DE1935989B2

DE1935989B2 - Differentialdruckstroemungssonden zum einsatz in eine fliessfaehiges medium fuehrende rohrleitung

Info

Publication number: DE1935989B2
Application number: DE19691935989
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Delaware Capital Formation Inc
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1969-07-15
Publication date: 1976-08-12
Also published as: FR2013001A1; ZA694617B; GB1229536A; US3581565A; DE1935989A1; JPS5016659B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Differentialdruck-Strömungssonden zum Einsatz in eine fließfähiges Medium führende Rohrleitung, mit einer als Hohlrohr ausgebildeten Stausonde, die mit mehreren stromaufwärts ausgerichteten Öffnungen versehen ist und sich über den gesamten Durchmesser der Rohrleitung erstreckt, einer in dem Hohlrohr angeordneten Interpoliersonde mit einer einzigen Druckentnahmeöffnung, und mit einer Sonde für den statischen Druck.

Aus der US-PS 1119581 ist ein Differentialdruckströmungsmeßgerät bekannt, das eine Stausonde für den dynamischen und eine Sonde für den statischen Druck aufweist. Die beiden Sonden sind als Hohlrohre ausgebildet und koaxial ineinander geführt. Das zentrale Hohlrohr ist zur Messung des Staudrucks bestimmt und deshalb mit einer im Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts liegenden und stromabwärts nach außen rührenden Öffnung versehen. An der stromaufwärts liegenden Seite des äußeren Hohlrohres sind über den Querschnitt verteilt mehrere Öffnungen angeordnet, die in einer gemeinsamen Innenkammer dieser Stausonde münden. In dieser Irinenkammer ist ein das Zentralrohr umgebendes Interpolierrohr vorgesehen, das etwas außerhalb des Mittelpunktes des Strömungsquerschnitts endet. Durch dieses Interpolierrohr wird in der zwischen dem Zentralrohr und der Innenwandung des Interpolierrohrs ausgebildeten Druckkammer ein Druck an ein an die Sonden angeschlossenes Meßgerät weitergeleitet, der etwa dem mittleren dynamischen Druck des in der Rohrleitung geführten Mediums entspricht. Obwohl das in der Stausonde angeordnete Interpolierrohr zu wesentlich besseren Meßergebnissen führt als ähnliche Stausonden ohne ein solches Interpolierrohr, ist bei dieser Anordnung die Bestimmung des mittleren dynamischen Drucks noch relativ ungenau.

Aus der US-PS 1087988 sind ebenfalls Differentialdruckströmungssonden bekannt, die im Aufbau im wesentlichen den Sonden nach der US-PS 1119581 entsprechen. Auch bei diesen Strömungssonden sind die stromaufwärts liegenden Öffnungen in der Stausonde mit etwa gleichen Abständen über die gesamte Länge der Stausonde verteilt. Eine ungenaue Mittelwertbildung des dynamischen Druckes ergibt sich bei dieser bekannten Stausonde bereits dadurch, daß sie sich nicht über den gesamten Strömungsquerschnitt der Rohrleitung erstreckt und weiterhin an ihrem freien Ende mit einer senkrecht in die Strömung mündenden Öffnung versehen ist.

Aus der DT-PS 405 986 ist eine Pitot-Strömunes-

meßsonde bekannt, bei der die Öffnungen in der Stausonde derart über den Querschnitt der Rohrleitung verteilt sind, daß jeder öffnung eine gleich große Ringfläche der Rohrleitung zugeordnet ist. Weiterhin ist dort die Lehre gegeben, die Öffnungen bei gleichmäßiger Verteilung unterschiedlich groß zu gestalten, und zwar so zu bemessen, daß die Öffnungsflächen jeweils dem zugeordneten Flächenstück proportional sind. Eine ähnlich aufgebaute Strömungsmeßsonde isi aus der US-PS 1250238 bekannt. Durch die spezielle Ausbildung bzw. Anordnung der Öffnungen in der Stausonde wurde versucht, die in verschiedenen Rohrquerschnitten unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zu erfassen. Die mit solchen Strömungsmessern erreichte Genauigkeit liegt jedoch wie bei allen anderen bekannten Strömungsmessern relativ niedrig und genügt den häufig an solche Sonden gestelltea Anforderungen nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Differentialdruckströmungssonden mit Stausonden und darin angeordneter Interpoliersonde anzugeben, mit denen durch eine bessere Erfassung des Mittelwerts des Staudrucks eine höhere Meßgenauigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Druckentnahmeöffnung der Interpoliersonde im Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts liegt, daß die stromaufwärts ausgerichteten Öffnungen in der Stausonde paarweise und symmetrisch zu dieser Druckentnahmeöffnung der Interpoliersonde außerhalb eines von öffnungen freien Mittelbereiches angeordnet sind, und daß die Stausonde an ihrem freien Ende geschlossen ist.

