DE2138348A1

DE2138348A1 - Vorrichtung zur Messung der Strömung eines Fluidums durch eine Rohrleitung

Info

Publication number: DE2138348A1
Application number: DE19712138348
Authority: DE
Inventors: Allan R. Concord Mass. Catheron (V.StA.). P
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1970-07-30
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1972-02-03
Also published as: US3680376A; GB1314766A; DE2138348B2

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg Dip I.-Ing. Ralf M. Kern

tJTJÄS«/ Dr. rer. nat. Lothar Feiler

Telegr.-Adr.:EIII|Mold Baden-Baden D -8 München 90

Eduard-Sdimld-Str. 2 p- -| Tel.: (0811) 663197

Talegr.-Adr.i Elllpiold München

The Foxboro Company ^Telax: ·-

Foxboro, Mass.,V»St.A.

3 0.

L J

Unter Zeichen:

Vorrichtung zur Messung der Strömung eines Pluidums durch eine Rohrleitung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strömung bzw. des Durchflusses eines Fluidums durch eine Rohr-, leitung unter Verwendung eines Drosselgeräts und insbesondere den unmittelbar in den Fluidumstrom einschaltbaren Teil eines derartigen Strömungsmessers.

Bei der Durchfluss- bzw. Strömungsmessung verursacht das unmittelbar in den Fluidumstrom eingeschaltete Messorgan normaler weise ein mit der eigentlichen Strömungsmessung nicht in Beziehung stehendes "Rauschen", welches Fehler in das Messignal einfuhrt. Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung eines derartigen Rauschens auf mit den derzeit gebräuchlichen Praktiken vereinbare Weise durch einfachen Austausch von Elementen. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der Schaffung einer rauchfreien Düse für Strömungsmessungen, die sich bei bereits vorhandenen Moosanordnungen verwenden lässt und die anstelle einer ähnlichen Lochplatte eingesetzt v/erden kann, ohne dass andere bauliche Änderungen des Aufbaus des Messgeräts erforderlich v;ären.

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Es hat sich gezeigt, dass das scheinbar wahllose Druckgeräusch'" bzw. -Rauschen gewisse vorherrschende Frequenzen enthält, die unabhängig von der Durchflussmenge sind. Die Erfindung beruht daher auf der Überlegung, dass kein neuer Satz von rioss-Koeffizienten aufgestellt zu werden braucht und dass brotzdera die bestehenden Messgenauigkeiten aufrechterhalten werden können, wenn anstelle einer Lochplatte, die mit ihrem beträchtlichen Problem des Rauschens eine Hauptursache für den beobachteten nachteiligen Effekt bildet, in die gleiche Rohrleitung Flansche eingeschaltet werden. Wenn dann dieselben Leitungs-Abgriffe wie im Fall eines entsprechenden Messgeräts mit Lochplatte W verwendet werden, dann können die vorhandenen Differensdruck-Messzellen und deren Anschlüsse weiterverwendet werden, wobei eine Dämpfung vermieden wird. Echte und -falsche Druckdifferenssignale werden in einem Frequenzbereich voneinander getrennt, der nur durch die zugeordneten Instrumente bogrenzt ict.

Im Fall der an der stromaufseitigen und an der stromabaeltigen Anzapfung einer Lochplatte zu beobachtenden Drucke i;st das Stromab-Druckschema eine verstärkte und verzerrte _rUiedei>gabe des stromaufseitigen Druckschemas, wenn es gleichzeitig mit Hilfe von unmittelbar aus gekoppelten Viandlem hohen Frequenzgangs aufgezeichnet wird. Hierdurch wird dem Druckdifferenzsignal eine Rausch-Charakteristik überlagert, welche häufig sehr stark derjenigen des stromabseitigen Drucks äfcrislt, und zwar speziell dann, wenn die stromaufseitige Rauschamplitude vergleichsweise niedrig ist.

