DE2138348B2 - Messduese fuer die durchflussmessung eines fluids durch eine rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßdüse für die Durchflußmessung eines Fluids durch eine Rohrleitung, die mit Einrichtungen zur Aufnahme einer Lochplatte versehen ist, wobei die Düse eine sich verengende Innenkontur aufweist, welche das Ablösen der Grenzschicht verhindert, sowie mehrere radial nach Eußcn gerichtete Bohrungen.

Bei der Durchfluß- b?.w. Strömungsmessung mit Drosselgeräten wie Düsen und Blenden verursacht das unmittelbar in den Fluidstrom eingeschaltete Meßorgan normalerweise ein mit der eigentlichen Strömung!.messung nicht in Beziehung stehendes Rauschen, welches Fehler in das Meßsignal einführt.

Es hat sich gezeigt, daß dieses scheinbar wahllose Druckgeräusch bzw. Rauschen gewisse vorherrschende Freauenzen enthält, die unabhängig von der Durchflußmenge sind. Es hat sich außerdem gezeigt, daß dieser nachteilige Effekt besonders bei Lochplatten auftritt, so daß also dem gewonnenen Druckdifferenzsignal im wesentlichen durch die Lochplatte eine Rauschcharakteiistik überlagert wird, welche häufig sehr stark derjenigen des stromabseitigen Drucks ähnelt und zwar speziell dann, wenn die stromaufseitige Rauschamplitude vergleichsweise niedrig ist Es hat sich auch gezeigt, daß die öffnung bzw. Drosselstelle selbst nicht die ίο hauptsächliche Ursache für das Rauschen ist, sondern daß das Rauschen durch Turbulenzen an anderen Bereichen des Gerätes verursacht wird, insbesondere von Grenzschicht-Turbulenzen an den Rohrwandungen als auch durch Unregelmäßigkeiten anderer Art. i$ Bei einer aus der US-PS 27 52 949 bekannten Meßvorrichtung für die Durchflußmessung eines Fluids durch eine Rohrleitung besteht die Meßvorrichtung aus einem Gehäuse, welches in eine entsprechend angepaßte Rohrleitung eingesetzt werden kann. In das Gehäuse ist eine Venturidüse eingesetzt, deren Außenmantel einen Ringflansch aufweist und deren Außendurchmesser stromabwärts in zwei Stufen abnimmt. Der Innenmantel des Gehäuses ist sowohl von der stromaufseitigen wie auch von der stromabseitigen Seite her aufgebohrt, so daß etwa m rier Mitte des Gehäuses ein Steg vorhanden ist, der zusammen mit einer Stufe des Außenmantels der Düse eine Ringkammer bildet. Die Ringkammer ist einerseits durch radiale Bohrungen vom Inneren der Düse her zugängig und andererseits durch eine im Gehäuse verlaufende Druckabzapfleitung mit einer Druckmeßvorrichtung verbunden. Als Anlage für den Ringflansch der Düse ist das stromaufseitige Ende des Gehäuses nochmals aufgebohrt. Da der Außenmantel der Düse an ihrem stromabseitigen Ende einen kleineren Durchmesser als die lichte Weise des Gehäuses aufweist, kann in dem zur Hauptströmung offenen Ringraum zwischen Düsenende und Gehäuse ein Druck abgenommen werden, der sich von dem Druck im geschlossenen, weiter stromauf im Divergenzbereich der Düse liegenden Ringraum unterscheidet. Da das Strömungsprofil in der Rohrleitung nach Passieren der Venturidüse stark gestört ist. beide Druckabzapfleilungen aber stromabwärts gesehen, hinter dem engsten Querschnitt liegen, ist das mit Hilfe dieser bekannten Meßvorrichtung gewonnene Signal mit einem Rauschwert behaftet.

