DE2255867A1

DE2255867A1 - Druckanzapfungsverbindung

Info

Publication number: DE2255867A1
Application number: DE19722255867
Authority: DE
Inventors: Kamel Ahmad Khuzaie
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-11-17
Filing date: 1972-11-15
Publication date: 1973-05-24
Also published as: ES407696A1; FR2161689A5; DE2255867C2; JPS556850B2; JPS4863758A; IT970196B; SE390341B

Description

Dr. Horst Schüler

Patentanwalt
6 Frankfurt/Main 1 , Niddastr. 52

14. November 19 7 2 Vo/cs.

2219-24-AT-N3665

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y., U.S.A.

Druckanzapfungsverbindung

Es gibt viele Fälle, in denen der Strömungsdurchsatz von Strömungsmitteln gemessen werden muß. In einem Dampfkraftwerk beispielsweise wird V/asser durch einen Wärmetauscher hindurchgeleitet, der in einem Druckkessel angeordnet ist. Der somit erzeugte Dampf wird von dem Druckkessel über Dampfleitungen abgeführt und einer Dampfturbine zugeführt. Ausgangsdampf aus der Turbine wird kondensiert und als Speisewasser zum Dampfkessel zurückgeleitet. Es ist selbstverständlich wünschenswert, die Durchflußleistung des Dampfes durch die Ilauptdampf leitungen zur Turbine zu messen. Zusätzlich ist es erstrebenswert, eine Verengung in den Dampfleitungen anzuordnen, um den Austritt von Dampf und Wasser aus dem Druckkessel während der Zeitperiode zu begrenzen, die zum Schliessen der Abschaltventil in dem unwahrscheinlichen F^all erforderlich ist, daß die Dampfleitungen offen bzw. geöffnet werden. Es

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ist ein mechanischer und wirtschaftlicher Vorteil, wenn Strömungsmessungs- und Strömungsbegrenzungszwecke von der gleichen Vorrichtung erfüllt werden können.

Eine bekannte Vorrichtung, die zur Erfüllung beider Zwecke geeignet ist, ist ein Venturi-Rohr. Ein Venturi-Rohr ist eine Strömungsverengung, die gewöhnlich aus einem Paar kegelstumpfähnlicher Abschnitte besteht, die an ihren kleinen Enden verbunden sind, um einen Halsabschnitt zu bilden. Die Geschwindigkeit eines durch das Venturi-Rohr strömenden Strömungsmittels nimmt bis zu einem Maximum durch den Halsabschnitt hindurch zu, mit dem Ergebnis, daß der Strömungsmitteldruck in dem Halsabschnitt abfällt. Wenn ein derartiges Venturi-Rohr in einer Leitung angeordnet ist, kann die Durchflußleistung durch ein geeichtes Druckdifferenz-Meßgerät gemessen werden, das mit einer Druckanzapfung im Halsabschnitt des Venturirohres und einer Leitungsdruckanzapfung verbunden ist, die vorzugsweise in der Strömungsmittelleitung stromaufwärts von dem Venturi-Rohr angeordnet ist.

Ein Venturi-Rohr relativ kleiner Größe kann mit festen Wänden aufgebaut werden, entweder mit einem gleichförmigen Außendurchmesser oder mit einem konischen Außendurchmesser. In jedem Falle ist die Druckanzapfung an dem Halsabschnitt leicht zugänglich für die Befestigung einer Druckleitung. Wenn jedoch ein Venturi-Rohr in großen Leitungen benutzt werden muß, beispielsweise in Dampfleitungen von Kraftwerken in der Größenordnung von 60 cm (2 Fuß) Durchmesser, treten mehrere Probleme auf. Um die Integrität derartiger Hochdruckleitungen aufrechtzuerhalten und aus Konstruktionsgründen wird ein Venturi-Rohr für eine Verwendung in großen Leitungen als ein getrenntes Element ausgebildet und auf der Innenseite der Leitung angeordnet. Gewöhnlich wird dieses Venturi-Element mit im wesentlichen gleichförmigen Seitenwänden versehen, so daß ein Ringraum zwischen dem Venturi-Element und der Leitungswand übrigbleibt, wenn das Venturi-Element in

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die Leitung eingesetzt ist. Somit muß ein Druckrohr, das am Venturihals an der Anzapfung befestigt ist, diesen Ringraum durchqueren und durch die Leitungswand hindurch verbunden werden. Ein derartiges Venturi-Rohr ist recht lang, in der Größenordnung von 1,5 m ( 5 Fuß). Dies ruft ein Problem hinsichtlich der unterschiedlichen Wärmeausdehnung hervor, wenn die Anlage beispielsweise vom Stillstand oder Warte^zustand auf Betrieb geschaltet wird. Aus diesem Grunde ist das Venturi-Rohr an der Leitung nur in einer einzigen Querebene befestigt, beispielsweise an einem der beiden Enden oder am Hals. In jedem Fall muß die Druckrohrverbindung durch Wärme und Vibration hervorgerufene Bewegungen zwischen der Venturi-Druckanzapfung und der Verbindung durch die Leitungswand hindurch aufnehmen.