Eine Entfernung der Lochplatte hab keinen sichtbaren Einfluss auf die Form und die Amplitude des stroraaufseitigen Rauschsignals, während da;:; stromabseibige Schema das stromauf^.-iti^e ohne sichtbare Phasenverschiebung wiedorspiegelt, d.h. dass das Rauschen des D'ifferenzoignaln vernacihläsni^biu¹ wird. Hieraus kann geschlossen werden, dajs die öffnung h^;j. I ro:;jolstelle selbst nicht alo hauptsächliche Ursache ri.li* ίίω kauGalv/ui

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ist, vielmehr stammt das Rauschen von Turbulenz an anderen Stellen in der Anlage, und zwar von Grenzschicht-Turbulenz an den Rohrwandungon als auch von Turbulenz von Ventilen, Kniestücken und Unregelmässigkeiten anderer Art. Mechanische Vorrichtungen, wie Zentrifugalpumpen, tragen zwar ebenfalls dazu bei, jedoch üblicherweise in einem Frequenzbereich oberhalb des hier interessierenden Pegels. Das Fehlen wahrnehmbarer Phasenunterschiede zwischen den Aufzeichnungen zeigt an, dass diese Turbulenzen Druckwellen verursachen, die sich mit Geschwindigkeit der Schallwellen in der Leitung fortpflanzen. Es konnte aber kein Hinweis darauf gefunden werden, dass sich nennenswerte Auswirkungen aus Übertragungen über das Material der Rohrwandungen ergeben. Da die Strömungsgeschwindigkeiten wesentlich niedriger sind als die Schallgeschwindigkeit, d.h. üblicherweise im Fall von Flüssigkeiten unter etwa 3*0 - 4,5 m/^s liegen, kann das Drucksignal-Rauschen die Anzapfungen sowohl von stromauf als auch von stromab gelegenen Störquellen erreichen. Dies "wird durch Versuche bestätigt, die mit teilweise geschlossenen Ventilen als den Störquellen in beiden Strömungsrichtungen durchgeführt wurden.

Diese Beobachtungen zeigen die Notwendigkeit für eine unmittelbar in den Fluidumstrom einzuschaltende Vorrichtung auf, welche die Verzerrung und Verstärkung des Rausch -Schemas an der Gtromabseitigen Anzapfung zu vermindern, wenn nicht sogar auszuschalten vermag.

Rauschen bei der Strömungsmessung ist die Schwankung des von einem Drosselgerät gelieferten Druckdifferenz-Signals bei Frequenzen von normalerweise über 1 Hz, und dieses Rauschen bildet häufig eine Ursache für Schwierigkeiten bei der Aufzeichnung oder Regelung derartiger Signale und verursacht unter andorom Yor.sohuioreii des Mess tr elf ens und unnötige Ventil-Aktiviti'-t. Hierdurch können ernstliche Genauigkeitsprobleme einge-

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führt werden,, insbesondere beim Arbeiten mit abgegriffenen Daten,-

Bisher wurde zur Unterdrückung von Rauscheffekten eine einfache Dämpfung entweder der Messung selbst oder der übertragenen Signale angewandt. Bei vergleichsweise verzögerungsfreier Dämpfung verschwinden alle Spuren des Rauschens, doch bedeutet die Überlagerung der Rauschfrequenzen mit dem normalen Frequenzgang der Messgeräte, dass die Dämpfung häufig das dynami-· sehe Betriebspotential eines Messystems beeinträchtigt. Das Rauschsignal ist eine, nicht unmittelbar mit der Strömung in Beziehung stehende Druckschwankung, im Gegensatz zur Auswirkung einer pulsierenden Strömung, die zwar brauchbare Daten, wenn auch von unzweckmässiger Frequenz, liefert. Die Druckrauschen-Schemata an den beiden Anzapfungen eines Lochflansehes sind im wesentlichen die gleichen, wenn keine Lochplatte eingebaut ist; bei eingebauter Lochplatte zeigt die stromabseitige Anzapfung Jedoch eine verstärkte und verzerrte Version des stromaufseitigen Schemas. Dieser Unterschied macht sich als Rauschen in der Druckdifferenzmessung bemerkbar, welche die Grundlage jeder Strömungsmessung mittels eines Drosselgeräts bildet.

Die Erfindung schafft eine unmittelbar in den Fluidumstrom einschaltbare Vorrichtung, die den Unterschied zwischen den Druckschemata an den beiden Anzapfungen vermindert, Vielehe anstelle einer Lochplatte in bereits vorhandene Lochplattenflansche einbaubar ist, so dass alle Zellenanschlüsse unverändert bleiben können, und welche an bestehende Eich-Koeffizienten und Genauigkeiten angepasst ist, so dass kein neuer Satz von Normalen aufgestellt zu werden braucht.