Aus der OE-PS 96 883 ist ein Meßflansch füi Flüssigkeits- oder Gasleitungen bekannt, der scheiben artig ausgebildet ist und eine Meßdüse enthält, die mi' zwei ringförmigen Druckkammern ausgestattet ist deren eine für den Einlaufdruck bestimmt ist und mittel· eines ringförmigen Spaltes mit der Rohrleitung ir Verbindung steht, während die andere Kammer durcr eine Reihe von öffnungen mit der engsten Stelle de Düse verbunden ist.

Bei diesen beiden bekannten Meßvorrichtungei handelt es sich um ein Bauteil, das nicht ohne weiteres it eine Rohrleitung eingesetzt werden kann, bei der an siel nur der Einbau einer relativ dünnen Lochblende ode Druckanzapfbohrungen an den Anschlußenden aiii weist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrund« mit einer Lochplatte versehene Durchflußmeßvorricr tungen so umzurüsten, daß das störende Rausche unterdrückt wird bzw. wegfällt, wobei die Umrüstun durch Austausch der Lochplatte gegen eine entsprc chend geformte Düse ohne zusätzliche Umbauten a der Rohrleitung möglich sein soll.

Ausgehend von der Meßdüse der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Außenmantel der Düse einen solchen Durchmesser hat, daß die Düse in die. Rohrleitung eingeschoben werden kann, daß der Außenmantel eine Ringnut aufweist, in welche Bohrungen münden und die Ringnut axial so angeordnet ist, daß sie mi* der stromabwärts in der Rohrleitung vorhandenen Druckzapfleitung Vommunizieren kann und der Eingang der Meßdüse in einen Ringflansch übergeht, der die gleichen Abmessungen wie die für die Rohrleitung vorgesehene Lochplatte aufweist.

Hierdurch wird ein einfaches Austauschen der herkömmlichen Lochplatte gegen eine Meßdüse ermöglicht, ohne daß die Rohrleitung umgebaut werden müßte und ohne daß neue Druckzapfleitungen vorgesehen werden müssen.

Die Amplitude des Rauschens kann dabei über einen beträchtlichen Bereich des Durchmesserverhältnisses um den Faktor 3 bis 5 reduziert werden, wobei die Lage einer Störungsquelle und die Amplitude des Rauschens die Wirksamkeit der Meßvorrictuung nicht ändern.

Aufzeichnungen der stromauf- und stromabseitigen Drucke haben gezeigt, daß die Beseitigung des Rauschpegels durch eine bessere Anpassung des stromabseitigen Druck-Rauschchemas an das stromaufseitige Rauschschema erreicht wird.

Durch das Verschwinden des Rauschpegels wird schließlich auch die Meßgenauigkeit erhöht und es ergibt sich dabei die Möglichkeil, das gewonnene Signal jo direkt einem Regelkreis oder einem Prozeßrechner aufzuschalten.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

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 Meßdüse,

F i g. 3 einen zentralen lotrechten Schmitt durch die Düse gemäß Fi g. 2,

F i g. 4 einen zentralen lotrechten Schnitt durch die in eine Rohrleitung eingebaute Düse gemäß F i g. 2,

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

F i g. 6 bis 10 Rauschsignal-Druckschemata an verschiedenen Anzapfpunkten der Rohrleitung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind eine stromaufseitige Rohrleitung 10 und eine stromabseitige Rohrleitung 11 unter Verwendung von Flanschen 12 und 13 miteinander verbunden, die über Druckanzapf-Leitungen 14 bzw. 15 mit einem Druckdifferenz-Geber kommunizieren. Zwischen die Flansche 12 und 13 ist eine in F i g. 1 nicht sichtbare, in den F i g. 2 und 3 genauer dargestellte Düse 16 in die Rohrleitung eingebaut.

Die Düse 16 weist einen Ringflansch 17, einen gekrümmten Düsen-Einlaufabschnitt 18 und einen verengten Querschnitt 19 auf. dessen Durchgang bei der dargestellten Ausführungsform zylindrisch und gerade ausgebildet ist. In jedem Fall muß unter Berücksichtigung der Strömungs- und Meß-Paraineter eines SDeziellen Anwendungsfalles die Innenkontur der Düse so geformt sein, daß unerwünschter Grenzschichtabriß an der Düsenwand vermieden wird.

