DE1915324A1

DE1915324A1 - Stroemungsmesser

Info

Publication number: DE1915324A1
Application number: DE19691915324
Authority: DE
Inventors: Tom Brandenburg; Smith Robert John
Original assignee: George Kent Ltd
Current assignee: Elster Metering Holdings Ltd
Priority date: 1968-03-27
Filing date: 1969-03-26
Publication date: 1969-10-09
Also published as: NL6904789A; FR2004859A1; GB1221963A

Description

1915.32/-

DIPL.-ING. O. R. KRETZSCHMAR 2 Hamburg ι

BEIM STROHHAUSE 3* PATENTANWALT RUF 2* *7. *³

GEORGE KENT LIMITID

Luton, Bedfordshire/England

K/St

Anwaltsakte: 3423

Strömungsmesser

(Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Anmeldung No, 14728/68 vom 27. März 1968 in Anspruch genommen.)

Die Erfindung bezieht sich auf Strömungsmesser und insbesondere auf elektromagnetische Strömungsmesser_s in denen der Durchsatz eines elektrisch leitenden Strömungsmittels von Messungen des elektrischen Potentials abgeleitet xirird, das durch den Durchgang des Strömungsmittels durch ein Magnetfeld erzeugt wird.

Strömungsmesser dieser Art besitzen ein Längenstück eines Rohres, an dem Einrichtungen zur Erzeugung eines geeigneten Magnetfeldes und ein Paar diametral gegenüberliegender Elektroden zur Berührung mit dem Strömungsmittel angeordnet sind, um das in ihm erzeugte Potential aufzunehmen. Solche Rohrlängenstücke müssen dem Strömungsmittel um die Elektroden herum eine elektrische Isolierfläche zukehren und entweder aus Isoliermaterial·hergestellt oder damit ausgekleidet sein. Wie auch immer die genaue Konstruktion des Strömungsmessers ist, er als ein Auswechselstück eines Teiles ihrer Länge mit den sich daraus ergebenden Schwierigkeiten der Einpassung und Abdichtung zu den benachbarten Rohrabschnitten muß in eine Rohrleitung oder Pipeline eingeoaut werden, die das fließende Strömungsmittel führt.

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KONTEN. DaECiJNSR BANK, KONTQ-NR. U99 · POSTeCHEOK HAMiURO NR. 193766

at

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte · Ausführung eines elektromagnetischen Strömungsmessers und insbesondere ein Kopfstück eines solchen zum Einsatz in eine vorhandene Rohrleitung ohne wesentliche Zerstörung derselben zu schaffen. Die Erfindung schafft dementsprechend ein in eine Rohrleitung bzw. Pipeline einsetzbares Kopfstück eines elektromagnetischen Strömungsmessers mit einem im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse, von dem wenigstens die innere Fläche zur Berührung mit dem Strömungsmittel in der Rohrleitung aus elektrisch isolierendem Material besteht₉ wobei Befestigungseinrichtungen zum Eingriff an der Rohrleitung bzw. Pipeline vorgesehen sind, um das Kopfstück und die Rohrleitung gegen Relativbewegung zu halten, und Leiter-Anordnungen in dem Gehäuse zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer Komponente quer zur Längsachse des.Gehäuses und ferner zwei Elektroden an der Innenfläche des Gehäuses an sich quer gegenüberliegenden Stellen vorgesehen sind.

Vorteilhaft besitzen die Leiter-Anordnungen mehrere winkelmäßig voneinander entfernte Leiter, die sich in dem Gehäuse" in Längsrichtung erstrecken. Zweckmäßig sind dabei die Querschnittsflächen der Leiter an jeder Seite einer die Längsachse des Gehäuses enthaltenden Ebene aufeinanderfolgend und symmetrisch herabgesetztϊ Ferner sind die Elektroden vorzugsweise durch diese Ebene geschnitten und in der Längsmitte der Gehäuseschale angeordnet.