Durch die angegebenen Differentialdruckströmungssonden läßt sich gegenüber bekannten Sonden dieser Art eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit erreichen. Diese erhöhte Meßgenauigkeit ist darauf zurückzuführen, daß durch die symmetrische Anordnung der öffnungen in der Stausonde und der Druckentnahmeöffnung der Interpoliersonde im Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts dafür gesorgt ist, daß in der Stausonde an der Druckentnahmeöffnung keine Strömung auftritt, die das Meßergebnis verfälschen würde. Gegenüber Sonden ohne Interpolierrohr, bei denen durch symmetrische Anordnung der öffnungen in der Sti.usonde bereits versucht wurde, eine möglichst genaue Mittelwertbildung der Durchflußmenge zu erreichen, läßt sich mit den angegebenen Strömungssonden eine wesentlich genauere Mittelwertbildung dadurch erzielen, daß eine Interpoliersonde vorgesehen ist, deren einzige Druckentnahmeöffnung etwa im Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts liegt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Stausonde in einem an der Rohrleitung befestigbaren Verbindungsteil herausnehmbar gelagert ist. Dadurch läßt sich die Stausonde, beispielsweise um sie zu reinigen, leicht herausnehmen und wieder einsetzen. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Stausonde in Zeiten, in denen keine Messung erforderlich ist, in dem Verbindungsteil so zu verdrehen, daß ihre öffnungen stromabwärts ausgerichtet sind oder unter einem Winkel von 90° zur Strömungsrichtung stehen. Dies hat den Vorteil, daß, insbesondere bei Verwendung der Sonden in stromenden Medien, die einen starken Abrieb hervorrufen, einem wesentlich geringeren Verschleiß ausgesetzt werden und die Gefahr, daß die öffnungen verstopfen, herabgesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß dieses Verdrehen der Stausonde bei strömendem Medium, also bei unter Druck stehender Rohrleitung, erfolgen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Stausonde mit einem außerhalb der Rohrleitung liegenden Anschlußrohr versehen ist, und daß dieses Anschlußrohr stromaufwärts gekrümmt ausgebildet ist. Aus der Winkellage dieses gekrümmten Anschlußrohres läßt sich auf einfache Weise erkennen, ob die öffnungen der Stausonde in der Rohrleitung richtig ausgerichtet sind.

Weitere vorteilhafte Ausfühningsformen ergeben

sich aus den Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung wird die F^rfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, von einer Rohrleitung, in der erfindungsgemäße Strömungssonden eingebaut sind,

Fig. 2 eine weitere Ansicht der Strömungssonden nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt in größerem Maßstab längs der Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 einen Teil eines Schnitts durch eine abgeänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stausonde,

Fig. 6 einen Teil einer Draufsicht auf die Strömungssonden nach Fig. 2,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführung der erfindungsgemäßen Strömungssonden,

Fig. 8 eine Ventilkupplung zum schnellen Trennen der Strömungssonden von einer auf Druckdifferenzen ansprechenden Einrichtung,

Fig. 9 einen Teilschnitt durch eine Rohrleitung, wobei im Schnitt (Teilschnitt) eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist,
Fig. 10 einen Teilschnitt durch eine Rohrleitung mit einem Teilschnitt durch eine darin angeordnete weitere Ausbildung von erfindungsgemäßen Strömungssonden.

In einer Rohrleitung, von der in Fig. 1 ein Abschnitt 10 gezeichnet ist, bewegt sich ein fließfähiges Medium 12 (nachfolgend als Flüssigkeit bezeichnet) in Richtung der Pfeile von links nach rechts (im Sinne der Fig. 1). Die Strömungssonden sind insgesamt mit 20 bezeichnet; sie werden durch eine öffnung 15 in der Wand 14 des Rohrleitungsabschnitts 10 eingebaut. Ein Organ der Einrichtung 20 erstreckt sich quer durch den Flüssigkeitsstrom 12 längs einen Durchmessers der Rohrleitung 10 und endet an deren Innenwand 16. Das andere Organ endet in der axialen Mitte der Rohrleitung 10.

Die Strömungssonden 20 stellen eine Art Pitotrohr dar und umfassen eine Stausonde 30 für Strömungsdruck und eine Sonde 50 für statischen Druck. Die Stausonde 30 für Strömungsdruck weist ein im folgenden a's Schutzrohr bezeichnetes äußeres Hohlrohr 32 auf. Das Schutzrohr 32 läuft mit seinem freien Ende 42 in einen Stopfen 42' aus, der das Schutzrohr 32 hier abschließt. Das äußere Ende des Stopfens 42' ist kcgelartigabgeschrägt; der Sinn dieser Bauweise wird noch beschrieben. Das Rohr 32 verläuft abgedichtet aber gleitend verschiebbar durch eine Halterung 22, und das andere Rohrende 44 läuft in die Hülse 103 einer blind endenden Kupplung 102 ein (Fig. 3). Die