Das Problem des Rauschens ist alt und wird besondez^s augenfällig bei Einführung von Trocken-Druckdifferanzmessern anstelle von natürlich gedämpften Quecksilber-Messgeräten, und zwar insbesondere dann, wenn es auf genauere Strümuncsmessungen in Ver-

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bindung mit der verbrexteteren Verwendung von durch Probenmessungen gewonnenen Druckdifferenzdaten ankommt.

Der Unterschied zwischen dem Rauschen und den Auswirkungen der Strömungsschwankung ist in diesem Fall von Bedeutung. In diesem Zusammenhang bedeutet "Rauschen" die Druckschwankungen, die an den einzelnen Druck-Anzapfungen eines Drosselgeräts auftreten und von Turbulenz an irgend einer Stelle der Leitung, stromauf oder stromab, herrühren. Diese Druckschwankungen sind Druckwellen, die sich im strömenden Fluidum mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Es hat den Anschein, dass dieses Rauschen je nach dem jeweiligen System in mehr oder weniger grossem Ausmass in allen Drosselgerät-Anzapfungen vorhanden ist und dass der davon in der Druckdifferenz-Messung erscheinende Anteil keine brauchbare Information über die Strömungs- oder Durchflussmenge darstellt.

In der Druckdifferenz-Anzeige eines Drosselgeräts treten infolge der schnellen Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflussmenge, wie sie durch eine Kolbenpumpe oder gewisse Schwingungs-Störungen der Strömung selbst verursacht werden können, Pulsationen auf, die tatsächlich eine Information bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit darstellen, obgleich sie mit Frequenzen auftreten können, die ausserhalb des Ansprechvermögens' der zugeordneten Mess- und Regelausrüstung liegen können. Rauschen und derartige Schwankungen scheinen dabei zwei getrennte, unterschiedliche Schwierigkeiten darzustellen. Die Erfindung befasst sich jedoch nur mit dem Problem des Rauschens.

Es fabt mehrere Gründe für das Bestreben,_ndas bei Druckdiffe-

auszuschalten renzmessungen auftretende Rauschen/oder zumindest auf ein Mindestmass herabzusetzen. Bei der Aufzeichnung verursacht es "Verschrnierungen" des Messtrelfens, wodurch eine genaue AbIe-

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sung und Auswegjjjng wesentlich schwieriger wird. Aussordem begünstigt es An einem Regelzweig unerwünschte Ventil-Aktivität und zwar unter Umständen in einem Ausmass, dass die vorgenommenen Regel-Einstellungen zu einer Sättigung bzw. einem Unwirksamwerden gewisser Elemente der Regelstrecke führen, woraus Übertragungsfehler resultieren. In Jüngster Zeit hat sich noch die Schwierigkeit gezeigt, die auftritt, wenn Daten mit überlagertem Rauschsignal für direkte Digitalrechner-Regelung abgegriffen werden, da sowohl zufällige scheinbare Fehler als auch nicht existierende Perioden anscheinend die Arbeitsweise stören können. Wenn der Quadratwurzelwert des Signals durch irgend eine Einrichtung abgenommen werden soll, ist die Rauschsignal-Unterdrückung von besonderem Vorteil,

Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung lässt sich die Amplitude des Rauschens über einen beträchtlichen Bereich von Durchmesser-Differenzen (d:D-Verhältnissen) um den Faktor j5 bis 5 reduzieren, wobei die Lage einer Störquelle und die Amplitude des Rauschens nichts an der Wirksamkeit der Vorrichtung ändern.

Im Betrieb bewirkt die erfindungsgemässe Vorrichtung eine wesentliche Verbesserung im Rauschpegel der Druckdifferenzanzeige, und Aufzeichnungen der stromauf- und stromabseitigen Drucke haben gezeigt, dass dies durch die beabsichtigte bessere Anpassung des stromabseitigen Druck-Rauschschemas an das stromaufseitige Schema sowohl hinsichtlich Amplitude als auch hinsichtlich Phase erreicht wird.