Die Erfindung sieht vor, daß die Leiter-Anordnungen ein Magnetfeld derart erzeugen, daß das von den Elektroden aufgenommene Potential die mittlere Fließgeschwindigkeit des Strömungsmittels über den gesamten Querschnittsbereieh der Gehäuseschale anzeigt₃ wobei die Strömung achsensymmetrisch ist.

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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Befestigungseinrichtung eine nach außen gerichtete Ausformung an der Geh.auaeach.ale zur Aufnahme zwischen den Enden benachbarter Längenstücke der Pipeline auf.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Befestigungseinrichtung für einen Reibungseingriff an der Innenseite der Pipelinewand vorgesehen.

Es wird bevorzugt, daß die Außenseite der Gehäuseschale mit Abstand zwischen ihrer Außenseite und der Pipelinewand angeordnet ist, wobei ein Druckausgleich des Strömungsmitteldruckes an den Innen- und Außenflächen der Gehäuseschale vorgesehen ist.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung die Anwendung der elektromagnetischen Strömungsmessung durch Verwendung eines Kopfstückes, das in eine vorhandene Rohrleitung, wo es gerade erforderlich ist, leicht eingebaut werden kann, in großem Maße erleichtert.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen:

Figur 1 - einen Schnitt durch eine Pipeline mit einem eingesetzten erfindungsgemäßen Strömungsmesser-Kopfstück,

Figur 2 - einen Schnitt längs der Linie II - II in Fig. 1,

Figur 3 - eine Seitenteilansieht einer Pipeline im Schnitt, wobei eine abgewandelte Ausführungsform eines eingesetzten erfindungsgemäßen Strömungsmesser-Kopfstückes vorgesehen ist.

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Figur 4 - eine Seitenteilansicht einer Pipeline mit einer weiteren abgewandelten Ausführung eines eingesetzten erfindungsgemäßen Strömungsmesser-Kopfstückes.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Das Anzeige-Einsatzkopfstück 1O₉ das in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, besteht aus einem Gehäuse in der Form einer rohrförmigen Gehäuseschale 12 von kreisförmigem Querschnitt, so daß es in einer Pipeline 14 von gleichem Querschnitt, die das fließende Strömungsmittel enthält, dessen Durchsatz oder Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, aufgenommen werden kann. Die Gehäuseschale 12 hat eine im Vergleich zu ihrem Außendurchmesser kleine Wandstärke, so daß sie nur eine geringe Einschnürung des Querschnittsbereiches* herbeiführt, durch den das Strömungsmittel fließt. Der Außendurchmesser der Gehäuseschale 10 ist gerade etwas kleiner als der Innendurchmesser der Pipeline. Der Spielraum ermöglicht einen Ausgleich des Strömungsmitteldruckes an der Innen- und Außenseite der Gehäuseschalen-Wand.

Die Gehäuseschale 12 enthält Anordnungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes quer durch das Rohr 14 und daher im rechten Winkel zur Strömungsrichtung. Wie deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen derartige Anordnungen aus mehreren Leitern oder Spulenwindungen 16, die sich in Längsrichtung der Gehäuseschale erstrecken und in deren Wand versenkt sind. Die Querschnittsflächen der Windungen 16 nehmen aufeinanderfolgend und symmetrisch von einer Durchmesserebene l8 ab. An jedem Ende des Durchmessers dieser Ebene 18 in axialer Richtung an der Mitte der Gehäuseschale 12 ist eine nach innen vorstehende Elektrode 20 zur Berührung mit dem

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Strömungsmittel angeordnet. Diese Anordnung der das Feld erzeugenden Wicklungen 16 ist gewählt, damit gewährleistet ist, daß das von den Elektroden 20 aufgenommene Potential mit dem Strom, der in axialer Richtung der Gehäuseschale hindurchgeht, unter Annahme einer symmetrischen Strömung um die -Achse effektiv die mittlere Geschwindigkeit der Strömung über den gesamten Querschnittsbereich der Gehäuseschale 12 anzeigt. Die Richtung des Magnetfeldes verläuft quer durch die Pipeline und die beiden Elektroden 20 befinden sich an entgegengesetzten Enden eines Durchmessers, der unter rechtem Winkel zu dieser Richtung verläuft. Zweckmäßig wird eine solche Anordnung vorgesehen, daß das Feld sich gleichförmig und parallel über die notwendige Länge der isolierten inneren Fläche der Gehäuseschale erstreckt.

