DE2123024C3

DE2123024C3 - Einrichtung zum Gleichmaßigmachen des Strömungsprofils für Durchflußmesser

Info

Publication number: DE2123024C3
Application number: DE2123024A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Koganei Nomoto; Kuniteru Machida Okuda; Hiroshi Kanagawa Yamamoto
Original assignee: Oval Engineering Co Ltd
Current assignee: Oval Engineering Co Ltd
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1971-05-10
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2123024A1; DE2123024B2; FR2094061B1; FR2094061A1; US3733898A; GB1328915A

Description

Die ReynoJds-Zfth! ist der Bezugspunkt zur Be- gleiehrichters in Übereinstimmung mit den m^}j"

Stimmung der Meßbarkeit der Durchflußrate von tig allgemein verwendeten Standerdwarten zummaesi

Strömungsmitteln, und Standardwerte geben an, daß unvermeidbar sind. _, . .„„

nur ein Strömungsgleichnchter oder ein gerader Derartige Instrumentenfehler können durch einen

Rohrabschnitt mit einer bestimmten Länge vorgese- 5 Durchflußmesser auf ein Minimum reduziert werden,

hen werden muß, wenn ein Strömungsmittel, dessen der eine erfindungsgeroäße Einrichtung, wie sie m

Durchflußrate gemessen wird, eine höhere Rey- Fig.3 und4 dargestellt ist, enthält.

nolds-Zahl als 10* besitzt, Untersuchungen haben je- Das in Fig.3 gezeigte SiebC ändert Wirbel yer-

docb ergeben, daß diese Praxis fehlerhaft ist, wie sich schiedener Abmessungen, die durch Leitungscwnrn-

8US den vorhergehenden Ausführungen ergibt. io tungen, beispielsweise ein abgebogenes Rohr und ein

Eine vorteilhafte Ausführungsform dar erfindungs- Ventil, erzeugt wurden, in gleichmäßige Wirbel mit gemäßen Einrichtung besteht darin, daß das Sieb in einer Größe, die gleich seiner Masche ist, und bestem vorbestimmten· Abstand von der Einlaßöffnung an- aus Metall oder irgendeinem anderen geeigneten Mageordnet ist, daß der Gehäusedurchmesser vom Ein- terial. Eine mit der Bezugsziffer B bezeichnete zweite laß zum Sieb linear zunimmt, während er im Bereich 15 Einrichtung ist ein sogenannter Strömungsgleichrictides Strömungsgleichrichters gleich bleibt, und daß ter, der ein Bündel oder eine Vielzahl parallel ander Gehäusedurcbmes'ser in dem Raum der ringför- geordneter Röhren 2 mit kleinem Durchmesser aufmigen Abschnitte größer ist als im Bereich des Strö- weist, die in einem zylindrischen Körper enthalten muBgsgleichrichters. _sin_d> A_n stelle von Röhren mit kleinem Durchmesser

Es ist ferner eine Einrichtung zur Verringerung 20 kann der Strömungsgleichnchter sine Anzahl von

der Druckverluste von strömenden Medien bekannt Flügelsätzen aufweisen, axt parallel in axialer Ricn-

(schweizerische Patentschrift 238 569), bei der eine tung des zylindrischen Körpers angeordnet sind, wo-

Ceschwindigkeitsprofilabflachung dur :h eine Veren- bei jeder Satz aus einer Anzahl von Flügeln besteht,

gung des Strömungsquerschnitts herbeigeführt wird. die sich radial in der Ebene senkrech* zur Achse des

Dabei kann der Verengung eine Erweiterung des 25 zylindrischen Körpers erstrecken. Eine mit der Be-

Strömungsquerschnitts vorausgehen (s. auch die zugsziffer/1 bezeichnete dritte Einrichtung besitzt

USA.-Patentschrift 3 398 765). _e,_nen zylindrischen Körper 3 mit einem Innendurch-