In einer bekannten Anordnung ist das Venturi-Rohr in der Leitung durch einen Haltering starr bzw. fest angebracht, der zwischen der Innenseite der Leitung und der Außenseite des Venturi-Rohres an dem Halsabschnitt des Venturi-Rohres angeschweißt ist. Ein radialer Durchlaß durch diesen Haltering sorgt für eine Druckanzapfungsverbindung. Diese Anordnung ist unerwünscht teuer und , kompliziert.

In. einer anderen bekannten Anordnung ist das eine Ende des Venturi-Rohres an der Innenseite der Leitung angeschweißt, ein Druckrohr ist mit einer Druckanzapfung am Venturi-Hals verbunden und das Druckrohr ist durch ein Durchsteckloch in der Wand der Leitung hindurchgeführt. Ein Standrohr oder Aufsatz ist um das Durchsteckloch herum in die Leitung eingepaßt und das Druckrohr ist durch diesen Aufsatz hindurchgeführt. Der Aufsatz ist* genügend lang gemacht, um für eine Biegung des Druckrohres innerhalb des Aufsatzes zu sorgen, wenn eine durch Wärme und Vibration hervorgerufene Bewegung zwischen dem Venturi-Rohr und der Leitung auftritt. Diese Anordnung erfordert einen übermäßigen Raum, um den radial verlaufenden Aufsatz aufzunehmen. Dies gilt insbesondere dort, wo mehr als eine Druckverbindung mit dem Venturi-Rohr

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hergestellt werden muß, um für redundante Strömungsmeßsysteme zu sorgen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Strömungsmeßanordnung zu schaffen, die die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten bekannter Anordnungen vermeidet.

Weiterhin soll eine flexible Verbindung mit der Druckanzapfung in einem Venturirohr innerhalb einer ein Strömungsmittel leitenden Leitung geschaffen werden.

Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein bogenförmiges Druckrohr gelöst, das an dem einen Ende mit einer Druckanzapfung im Hals des Venturi-Rohres und an seinem anderen Ende mit einem Paßstück in der Wand der das Strömungsmittel leitenden Leitung verbunden ist, so daß das Druckrohr sich in Umfangsrichtung in dem Raum zwischen dem Venturirohr und der Leitung für eine ausreichende Strecke erstreckt, um für die erforderliche Flexibilität ohne Bruchgefahr für das Druckrohr zu sorgen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einem Dampfkraftwerk .

Fig. 2 ist ein Längsschnitt von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittansicht von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.

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Als ein Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1' ein Dampfkraftwerk in vereinfachter schematischer Form dargestellt. Dampf wird durch bekannte Mittel in einem Druckkessel IO erzeugt und durch eine Hauptdampfleitung 12 zu einer Last geleitet, wie z.B. einer Turbine 11. Das Kondensat wird von einem Kondensor 14 über eine Speiseleitung 13 zum Druckkessel zurückgeleitet.

In der Dampfleitung 12 befindet 'sich ein Absperrventil 16. Ferner ist in der Dampfleitung 12 eine die Dampfdurchflußleistung messende Anordnung 17 enthalten. Die Anordnung 17 umfaßt .ein Venturi-Rohr 18 in einem Abschnitt 19 der Dampfleitung 12, ein Druckdifferenz-Meßgerät 21, eine erste Druckleitung 22, die zwischen dem Meßgerät 21 und einer Druckanzapfung 23 am Hals des Venturi-Rohres 18 verbunden ist, und eine zweite Druckleitung 24, die zwischen dem Meßgerät 2t und einer Druckanzapfung 26 in der Dampfleitung 12 stromaufwärts von dem Venturi-Rohr 18 verbunden ist. Wenn Dampf durch den sich verengenden Hals des Venturi-Rohres 18 strömt, nimmt seine Geschwindigkeit zu und der Druck an der Druckanzapfung 23 fällt relativ zum Leitungsdampfdruck an der Druckanzapfung 26 ab. Diese Druckdifferenz ist bekanntlich eine Funktion der Dampfdurchflußleistung durch die Dampfleitung 12 hindurch. Das Meßgerät 21 registriert diese Druckdifferenz und kann in bekannter Weise geeicht sein, um die Dampfdurchflußleistung anzuzeigen.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Venturianordnung sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Ein in einer strömungsmittel_leitenden Leitung 32 angeordnetes Venturi-Rohr 31 umfaßt einen konvergierenden Einlaßabschnitt 33, einen Halsabschnitt 34 und einen divergierenden Diffusorabschnitt 36, wobei die Strömung von links nach rechts erfolgt, wie es durch den Pfeil in Fig. 2 dargestellt ist. (Der Diffusorabschnitt 36 ist als ein getrenntes Stück aus-

