DE2212746A1 - Stroemungsrichter - Google Patents

Description

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den 13.3.1972 HERBERTSTRASSE 22

Anmelder: MITSUBISHI JTJKOGYO KABUSHIKI KAISHA, 5-1, Marunouchi

2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo

"Strömungsrichter"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsrichter zur Verwendung bei der Messung der Durchflußmenge einphasiger Gase oder Flüssigkeiten, die durch ein zylindrisches Rohr strömen.

Konventionelle Strömungsrichter für diesen Zweck sind in einer Typenverschiedenheit, wie sie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt ist, erhältlich. Die Vorrichtungen gemäß dieser Figuren bestehen aus einer gelochten Platte 02, einem Gitter 03, einem Drahtnetz.04, einer gelochten Platte 05 plus einem stromabwärts angeordneten Gitter Ob, oder einem Drahtnetz 07 plus einem stromabwärts angeordneten Gitter 08, angeordnet in einem Rohr 01. Sie richten entweder eine stromaufwärts kanalartig oder verwirbelt ausgebildete Strömung oder beide Strömungsarten, um für eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung zu sorgen. Sie sind Jedoch nicht in der Lage, eine Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung zustande zu bringen, die für das Messen mit einem Drosseldurchflußmesser erforderlicn ist. Wenn eine echte Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung mit solchen Strömungsrichtern erreicht werden soll, so gibt es keine andere Möglichkeit, als eine verlängerte Richtlänge anzuwenden und Mutzen aus der zusätzlichen Reibung dar Flüssigkeit an der Innenwand des Rohres zu ziehen.

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Büro Bariin

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In dem Bemühen, die erwähnten Nachteile auszuschalten, hat man vorgeschlagen, eine Anordnung 09, wie sie in Figur 6 dargestellt ist, zu installieren, die aus einem Gitter 010 und einer gelochten Platte 011 in einem zylindrischen Rohr besteht, wobei die Platte 011 an der stromaufwärts gerichteten Stirnseite des Gitters anliegt und ihre Löcher in Richtung auf das Zentrum größer und am Umfang kleiner sind. Im Vergleich mit den Strömungsrichtern der Figuren 1 bis 5 gestattet die Konstruktion nach Figur 6 die Verwendung eines relativ kurzen geraden Rohrabschnitts, um die erforderliche Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilungzu erreichen. Jedoch hat diese Vorrichtung folgende Nachteile:

1. Unterhalb des Strömungsrichters muß ein gerades Rohrstück vorgesehen werden, das eine Sänge vom 10-fachen Rohrdurchmesser hat.

2. Der Druckverlust ist groß.

3. Die Herstellungskosten sind hoch.

Aus diesem Grunde hat sich keiner der bekannten Strömungsrichter als zufriedenstellendes Mittel zur Erzeugung einer Wirbelstromgeschwindigkeit sverteilung erwiesen. Im Hinblick darauf und auf die nachstehenden zusätzlichen Gründe wurde der Ruf nach der Einführung eines Strömungsrichters laut, der mit einer kurzen geraden Rohrlänge eine Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung erbringt.

a) Die neue Industrie tendiert zur Errichtung von Betriebsanlagen größerer Kapazität. Dies macht es nicht langer möglich, große Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisse für die geraden Rohrlängen oberhalb von Drosseldurchflußmessern in Rohrleitungen beizubehalten. Andererseits verlangt die Industrie mehr und mehr gesteigerte Meßgenauigkeit und fordert drängend nach Strömungsrichtern, die diese Mei3genauigkeit erfüllen können und dabei mit der kürzest möglichen geraden Rohrlänge auskommen.