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- messer D und einer Anzahl von in Abstand befindh-

matischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen chen scharfkantigen ringförmigen Lippen 3 a, die

näher erläutert. ₃₀ sich von der Innenwand des zylindrischen Körpers 3

F i g. 1 zeigt eine schematische Ansicht von Teilen radial nach innen erstrecken. Die ringförmigen Lip-

eines bekannten Durchflußmessers; _pen 3 a bilden öffnungen, jeweils mit dem Durch-

Fig.2 zeigt eine graphische Darstellung von In- messer D₁ und D₂, die beträchtlich kleiner sind als

sirumentenfehlern, die bei dem Durchflußmesser der Innendurchmesser D des zylindrischen Körpers 3

nach Fig. 1 beobachtet wurden; _{35 un}d gleich oder etwas größer als der Durchmesserd

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht des der Einlaßöffnung einer auf die Durchflußrate an-

Grundaufbaus der erfindungsgemäßen Einrichtung; sprechenden Einrichtung oder eines Flußmessers 4

Fig.4 zeigt eine schematische Darstellung einer sind. Der Abstand 1 zwischen dem Auslaß des Strö-

praktischen Anordnung eines Durchflußmessers, der mungsgleichrichters B und der ersten ringfönnigen

die Einrichtung nach Fig. 6 enthält; 40 Lippe 3a in der Einrichtung A ist derart gewählt,

Fig.4A, 4B, 4C, 4V und 4E sind erläuternde daß er beträchtlich größer ist als der Durchmesser

Darstellungen, die den Zustand des Strömungsmittel- D₁ der durch die ringförmige Lippe 3 α definierten

flusses in verschiedenen Abschnitten des Systems öffnung, so daß eine tiefe Tasche 3 b in der Einrich-

nachFig. 4 zeigen; tung Λ gebildet wird. Durch diese Anordnung kann

F i g. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die die 45 dem Flußmesser 4 ein Strömungsmittelfluß mit einer

Instrumentenfehler zeigt, die bei dem Durchflußmes- gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung zugeführt

$er nach F i g. 4 beobachtet wurden; werden.

F i g. 6 zeigt einen Längsschnitt des praktischen An Hand der F i g. 4 wird ein praktisches Lei-Aufbaus der Einrichtung nach Fig. 3; und tungssystem das die Anordnung nach Fig. 3 enthält,

F i g. 7 und 8 zeigen Schnittansichten nach Linie 50 erläutert. Das in F i g. 4 dargestellte Leitungssystem

X-X bzw. XI-XI in F i g. 6. besitzt ein abgebogenes Rohr oder Krümmer £, ein

In einem Beispiel von bekannten Durchflußmc·- Ventil V, ein Sieb C, einen Strömungsgleichrichter B, sern, wie es in Fig. t dargestellt ist, ist ein Leitungs- ciie EinrichtungA, einen TurbinenmesserM, ein system durch einen Turbinenmesser M gebildet, Ventil V und ein abgebogenes Rohr oder Krümmer einen Strömungsgleichnchter S, der stromauf des 55 £', die in der obigen Reihenfolge angeordnet sind.
Turbinenmessers M angeordnet ist, ein abgebogenes Es wird angenommen, daß ein Strömungsmittel in Rohr oder Krümmer £ und ein Ventil V, die strom- einer dur-h die Pfeile dargestellten Richtung fließt, auf des Strömungsgleichrichters S angeordnet sind, Der an dem Auslaß des Krümmers E erscheinende und ein Ventil V und ein abgebogenes Rohr oder Strömungsmittelfluß hat eine unsymmetrische Ge-KrümmerE'.die stromab des TurbinenrnessersM an- 60 schwindigkeitsverteilung, wie in Fiß.4E dargestellt geordnet sind. In diesem System führt eine Änderung ist. Wird dieser Strömungsmittilfluß über das Vender öffnung des Ventils V auf der stromauf liegen- til V geführt, werden in dem eine unsymmetrische den Seite des Strömungsgleichrichters S zwischen der Geschwindigkeitsverteilung aufweisenden Strömungsvollgeöffneten und halbgeöffneten Stellung zu I.istru- mittelfluß viele Wirbel erzeugt, wie in Fig.4 V darmentenfehlern in der Größenordnung von 0,4 bis 65 gestellt ist. Wird der viele Wirbel aufweisende Strö-0,5 °/o, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Es ist somit mungsmittelfluß über das SiebC geführt, werden die ersichtlich, daß Instrumentenfehler in dem in F i g. 2 Wirbel mit veränderlichen Größen durch die Magezeigten Maß dutch bloßen Einbau des Strömungs- sehen in Wirbel mit im wesentlichen gleichmäßiger

