DE2255867C2 - Venturi-Anordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Dampfes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Venturi-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Es gibt viele Fälle, in denen der Strömungsdurchsatz von Strömungsmitteln gemessen werden muß. In einem Dampfkraftwerk wird beispielsweise Wasser durch einen Vi'ärmetauscher hindurchgeleitet, der in einem Druckkessel angeordnet ist. Der somit erzeugte Dampf wird von dem Druckkessel über Dampfleitungen abgeführt und einerDampfturbine zugeführt. Ausgangsdampf iius der Turbine wird kondensiert und als Speisewasser zum Dampfkessel zurückgeleitet.

Es ist selbstverständlich wünschenswert, die Durchflußleistung des Dampfes durch die Hauptdampfleitungen zur Turbine zu messen. Zusätzlich ist es erstrebe nswert, eine Verengung in den Dampfleitungen anzuordnen, um den Austritt von Dampf und Wasser aus dem Druckkessel wahrend der Zeitperiode zu begrenzen, die zum Schließen der Abschaltventiie in dem unwahrscheinlichen Fall erforderlich ist daß die Dampfleitungen offen bzw. geöffnet werden. Es ist ein mechanischer und wirtschaftlicher Vorteil, wenn Strömungsmessungs- und Strömungsbegrenzungszwecke von der gleichen Vorrichtung erfüllt werden können.

Eine aus der Praxis bekannte Vorrichtung, die zur Erfüllung beider Zwecke geeignet ist ist ein Venturi-Tel Ein Venturi-Teil isi eine Strömungsverengung, die gewöhnlich aus einem Paar kegelstumpfähnlicher Abschnitte besteht die an ihren engen Enden verbunden sind, um einen Halsabschnitt zu bilden. Die Geschwindigkeit eines durch das Venturi-Teil 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-Teil in einer Leitung angeordnet ist kann die Durchflußleistung (iurch ein

geeichtes Druckdifferenz-Meßgerät gemessen werden, das mit einer Druckanzapfung im Halsabschnitt des Venturi-Teiles und einer Leitungsdruckanzapfung verbunden ist, die vorzugsweise in der Strömungsmittelleitung stromaufwärts von dem Venturi-Teil angeordnet

ist

Ein Veniuri-Rohr relativ kleiner Größe kann mit festen Wänden und entweder einem gleichförmigen Außendurchmesser oder einem konischen Außendurchmesser hergestellt werden. In jedem Falle ist die Druckanzapfung an dem Halsabschnitt leicht zugänglich für die Befestigung einer Druckleitung.

Wenn jedoch ein Venturi-Teil in großen Leitungen benutzt werden muß, beispielsweise in Dampfleitungen von Kraftwerken in der Größenordnung von 60 cm Durchmesser, treten mehrere Probleme auf. Um die Integrität derartiger Hochdruckleitungen aufrechtzuerhalten und aus Konstruktionsgründen wird ein Venturi-Teil für eine Verwendung in großen Leitungen als ein getrenntes Element ausgebildet und auf der Innenseite der Leitung angeordnet. Gewöfeiiich 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 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-Teil ist recht lang, in der Größenordnung von 1,5 m. Dies ruft ein Problem hinsichtlich der unterschiedlichen Wärmeausdehnung hervor, wenn die Anlage beispielsweise vom Stillstand oder Wartezustand 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 aus der Praxis 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 aus der Praxis bekannten Anord-

nung ist das eine Ende des Venturi-Rohres an der Innenseite der Leitung angeschweißt, ein Druckrohr ist mit einer Druckanzapfung am Ventiiri-HaJs 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 hergestellt werden muß, um für redundante Strömungsmeßsysteme zu sorgen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Venturi-Anordnung dahingehend zu verbessern, daß sie gegenüber Vibration und Wärmebewegung stabiler ist.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Tei! des Patentanspruches gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Dampfkraftwerkes,

F i g. 2 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Venturi-Anordnung und

Fig.3 eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2.