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gebildet und während des Einbaues des Ve.nturi-Rohres in die Leitung, wie sie im folgenden näher beschrieben wird, an einer Schweißstelle 37 mit dem Halsabschnitt verschweißt.) Das Venturi-Itohr 31 ist innerhalb der Leitung 32 an seinem Auslaßende durch eine einzige Schweißnaht 38 befestigt und an seinem Einlaßende mit einem Spielraum 39 von wenigen Hundertstel Millimetern versehen. Somit sind keine Halterungsringe oder Flansche oder schwie rige Schweißungen erforderlich.

Um den Druck am Halsabschnitt 34 des Venturi-Rohres 31 festzustellen, ist eine Niederdruckanzapfung 41 in der Form eines radial gerichteten Loches durch den Halsabschnitt hindurch vorgesehen. Der Außenteil dieses Loches ist versenkt, um das eine Ende einer ersten Druckleitung 42 für eine Verschweißung aufzunehmen. Das andere Ende der Druckleitung 42 ist in eine Öffnung 43 in der Wand der Leitung 32 eingeschweißt, wobei die Öffnung 43 mit einer ersten Druckpassung 44 in Verbindung steht, die auf der Außenseite der Leitung 32 fest angebracht ist. Erfindungsgemäß ist die öffnung 43 in der Wand der Leitung 32 gegenüber der Niederdruckanzapfung 41 in Umfangsrichtung versetzt, und die Druckleitung 42 ist gebogen, so daß sie in Umfangsrichtung in dem Raum zwischen dem Halsabschnitt 34 und der Leitung 32 angeordnet ist. Dies vergrößert stark die Länge der Druckleitung 42, um ihre Flexibilität zu vergrößern und die darin befindlichen Spannungen zu verkleinern. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Öffnung 43 um etwa 120 gegenüber der Druckanzapfung 41 versetzt. Das Ausmaß der Versetzung ist jedoch nicht begrenzt und kann ausgewählt werden, um für den erforderlichen Grad an Flexibilität unter den bestimmten Umständen zu sorgen. Beispielsweise kann die Druckleitung 42 den Venturi-Hals ein oder mehrere Male umgeben, wenn ein vergrößerter Flexibilitätsgrad und sogar noch niedrigere Biegespannungen in dem Rohr 42 gewünscht werden. Weiterhin könnte auch ein kleineres Ausmaß der Versetzung angewendet werden; jedoch ist etwa 30° das praktische Minimum, das

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zur Aufnahme der Biegung'"in der Leitung, 42 erforderlich ist, da diese Biegungen nicht schärfer als etwa das 1 1/2-fache des Rohrradius sein sollten.

Die Ströraungsraeßanordnung gemäß den Fig. 2 und 3 umfaßt ferner eine zweite Druckleitung 46, die zwischen der ersten Druckpassung 44 und einer Druckdifferenz-Ausnutzungsvorrichtung 47 (wie z.B. ein Meßgerät) verbunden ist, eine Hochdruckanpassung 48, die stromaufwärts von dem Venturi-Rohr 31 angeordnet ist, eine zweite Druckpassung 49, die an der Leitung 32 fest angebracht ist und mit der Anzapfung 48 in Verbindung steht,"und eine dritte Druckleitung 51, die zwischen der Passung 4.9 und der Vorrichtung 47 verbunden ist. ·

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Anwendung in einer Dampfleitung eines Kraftwerkes weist die Leitung 32 einen Innendurchmesser von 61 cm (24 Zoll) auf, das Venturi-Rohr 31 hat eine Gesamtlänge (zusammengebaut) von 152 cm (60 Zoll) und einen Halsdurchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) und die Hochdruckanzapfung 4R ist 61 cm stromaufwärts von dem Einlaßende des Venturi-Rbhres 31 angeordnet;

