DE2446978C2

DE2446978C2 - Venturi-Rohr

Info

Publication number: DE2446978C2
Application number: DE2446978A
Authority: DE
Inventors: Kamel Ahmad San Jose Calif. Khuzaie
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1974-10-02
Publication date: 1983-12-01
Also published as: FR2247708A1; US3889537A; DE2446978A1; JPS5079356A; JPS5427268B2; ES430649A1; CH574101A5; SE7411858L; SE394750B; IT1022606B

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

20

— Einlaß- und Halsabschnitt (26, 27; 26', 27') massiv ausgebildet sind,

— die Druckleitung (39, 41; 39', 41') durch den massiv ausgebildeten Einlaß- und Halsabschnitt (26,27; 26', 27') hindurchführt,

— der Diffusorabschnitt (28; 28') aus einem Metall mit höherem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht als die Rohrleitung (21; 13, 32'), und daß

— der Diffusorabschnitt (28; 28') an seinem JO stromabwärtigen Ende einen kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Rohrleitung (21; 13,32') besitzt.

2. Venturi-Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorabschnitt (28) eine Länge, die etwa das Vierfache seines kleinsten Innendurchmessers ist, und einen Divergenzwinkel von 7 bis 15 Grad aufweist.

3. Venturi-Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorabschnitt (28) aus rostfreiem Stahl und die Rohrleitung (21) aus Kohlenstoffstahl hergestellt ist.

4. Venturi-Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Flansch (33) einstückig mit dem stromaufwärtigen Ende des Venturi-Rohres (24) ausgebildet ist.

5. Venturi-Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige Ende des Venturi-Rohres (24) mit dem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung (13) verschweißt ist (bei 52).

55

Die Erfindung bezieht sich auf ein Venturi-Rohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Venturi-Rohr ist in der DE-OS 22 55 867 beschrieben. μ

Ein Venturi-Rohr dient zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchsatzmenge von Strömungsmitteln und stellt eine Strömungsverengung dar, die gewöhnlich aus einem Paar kegelstumpfförniiger konischer Abschnitte besteht, die an ihren schmalen Enden zur Bildung eines Halsabschnittes miteinander verbunden sind. Die Geschwindigkeit des durch das Venturi-Rohr hindurchströmenden Strömungsmittels wächst auf ein Maximum am Haisabschnitt an, mit dem Ergebnis, daß der Strömungsmitteldruck in dem Halsabschnitt abnimmt Wenn ein derartiges Venturi-Rohr in einer Leitung angeordnet wird, kann die hindurchtretende Strömungsmittelmenge durch einen geeichten Druckdifferenzmesser gemessen wirden, der an eine Druckanzapfung im Halsabschnitt des Venturi-Rohrs und einer Leistungsdruckanzapfung angeschlossen ist die vorzugsweise in der Strömungsmittelleitung stromaufwärts von dem Veniuri-Rohr angeordnet ist

Ein Venturi-Rohr relativ kleiner Größe kann mit massiven Wänden aufgebaut werden, sei es mit einem gleichförmigen Außendurchmesser oder mit einem konischen Außendurchmesser. In jedem Fall ist die Druckanzapfung am Halsabschnitt leicht zugänglich für eine Befestigung einer äußeren Druckleitung. Wenn jedoch ein Venturi-Rohr in großen Leitungen verwendet werden soll, beispielsweise in Speisewasser- und Dampfleitungen von Kraftanlagen, wo der Durchmesser etwa 60 cm beträgt, bestehen mehrere Probleme. Um die Unversehrtheit derartigen Hochdruckleitungen aufrechtzuerhalten und aus Konstruktionsgründen sind bekannte Venturi-Rohre für große Leitungen als getrennte Elemente ausgebildet und in die Leitungen eingefügt worden. Gewöhnlich wird ein derartiges Venturi-Rohr mit Seitenwänden im wesentlichen gleichförmiger Dicke versehen, wodurch ein Ringraum zwischen dem Venturi-Rohr und der Leitungswand bleibt, wenn das Venturi-Rohr in die Leitung eingesetzt ist. Somit muß eine Druckleitung, die an einer Anzapfung am Venturi-Hals angebracht wird, diesen Ringraum durchqueren und durch die Rohrleitungswand hindurch angeschlossen sein. Ein derartiges Venturi-Rohr ist ziemlich lang, etwa in der Größenordnung von 150 cm. Dies ruft Probleme hinsichtlich unterschiedlicher thermischer Expansion hervor, beispielsweise wenn die Anlage in Betrieb gesetzt wird. Aus diesem Grund wird das Venturi-Rohr an der Leitung nur an einer Querebene angebracht, beispielsweise an einem der Enden oder am Halsabschnitt. In jedem Fall muß die Druckleitungsverbindung durch Wärme und Schwingungen hervorgerufene Bewegungen zwischen der Venturi-Druckanzapfung und der Verbindung mit der Rohrleitungswand aufnehmen.