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Größe umgewandelt, die der Größe der Masche ent- dem an Hand von F i g. 3 beschriebenen ist. Genauer spricht, und ein regulierter Strömungsmittelfluß, wie gesagt, eine ringförmige Lippe 37, die eine öffnung in F i g. 4 C dargestellt ist, erscheint hinter dem mit einem Durchmesser D_t definiert, der beträchtlich Sieb C. Die Wirbel verschwinden, nachdem der Strö- kleiner als der Innendurchmesser D des dritten Abmungsmittelfluß über den Strömungsgleichrichter B 5 Schnitts des Außengehäuses 31 ist, erstreckt sich rageführt wurde. Wie aus Fig.4B ersichtlich ist, hat dial nach innen von der Innenwand des Außengeuer den StrömungsmittelgleichrichterB verlassende häuses 31, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, und ist an Strömungsmittelfluß parallele Stromlinien, und seine ihrem Innenrand 37« scharfkantig. Der Durchmesser Geschwindigkeitsverteilung ist bis zu einem beträcht- D, der durch die ringförmige Lippe 37 definierten lichen Maß gleichmäßig gemacht; dieser Strömungs- io öffnung ist gleich oder etwas größer als der Durchmittelfluß ist jedoch weit entfernt von einem idealen messer des Einlasses eines Durchflußmessers, und Strom auf Grund der Wechselwirkung des Strö- daher ist er gleich oder etwas größer als der Durchmungsmittels mit der zylindrischen Wand usw. Die- messer«/ der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 des ser Strömungsmittelfluß wird dann der Strömungs- Außengehäuses 31. Der Abstand 1 zwischen dem wandlereinrichtung A zugeführt und in einen Strom »5 Auslaß des Strömungsgleichrichters B in der vorhermit gleichförmigem Strömungsprofil umgewandelt, gehenden Stufe und der ringförmigen Lippe 37 ist wie in F i g. 4 A dargestellt ist, und dieser Strom wird größer als der Durchmesser D₂ der durch die ringfördem Turbinenmesser M zugeführt. Es ist somit er- mige Lippe 37 definierten öffnung, um eine tiefe Tasichtlich, daß das Strömungsmittel dem Turbinen- sehe 38 zu bilden, so daß ein Strömungsmittel, das messer M in Form eines Stroms zugeführt wird, der ao längs der Innenwand des Außengehäuses 31 fließt, eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung bei al- einer Turbulenz unterworfen wird und dem Strölen Bedingungen hat, mit denen das Strömungsmittel mungsmesser in Form eines Stroms zugeführt werden dem Leitungssystem zugeführt wird. kann, der eine gleichmäßige Geschwindigkeitsvertei-

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gerätes gegen- lunr hat. Eine andere ringförmige Lippe 39, die in über dem bekannten System dieser Art ergibt sich as Vorwärtsrichtung oder in Richtung der stromaufdeutlich aus der in F i g. 5 gezeigten graphischen wärts liegenden Seite abgeschrägt ist, erstreckt sich Darstellung im Vergleich zu der in Fig. 2 gezeigten von der Innenwand des Außengehäuses 31 an einer gleichen graphischen Darstellung. Stelle, die stromab von der ringförmigen Lippe 37