Bei einer üblichen Düse wird der stromabseitige Druck in dem beträchtlichen diametralen Freiraum zwischen dem Düsenkörper und der Rohrwandung gemessen bzw, abgegriffen, wobei die Druckanzapfung an das stromabseitige Ende der Düse angeschlossen ist. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung erstreckt sich das strornabseitige Ende der Düse diametral zumindest bis zu einem

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Punkt, der einen etwas geringeren Abstand von der Rohrachse besitzt als die Weite der Rohrbohrung beträgt, wobei dieser Abstand so gross gewählt wird, dass normale Toleranzen des Bohrungsdurchmessers keinen Einfluss haben.

Untersuchungen haben ergeben, dass wenn die Druckdifferenz für eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitung durch Verkleinerung der Durchmesser-Differenz vor und hinter der Düse bzw. des d:D-Verhältnisses der Drossel erhöht wird, die Rauschsignalamplitude zunimmt, wenn auch nicht proportional zur Erhöhung der Druckdifferenz, was vermutlich darauf beruht, dass ein sehr grosser Anteil des Rauschsignals an anderer Stelle im System erzeugt wird, wo die Verhältnisse unverändert bleiben. Bei jeder Drosselvorrichtung nimmt die als Prozentsatz der Druckdifferenz ausgedrückte Rauschsignalamplitude mit kleiner werdendem d:D-Verhältnis ab.

Die erfindungsgemässe Düsenanordnung bietet im Vergleich zu entsprechenden Lochplatten eine wesentliche Verbesserung der Rauschsignalamplitude sowohl bei hohen als auch bei niedrigen d:-D-Verhältnissen. Zur Festlegung eines Verbesserungsfaktors kann beispielsweise die bei Verwendung einer Lochplatten-öffnung gewonnene Rauschsignalamplitude durch die Amplitude dividiert werden, die -bei sonst unverändert gelassenen Verhältnissen- unter Verwendung einer Düse erhalten wird. Die Amplituden lassen sich entweder unmittelbar in Millimeter Wassersäule oder als Prozentsatz der gemessenen Druckdifferenz vom vollen Bereich ausdrücken.

Unabhängig .von den verschiedenen Konstruktionsparametern und Kombinationen von Parametern muss für einen speziellen Anwendungofall eine Düse vorgesehen werden, die strömungsgünstig und so kon—turiert ist, dass sie^j^nen abrissfreien Grenzschichteffekt aufrechterhält und/an den Druckanzapfstellen

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- 8 herrschenden Drucke wesentlich beeinflusst.

Es ist bekannt, dass bei einer Düsenplatte im Bereich der stromabseitigen Druckanzapfung Turbulenz auftritt und dass in diesem Fall der Unterschied zwischen dem Rauschsignal an den stromaufseitigen Anzapfungen und dem Rauschsignal an den stromabseitigen Anzapfungen unerwünscht gross ist,

Erfindungsgemäss wird demgegenüber eine strömungsgünstige Strömungs-Düse unter Berücksichtigung der Parameter verwendet, welche die Möglichkeit für einen Grenzschichtabriss verringern, * indem die in der Düsen-Einschnürung liegenden Anzapfungen an einen innerhalb der Rohrleitung vorgesehenen Piezometer-Ring angeschlossen sind, wodurch der Unterschied zwischen dem Rauschsignal an den stromaufseitigen Anzapfungen und dem Rauschsignal an den stromabseitigen Anzapfungen auf ein Mindestmass herabgesetzt, wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmess-Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer bei einer derartigen Vorrichtung verwendbaren erfindungsgemässen Strömungsmessdüse,

Fig. j5 einen zentralen lotrechten Schnitt durch die Düse gemäss Fig. 2,

Fig. 4 einen zentralen lotrechten Schnitt durch die in eine Rohrleitung eingebaute Düse gemäss Fig. 2,

Fig. 5 einen lotrechten Schnitt durch eine in eine Rohrleitung eingebaute abgewandelte Ausführungsform der Düue und

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Pig. 6 bis 10 Rauschsignal -Druckschemata an verschiedenen Anzapfungspunkten der Rohrleitung.