Die Spulenwindungen 16 sind mit einem dünnen elektrisch leitenden Rohr 22 aus Eisenachichtungen koaxial zur Gehäuseschale 12 hinterlegt. Dieses Rohr dient als Kern für die Windungen bzw. Leiter-Anordnung. Ein zweites dünnes elektrisch leitendes Metallrohr 24 koaxial und radial innerhalb der Spulenwindungen 16 bzw. Leiter-Anordnung dient als elektrostatischer Schirm zwischen den Windungen und dem fließenden Strömungsmittel.

Die Gehäuseschale 12 muß natürlich aus nichtleitendem Material bestehen und ist üblicherweise aus Kunststoff gegossen, wobei das Kernrohr 22, die Spulenwindungen 16 und das Abschirmrohr 24 zusammen mit zum Anschluß der Windungen 16 an einen geeigneten elektrischen Energieanschluß und der Elektroden an eine geeignete Meßschaltung vollständig in das Kunststoffmaterial eingebettet sind. Die Leitungen zu den Windungen 16 schließen alle Windungen an beiden Enden der Gehäuseschale an. Die beiden Elektroden 20 sind an der Gehäuseschale 12 so angeordnet, daß eine Oberseite jeder Elektrode dem Inneren der Gehäuseschale freiliegend zugekehrt ist, wobei die Elektroden teilweise in das Material der Gehäuseschale eingebettet sind.

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Um die Gehäuseschale 12 in dem Rohr 14 zu befestigen, ist erstere, wie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem einteilig angesetzten, nach außen gerichteten mittleren Flansch 28 versehen. Der Flansch 28 ist zwischen zwei Flanschen 30, 32 an den zugekehrten Enden benachbarter Abschnitte 34, 36 der Pipeline 14 eingeklemmt. .-.·.-.

Die Leitungen 26, die zur Herstellung der äußeren Anschlüsse dienen, sind durch diesen Flansch 28 aus der Gehäuseschale herausgeführt. Die Einrichtungen zur Befestigung der Gehäuseschale 12 in dem Rohr 14 brauchen nicht in der axialen Mitte der Gehäuseschale angeordnet zu sein. Ein Flansch 38 kann beispielsweise stattdessen an einem Ende der Gehäuseschale vorgesehen sein, wie in der abgewandelten Ausführung gezeigt und in Fig. 3 dargestellt ist. Der Flansch 38 ist auch hier einteilig mit dem Körper der Gehäuseschale geformt und enthält die durch ihn geführten Anschlußleitungen. Die Flanschen 30, 32 und 38 können, wenn es erforderlich ist, mit geeigneten Abdichtungsmitteln versehen sein.

Es ist ersichtlich, daß jeder der Einsatz-Kopfstücke nach den Fig. 1 und 2 und Fig. 3 leicht und schnell in einer Pipeline mit entsprechendem Durchmesser angeordnet werden können. Das Kopfstück nach den Fig. 1 und 2 erfordert den Ausbau und den darauffolgenden Wiedereinbau der zwei Pipelineabschnitte, und das Kopfstück nach Fig. 3 erfordert nur, daß ein einzelner Pipelineabschnitt so gehandhabt werden muß. Die Erfindung ist natürlich nicht auf Kopfstücke und Pipeline von kreisförmigem Querschnitt beschränkt.