\n Hand der F i g. 6 bis 8 wird ein praktischer Hegt und der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 be-Aufi tu de erfi dungsgemäßen Einrichtung im ein- 3<> nachbart ist. Die ringförmige Lippe 39 definiert eine zelnen beschrieben. öffnung mit einem Durchmesser D, und ist an ihrem

Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt ein inneren Endrand 39 α scharfkantig. Der Durchmesser Außengehäuse 31 mit einer Strömungsmitteleinlaß- D₁ der durch die ringförmige Lippe 39 definierten öffnung 32 und einer Strömungsmittelauslaßöffnung Öffnung ist vorzugsweise gleich oder etwas größer als 33 mit gleichem Durchmesser d, und das Sieb C, der 35 der Durchmesser d der Strömungsmittelauslaßöff-Strömungsgleichrichter B und die Drosseleinrichtung nung 33 wie im Fall des Durchmessers D₂ der durch sind in Serie zwischen diese öffnung 32 und 33 in die ringförmige Lippe 37 definierten öffnung. Hinter der Richtung des Strömungsmittelflusses angeordnet. der ringförmigen Lippe 39 ist eine kleine ringförmige Montageflansche 32 a und 32 b sind jeweils an dem Aussparung 40 gebildet.

Einlaß- und Auslaßende des Außengehäuses 31 vor- 40 Das Außengehäuse 31. das die Einrichtungen A, B gesehen. Das Außengehäuse 31 ist derart geformt, und C enthält, ist in einem Leitungssystem angeorddaß sich sein Innendurchmesser von der Strömungs- net, in dem zahlreiche Führungselemente, wie ein abmitteleinlaßöffnung 32 in Richtung der Strömungs- gebogenes Rohr und ein Ventil, auf der stromaufmittelauslaßöffnung 33 schrittweise vergrößert, wie wärts liegenden Seite angeordnet sind, wie dies in dies aus F i g. 6 ersichtlich ist. Genauer gesagt, ein 45 F i g. 4 gezeigt ist, und ein Durchflußmesser ist mit abgeschrägter Abschnitt 34 geht von der einen der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 u*.s Außenge-Durchmesser d aufweisenden Einlaßöffnung 32 aus, häuses 31 verbunden,

bis er schließlich einen Innendurchmesser d, erreicht Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich,

hat, der gleich dem Innendurchmesser eines zweiten daß durch die Erfindung eine Einrichtung mit sehr Abschnitts ist. Ein mit dem zweiten Abschnitt ver- 50 einfachem Aufbau gebildet wird, die ein Sieb als bundener dritter Abschnitt hat einen Innendurchmes- Wirbelregulator besitzt, einen Strömungsgleichrichter ser D, der etwa zweimal so groß ist wie der Innen- und eine Drosseleinrichtung als Strömungsprofildurchmesser d_l des zweiten Abschnitts. Der hintere wandlereinrichtung, die in obiger Reihenfolge in Endabschnitt des dritten Abschnitts ist allmählich einem einzigen Gehäuse angeordnet sind, das Flanschnach innen abgeschrägt und endet an der Strömungs- 55 enden aufweist und in einem gewünschten Leimittelauslaßöffnung 33. tungssystem angeordnet ist, indem es mit der Leitung

Das Sieb oder eine gebohrte Metallplatte sind und einem Flußmesser durch die Flansche verbunden senkrecht zur Achse des ersten Abschnitts 34 des ist.