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Id) Wenn ein geeichter Drosseldurchflußmesser zu praktischen Messungen "benutzt wird, so gibt es Fehlermöglichkeiten wegen mangelnder hydrodynamischer Ähnlichkeit, wenn die Meßbedingungen von den Eichbedingungen infolge irgendwelcher Hindernisse abweichen, die in der Rohrleitung vorhanden sein können, wie z. B. ein Bogen vor dem Durchflußmesser. Es hat sich bestätigt, daß, speziell wenn die Reynoldszahl hoch ist, ein Drosseldurchflußmesser einen ungewöhnlichen Strömungskoeffizientenwert unter dem Einfluß einer ungleichmäßigen Strömung hat. Aus diesem Grunde ist es von großer Bedeutung, daß ein Strömungsrichter eingebaut wird, der in der Lage ist, mit hohem Wirkungsgrad der Wirkung von stromaufwärts befindlichen Hindernissen, sei es eine Abzweigung, ein Bogen oder ein Ventil, entgegenzuwirken.

c) Aus einer Reihe von Versuchen und auch aus der einschlägigen Literatur geht hervor, daß die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung oberhalb eines Drosseldurchflußmessers die Genauigkeit der Messung wesentlich beeinflussen kann. Das bedeutet, daß ein Ströraungsrichter, der in der Lage ist, eine Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung wirklich zu erzielen, absolut erforderlich ist.

d) Die üblichen Strömungsrichter können die Strömungsgeschwindigkeit svert eilung vergleichmäßigen, aber sind nicht in der Lage, eine Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung zu bewirken. Wo letztere erreicht werden soll, muß eine lange gerade Rohrlänge verwendet werden.

Es ist deshalb die wesentlichste Aufgabe der Erfindung, einen Strömungsrichter zu schaffen, mit dem sich die oben angegebenen Probleme bewältigen lassen.

Weiteres Ziel der Erfindung ist, einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Strömungsrichters zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Strömungsrichter, der gekennzeichnet ist durch eine gelochte Platte mit einer Vielzahl runder Löcher desselben

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Mg.	1 bis 6
Mg.	1
Mg.	2
Mg.	3
Mg.	4

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Durchmessers, die so angeordnet sind, daß die Abstände zwischen benachbarten Löchern im Zentrum des Rohres gering und zur Rohrwandung hin stufenweise größer sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden im Zusammenhang mit bekannten Strömungsrichtern näher beschrieben. Es zeigen:

konventionelle Strömungsrichter, die in einem zylindrischen Rohr 01 angeordnet sind,

eine Draufsicht auf eine gelochte Platte 02, eine Draufsicht eines Gitters 03, eine Draufsicht eines Drahtnetzes 04,

einen Längsschnitt eines zylindrischen Rohres 01, in dem eine gelochte Platte 05 und ein Gitter 03, das sich stromabwärts zur Platte befindet, angeordnet sind,

Mg. 5 einen Längsschnitt eines zylindrischen Rohres 01, in

dem ein Drahtnetz 07 angeordnet ist und stromabwärts dazu ein Gitter 08,

Mg. b eine perspektivische Ansicht eines Strömungsrichters

09, der aus einem Gitter 010 und einer gelochten Platte 01t besteht, die an der stromaufwärts gelegenen Stirnseite des Gitters angeordnet ist,

Mg. 7 eine Stirnansicht auf einen Strömungsrichter gemäß

der Erfindung, der in einem zylindrischen Rohr angeordnet ist,

Mg. 8 einen Schnitt gemäß der Linie VIII-VIII in Mg. 7,

Fig. 9 die Änderungen der Geschwindigkeitsverteilung in einem Rohr 01, das mit einem bekannten Strömungsrichter 012 mit gelochter Platte gemäß Fig. 1 ausgerüstet ist (Rohrdurchmesser 205 mm, Plattendicke 14 mm, Lochdurchmesser 7 mm, Flächenverhältnis 0,5)_f

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Fig. 10 die Änderungen der Greschwindigkeitsverteilung in einem Rohr 1, das mit einem Strömungsrichter 2 gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 11 einen Vergleich der Ergebnisse von Versuchen mit einem konventionellen Strömungsrichter gemäß Figur 6 und einem erfindungsgemäßen Strömungsrichter nach den Figuren 7 und 8,

Fig. 12 einen graphischen Vergleich der Ergebnisse von Versuchen zur Feststellung der erforderlichen Riehtlängen für verschiedene Strömungsrichter,

Fig. 15, eine graphische Darstellung der Ergebnisse bei der Untersuchung des Richteffektes, die mit verschiedenen Größen des erfindungsgemäßen Strömungsrichters eraelt worden sind,

Fig. 14 eine Draufsicht der gelochten Platte des Strömungsrichters 09 gemäß Figur 6,

Fig. 15 eine Draufsicht auf einen Quadranten der gelochten Platte des erfindungsgemäßen Strömungsrichters und

Fig. 1b eine Querschnittsansicht des Quadranten gemäß Figur 15.