Gemäß den F i g. 2,3 und 4 weist der den Abschnitt 19 mi. verengtem Querschnitt umgebende Körper der Düse 16 eine Ringnut 21 auf, in welche sich Bohrungen 20 öffnen, die mit dem den verengten Querschnitt 19 bildenden Innendurchgang der Düse kommunizieren. Die Bohrungen 20 liegen um den Umfang des Düsenkörpers herum auf Abstände verteilt im wesentli chen in einer gemeinsamen Radialebene und ihre Anzahl hängt vom jeweiligen Anwendungszweck ab. Obgleich die Bohrungen 20 wünschenswerterweise eng ausgebildet sein 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 Bohrungen zumindest gleich dem Öffnungsquerschnitt der stromabseitigen Anzapfleitungen sein sollte.

Gemäß den Fig. 2, 3 und 4 ist das stromabseitige Ende des Düsenkörpers mit einem flanschartigen Ring 22 versehen, welcher die axiale Ausdehnung der Ringnut 21 begrenzt. Zur Erleichterung des Einbaus kann det Ring 22 mit lockerem Sitz in das stromabseitige Rohr 11 einsetzbar sein, da die Druckeffekte vernachlässigbar sind, welche in der Ringnut 21 von stromabseitigen, über den schmalen Zwischenraum zwischen dem Umfang des Ringes 22 und der Innenwand des stromabseitigen Rohrs 11 übertragenen Änderungen herrühren. Die Krümmung des Einlaufabschnitts 18, die Länge des Einschnürungsabschnius. das Verhältnis des Durchmessers des Einschnürabschnitts 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 verengten Querschnitts 19 der Düse 16 eine im wesentlichen abrißfreie Grenzschicht aufrechtzuerhalten.

Die Düse 16 verwendet anstelle einer Lochplatte entsprechende Rohr-Flansche und Anzapfungen gemäß F i g. 1 speziell weil gemäß F i g. 4 die stroinabseitige Anzapfleitung 15 von einer Stelle ausgeht, die innerhalb des Bereiches der Ringnut 21 liegt. Der Ringflansch 17 der Düse entspricht dem Außenumfang einer Lochplatte. Es ist mithin einfach, die erfindungsgemäße Düse in einer bestehenden Strömungsmeßanlage, die nach bewährten Verfahren arbeitet, anstelle einer Lochplatte zu verwenden. In jedem Fall wird ein Piezometer-Ring gebildet, in dem die Innenwand des stromabseitigen Rohrs 11 als Abschlußwand für die Ringnut 21 verwende' wird.

Gemäß Fig.4 ist die in die Rohrleitung eingebaute Düse 16 zwischen den Rohrflanschen 12 und 13 eingedichtet.

In F i g. 5 ist eine abgewandelte Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Düse stromab der in diesem Fa! mit 27 bezeichneten Bohrungen in einem sich allmählich erweiternden Teil stromab verlängert ist. Der Ein Schlußwinkel dieser Erweiterung liegt in der Großen Ordnung von 10° oder darunter. Bei dieser Ausführungs form geht ein Anbau-Flansch 28 in den in diesem FaI mit 29 bezeichneten Einlaufabschnitt über, während dv mit 30 bezeichnete Ringnut gegenüber der stromabsehi gen Anzapfleitung 15 offen ist. Wahlweise könne: stromauf und stromab die Ringnut 30 O-Ring vorgesehen sein. Da die Ringnut 30 durch di Innenwand des stromabscitigen Rohrs 11 verschlösse

ist, bildet sie einen Piezometer-Ring.

Die Beseitigung des Rauschsignal-Faktors aus der durch die Strömung induzierten Druckdifferenz tritt dadurch ein, daß in der stromabseitigen Anzapfleitung 15 ein Rauschsignal-Schema übertragen wird, welches im wesentlichen mit dem in der stromaufseitigen Anzapfleitung 14 übertragenen Schema identisch ist. Diese Rauschsignal-Schemata werden im Druckdifferenz-Geber gegeneinander abgeglichen und somit in für praktische Zwecke ausreichendem Maß eliminiert.