Außengehäuses 31 angeordnet, um die durch ein ab- Das den vorstehenden Aufbau besitzende erfin-

gebogenes Rohr oder Ventil erzeugten Wirbel unter- 60 dungsgemäße Gerät eliminiert einen unerwünschten schiedlicher Größe in gleichmäßige Wirbel mit einer nicht gleichmäßigen Strom, der dem Strömungsmes-Größe umzuwandeln (zu mitteln), die im wesentli- ser bei der Messung der DurchfhiBrate eines Ströchen gleich der Maschengröße ist. Der Strömung- mungsmittels zugeführt wird, wodurch die MeßgegleichrichterB besitzt beispielsweise ein Bündel aus nauigkeit der Durchflußrate verbessert wird. Die ereiner Anzahl Rohren 36 mit kleinem Durchmesser, 65 findungsgemäße Einrichtung kann deshalb mit nieddie in dem zweiten Abschnitt des Außengehäuses 31 rigen Kosten hergestellt werden, weil das Sieb, der fest angeordnet sind, wie in F i g. 7 dargestellt ist. Strömungsgleichrichter und die Drosseleinrichtung

Die Einrichtung A hat einen Aufbau, der gleich al«: eine Einheit zusammengebaut sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

X 2

' £ soll jedoch nur eine Standardisierung des Strömungs-

.'3 Patentansprüche: profile erreicht werden, nicht aber eine Vergleichmä-

*i~* ßigung. Dagegen ist es in einer anderen Form bereits

Γ- 1. Einrichtung «um Gleichmäßigmachen des bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1423 891), Strömungsprofils für Durcbflußmesser mit einem 5 eine scharfkantig begrenzte Drosselöffnung zur Er-Ströroungsgleicbrichter, dadurch gekenn- zeugung einer scharfen Verwirbelung zu verwenden. zeichnet, daß in einem Gehäuse mit einem Eine vollständige Vergleichmäßigung des Strömungs-Innendurchmesser, der größer ist als der Durch- profils wird dabei jedoch nicht erreicht Weiterhin messer eines Auslasses zum Durchfiußmesser sind Ströroungsgleichrichter und die Verwendung (M), der Strömungsgleichrichter (B) mit einem io von Sieben bekannt (ATM, Archiv für technisches Sieb (C) in Reihe angeordnet ist und daß in Ab- Messen, V 120-F1, Lieferung 352, Mai 1956, S. 117 stand vor dem Auslaß mindestens eine durch bis 120), die zur Beseitigung von großen Wirbeln einen ringförmigen Abschnitt (3 o, 37, 39) gebil- dienen und auch einen Strömungsdrall vermindern dete Drosselöffnung angeordnet ist, deren Durch- können. Auch soltiie Siebe oder Strömungsgleichmesser nicht kleiner als der Auslaßdurchmesser 55 richter reichen nicht aus, eine gleichmäßige Geist schwindigkeitsvertetlung über den ganzen Quer-2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- schnitt herbeizuführen. Bei den vorstehend angegekennzeichnet, daß das Sieb (C) in vorbestimmten! benen bekannten Vorrichtungen treten daher stets Abstand von der Einlaßöffnung (32) angeordnet noch Strömungskomponenten auf die entweder ist, daß dor Gehäusedurchmesser vom Einlaß 20 Meßfehler herbeiführen, eine Meßfehlerkompensazum Sieb linear zunimmt, während er im Bereich tion notwendig machen oder die Verwendung einer des Strömungsgleichrichters (B) gleichbleibt, und Eichkurve erforderlich machen, um Meßwerte überdaß der Gehäusedurchmesser in dem Raum der haupt ermitteln zu können.

ringförmigen Abschnitte größer ist als im Bereich Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

des Strömungsgleichrichters (F i g. 6). 25 Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,

mit der ein Strömungsprofil derartig gleichmäßig gemacht werden kr<nn, daß bei einer Durchflußmessung

Meßfehler durch nicht in der Strömungsrichtung liegende Strömungskomponenten ausgeschlossen sind. 30 Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in einem Gehäuse mit einem Innendurchmesser, der größer ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung als der Durchmesser seines Auslasses zum Durchzum Gleichmäßigmschei? des Strömungsprofils für flußmesser, der Strömungsgleichrichter mit einem Durchflußmesser mit einem Strc.nungsgleichrichter. Sieb in Reihe angeordnet ist und daß in Abstand vor