Innenkammer 36 zwischen den Rohrenden 42 und 44 steht nicht mit der Umgebung außerhalb der Rohrleitung 10 in Verbindung. An dem Rohr 32 befindet sich ein Bogenteil 37, dessen Bedeutung noch beschrieben wird. In der Wandung des Rohrs 32 sind eine Anzahl mit A-I, A-2, ß-1 und ß-2 bezeichnete seitliche öffnungen angebracht, die an vorgewählten Stellen quer durch den Strom 12 vorgesehen sind. Eine sogenannte Interpolier- oder Mittelbildungssonde 34 steckt im Innenraum des Schutzrohres 32. Das freie Ende 46 der Sonde 34 läuft lippenförmig aus und endet nahe der axialen Mitte der Rohrleitung 10; ferner weist die Sonde eine seitliche Öffnung 40 und ein dem freien Ende 46 gegenüberliegendes Ende 48 auf.

Die Sonde 50 für statischen Druck besteht aus einem Hohlrohr 52 mit bogenförmig abgewinkeltem freiem Ende 54 praktisch in der Mitte der Rohrleitung 10; die Austrittsöffnung 58 am Ende 54 liegt koaxial zur Rohrleitung 10 und ist in der Strömung 12 stromab gerichtet. Das andere Ende 56 des Rohres 52 ist durch Reibungskraft in der Innenbohrung 110 des Stopiens 72 der Halterung 22 (Fig. 4) gehalten und öffnet sich zu einem abgeschrägten Innendurchlaß, der in eine enge Bohrung 86 übergeht. Die Bohrung 86 führt in die Kammer 88 und von dort in die Zuleitung 92, die durch Reibungskraft in dem abgewinkelten Kanal 90 gehalten wird. Obwohl eine Sonde für statischen Druck im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, kann jede Meßvorrichtung für statischen Druck, sogar eine Öffnung in der Rohrleitung stromab von der Sonde für Strömungsdruck mit befriedigendem Erfolg verwendet werden.

Die Achsen der Sonden 30 und 50 sind einander parallel; daher sind auch die Achsen der zugeordneten Durchlässe in der Halterung 22 einander parallel. Die Stausonde 30 kann in Längsrichtung gleitend und drehend gegenüber der Halterung 22 verschoben werden, während die Sonde 50 für statischen Druck starr mit der Halterung 22 verbunden ist, etwa durch Lötverbindungen 60 und 60'. Das Rohr 32 kann demnach aus der Halterung zum Reinigen und'oder zum Austausch herausgenommen werden.

Die Flüssigkeitsdrücke über das Strömungsprofil einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit sind in den verschiedenen Ringzonen des Querschnitts allgemein ungleich groß. Die Strömungsgeschwindigkeit an der Innenwand 16 ist wegen der Wandreibung im allgemeinen niedriger als die Geschwindigkeit in der Mitte der Rohrleitung 10. Das Prinzip, nach dem die Erfindung und die anderen Photrohranordnungen arbeiten, besagt, daß, wenn in einer Strömung eine öffnung so angeordnet ist, daß sie vom Strömungsdruck beaufschlagt wird, an der entgegengestellten Seite ein Druck erzeugt wird, der gleich dem statischen Druck, vergrößert um einen der Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Brück, ist. Wird dieser Druck gemessen und mit dem stromab gemessenen statischen Flüssigkeitsdruck verglichen, so ist der gemessene Differenzdruck ein genaues Maß des Flüssigkeitsdurchsatzes in der Rohrleitung, wobei jeder durch Sog entstehende Druck sich heraushebt.

Treten über das Stromungsprofil verteilt unterschiedliche Geschwindigkeiten auf, so entsteht, wenn man ein Hohlrohr mit einer Anzahl öffnungen wählt, die den Strömungsdmck an verschiedenen Stellen im Strömungsprofil aufnehmen, in der Stausondc ein Druckwert, der von der Strömungsgeschwindigkeit an jeder Öffnung erzeugt wird. Der resultierende Druck entspricht etwa dem Durchschnitt aller Drücke, die in der Kammer 36 der Stausondc 30 entstehen. Die Genauigkeit der Beziehung zwischen dem gemessenen Differenzdruck und der wahren Durchschnittsgeschwindigkeit über die gesamte Quererstreckung des Strömungsprofils wird beeinträchtigt, wenn man bedenkt, daß die üblicherweise gemessenen Geschwindigkeiten sich unterscheiden, in erster Linie in Abhängigkeit von der Entfernung der Öffnungen von der benutzten, auf Differenzdruck ansprechenden Einrichtung. Der an der am weitesten von dem Differenzdruckmesser entfernt liegenden Öffnung eneugte Druck trägt nicht im gleichen Maße zu einem wahren Mittelwert bei, wenn man ihn mit dem Gewicht vergleicht, das den gemessenen Drücken beigelegt ist, die in den Öffnungen zur Kammer 36 entstehen, die ganz nahe am Differenzdruckmesscr, hier als Manometer 106 ausgeführt, entstehen. Die bekannten Pitotrohr-Anordnungen suchten eine dem genauen Mittelwert entsprechende Messung zu erreichen, jedoch wurde dieses Ergebnis in keinem Fall erzielt.