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 10 erzeugt und durch ein Dampfrohr 12 zu einem Dampfverbraucher geleitet, wie z. B. einer Turbine 11. Das Kondensat wird von einem Kondensator 14 über eine Speiseleitung 13 zum Druckkessel 10 zurückgeleitet.

In dem Dampirohr 12 befindet sich ein Absperrventil 16. Ferner ist in dem Dampfrohr 12 eine die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes messende Anordnung 17 enthalten. Die Anordnung 17 umfaßt ein Venturi-Teil 18 in einem Abschnitt 19 des Dampfrohres 12, ein Druckdifferenz-Meßgerät 21, ein erstes Druckrohr 22, das zwischen dem Meßgerät 21 und einer ersten Druckanzapfung 23 am Hals des Venturi-Rohres 18 verbunden ist, und ein zweites Druckrohr 24, das zwischen dem Meßgerät 21 und einer zweiten Druckanzapfung 26 in dem Dampfrohr 12 stromaufwärts von dem Venturi-Teil 18 verbunden ist.

Wenn Dampf durch den sich verengenden Hals des Venturi-Teils 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 Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes durch das Dampfrohr 12 hindurch. Das Meßgerät 2{ registriert diese Druckdifferenz und kann in bekannter Weise geeicht sein, um diese Geschwindigkeit anzuzeigen.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Venturi-Anordnung sind in Fig.2 und 3 gezeigt. Ein in einem Dampfrohr 32 angeordnetes Venturi-Teil 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 7ig. 2 dargestellt ist. (Der Diffusorabschnitt 36 ist als ein getrenntes Stuck ausgebildet, und er wird während des Einbaues des Venturi-Teiles in die Leitung wie sie im folgenden näher beschrieben wird, an einer Schweißstelle 37 mit dem Halsabschnitt verschweißt.) Das Venturi-Teil 31 ist innerhalb des Rohres 32 an seinem Auslaßende durch eine einzige Schweißnaht 38 befestigt und an seinem Einlaßende mit einem Spielraum 39 von wenigen Hundertstet Millimetern versehen. Somit sind keine Haiterungsringe oder Flansche oder schwierige Schweißungen erforderlich.

Um den Druck am Halsabschnitt 34 des Venturi-Teiles 31 festzustellen, ist eine erste oder Niederdruckanzapfung 41 in der Form eines radial gerichteten Loches durch den Halsabschnitt hindurch vorgesehen. Der Außenteil dieses Loches ist versenkt, um das eine Ende eines ersten Druckrohres 42 für eine Verschweißung aufzunehmen. Das andere Ende des Dsuckrohres 42 ist in eine öffnung 43 in der Wand des Rohres 32 eingeschweiPt, wobei die Öffnung 43 mit einer ersten Druckpassung 44 in Verbindung stc-'-.ί, die auf der Außenseite der Leitung 32 fest angeLr?xht ist. Die Öffnung 43 in der Wand des Rohres 32 ist gegenüber der Niederdruckanzapfung 41 in Umfangsrichtung versetzt, und das Druckrohr 42 ist gebogen, so daß es in Umfangsrichtung in dem Raum zwischen dem Halsabschnitt 34 und dem Rohr 32 angeordnet ist. Dies vergrößert stark die Länge des Druckrohres 42, um seine Flexibilität zu vergrößern und die darin befindlichen Spannungen zu verkleinern.

Wie in F i g. 3 dargestellt, 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 das Druckrohr 42 den Venturi-Hals ein oder mehrere Male umgeben, wenn ein vergrößerter Flexibilitätsgrad und sogar noch niedrigere Biegespannungen in dem Rohr 42 gewünscht wer -Jen.

■»ο Weiterhin könnte auch ein kleineres Ausmaß der Versetzung angewendet werden; jedoch ist etwa 30° das paktische Minimum, das zur Aufnahme der Biegungen in dem Rohr 42 erforderlich ist, da diese Biegungen nicht schärfer als etwa das l'^-foche des Rohrradius sein sollten.