Die Figuren 7,8 und 15 zeigen Ausführungsformen der Erfindung. Die Lochdurchmesser d der Vielzahl der in den gelochten Platten 2 ausgebildeten Löcher 3 sind gleich.Die Abstände 1 zwischen benachbarten Löchern 3 sind vom Zentrum des zylindrischen Rohres 1 aus zum Umfang hin fortschreitend vergrößert. Mit anderen Worten, die Zahl der Löcher 3 pro Flächeneinheit der Platte wird zum Zentrum des Rohres hin größer und zum Umfang hin geringer. Das stromaufwärts gelegene Ende der Löcher 3 ist konisch. Ferner sind die Löcher so gestaltet, daß das Verhältnis t/d der Plattendicke t zum Lochdurchmesser d im Bereich von 1,0 bis 3,0 liegt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Strömungsrichters wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 9 und 10 und im Vergleich

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mit der Wirkungsweise konventioneller Vorrichtungen beschrieben. In Figur 9 sind die Veränderungen der Geschwindigkeitsverteilung gezeigt, die in einem zylindrischen Rohr 01 von einem konventionellen Strömungsrichter 012 hervorgerufen werden. Eine Flüssigkeit, deren Geschwindigkeitsverteilung A durch ein nicht dargestelltes Hindernis oberhalb des Strömungsrichters 012 ungleichförmig gemacht ist, fließt durch den Strömungsrichter 012, um eine Geschwindigkeitsverteilung B zu erhalten, die eine beinahe gleichförmige Strömung ist. Bei Fortschreiten der Flüssigkeit durch die gerade Rohrlänge wird eine Geschwindigkeitsverteilung 0 erreicht, und stromabwärts davon, oder in einem Abstand von etwa 10 D (10 χ Rohrdurchmesser) vom Strömungsrichter wird eine Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung E erreicht. Das bedeutet, daß ein Meßinstrument,d. h. ein Drosseldurchflußmesser 014 weiterrstromabwärts installiert werden muß.

Figur 10 zejgjb die Veränderungen der Geschwindigkeitsverteilung in einem zylindrischen Rohr 1 mit einem Strömungsrichter 2 gemäß der Erfindung. Eine Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeitsverteilung, die durch ein Hindernis stromaufwärts (nicht dargestellt) ungleichförmig gemacht ist, erhält durch den Strömungsrichter 2 eine Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung, nachdem sie ein kurzes Stück der auf den Strömungsrichter 2 folgenden geraden Strecke passiert hat.

Der erfindungsgemäße Strömungsrichter hat folgende Vorteile:

i) Die gerade Rohrlänge vor einem Drosseldurchflußmesser kann extrem gekürzt werden.

ii) Wirbel der Flüssigkeit können fast auf den Wert Mull reduziert werden.

iii) Der Druckverlust ist unbedeutend,
iv) Da die Durchmesser der Löcher der gelochten Platte alle gleich sind, kann der Strömungsrichter mit niedrigen Kosten produziert werden.

v) Die Flüssigkeitsströmungsmessung ist mit hoher Genaigkeit durchführbar.

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Die Gechwindigkeitsverteilungseharakteristik, die erforderliche Richtlänge und die Verminderung der Wirbelströmung durch den erfindungsgemäßen Strömungsrichter werden im folgenden zusammen mit Versuchsergebnissen, die in den Figuren 11 bis 13 diagrammartig dargestellt sind, behandelt.

I. Geschwindigkeitsverteilungscharakteristik (Fig. 11)

1) Vorrichtungen drei verschiedenerGroßen E, F und G, wie in Tabelle 1 gegeben, werden aus gelochten Platten wie in Figur 6 hergestellt und haben eine Fläche wie in Figur

Tabelle

Ko.