Das Interpolierrohr 34 soll diese Unterschiede ausgleichen und einen wahren Mittelwert liefern. Das Interpolierrohr 34 befindet sich in dem Schutzrohr 32, und seine Seitenöffnung 40 steht praktisch in der axialen Mitte der Rohrleitung; die einzige Verbindung des Innenraums der Sonde 30 verläuft durch das Interpolierrohr 34.

Die über das Strömungsprofil der Strömung 12 in der Rohrleitung 10 auftretenden Unterschiede der Strömungsgeschwindigkeit und damit der Unterschied des Drucks wird erfindungsgemäß ermittelt, indem die innere Querschnittsfläche der Rohrleitung 10 in konzentrische Flächen A und B von vorzugsweise gleicher Fläche aufgeteilt wird und indem die öffnungen in dem Schutzrohr 32 in die radialen Mitten dieser Flächen gesetzt werden. Die Öffnungen A-I und A-2 befinden sich daher in Längsrichtung des Schutzrohres 32 der Stausonde 30 in den radialen Mitten der Fläche /4, während die inneren Öffnungen ß-1 und B-I mit Abstand von den Öffnungen /4-1 und A-2 angebracht sind. In der ganz innen liegenden Fläche C ist keine Sondenöffnung vorgesehen, weil die Druckentnahmeöffnung 40 des Interpolierrohrs 34 in der axialen Mitte der Rohrleitung 10 im Inneren des Rohres 32 angebracht ist. Die öffnungen A-I, A-2, ß-1 und ß-2 sollten zu Beginn gleiche Form und Größe haben.

obwohl der Verschleiß an ihren sie berandenden Kanten während der Benutzung zu einer gewissen Ungleichmäßigkeit der öffnungen führen kann. Weger der Anwendung des Interpolierrohrs 34 haben derartige Ungleichförmigkeiten höchstens eine gering«

Wirkung auf die Genauigkeit der Druckmessungei

und deren Beziehung zu der untersuchten Strömung

Die Halterung 22 weist eine Kupplungsmuffe 6i

mit einem Axialdurchlaß 64 auf, der über ein Stücl 66 seiner Länge mit Gewinde versehen ist. Ein ring

förmiger Rand 68 (Fig. 9) geringer Weite ist an einen Muffenende vorgesehen und umgibt die innere öff nung des Durchlasses 64. Der Außendurchmesser de Randes 68 ist gleich dem Innendurchmesser der öff nung 15 in der Wand 14, so daß der Rand 68 dichtem

in der öffnung steckt. Ein Stopfen 72 hat einen Sechs kant 74 und Innen- bzw. Außenflächen 75 bzw. 7! sowie einen Nippel 76 mit Außengewinde, der in da Innengewinde 66 in dem Durchlaß 64 geschraubt isi

Eine ebene Außenseite 78 des Sechskants 74 trägt eine Markierung 71, die durch Gießen, Ätzen oder auf andere bekannte Weise: angebracht ist. Der Sechskant 74 besteht aus gegenüberliegenden parallelen, ebenen Seitenflächen 74', so daß die Ausrichtung der Sonden genau parallel zur Achse der Rohrleitung 10 unter Verwendung eines einfachen Richtgeräts auch von einem nicht speziell ausgebildeten Handwerker vorgenommen werden kann.

Die Markierung 71 besieht im wesentlichen entweder aus einem erhabenen oder eingetieften Muster in Pfeilform. Die Pfeilspitze 73 weist in die Strömungsrichtung der Flüssigkeit 12, wenn die Stausonde 30 richtig eingebaut ist; der Pfeilschaft 73' verläuft bei richtiger Ausrichtung der Stausonde 30 parallel zur Achse der Rohrleitung 10 und senkrecht zur Achse des Schutzrohres 32. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann zur Ergänzung der Markierung das Wort »Strömung« (»FLOW«) angebracht werden.

In dem Stopfen 72 verlaufen parallel zueinander zwei Bohrungen 108 und 86. Der Durchmesser der Bohrung 108 entspricht praktisch dem Außendurchmesser des Schutzrohres 32; sie öffne« sich einerseits zu der Fläche 75 und an der entgegengesetzten Seite gegen die koaxiale Gewindemuffe 83. Die Gewindemuffe 83 ist so gestaltet, daß sie den Gewindcabschnitt 79 der Kupplungshülse 80 aufnimmt. An der Basis der Muffe 83 befindet sich eine Stopfbüchse 82, so daß das Rohr 3"? sich in der Bohrung 1108 drehen und gleitend verschieben läßt, während eine Abdichtung an dem Fortsatz mit einem axialen Durchlaß 108' von gleichem Durchmesser wie die axiale Bohrung 108 des Stopfens 72 versehen ist, so daß das Rohr 32 vollständig hindurchlaufen kann. Die Stopfbuchse 82 verhindert das Hinausgleiten des Rohres 32, so lange die Hülse 80 in die Muffe 83 eingeschraubt ist.

