DE19913850C2

DE19913850C2 - Massenstrommessung bei unbekannter Dichte des strömenden Mediums

Info

Publication number: DE19913850C2
Application number: DE1999113850
Authority: DE
Inventors: Reinhard Leithner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-28
Filing date: 1999-03-28
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: DE19913850A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenstrommessung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Massenstrom in einem Rohr oder einem Kanal zu mes sen bei unbekannter Dichte des strömenden Mediums, wie dies insbesondere z. B. bei Zwei- oder Mehrphasenströmungen der Fall ist.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. durch die Offenlegungsschrift 2 301 478 bekannt geworden. Nach diesem Verfahren wird der Druckabfall längs einer Meßstrecke in einer Förderleitung gemessen und der Meßwert als Maß für die Menge des durch diese Leitung geblasenen Materials ausgewertet.

Vorteilhafterweise kann die Meßstrecke dabei in einem vertikalen Bereich der För derleitung angeordnet sein. Zur Verfeinerung des Verfahrens ist es zweckmäßig, zu sätzlich den Druckabfall längs einer Meßstrecke in einer Druckgaszufuhrleitung vor dem Ort der Materialeintragung in die Förderleitung zu messen und diesen Meßwert von dem des Druckabfalls in der Förderleitung vor dessen Auswertung abzuziehen.

Die Messung eines Druckabfalls bzw. einer Druckdifferenz in einer Leitung allein kann jedoch bei unbekannter Dichte des strömenden Mediums unmöglich ohne wei tere Annahmen zur Ermittlung des Massenstroms verwendet werden. Wird eine zweite Messung in einer Druckgaszufuhrleitung vor dem Ort der Materialeintragung verwendet, müssen Informationen über die Dichte dieses Fluids z. B. durch Art bzw. Zusammensetzung des Fluids und zusätzlich durch Druck- und Temperaturmessun gen vorhanden sein, und Undichtigkeiten, wie sie bei Materialeintragungen nicht selten auftreten, führen zu Verfälschungen der Messung.

Die Aufgabe der Massenstrommessung bei unbekannter Dichte des strömenden Me diums wird gemäß der Erfindung ohne zusätzliche Messungen bzw. Informationen durch folgende Merkmale gelöst:

a) das Rohr oder der Kanal, in dem das Fluid strömt, besitzt zwei Meßstrecken mit unterschiedlicher Neigung;
b) die Druckdifferenz über diese zwei Meßstrecken wird möglichst genau gemessen;
c) aus den beiden Druckdifferenzen und den bekannten geometrischen Abmessun gen der beiden Meßstrecken, insbesonders auch aus den unterschiedlichen Nei gungswinkeln wird die Dichte und der Massenstrom berechnet.

Erfindungsgemäß wird aus den beiden Druckdifferenzen Δp₁ und Δp₂ der unter schiedlich mit den Winkeln α₁ bzw. α₂ zur Horizontalen geneigten Meßstrecken 1 und 2 und den anderen geometrischen Daten wie Meßstreckenlänge l₁ bzw. l₂ und (bei spielhaft für ein kreisrundes Rohr) den inneren Durchmessern d₁ und d₂ die Dichte ρ und der Massenstrom entsprechend den nachfolgenden Gleichungen berechnet.

Dabei wird von folgenden Annahmen ausgegangen:

- die Strömung sei homogen und das strömende Medium besitze überall die mittle re Dichte ρ
- die Reibungsbeiwerte λ₁ bzw. λ₂ der Meßstrecken seien bekannt oder zumindest iterativ bestimmbar.

Es gelten dann folgende drei Gleichungen (beispielhaft für ein Rohr) für die drei Un bekannten: mittlere Dichte ρ, Geschwindigkeit w₁ in der Meßstrecke 1 und Ge schwindigkeit w₂ in der Meßstrecke 2:

Dividiert man die beiden Gleichungen (1) und (2) durch die mittlere Dichte ρ und stellt die Gleichungen auf die Unbekannten 1/ρ, w₁ ² und w₂ ² um, so erhält man folgendes lösbare Gleichungssystem:

Löst man dieses Gleichungssysstem (4), so ist der Massenstrom nach Gleichung (3) einfach zu berechnen.

Das Gleichungssystem vereinfacht sich stark, wenn die Durchmesser der Meßstrecken gleich groß (d₁ = d₂ = d) sind (dann sind auch die Geschwindigkeiten gleich groß (w₁ = w₂ = w), die beiden Meßstrecken gleich lang sind (l₁ = l₂ = l) und eine horizontal (sin α₁ = O) und die andere vertikal (sind α₂ = 1) ist:

identisch erfüllt.

Der Massenstrom in ergibt sich in diesem Fall zu

Falls der Reibungsverlust im vertikalen Teil vernachlässigbar klein ist, weil z. B. der Durchmesser in diesem Abschnitt größer als im horizontalen Teil gewählt wurde, ver einfacht sich die Gleichung weiter zu

mit Δh als Höhendifferenz und Δp₂ als Druckdifferenz des vertikalen Teil und λ, l, d und Δp₁ nur bezogen auf den horizontalen Abschnitt.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dar gestellt.

Das Verfahren kann insbesonders dort vorteilhaft eingesetzt werden und ist anderen Verfahren mit Einbauten etc. überlegen, wenn - wie dies in Anlagen oft der Fall ist - das Rohr oder der Kanal ohnehin aus konstruktiven Gründen über größere (relativ zum Querschnitt) Entfernungen und verschieden geneigt geführt werden muß. Zu sätzlich kann die Strömungsgeschwindigkeit der Partikel oder der Gasphase mittels anderer bekannter Meßmethoden bestimmt und in Gleichung (4) bzw. (6) bzw. (7) geeignet verwendet werden.

Bezeichnungsliste

ρ mittlere Dichte
l₁

, l₂

, l Längen der Meßstrecken 1 und 2
d₁

, d₂

, d Durchmesser der Meßstreckenrohre
α₁

, α₂

Neigung der Meßstrecken
Δp₁

, Δp₂

Druckdifferenzen über der Meßstrecke
λ₁

, λ₂

Reibungsbeiwerte

Claims

1. Verfahren zur Massenstrommessung, gekennzeichnet durch folgene Merkmale:

a) das Rohr oder der Kanal, in dem ein Fluid strömt, besitzt zwei Meßstrecken mit unterschiedlicher Neigung;
b) die Druckdifferenz über diese zwei Meßstrecken wird möglichst genau gemessen;
c) aus den beiden Druckdifferenzen und den bekannten geometrischen Abmes sungen der beiden Meßstrecken, insbesonders auch aus den unterschiedli chen Neigungswinkeln, wird die Dichte und der Massenstrom nach bekannten Gleichungen berechnet.

2. Verfahren zur Massenstrommessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine horizontale und eine vertikale Meßstrecke verwendet werden.

3. Verfahren zur Massenstrommessung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine horizontale und eine vertikale Meßstrecke verwendet werden, die gleich lang sind und deren Querschnitt ebenfalls gleich groß und von gleicher Form ist.

4. Verfahren zur Massenstrommessung nach den Ansprüchen von 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgeschwindigkeit oder Gasströmge schwindigkeit nach anderen bekannten Verfahren bestimmt wird und mit der nach Anspruch 1 bzw. 2 bestimmten mittleren Dichte zum Massenstrom kombi niert wird.