I	0.141 ~'*	' 0.151 '	. 0.131
II	0.139	0.149	0.129
III	0.110	0.118	0.102
IV	0.139	0.149	0.129
V	0.136	0.146	0.126
VI	0.077	0.083	0.072
VII	0.110	0.118	0.102
VIII	0.077	0.083	0.072
Bemerkung: d=	Iiochdurchmesser

D = Rohrinnendurchmesser = Dicke der gelochten Platte Dicke der Gitterplatte Tiefe der Gitterplatte

205 mm = 0,02 D s 0,005 D = 1,0 D

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2) Gelochte Platten, die eine fläche, wie sie in den Figuren 15 und 1b dargestellt ist, aufweisen, werden für Vorrichtungen H, I und J verwendet, die die in Tabelle 2 gegebenen Abmessungen haben.

	X	.0	Tab	H	y	e 1	. 1	. e	2	I	0	J	y	20.0
No.	OO	.5	0		I				0	12.0
	0	.0	28.5	X		y	X		0	38.0	55 mm
I	0	.0	57.0	0		0	0	0	63.0
II	0	.0	85.0	0		29.0	12.C	0	90.0
III	25	.0	14.5	0		58.0	0	0	12.0
IV	26	.0	46.0	0		87.0	0	0	35.0
V	32	.0	78.0	25.	5	14.5	24.	5	69.5
VI	50		0	26.	0	44.5	35.		12.0
VII	50		28.5	30.	0	78.0	24.		48.0
VIII	59		59.0	51.	0	0	48.		74.0
IX	81		0	51.	0	29.0	56.	■· 102,	16.5
X	79	• 31.0	55.	5	60.0	50.		40.5
XI			82.	0	0	72.
XII		26.5	80.	0	33.0	79.
ioch-	Bemerkungen:
dur chm.			28	.0
		Einheiten in mm
		gelochte Platte	• •	R =

3) Die konventionelle Voxichtung E und die Vorrichtung H gemäß der Erfindung, beide mit 200 mm Durchmesser, werden in gerade Rohre 1 mit einem Innendurchmesser von 200 mm eingepaßt. Mit jedem Rohr wird ein Bogen stromaufwärts verbunden und dann werden die GesohwijQ^igkeitsverteilungen in den Rohren ermittelt. Die festgestellten Daten sind in Figur 11

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graphisch, dargestellt.

An einem Punkt 1D (ein Abstand entsprechend dem Rohrdurchmesser D) oberhalb des Strömungsrichters war die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung ungleichmäßig, wie durch die Kurve A dargestellt. An einem Punkt 1,5 D unterhalb des Strömungsrichters hat sich die Geschwindigkeitsverteilung im Falle eines konventionellen Strömungsrichters gemäß Figur 6 wie durch die Kurve B wiedergegeben, geändert, oder im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Strömungsrichters gemäß der Figuren 15 und 16 wie durch die Kurve G wiedergegeben, geändert. In beiden Fällen war die sich ergebende Kurve im wesentlichen symmetrisch zur Rohrachse. Dennoch ergab der konventionelle Strömungsrichter, wie aus Figur 11 ersichtlich, eine Geechwindigkeitsverteilung, die wesentlich von der für Drosseldurchflußmesser erforderlichen Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung abwich, wogegen der erfindungsgemäße Strömungsrichter eine nahezu vollkommene Wirbelstromgeschwindigkeitsverteilung erzeugte. Als der Druckverlust ermittelt wurde, zeigte sich, daß der bei dem erfindungsgemäßen Strömungsrichter aufgetretene Verlust einige Zehnprozent geringer war als bei der konventionellen Vorrichtung.

II Richtlängencharakteristik (Fig. 12)

In Figur 12, die die Ergebnisse der Untersuchungen der erforderlichen Richtlänge, d. h. der geraden Rohrlänge, wiedergibt, geben die Zahlen an der Abzisse das Durchmesserverhältnis der Drosselöffnung an. Als Ordinate ist das Verhältnis /D der geraden Rohrlänge L zum Rohrdurchmesser D aufgetragen„ das zur Begrenzung des Fehlers infolge der Verhältnisse oberhalb der Drosselöffnung innerhalb eines loleranzwertes von 0,5 /« gemäß der ISO-Empfehlungen R 541 erforderlich ist. Die Kurve, die abwechselnd mit kurzen und langen Strichen in Figur 12 gezogen ist, gibt in Übereinstimmung mit der ISO-Empfehlung die oberhalb einer Drosselöffnung erforderliche gerade Rohrlänge an, wo kein Strömungsrichter erforderlich ist. Die