Die Bohrung 86 in dem Stopfen 72 ist eng und öffnet sich zu der koaxialen Hülse 110 hin, die ihrerseits an der Endfläche 75 ausmündet. Die Hülse 110 hat eine solche Größe und Form, daß sie das andere Ende 56 der Sonde 52 für den statischen Druck aufnimmt. Das andere Ende der Bohrung 86 geht in eine abgewinkelte Kammer 88 über, die an der äußeren Endfläche 78 ausmündet. Die Hülse 110 ist so ausgeführt, daß sie das andere Ende 56 des Hohlrohres 52 der Sonde für statischen Druck dichtend aufnimmt. Das andere Ende der Bohrung 86 geht in eine abgewinkelte Kammer 88 über, die sich mit dem Kanal 90 zur Außenfläche 78 des Stopfens 72 öffnen. Die Zu leitung 92 für den statischen Druck greift dichtend in die Kammer 88 ein und läuft nach außen weiter, wo sie durch passende Kupplungen an den Differenzdruckmesser 106 angeschlossen wird.

Zum Einbauen der Strömungssonden 20 in die Flüssigkeitsströmung 12 geht man folgendermaßen vor: in die Rohrleitungswand 14 wird eine öffnung 15 geschnitten. Die Muffe 62 der Halterung 22 wird mit ihrem Rand 68 in die öffnung 15 gesetzt. Die Muffe 62 wird zur Fixierung von Lage und Ausrichtung vorübergehend punktgeschweißt. Die Sonde 50 wird am Stopfen 72 angebracht und diese in die Muffe 62 eingesetzt. Durch Ansetzen einer üblichen Libelle an die Flächen 74' und den Gebrauch der Markierung 71 auf der Fläche 78 wird die Sonde parallel zur Achse der Rohrleitung 10 richtig ausgerichtet, womit die Sonde 50 ihre richtige Stellung erhalten hat. Danach wird die Muffe 62 bei 70 an die Rohrleitungswand 14 ocschwcißt. Das Schweißmatcrial wird entsprechend dem Rohrleitungswerkstoff ausgewählt. Danach wird die Sonde 30 für Strömungsdruck durch die Bohrung 108 geschoben, bis die abgeschrägte Spitze des Endes 42 (d. h. bei 42') die Innenwand 16 der Rohrleitung 10 berührt. Dank dem zugespitzten Teil des Endes 42 kann der Monteur feststellen, wann die Berührung der Wand eintritt, damit die Öffnungen A-I, A-2, B-I und B-I in die richtige Stellung kommen. Das zugespitzte Ende 42 macht die Sonde auch für Rohrleitungen unterschiedlichen Durchmessers verwendbar, ohne daß Probleme hinsichtlich des Flächenanschlags auftreten und schaltet eine Fehlerquelle aus, die sich bei flach auslaufenden Enden 42 ergibt, möglicherweise wegen der im Bereich zwischen dem Ende und der Wölbung der Rohrleitung eingeschlossenen Luft. Ein Ende des Manometers 106 ist mit einer Muffe 104 auf das Gewindeteil 105 der blind endenden Kupplung 102 geschraubt. Die Zuleitung 92 für statischen Druck ist mittels Muffe 94, Zwischenglied 95 und Muffe 96 an das andere Ende 86 des Manometers 106 angeschlossen. Notfalls kann ein Metallanhänger 98 vorgesehen werden, der mit einem Kettchen 100 an der Leitung 92 angebracht ist. Auf dem Anhänger können die Sonde und das zu untersuchendc System betreffende Hinweise vermerkt werden.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung stellt die Möglichkeit dar, die Stausonde 30 unabhängig von der Sonde für statischen Druck, d. h. hier der Sonde 50, bewegen zu können. Auf diese Weise können die Strömungssonden 20 einfach dadurch unwirksam gemacht werden, daß die Stausonde 30 um 180° in eine Stellung verdreht wird, in der die Sondenöffnungen A-I usw. stromab zeigen. In dieser Lage sind die seit-

liehen Öffnungen und die Innenkammern 36 und 38 dem ständigen Strömungsdruck nicht ausgesetzt, und damit kann häufig ein Verstopfen oder das Eindringen von Fremdkörpern in diese Kammern vermieden werden. Auch wird der Verschleiß des Hohlrohres 32 verringen und damit die Nutzungsdauer der Stausonde 30 erhöht. Damit eine solche Drehung ohne Störung und Beschädigung vorgenommen werden kann, erhält der Bogen 37 einen Wert zwischen 45° und 55°. Der Winkel zwischen der Leitung 92 und der Fläche 78 wird zu etwa 15° gewählt, ebenfalls um die Drehung der Stausonde 30 vor allem für den Fall zu erleichtern, daß die beiden Sonden 30 und 50 in einer einzigen Halterung angeordnet sind.