Die F i g. 6 bis 10 veranschaulichen die Notwendigkeit für eine derartige Ausschaltung. Die in diesen Figuren dargestellten Druckschemata entsprechen den bei tatsächlich durchgeführten Versuchen gewonnenen.

F i g. 6 veranschaulicht die Druckschemata, die sich ergeben, wenn keine Lochplatte, Düse od. dgl. Drosselgerät verwendet wird. Ersichtlicherweise ist in diesem Fall das Rauschsignal-Druckschema an beiden Anzapfleitungen 14 und 15 gleich, während

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

Fig. 8 zeigt das durch Verwendung einer der ir

F i g. 2 bis 5 dargestellten Düse erzielte Resultat, bei dei die in Fig. 7 sichtbaren Verzerrungen weitgehenc verschwinden und die stromauf- und stromabseitiger Druckschemata einander genau angepaßt sind.

Die F i g. 9 und 10 veranschaulichen deutlich, wie siel· die Abweichungen der Rauschsignal-Schemata ändert ίο wenn anstelle einer Lochplatte eine der in F i g. 2 bis ί gezeigten Düsen verwendet wird.

F i g. 9 stellt den Unterschied zwischen den Schemati gemäß F i g. 7 dar, während

Fig. 10 den nahezu Null betragenden Unterschiec zwischen den Schemata gemäß Fig. 8 veranschaulicht

d. h. die durch die Anwendung einer Düse erzieht Rauschsignal-Unterdrückung, bei welcher die an der Druckdifferenz-Geber angelegten Druckunterschied« genaue Darstellungen der Strömung in der Rohrleitunj sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. MeQdüse für die Durchflußmessung eines Fluids durch eine Rohrleitung, die mit Einrichtungen zur Aufnahme einer Lochplatte versehen ist, wobei die Düse eine sich verengende Innenkontur aufweist, welche das Ablösen der Grenzschicht verhindert, sowie mehrere radial nach außen gerichtete Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel der Düse (16) einen solchen Durchmesser hat, daß die Düse in die Rohrleitung (11) stromabwärts eingeschoben werden kann, daß der Außenmantel eine Ringut (21; 30) aufweist, in welche Bohrungen (20) münden urd die Ringnut (21; 30) axial so angeordnet ist, daß sie mit der einen stromab in der Rohrleitung (11) vorhandenen Druckanzapfleitung (15) kommunizieren kann und der Eingang der Meßdüse (16) in einen Ringflansch (17) übergeht, der die gleiche Dicke wie die für die Rohrleitung vorgesehene Lochplatte aufweist, so daß die in der Rohrleitung (10) stromaufwärts vorhandene andere Druckanzapfleiiung (14) in Strömungsrichtung vor der eingebauten Düse liegt.

2. Meßdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse, im Querschnitt gesehen, in einem rechtwinkligen Ende ausläuft.

3. Meßdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Verlängerungsstück (26) vorgesehen \?x, das sich stromab an den engsten Querschnitt (19) anschließt und sich derar: erweitert, daß die Grenzschicht nicht abreißt.

4. Meßdüse nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Divergenzwinkel des Verlängerungsabschnitts (26) 5" zur Längsachse beträgt.

5. Meßdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des siromabseiügen Teils wesentlich kleiner als die lichte Weite des Rohrs (11) ist und der Düsenkörper in einen flanschartigen Ring (22) ausläuft, der radial auswärts gerichet ist und mit Schiebesitz in die Rohrleitung eingeschoben werden kann, wodurch die stromabseitige Wand der Ringnut (21; 30) gebildet wird.

6. Meßdüse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß bei eingebauter Düse die zweite Druckanzapfleitung (14) stromaufwärts von der Düse (16) in die Fahrleitung (10) einmündet.