Bei der in Pig. 1 dargestellten Vorrichtung sind ein stromaufseitiges Rohr 10 und ein stromabseitiges Rohr 11 unter Verwendung von Planschen 12 und 13 miteinander verbunden, die über Druckanzapf-Leitungen 14 bzw. 15 mit einem kleinen Teil der Erfindung bildenden Druckdifferenz-Geber kommunizieren. Zwischen die Flansche 12 und 13 ist eine in Fig. 1 nicht sichtbare, in den Fig. 2 und 3 genauer dargestellte Düse 1β in die Rohrleitung eingebaut.

Die Düse 16 weist einen Ringflansch 17, einen gekrümmten Düsen-Einlaufabschnitt 18 und einen Einschnürungs-Abschnitt auf, dessen Durchgang bei der dargestellten Ausführungsform zylindrisch und gerade ausgebildet ist. In jedem Fall muss unter Berücksichtigung der Strömungs- und Mess-Parameter eines speziellen Anwendungsfalles die Innenkontur der Düse so geformt sein, dass'unerwünschter Grenzschichtabriss an der Düsenwand vermieden wird.

Gemäss den Fig. 2, 3 ^unä ^ weist der den Einschnürungsabschnitt 19 umgebende Körper der Düse 16 eine Umfangsnut 21 auf, in welche sich Anzapfungen 20 öffnen, die mit dem die Einschnürung 19 bildenden Innendurchgang der Düse kommunizieren. Die Anzapfungen 20 liegen um den Umfang des Düsenkörpers herum auf Abstände verteilt im wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene und ihre Anzahl hängt vom jeweiligen Anwendungszweck ab. Obgleich die Anzapfungen 20 wünschenswerterweise enge Bohrungen besitzen sollten, ist ihre minimale Weite durch die Forderung begrenzt, dass die Möglichkeit von Verstopfungen ausgeschlossen sein muss. Als Regel lässt sich sagen, dass vorzugsweise die Summe der Querschnittsflächen der

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Einschnürung-Anzapfungen zumindest gleich dem Öffnungsquer- . schnitt der stromabseitigen Anzapfungsleitung sein sollte.

Gemäss den Fig. 2, 3 und 4 ist das stromabseitige Ende des Düsen-Körpers mit einem Ringflansch 22 versehen,, welcher die axiale Ausdehnung der Umfangsnut 21 begrenzt. Zur Erleichterung des Einbaus kann der Flansch 22 mit lockerem Sitz in das stromabseitige Rohr 11 einsetzbar sein, da die Druckeffekte vernachlässigbar sind, welche in der Umfangsnut 21 von strornabseitigen, über den schmalen Zwischenraum zwischen dem Umfang des Flansches 22 und der Innenwand des stromabseitigen Rohrs k übertragenen Änderungen herrühren. Die Krümmung des Einlaufabschnitts 18, die Länge des Einschnürungsabschnitts, das Verhältnis des Durchmessers des EinschnUrungsabschnitts zum Innendurchmesser der Rohrleitung 11 sowie andere Parameter sind eine Frage der speziellen Auswahl für die betreffenden Anwendungsfälle. Bei einer derartigen Vorrichtung ist es wünschenswert, im Durchgang des Einschnürungsabschnitts I9 der Düse 16 eine im wesentlichen abrissfreie Grenzschicht aufrechtzuerhalten.

Derartige Überlegungen bezüglich des im Einschnürungsabschnitt herrschenden Anzapfdrucks bieten den nötigen Effekt für die Erfindung, und zwar in Verbindung mit der Anordnung der Umfangsnut 21 innerhalb des stromabseitigen Rohrs 11 zur Bildung eines ) Mittelwerts der in den einzelnen Anzapfungen 20 des Einschnürungsabschnitts auftretenden Druckschwankungen. Die erfindungsgemässe Düse 16 verwendet anstelle einer Lochplatte entsprechende Rohr-Flansche und Anzapfungen gemäss Fig. 1, speziell weil gemäss Fig. 4 die stromabseitige Anzapf-Leitung I5 von einer Stelle ausgeht, die innerhalb der Erstreckung der Umfangsnut 21 liegt. Der Ringflansch I7 der Düse entspricht dem Aussenumfang einer Lochplatte. Es ist mithin einfach, die erfindungsgemässe Düse in einer bestehenden Strömungsmess-Anlage, die nach bewährten Verfahren arbeitet, anstelle einer Loch-

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platte zu verwenden. In jedem Fall wird ein Piezometer-Ring gebildet, indem die Innenwand des stromabseitigen Rohrs 11 als Abschlusswand für die Umfangsnut 21 verwendet wird.