Gemäß Fig. 1 sind die erfindungsgemäßen Strömungssonden 20 unmittelbar in einer Rohrleitung angeordnet, die einen Teil eines zu untersuchender Strömungssystems bildet, das mit den in situ angebrachten Sonden untersucht werden soll. Viele Systeme lassen sich besser mit einer Strömungsmeßein-

richtung versehen, deren Sonden zuvor in einerr Kupplungsstück installiert sind, das später als fertige; Bauteil in das Strömungssystem, etwa zwischen zwe Rohrleitungsenden des Systems eingeschaltet wird Auch die Erfindung zieht ein solches vorinstallierte!

Kupplungsstück vor, das insgesamt mit 20' bezeichne und in Fig. 7 dargestellt ist. Die Meßeinrichtung 20 weist ein Rohrleitungsstück 10' mit offenen Endei auf. die Gewinde 17, 17' tragen, so daß es als Zwi schenglied zwischen in entsprechender Weise mit Ge winde versehene Enden von Rohrleitungen des zu un tcrsuchenden Strömungssystems eingeschaltet werdei kann.

In der Einrichtung 20 sind die Sonden 30 und 5(

eingebaut, sind aber durch in Längsabstand voneinander angebrachte öffnungen 15 und 15' in der Wand 14 der Rohrleitungskupplung 10' eingeführt. Die Stausonde 30 ist in dem Kupplungsstück 10' mittels einer Halterung eingesetzt, die eine Muffe 62' mit einem Randteil 68' umfaßt, welches in die Öffnung 15 eingreift. Die Muffe 72' weist nur eine einzige Öffnung auf, durch die das Rohr 32 der Stausonde 30 eingeschoben und in der es abgedichtet werden kann. Die Muffe ist mit dem Rohrleitungsstück durch eine Schweißstelle 70' verbunden oder ist eingelötet.

Die Sonde 50 für statischen Druck ist mit Abstand von der Stausonde 30 für Strömungsdruck eingebaut. Beim praktischen Betrieb hat sich gezeigt, daß ein Längsabstand der Mitten von etwa 2¹Z₄" (57 mm) gute Ergebnisse zeitigt. Das Rohr 52' ist etwas kürzer als das früher erwähnte Rohr 52, weil das Stück 56' unmittelbar an die Bohrung 86' in der Muffe 62" angesetzt ist, die ihrerseits unmittelbar in der öffnung 15' durch eine Schweiß- oder Lötverbindung 70" festgelegt ist.

Anstatt einer unmittelbaren Leitungsverbindung zu dem Differenzdruckmesser 106 sind Ventile 112 und 114 vorgesehen, die eine schnelle Kopplung an den Differenzdruckmesser gestatten; diese Ventile sind gleichartig ausgeführt; sie werden in Fig. 8 dargestellt. Das Ventil 112 besitzt einen Anschlußkasten 120, der an die blind endende Muffe 102 führt, eine Leitung 122, von der ein Gewindenippel 118 ausgeht, und eine als Tauchkolben wirkende Welle 116, an der ein Stellknopf 124 angebracht ist. Das an sich bekannte nadelartige oder andersartig ausgebildete Absperrelement am Ende des Tauchkolbens 116 für die Veränderung der in die Leitung 118 führenden Öffnungist nicht eingezeichnet. An die Leitung 118 kann ohne weiteres jeder bekannte Differenzdruckmesser schnell angeschlossen werden. Der Anhänge 98 kann mittels des Kettchens 100 unmittelbar an der Muffe 62" befestigt werden. Die weiteren Einzelheiten der Meßeinrichtung 20'sind, soweit sie mit den Einzelheiten der Meßeinrichtung 20 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, die in Fig. 1 verwendet und deren Bedeutung im Zusammenhang damit erläutert worden sind.

In Fig. 9 ist eine nochmals abgeänderte Ausführungsform gezeichnet; diese Ausbildungsform ist besonders gut brauchbar in Rohrleitungen großer Weite oder Rohrleitungen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit oder rnit schwerem strömendem Material. Die Einrichtung 200 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 20 nur durch die in Fig. 8 gezeichneten Ventile 112 und 114.