Die Anordnung gemäß den Fig.2 und 3 umfaßt ferner ein zweites Druckrohr 46, das zwischen der ersten Druckpassung 44 und einem Druckdifferenz-Meßgerät 47 verbunden ist, eine Hochdruckanzapfung 48, die stromaufwärts von dem Venturi-Teil 31 angeordnet ist, eine zweite Druckpassung 49, die an dem Rohr 32 fest angebracht ist und mit der Anzapfung 48 in Verbindung steht, und ein drittes Druckrohr 51, das zwischen der Passung 49 und der Vorrichtung 47 verbunden ist.

In einem Ausführun^sbeispiel der Erfindung ^für eine Anwendung in einer Dampfleitung eines Kraftwerkes weist das Rohr 32 einen Innendurchmesser von 61 cm auf, das Venturi-Teil 31 hat eine Gesamtlänge (zusammengebaut) vc.i etwa 152 cm und einen Halsdurchmesser von 30,5 cm. Die Hochdruckanzapfung 48 ist 61 cm stromaufwärts von dem Einlaßende des Venturi-Teiles 31 angeordnet.

Das Venturi-Teil 31 kann in folgender Weise zusammengebaut und in die Leitung 32 eingebaut werden:

Das Druckrohr 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 Halsabschnitt 34 des Venturi-Teiles 31 werden in das offene Ende des Rohres 32 (das rechte Ende, wie es in F i g. 2 gezeigt ist) eingesetzt und longitudinal und radial ausgerichtet Das äußere Ende des Druckrohres 42 wird in die Öffnung 43 eingeschweißt. Dann wird der Diffusorabschnitt 36 eingesetzt und die Schweißnaht 37 ausgeführt. Schließlich wird das Venturi-Teil in dem Rohr 32 starr angebracht, indem die Schweißnaht 38 hergestellt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Venturi-Anordnimg zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Dampfes mit einem Druckkessel,

   einem Dampfverbraucher,

   einem Dampfixihr zum Leiten des Druckdampfes vom Druckkessel zum Dampfverbraueher,
   wobei die Venturi-Anordmmg ein an einem Ende an der Innenseite des Dampfrohres angeschweißtes Venturi-Teil in dem Dampfrohr umfaßt und das Venturi-Ten folgende Bestandteile aufweist
   einen konvergierenden Einlaßabschnitt,
   einen Halsabschnitt dessen Innen- und AuBendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Dampfrohres, so daß ein Ringraum zwischen dem Halsabschnitt und dem Dampfrohr geschaffen wird und

   einen divergierenden Diffusorabschnitt
   eine erste Druckanzapfung in der Wand des HaisabschBBites des Venturiteiles, eine Druckabnahnseöffnang in der Wand des Dampirohres benachbart dem genannten Halsabschnitt, ein Druckrohr, das in dem Ringraum zwischen dem Halsabschnitt und dem Dampfrohr die erste Druckanzapfung mit der Druckabnahmeöffnung verbindend angeordnet ist,

   eine zweite Druckanzapfung, die in der Wand des Dampfrohres stromaufwärts von dem Venturi-Teil angeordnet ist und ein Druckdifferenz-Meßgerät, das mit der Druckabnahmeöffnung und der zweiten Drudcanzapf'-iig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Einlaßendes des konvergierenden Einlaßabschnittes (33) um einen Spieiraunj (39) geringer ist als der Innendurchmesser des Dar«.pfrohres (32), der divergierende Diffusorabschnitt (36) mit seinem Einliißende an das Auslaßende des Halsabschnittes (34) und mit seinem Auslaßende an das Dampfrohr (32) geschweißt (38) ist, das Druckrohr (42) mit einem Ende bei der ersten Druckanzapfung (41) an den !Halsabschnitt (34) und mit seinem anderen Ende bei der Druckabnahmeöffnung (43) an die Wand des Dampfrohres (32) geschweißt ist, und daß mindestens ein Abschnitt des Druckrohres (42) der Krümmung des Dampfrohres (32) innerhalb des Rinjjraumes folgt und den Halsausschnitt (34) des Ven I uri-Teiles (31) zumindest teilweise umgibt.