum eingetretene Betriebswasser wieder
herausgedrückt.
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Durch den Eintritt der Betriebsflüssigkeit wird der Meßwert vorübergehend
um das Maß der Flüssigkeitshöhe über der Mitte der Bohrung so lange verändert, bis
durch den dauernden Luftstrom im Pufferraum ein geringer Überdruck hergestellt ist,
der die Flüssigkeit aus diesem herausdrückt, so daß die Luftblasen wieder in die
Hauptleitung eintreten können. Diese Verfälschung des Meßwertes ist gering im Vergleich
zu dem Wert, der sich ergeben würde, wenn sich die dünne Meßleitung unmittelbar
an die Meßstelle anschließen würde. Durch das mit dem Pufferraum vergrößerte Volumen
der Meßleitungen wird zusätzlich die bekannte Dämpfung der Meßwertschwankungen erzielt.
Bei einer Druckabnahme an der Meßstelle treten vorübergehend mehr Luftblasen in
die Betriebsflüssigkeit aus, bis der Druckausgleich wiederhergestellt ist.
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Für die Genauigkeit der Messung ist es wesentlich, daß der von der
Größe des Luftstromes abhängige Austrittswiderstand an beiden Meßstellen gleich
ist. Aus diesem Grund muß der Luftstrom durch das Ventil 9 einstellbar und durch
den Strömungsmesser 10 auch im Betrieb meßbar sein.
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Durch den Differenzdruckregler 11 wird die Druckdifferenz vor dem
Strömungsmesser 10 mit dem einstellbaren Ventil 9 und hinter diesem unabhängig von
dem jeweiligen Druck an der Meßstelle auf einem konstanten Wert gehalten. Sollte
eine MeS stelle ausnahmsweise verlegt sein, so steigt der Druck in dieser Leitung
so an, daß eine derartige Abweichung des Wirkdruckes sofort als Fehler erkannt werden
kann. Um den Einfluß des geodätischen Höhenunterschiedes der beiden Meßstellen auszuschalten,
sollten diese auf gleicher Höhe angeordnet sein.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die laufende Registrierung der Meßwerte mit einer wesentlich größeren Sicherheit
gegenüber Verfälschungen erfolgt, ein Spülen der Meßleitungen entfallen kann, Meßwertschwankungen
stärker gedämpft werden und die Meßgeräte hinsichtlich ihres Aufstellungsortes nicht
an eine bestimmte Höhenlage gebunden sind.