Gemass Fig. 4 ist die in die Rohrleitung eingebaute Düse 1β zwischen den Rohrflanschen 12 und IJ eingedichtet.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Düse stromab der in diesem Fall mit 27 bezeichneten Einschnürungs-Anzapfungen in einem sich allmählich erweiternden Teil stromab verlängert ist. Der Einschlusswinkel dieser Erweiterung liegt in der Grö'ssenordnung von 10° oder darunter. Bei dieser Ausführungsform geht ein Anbau-Flansch in den in diesem Fall mit 29 bezeichneten Einlaufabschnitt über, während die mit 30 bezeichnete Umfangsnut gegenüber der stromabseitigen Anzapf-Leitung I5 offen ist. Wahlweise können stromauf und stromab der Umfangsnut 30 O-Ringe vorgesehen sein. Da die Umfangsnut 30 durch die Innenwand des stromabseitigen Rohrs 11 verschlossen ist, bildet sie einen Piezometer-Ring.

Die Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht im wesentlichen in der Beseitigung des Rauschsignal-Faktors aus der durch die Strömung induzierten Druckdifferenz, was dadurch erleichtert wird, dass in der stromabseitigen Anzapf-Leitung I5 ein Rauschsignal-Schema übertragen wird, welches im wesentlichen mit dem in der stromaufseitigen Anzapf-Leitung 14 übertragenen Schema identisch ist. Diese Rauschsignal-Schemata werden im Druckdifferenz-Geber gegeneinander abgeglichen und somit in für praktische Zwecke ausreichendem Mass eliminiert.

Die Fig. 6 bis 10 veranschaulichen die Notwendigkeit für eine derartige Ausschaltung sowie die bei Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung gewährleistete Wirkung. Die in diesen

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Figuren dargestellten Druokschemata entsprechen den bei tatsächlich durchgeführten Versuchen gewonnenen.

Fig. β veranschaulicht die Druckschemata, die sich ergeben wenn keine Lochplatte, Düse oder- dergleichen Drosselgerät verwendet wird, Ersichtlicherweise ist in diesem Fall das Rauschsignal-Druckschema an beiden Anzapf-Leitungen lh und I5 gleich, während

Fig. 7 aeigt, wie sich das Rauschsignal-Druckschema beträchtlich verzerrt, und zwar hauptsächlich in seiner Amplitude, wenn eine t Lochplatte in die Rohrleibung eingeschaltet ist.

Fig. 8 zeigt das durch Verwendung einer erfindungsgemässen Düse erzielte Resultat, bei welchem die in Fig. 7 sichtbaren Verzerrungen weitgehend verschwinden und die stromauf- und stromabseitigen Druckschemata einander genau angepasst sind.

Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen deutlich, wie sich die Abweichungen der Rauschsignal-Schemata ändern, wenn anstelle einer Lochplatte eine erfindungsgemässe Düse verwendet wird. Fig. 9 stellt den Unterschied zwischen-den Schemata gemäss Fig. 7 dar, während Fig. 10 den nahezu Null betragenden Unterschied zwischen den Schemata gemäss Fig. 8 veranschaulicht, d.h. die durch die Anwendung der Erfindung erzielte Rauschsignal-Unterdrückung, bei welcher die an den Druckdifferenz-Geber angelegten Druckunterschiede genaue Darstellungen der Strömung in der Rohrleitung sind.

Die Erfindung schafft somit ein neuartiges und nützliches Strömungsmess-Bauelement in Form einer Düse unter spezieller Berücksichtigung seiner Austauschbarkeit gegen eine Lochplatte und seiner Einfachheit.

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Da dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, soll die Erfindung keinesfalls hierauf beschränkt sein, sondern alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit einschließen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin ein neuartiges Meßelement zur Verwendung bei einem Druckdifferenz-Meßsystem zur vergleichsweise rauschsignalfreien Messung einer Fluidumströmung, Dieses Meßelement besitzt die Form einer strömungsgünstigen Düse, die in einer Rohrleitung als an die üblichen Formen von Strömungs-Meßsystemen anpaßbares Meßelement einsetzbar ist.