Die Strömungsmesser-Kopfstück-Einsätze der Erfindung können in ihrer Lage innerhalb der Pipeline auch durch andere Festlegungseinrichtungen als Flansche befestigt werden. In einer in Fig. 4 gezeigten Abwandlung sind beispielsweise mehrere Befestigungsschrauben 40 vorgesehen, die sich radial durch Löcher 42, insbesondere Gewindelöcher einer flanschlosen Ge-

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häuseschale 44 erstrecken, die in anderen Merkmalen der Gehäuseschale 12 gleicht. Das radial außenliegende Ende jeder Schraube hat einen drehbar angeordneten Fuß oder eine Befestigungsp.latte 46, die an die Innenfläche der Pipeline 14 gepreßt wird, wenn die Schraube gedreht wird, so daß die Gehäuseschale gegen eine Relativbewegung zur Pipeline an deren Innenwand durch Reibungseingriff gehalten wird. Die Schrauben 40 können leicht so eingestellt werden, daß eine genau koaxiale Anordnung der Gehäuseschale 44 in bezug zur Pipeline gewährleistet ist. Wie gezeigt ist, sind vorzugsweise vier Schrauben 40 an unter gleicher Winkelversetzung voneinander entfernten Stellen an jedem Ende der Gehäuseschale vorgesehen. Die Schrauben können aber auch, wenn es bevorzugt wird, an einer anderen Stelle angeordnet sein. Die Verwendung von Gewindestiften anstelle von mit Köpfen versehenen Schrauben vermindert die Wirbelwirkung der Schrauben in dem durchfließenden Strömungsmittel, wobei die radial innenliegenden Enden der Gewindestifte innerhalb der Gewindelöcher angeordnet sind.

Eine oder mehrere öffnungen 48 in der Rohrwand, die jeweils mit einem Dichtungsstopfen 50 abgedichtet sind, sind zur Aufnahme bzw. Durchführung der Leitungen 26. vorgesehen. Wenn die von dem Stopfen 50 geschaffene Abdichtung angemessen ist, kann das fließende Strömungsmittel auch zwischen der Außenseite der Gehäuseschale 44 und der Pipelinewand durchgelassen werden, um den Druck an beiden Seiten der Gehäuseschale auszugleichen. Wahlweise kann ein Paar Abdichtungs-Einrichtungen, wie der gezeigte O-Ring 52, an mit Abstand längs der Gehäuseschale 44 liegenden Stellen vorgesehen sein, um den Ringraum zwischen der Gehäuseschale und der Pipelinewand abzudichten.

Dieses mit Abstand angeordnete Paar Dichtungs-Einrichtungen kann entweder nur die Leitungen 26 oder auch sowohl die Leitungen als auch die Schrauben 40 einfassen.

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In anderer Weise als die vorher beschriebenen Kopfstücke erfordert die Anordnung nach Fig. 4 keine Verkürzung der ursprünglichen Rohrlänge zur Aufnahme eines Befestigungsflansches. Es müssen eine oder mehrere Öffnungen in der Pipeline hergestellt werden, um die Leitungen aufzunehmen, aber in den meisten Fällen können diese ohne große Schwierigkeit nachträglich eingebracht werden.

Erfindungsgemäße Einsatz-Kopfstücke können sehr billig mit ausreichender Festigkeit hergestellt werden, damit sie dem hohen Arbeitsdruck widerstehen können. Es tritt nur eine leichte Einschnürung des Rohrquerschnittes auf, aber der sich daraus ergebende Druckabfall kann insbesondere von Rohren mit verhältnismäßig großem Durchmesser leicht aufgenommen werden.