Das Venturi-Rohr 31 kann in folgender Weise zusammengebaut und in die Leitung 32 eingebaut werden? Die Druckleitung 42 mit der erforderlichen Form und Länge für den Versetzungsgrad wird in den versenkten Teil der Druckanzapfung 41 im Halsabschnitt 34 eingeschweißt. Der integrale Einlaßabschnitt· 33 und der HaIs^beschnitt 34 des Venturi-RoHres 31 werden in das offene Ende der Leitung ,32-(das rechte Ende, wie es in Fig. 2 gezeigt ist) eingesetzt und longitudinal und radial ausgerichtet. Das äußere Ende der Druckleitung 42 wird in die Öffnung 43 eingeschweißt. Dann wird der Diffusorabschnitt 36 eingesetzt und die Schweißnaht 37 ausgebildet. Schließlich wird das Venturi-Rohr in der Leitung 32 starr angebracht, indem die Schweißnaht 38 hergestellt wird.

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Was somit beschrieben wurde, ist eine die Strömungsdurchfluß-* leistung messende Anordnung, die gegenüber Vibration und durch Wärme hervorgerufene Bewegung widerstandsfähig ist und die rela< tiv einfach herzustellen und einzubauen ist.

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Claims

Patents nsprüche

1.) Vorrichtung zur Messung des Strömungsdruckes in einer Strömungsleitung, gekennzeichnet durch einen die Geschwindigkeit vergrößernden Teil (31), der innerhalb der Leitung (32) angeordnet ist und einen Halsabschnitt (34) mit verkleinerten Innen- und Außendurchmessern relativ zum Innendurchmesser der Leitung (32) aufweist, so daß zwischen dem Halsabschnitt (34) und der Leitung (32) ein Ringraum gebildet ist, eine Druckanzapfung (41) in dem Halsabschnitt (34), eine Druckabnahmeöffnung (43) in der Wand der Leitung (32) neben dem Halsabschnitt (34), die gegenüber der Druckanzapfung (41) in Umfangsrichtung versetzt-ist, und eine gekrümmte hohle Druckleitung (42), von der ein Teil im wesentlichen in Umfangsrichtung innerhalb des Ringraumes angeordnet und an dem einen Ende mit der Druckanzapfung (41) und an ihrem anderen Ende mit der Öffnung (43) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die'Druckanzapfung (41) ein radial gerichtetes Loch-in dem Halsabschnitt (34) ist und dieses Loch einen vergrößerten Außenabschnitt zur Aufnahme des einen Endes der Druckleitung (42) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Druckpassung (44) starr an der Außenseite der Leitung (32) angebracht ist und mit der Öffnung (43) in Verbindung steht.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , dnß der Halsabschnitt (34) einen minimalen Innendurchmesser von etwa dem halben Innendurchmesser der Leitung (32) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturi-Rohr (31) einen konvergierenden Eingangsabschnitt (33) und einen divergierenden Ausgangsabschnitt (36) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Eingangsabschnitt (33) und der Halsabschnitt (34) einstückig ausgebildet sind und der Ausgangsabschnitt (36) an dem Halsabschnitt (34) angeschweißt ist (bei 37).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Venturi-Rohres (31) wenigstens doppelt so lang ist wie der Innendurchmesser der Leitung (32).

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kenn zeichnet , daß das Venturi-Rohr (31) in der Leitung (32) durch eine Verschweißung (38) am Ausgangsende des Ausgangsabschnittes (36) fest angebracht ist.

9. Strömungsdurchflußleistung-Meßsystem, gekennzeichnet durch eine Leitung (32) zur Aufnahme einer Strömung des hindurchtretenden Strömungsmittels,

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einen die Geschwindigkeit des Strömungsmittels vergrößernden Teil (31), der in der Leitung (32) angeordnet ist und einen Ilalsabschnitt (34) mit verkleinerten Innen*- und Außendurchmessern relativ zum Innendurchmesser der Leitung (32) aufweist, so daß zwischen dem Ilalsabschnitt (34) und der Leitung (32) ein Raum gebildet ist, eine erste Druckanzapfung (41) in der Wand des Halsabschnittes (34) des Teiles (31), eine Druekabnahmeoffnung (43) in der Wand der Leitung (3-2) neben dem Ilalsabschnitt (34), die gegenüber der ersten Druckanznpfung (41) in Umfsngsrichtung um wenigstens 30° versetzt ist, eine erste Druckleitung (41), die in dem Raum angeordnet und an ihrem einen Ende mit der ersten Druckanzapfung (41) und an ihrem anderen Ende mit der Öffnung (43) verbunden ist, eine zweite Druckanzapfung (48), die in der Wand der Leitung (32) stromaufwärts von dem Teil (31) angeordnet ist, und Mittel (47) zum Abtasten der Differenz der Drucke an der zweiten Druckanzapfungv(48) und der Öffnung (43).

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