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Die gestrichelten Kurven stellen die Ergebnisse von den konventionellen Strömungsrichtern dar, die die Ausführung nach den Figuren 6 und 14 und die Abmessungen E,F und G in !Tabelle 1 haben. Die durchgebogenen Kurven geben die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Strömungsrichter wieder, die die Ausführung nach Fig. 15 und 1d und die Abmessungen H,I und J gemäß Tabelle haben. Bei jedem Versuch war das Prüfrohr mit zwei 90°-Krümmern in verschiedenen Ebenen stromaufwärts des Durchflußmessers verbunden. ·

Aus der graphischen Darstellung ist zu erkennen, daß es der erfindungsgemäße Strömungsrichter ermöglicht, mit geringerer gerader Länge oberhalb des Durchflußmessers auszukommen, als sie konventionelle Vorrichtungen erfordern.

III Wirbelstromdämpfungscharakteristik (Fig. 15)

Unter Verweflung eines erfindungsgemäßen Strömungsriehters mit verschiedenen Verhältnissen der Dichte t der gelochten Platte zum Lochdurchmesser d und unter Vorgabe einer Wirbelströmung mit verschiedenen Wirbelwinkeln oberhalb jedes Prüf-Strömungsriehters wurde der Wirbelwinkel unterhalb der Vorrichtung ermittelt. Die Ergebnisse sind in Figur 13 dargestellt. Die Winkel wurden an Punkten 1 D oberhalb und 1,5 D unterhalb der Prüf-Strömungsrichter ermittelt. Die Kurven H,I und J korrespondieren mit den Spalten H, I und J der Tabelle 2.

Wie aus der graphischen Darstellung zu ersehen ist, löscht der erfindungsgemäße Strömungsrichter fast alle Wirbel aus und gibt praktisch keine Wirbel kurz hinter sich ab, vorausgesetzt, daß das Verhältnis /d seiner Plattendicke zum Lochdurchmesser 1,0 oder mehr beträgt. Wenn das Verhältnis /d kleiner als 1,0 ist, wird der Richteffekt beschränkt auf eine geringe Dämpfung der Wirbelströmung. Bei einem Verhältnis /d, das 5,0 überschreite wird die Verwirbelung nicht mehr wesentlich reduziert und. die

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Genauigkeit der Strömungsmessung "bleibt dann praktisch unverbessert. Außerdem wäre die dicke gelochte Platte teuer und unvorteilhaft.

Der erfindungsgemäße Strömungsrichter hat folgende Vorteile:

A) Hochpräzise Messungen von ITiissigkeitsströmungen mit einem Drosseldurchflußmesser sind möglich.

B) Auf der Basis der Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit an einem Punkt in einer Rohrleitung (d. h. ohne Durchfließen eines

.Staurohrs) kann die Flüssigkeitsströmung gemessen werden.

G) Die Flüssigkeitsströmung kann mit "berührungslos arbeitenden Strömungs- und Durchflußmessern gemessen werden (d.h. mit Ultraschallströmungsmessern und elektromagnetischen Dürchflaßmessem)

Der erfindungsgemäße Strömungsrichter eignet sich besonders zur Messung von Flüssigkeitsströmungen in solchen Großrohrleitungen von großen Maschinen und Anlagen, die nicht mit entsprechend längen geraden Rohrlängen von der Meßstelle ausgerüstet werden können.

PATENTANSPRÜCHE - 12 -

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Claims (2)

1. - 12 PAIMiTANSPRÜOHE

   Strömungsrichter mit gelochter Platte, die in einem zylindrischen Rohr senkrecht zur Strömungsrichtung eingepaßt ist, gekennzeichnet durch eine gelochte Platte mit einer Vielzahl runder Löcher desselben Durchmessers, die so angeordnet sind, daß die Abstände zwischen benachbarten Löchern im Zentrum des Rohres gering und zur Rohrwandung hin stufenweise größer sind.
2. 2. Strömungsrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke der gelochten Platte zum Durchmesser der Löcher in der Platte zwischen 1 und 3 liegt.

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