Bei der Messung der Durchflußrate mit einem so- ₃₅ dem Auslaß mindestens eine durch einen ringförmigenannten Analog-Durchflußmesser, beispielsweise gen Abschnitt gebildete Drosselöffnung angeordnet einem Lochplatten-Durchflußmesser oder Venturi- i_st? deren Durchmesser nicht kleiner als der~Auslaßrohr-Durchflußmesser oder Wirbelstrommesser, tre- durchmesser ist.

ten im allgemeinen Probleme wegen eines ungleichen Wenn eine Wirbelströmung, eine asymmetrische

Strömungsprofils auf. 40 Strömung oder eine Dralbtrömung dem Turbinen-

Ein Problem ergibt sich daraus, daß ein Strö- messer (oder irgendeinem anderen analogen Durchmungsmittel, das durch ein gebogenes Rohr fließt, laufmesser) zugeführt werden, würde der Turbinenbeispielsweise einen Krümmer, eine unsymmetrische läufer auf Grund der Nichtgleichmäßigkeit des Strö-Geschwindigkeitsverteilung hat wegen der Differenz mungsrr.iMelflusses beschleunigt werden oder verzözwischen der Strömungsmittelflußgeschwindigkeit _{45 ger}t werden und könnte keine Drehung durchführen, längs des Innenwandabschnitts, der einen kleineren die die Durchflußrate tatsächlich anzeigt. Die vorlie-Radius hat, d. h. der Innenwandabschnitt, wo der gende Erfindung eliminiert eine derart widrige Wir-Krümmer einen kleineren Krümmungsradius hat, k_{ungt so} daß der Turbinenmesser eine sehr stabile und der Strömungsmittelflußgeschw.ndigkeit längs Drehung zur genauen Messung der Durchflußrate des Innenwandabschnitts, der einen größeren Radius _?0 durchführen kann und Fehler auf ein Minimum rehat, d. h. der Innenwandabschnitt, wo der Krümmer duziert werden können.

einen größeren Krümmungsradius hat. Weiterhin kann _{Das diesen} Aufbau besitzende erfindungsgemäße

der Durchflußmesser von einer großen Anzahl von Gerät ist darin vorteilhaft, daß es durchaus zur Ver-Wi/beln beeinflußt werden, die in dem Strömungs- wendung in Kombination mit einem analogen Durchmittelfluß durch ein Ventil, beispielsweise ein Schie- ₅₅ flußmesser, beispielsweise einem Turbinenmesser als berventil, erzeugt werden. Schließlich ergibt sich ein auch anderen beliebigen Durchflußmessern, die geweiteres Problem aus dem Drall, von dem man an- wohnlich auf diesem Gebiet verwendet werden, für nimmt, daß er beim Fließen eines Strömungsmittels _ein Strömungsmittel, das diesen Durchflußmessern durch ein Rohr von allein entsteht. zugeführt wird, geeignet ist. Ein anderer Vorteil liegt

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen be- 60 in der Tatsache, daß ein Strömungsmittelfluß, der kanntgeworden, bei denen jeweils verschiedene eine parabolische Geschwindigkeitsverteilung auf Maßnahmen zur Beeinflussung der Strömung zur Grund einer niedrigen Reynolds-Zahl hnt, ebenfalls besseren Messung ergriffen wurden. So ist bereits die in einen Strom mit geradem Profil umgewandelt wer-Verwendung von scharfkantigen Lippen bekannt den kann. Wegen dieses Vorteils kann die Durch-(Patentschrift 8079 des Amtes für Erfindungs- und 65 flußrate eines Strömungsmittels mit einer niedrigen Patentwesen in Ost-Berlin), um eine normdüsenähn- Reynolds-Zahl mit hoher Genauigkeit gemessen werliche Ausflußcharakteristik für einen Flügelrad-Im- den, und so kann der Meßbereich von Durchflußnulsdurchflußmesser herbeizuführen. In diesem FnIl messern ausgedehnt werden.