Die Stausonde 230 für Strömungsdruck unterscheidet sich von der Stausonde 30 insofern als das Sondenende 242 einen Fortsatz 242' aufweist. Der Rohrleitungsöffnung 15 in der Rohrleitungswand 14 gegenüberliegend befindet sich eine öffnung 217. Die Mitte der öffnung 217 ist jedoch gegenüber der Mitte der öffnung 15 geringfügig so versetzt, daß sie mit der Achse des Rohres 232 der Stausonde 230 für Strömungsdruck fluchtet. Eine Muffe 221 mit einem ringförmigen Rand 219 sitzt fest in der öffnung 217 und wird durch eine Schweißverbindung 271 festgehalten. In der Muffe 221 befindet sich ein Durchgang 225 mit Gewinde, das das Gewindeende 227 des Stopfens 229 aufnimmt. Der Stopfen 229 weist einen Durchgang 223 auf; die beiden Durchgänge 225 und 223 liegen koaxial zueinander und zu der Achse des Rohres 232. Der Durchgang 223 nimmt den Fortsatz 242' auf.

Das geschlossene Ende 242 des Rohres 232 wird durch Festlegen des Fortsatzes 242' im Durchgang 223 ausgerichtet; das Ende ist auf diese Weise durch den Flüssigkeitsdruck nicht beeinflußbar. Ferner ist ein Arm 233 vorgesehen, der die relative Lage der Sonden 230 und 50 gegen vom Flüssigkeitsdruck verursachte Verschiebung sichelt. Schweißstellen 261 halten die

ίο Sonde für statischen Druck an dem Arm 233 fest. Die übrigen Teile der Einrichtung 200 entsprechen denen der Einrichtung 20 und haben daher die gleichen Bezugszeichen erhalten.

Es kommt vor, daß die in dem Rohrleitungssystem geförderte Flüssigkeit nur während des Meßvorgangs gestört werden darf. Dazu kann die Anordnung in der in Fig. 10 dargestellten Weise abgeändert werden. Danach wird die Kupplung 322 für die abgeänderte Einrichtung 300 mit einer Absperrvorrichtung verse-

ao hen, mit deren Hilfe die Sonden 330 und 350 gleichzeitig aus der strömenden Flüssigkeit herausgenommen werden können, ohne daß Flüssigkeit aus der Rohrleitung austritt oder der statische Druck in der Rohrleitung verringert wird. Die veränderte Kupp-

lung 322 besteht aus einer Muffe 362, die in der oben beschriebenen Weise an der Rohrleitungswand angebracht ist. Eine Absperreinrichtung 400 besteht aus einem Gehäuse 408 mit einem Durchgang 407, dessen einander entgegengesetzte Enden Gewinde besitzen.

In eines dieser Enden ist ein Gewinde-Kupplungsstück 410 geschraubt. Senkrecht zu der Achse des Durchgangs 407 ist ein Durchgang 409 vorgesehen. In dem Durchgang 409 läßt sich ein Schieber 406 aus einer (gestrichelt eingezeichneten) Stellung, in der or

den Durchtritt durch den Durchgang 407 unterbricht, in eine Stellung verschieben, in der er den Durchgang freigibt. Eine Gewindespindel 402 ist mit ihrem einen Ende an dem Schieber 406 angebracht, während das andere Ende in einen Handgriff 404 ausläuft, so daß

der Schieber hin und her verstellt werden kann.

Das andere Ende der Leitung 412 ist an das Glied 414 angeschlossen und dann über die Teile 416 bis 420 weitergeführt, zu denen eine Stopfbüchse 418 gehört. Die beiden Sonden 330 und 350 sind an dem Bauteil 422 angebracht und sind als geschlossenes Bauteil in die in Fig. 10 gestrichelt eingezeichnete Arbeitsstellung zu verschieben. Wenn die Sonden sich in Arbeitsstellung befinden, wird der Schieber aus der Stellung herausgenommen, in der er den Durchgang

407 sperrt. Zum Zurücknehmen der Sonden in die mit ausgezogenen Linien angegebene Lage (Fig. 10) werden die Sonden zurückgezogen und anschließend der Schieber geschlossen. Ferner können Kurbelvorrichtungen und/oder Schutzeinrichtungen vorgesehen

werden, damit die Sonden leichter gegen den Strömungsdruck in der Rohrleitung bewegt werden können. Im übrigen stimmt die Einrichtung 300 hinsichtlich ihres Aufbaus mit der Einrichtung 20 überein, wie sie oben beschrieben wurde.

Werden größere Genauigkeitsanforderungen gestellt, so kann eine in Fig. 5 gezeichnete Abänderung verwendet werden, nach der ein Ausgleichsstab 43 in das freie Ende des Schutzrohres 32 der Stausonde 30 eingeführt werden kann, um das freie Volumen der

Kammer 36 der Lange nach auszufüllen. Der Ausgleichsstab 43 wird so groß gewählt, daß er in der Kammer 36ein Volumen ausfüllt, das praktisch gleich dem Volumen ist. welches von dem Internolierrohr

34 eingenommen wird.