Diese ohne weiteres in ein bereits bestehendes Strömungs-Meßsystem einfügbare strömungsgünstige Düse vermag Rauschsignale zu unterdrücken, indem sie als Ersatz für ein bekanntes, stromabseitige Turbulenz erzeugendes Meßelement, wie eine Lochplatte, verwendet wird.

Die erfindungsgemäße Strömungs-Meßvorrichtung besitzt die Form einer Düse, deren Einschnürung über eine im Außenumfang des Einschnürungsabschnitts vorgesehene Ring-Nut mit einer Druckanzapfung kommuniziert, wobei die Ring-Nut durch die Innenwand der Rohrleitung verschlossen ist und dadurch eine Druckkammer bildet, welche die Form eines Piezometer-Rings besitzt und entsprechend herkömmlicher Praxis mit der stromabseitigen Druckanzapfung eines Strömungs-Meßsystems kommuniziert.

Das mit Strömungsmeß-Düse ausgestattete Druckdifferenz-Meßsystem ist mit stromauf- und stromabseitigen Druckanzapf-Leitungen versehen, von denen letztere mit Druckanzapfungen in der Einschnürung der Düse kommuniziert, und weist einen den Einschnürungsabschnitt der Düse umgebenden Piezometer-Ring auf, der zum Teil durch die Innenwand der Rohrleitung an der strom-

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abseitigen Anzapfung gebildet wird.

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Claims

Patentansprüche

1./ Rauschfreie Strömungsmeßdüse für ein Meßgerät zur Messung der Strömung eines Fluidums durch eine Rohrleitung auf der Basis der Messung von Druckdifferenzen vor und hinter der Düse, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (16) an ihrem stromaufseitigen Ende im Anschluß an einen Umfangs-Flansch (17; 28) zum Einbau der Düse in eine Rohrleitung (10, 11) einen strömungsgünstigen Strömungs-Einlaufabschnitt (18j 29) aufweist, an den sich ein sich einwärts verjüngender gerader Einschnürungsabschnitt (19) anschließt, daß die Innenkonturen des Einlaufabschnitts und des Einschnürungsabschnitts derart ineinander übergehen, daß eine Düsenkonfiguration festgelegt wird, welche eine Fluidumströmung-Grenzschicht an der Düsen-Innenwand ohne nennenswerten Abriß unter vorbestimmten Bedingungen der Betriebsparameter der Strömungsmessung aufrechtzuerhalten vermag, und daß in der Außenwand des den Einschnürungsabschnitt umgebenden Düsenkörpers eine Ausnehmung (21; 50) vorgesehen ist, die zusammen mit der Innenwand der Rohrleitung (H), in welche die Düse eingebaut ist, eine Druckkammer bildet, in die mit dem Inneren des Einschnürungsabschnitts kommunizierende Druckanzapfungen (20; 27) einmünden.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanzapfungen (20; 27) um den Umfang des Einschnürungsabschnitts (19) herum auf Abstände verteilte Anzapf-Bohrungen sind und daß die Ausnehmung (21; j50) einen Piezometer-Ring bildet.

3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die A=.-nehmung (21; JO) eine Umfangs-Ringnut ist, deren stromabseitige Wand so ausgebildet ist, daß sie mit Losesitz zv.v

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Innenwand einer Rohrleitung (11) angeordnet werden kann, in welche die Düse (16) eingebaut werden soll.

4. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnürungsabschnitt stromab der Druckanzapfungen (27) einen Verlängerungsäbschnitt (26) aufweist, welcher sich derart erweitert, daß die Fluidumströmung-Grenzschicht ohne nennenswerten Abriß an der Innenwand der Düse (16) anhaftet.

5· Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verlängerungsabschnitt (26) unter einem Divergenz-Winkel von 5° gegenüber der Längsmittellinie der Düse (16) erweitert.

6. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnürungsabschnitt (19) nahe der Druckanzapfungen (20) in einem rechtwinkeligen Ende ausläuft.

7. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Einschnürungsabschnitts (19) wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs (11), in welches die Düse (16) eingebaut ist, und daß der den Einschnürungsabschnitt umgebende DUsenkörper nahe der Anzapfungen (20) in einem flanschartigen Ring (22) ausläuft, der vom Düsenkörper radial auswärts absteht und einen Losesitz gegenüber der Rohrleitung, in welche die Düse eingebaut ist, festlegt und gleichzeitig die stromabseitige Wand der Druckkammer bildet.

8. Rauschfreies Primär-Meßelement zur Messung der Strömung eines Fluidums durch eine Rohrleitung unter Verwendung einer Strömungsmeßdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein stromaufseitiges Rohrstück (10) und ein stromabseitiges Rohrstück (11) durch Stirnflansche (12, IJ) miteinander verbunden sind,

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daß im stromaufseitigen Rohrstück eine Druckanzapfungsleitung (14) und im stromabseitigen Rohrstück eine Druckanzapfungsleitung (15) vorgesehen sind, welche entsprechend üblicher Praxis bei der Lochplatten-Strübungsmessung angeordnet und bemessen sind, und daß in das stromabseitige Rohr eine zwischen den Rohr-Flanschen befestigte strömungsgünstige Düse (l6) eingebaut ist, die eine im Außenumfang der des Einschnürungsabschnitts (19) vorgesehene Ausnehmung (21; 30), welche an der Stelle der stromabseitigen Druckanzapfleitung im wesentlichen durch die Innenwand des stromabseitigen Rohrs verschlossen ist und einen einerseits mit W der stromabseitigen Druckanzapfleitung und andererseits mit dem Inneren des Einschnürungsabschnitts kommunizierenden Piezometer-Ring bildet, aufweist und deren Innenfläche so konturiert ist, daß in ihr unter vorbestimmten Bedingungen der Betriebsparameter bei der Fluidumströmungs-Messung ein Fluidumströmung-Grenzschichteffekt ohne nennenswerten Abriß aufrechterhalten wird.

9· Meßelement nach Anspruch 8, welches als Ersatz für eine Lochplattenanordnung in eine Strömungsleitung einbaubar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (16) mit einem Anbauflansch (17; 28) praktisch derselben Dicke wie demjenigen der Lochplatte versehen ist und daß die im stromabseitigen Rohr vorgesehene Druckanzapfungsleitung der Lochplattenanordnung mit dem Piezometer-Ring des Meßelements verbunden ist.

10. Vorrichtung zur Messung der Strömung eines Fluidumgs durch eine Rohrleitung unter Verwendung eines Primär-Messelements nach Anspruch 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Gewährleistung einer rauschfreien Messung der Fluidumströmung, eine Einrichtung zur Ermöglichung einer ersatzweisen Verwendung eines Düsenelements anstelle

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eines Lochplattenelements als primäres Meßelement und eine Einrichtung zur Gewährleistung eines einfachen primären Meßelements vorgesehen sind, daß die erstgenannte Einrichtung als primäres Meßelement eine Düse aufweist, die über ihre Gesamtlänge hinweg strömungsgünstige Konfiguration besitzt und einen im wesentlichen geraden Einschnürungsteil, in letzterem ausgebildete Druckanzapfungen sowie einen die Einschnürung umgebenden Piezometer-Ring aufweist, welcher mit den Druckanzapfungen der Einschnürung und mit der stromabseitigen Anzapf-Leitung verbunden ist, daß derPiezometer-Ring durch eine in der Außenwand der Düsen-Einschnürung ausgebildete Umfangs-Nut und durch die Innenwand des stromabseitigen Rohr festgelegt wird, daß die zweitgenannte Einrichtung das Düsenelement mit einem zwischen die Rohr-Verbindungsflansche einbaubaren Plansch aufweist und der Piezometer-Ring im Bereich der Druckanzapfung des stromabseitigen Rohrs liegt, so daß er gegenüber der stromabseitigen Druckanzapf-Leitung offen ist, und daß die dritte Einrichtung das Düsenelement als einstückige Konstruktion aufweist, wobei der Piezometer-Ring im stromabseitigen Rohr ausgebildet ist und durch die Außen-Konfiguration des Einschnürungsteils der Düse sowie die Innenwand des stromabseitigen Rohrs festgelegt wird.

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