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Claims

DIPL.-ING. O. R. KRETZSCHMAR ₂ Hamburg ι

Q BEIM STXOHHAUIE 3*

PATENTANWALT ^R"^{F a}* ⁶⁷ *³

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Luton, Bedfordshire/England

Anwaltsakte: 3423

Schutzansprüche>

f 1.J Elektromagnetischer Strömungsmesser, gekennzeichnet durch ein in eine Rohrleitung bzw. Pipeline einsetzbares Kopfstück mit/einem im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse (10, 12, 44), dessen wenigstens innere Fläche zur Berührung mit dem Strömungsmittel in der Pipeline aus elektrisch isolierendem Material besteht, und daß Befestigungs-JSinrichtungen (28, 38, 40, 42) zum Eingriff an der Rohrleitung bzw. Pipeline zwecks Halterung des Kopfstückes gegen eine Relativbewegung zur Pipeline und Leiter-Anordnungen (16) in dem Gehäuse zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer Komponente quer zur Längsachse des Gehäuses und zwei Elektroden (20) an der Innenfläche des Gehäuses an sich quer gegenüberliegenden Stellen vorgesehen sind.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter-Anordnungen (16) mehrere winkelmäßig voneinander entfernte Leiter besitzen, die sich in dem Gehäuse in Längsrichtung erstrecken.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der Leiter .(l6) an jeder Seite einer die Längsachse des Gehäuses enthaltenden Ebene aufeinanderfolgend und symmetrisch herabgesetzt sind.

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KONTlNl DBIfDNIRBANK. KONTO-NK. ββ·9 · ίΟΙΤΙ CHICK HAMlUKO NK. 103766
4. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch diese Ebene (18) geschnitten und in der Längsmitte der Gehäuseschale angeordnet sind.
5. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter-Anordnungen (16) ein Magnetfeld derart erzeugen, daß das von den Elektroden (20) aufgenommene Potential die mittlere Fließgeschwindigkeit des Strömungsmittels über den gesamten Querschnittsbereich der Gehäuse^- schale anzeigt, wobei die Strömung achsensymmetrisch ist.
6. Strömungsmesser nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld über den gesamten Querschnittsbereich der Gehäuseschäle gleichförmig und parallel ist.
7. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Rohr (24) als elektrostatischer Schirm radial innerhalb der Leiter-Anordnung (16).
8. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Rohr (22) als Kern für die Leiter-Anordnung (16), das außen um die Leiter-Anordnung angeordnet ist.
9. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine nach außen gerichtete Ausformung (28, 38) an der Gehäuseschale (10) zur Aufnahme zwischen den Enden (30, 32) benachbarter Längenstücke (34, 36) der Pipeline (14) aufweist.
10. Strömungsmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichtete Ausformung (28, 38) einen Plansch bildet.

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11. Strömungsmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen (26) zu den Leitern (16) und den Elektroden (20) durch den Plansch (28, 38) geführt sind.
12. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungs-Einrichtung für einen Reibungseingriff an der Innenseite der Pipeline-Wand vorgesehen ist. .
13. Strömungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung mehrere Schrauben (40) in radialen Gewindelöchern .(42) der Gehäuseschale (44) aufweist.
14. Strömungsmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den radial außenliegenden Enden der Schrauben (40) Befestigungsplatten (46) zur Anlage an der Innenfläche der Pipeline^-Wand drehbar angeordnet sindr
15· Strömungsmesser nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (40) als Gewindestifte ausgeführt sind, deren radial innenliegende Enden innerhalb der Gewindelöcher (42) angeordnet sind.
16. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine öffnung (48) in der Rohr- bzw. Pipeline-Wand vorgesehen ist und die Leitungen (26) zu den Leitern (16) und Elektroden (20) von der Gehäuseschale (44) durch die öffnung geführt ist.
17. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Gehäuseschale (10, 44) mit Abstand zwischen ihrer Außenseite und der Pipeline-Wand angeordnet ist, wobei ein Druckausgleich des Strömungsmitteldruckes an den Innen- und Außenflächen der Gehäuseschale vorgesehen ist.

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l8. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Kunststoff ausgeführt ist und die Leiter-Anordnungen (16) sowie die angeschlossenen Leitungen (26) in das Kunststoffmaterial eingebettet sind.