Durch die Anbringung der Lippe 46 an dem Interpolierrohr 34 wird erreicht, daß die Öffnung 40 als seitliche Öffnung wirkt, wodurch Ablagerungen, wenn sie überhaupt auftreten, entfernt werden. Die genaue Stellung dieser Öffnung 40 ist nicht kritisch, wenn es sich auch nicht empfiehlt, die Öffnung unmittelbar der Strömung durch die seitlichen Öffnungen A-X usw. auszusetzen.

Wie erwähnt, läßt sich infolge der möglichen Drehung der Sonde für Strömungsdruck erreichen, daß die seitlichen Öffnungen dieser Sonde aus der Beaufschlagung durch die strömende Flüssigkeit entfernt werden können, ohne daß die Öffnung der Sonde für statischen Druck dieser Beaufschlagung ausgesetzt wird. Der Bogen 37 des Rohres 32 dient als Anzeigemittel, um von außen sofort abschätzen zu können,

ob die Sonde für Strömungsdruck sich in Stellung »Ein« oder »Aus« befindet. In der Stellung »Ein« verläuft der Bogen parallel zu der Achse der Rohrleitung 10, während in »Aus«-Stellung der Bogen um mindestens 90° aus dieser Parallellage verdreht ist (vgl. dazu die gestrichelt angegebene Lage in Fig. 6).

Da die Stausonde gleitend verschiebbar angeordnet ist, wird die Installation und genaue Ausrichtung der

ίο Stausondc in der Rohrleitung vereinfacht und es ist außerdem möglich, diese Stausonde zurückzuziehen und unabhängig von der Sonde für statischen Druck auszubauen, etwa um sie zu reinigen oder auszuwechseln, ohne daß dazu die Gesamteinrichtung ausgebaut werden müßte. Diese Eigenschaften sind besonders vorteilhaft, wenn die Sonde für statischen Druck festgelegt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Differentialdruckströmungssonden zum Einsatz in eine fließfähiges Medium führende Rohrleitung, mit einer als Hohlrohr ausgebildeten Stausonde, die mit mehreren stromaufwärts ausgerichteten Öffnungen versehen ist und sich über den gesamten Durchmesser der Rohrleitung erstreckt, eine/ in dem Hohlrohr angeordneten Interpoliersonde mit einer einzigen Druckentnahmeöffnung, und mit einer Sonde für den statischen Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentnahmeöffnung (40) der Inlerpoliersonde (34) im Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts liegt, daß die stromaufwärts ausgerichteten Öffnungen (A-I, A-I; B-I, B-I) in der Stausonde (30) paarweise und symmetrisch zu dieser Druckentnahmcöffnung der Interpoliersonde außerhalb eines von Öffnungen freien Mittelbereiches (C) angeordnet sind, und daß die Stausonde an ihrem freien Ende (42) geschlossen ist.

2. Differentialdruckströmungssonden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum der Stausonde (30) als symmetrische Ergänzung zu der Interpoliersonde ein Ausgleichsstab (43) vorgesehen ist (Fig. 5).

3. Differentialdruckströmungssonden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stausonde (30) in einem an der Rohrleitung (10) befestigbaren Verbindungsteil (62, 72) herausnehmbar gelagert ist.

4. Differentialdruckströmungssonden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verbindungsteil (62,72) aus einer an der Rohrleitung (10) befestigbaren Kupplungsmuffe (62) und einem darin eingesetzten Stopfen (72) zusammensetzt, und daß die Stausonde (30) in einer axialen Bohrung (108) dieses Stopfens gelagert ist.

5. Differentialdruckströmungssonden nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stausonde (30) in dem Stopfen (72) mittels einer Stopfbuchse (82) gehalten ist.

6. Differentialdruckströmungssonden nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungsteil (62, 72) auch die Sonde (50) für den statischen Druck gelagert ist.

7. Differentialdruckströmungssonden nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentnahmeöffnung (40) der Interpoliersonde (34) in eine Lippe (46) ausläuft.

8. Differentialdruckströmungssonden nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (50) für den statischen Druck mit einer im Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts liegenden und stromabwärts ausgerichteten Öffnung (58) versehen ist.

9. Differentialdruckströmungssonden nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stausonde (30) mit einem außerhalb der Rohrleitung (10) liegenden Anschlußrohr (37) versehen ist, das stromaufwärts gekrümmt ist.

10. Differentialdruckströmungssonden nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (42) der Stausonde (30) gegen die Innenfläche der Rohrleitung (10) abgeschrägt ist.

11. Differentialdruckströmungssonden nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kupplungsmuffe (362) und dem Stopfen (420) ein mit einer Absperrvorrichtung (400) versehenes Zwischenteil (322) vorgesehen ist, und daß die Stausonde (330) aus ihrer Arbeitsstellung in der Rohrleitung (310) unter ständigem dichten Abschluß soweit zurückziehbar ist, daß mittels der Absperrvorrichtung eine Absperrung des Zwischenteils gegen die zurückgezogene Stausonde erreichbar ist.