In einer bekannten Anordnung ist das Venturi-Rohr auf der Innenseite der Rohrleitung durch einen ringförmigen Stützring befestigt, der zwischen der Innenseite der Rohrleitung und der Außenseite des Venturi-Rohrs an dessen Halsabschnitt angeschweißt ist. Ein radialer Durchlaß durch diesen Stützring bildet eine Druckanzapfungsverbindung. Diese Anordnung ist unerwünscht teuer und kompliziert.

Bei dem Venturi-Rohr gemäß der eingangs genannten DE-OS 22 55 867 ist das eine Ende an der Innenseite der Rohrleitung angeschweißt. Eine Druckleitung ist mit einer Druckanzapfung an dem Venturi-Hals verbunden und durch ein Spielraum aufweisendes Loch in der Wand der Rohrleitung hindurchgeführt. Eine Standleitung oder Kuppel ist um das Spielraum aufweisende Loch in der Rohrleitung herum eingepaßt, und das Druckrohr führt durch diese Kuppel hindurch. Die Kuppel ist genügend lang gemacht, um für eine Biegung des Druckrohres in der Kuppel zu sorgen, wenn eine durch Wärme und Schwingungen hervorgerufene Bewegung zwischen dem Venturi-Rohr und der Rohrleitung auftritt. Diese Anordnung erfordert einen übermäßigen Raum zur Aufnahme der radial verlaufenden Kuppel. Dies gilt insbesondere in solchen Fällen, wo

mehr als eine Druckverbindung mit dem Venturi-Rohr hergestellt werden muß, um redundante Strömungsmeß-Systeme zu liefern. Die Druckanzapfung am Hals eines Venturi-Rohrs kann auch mit einem in Umfangsrichtung versetzten Druckabnahme-Paßstück in der Wand der Rohrleitung mittels eines relativ langen Metalldruckrohres verbunden sein, das in dem Ringraum zwischen dem Venturi-Rohr und der inneren Leitungswand in Umfangsrichtung gekrümmt ist, um somit eine Länge des Druckrohrcs zu schaffen, die zur Aufnahme der durch Wärme und Schwingungen hervorgerufenen Bewegungen ohne die Verwendung eines Raumes außerhalb der Rohrleitung ausreicht

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Venturi-Rohr der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß die Druckleitung zur Druckanzapfung schwingungsfrei und frei von thermischen Ausgleichsbewegungen ist

Dip Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkma'e gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das einstückige, massive Venturi-Rohr in den Längszug der Rohrleitung eingesetzt werden kann und die Druckleitung durch das massive Rohrstück hindurchführt. Dadurch können flexible und somit störanfällige Druckleitungen vermieden werden. Neben einer einfachen und schnellen Montage ergibt sich also ein stabiles und betriebssicheres Venturi-Rohr.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung unti Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines Dampfkraftwerks.

F i g. 2 ist eine Stirnansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

F i g. 3 ist eine Längsschnittansicht des in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispieles.

F i g. 4 ist eine Längsschnittansicht von einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Als ein Beispiel für eine Verwendung eines Venturi-Rohrs ist in F i g. 1 in vereinfachter schematischer Form ein Dampfkraftwerk dargestellt. Der Dampf wird beispielsweise durch einen Reaktorkern 10 in einem Druckkessel 11 erzeugt und einer Last, beispielsweise 4"> einer Turbine 12, über eine Dampfleitung 13 zugeführt. Das Kondensat wird in einem Kondensor 14 gesammelt und als Speisewasser zum Druckbehälter 11 über eine Speisewasserleitung oder Rohrleitung 16 zurückgeleitet. In der Dampfleitung 13 befindet sich ein ">" Absperrventil 17 und eine die Dampfströmungsgeschwindigkeit messende Vorrichtung 18.

Die Speisewasserleitung 16 enthält eine den Speisewasserdurchsatz messende Anordnung 19. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Anordnung 19 einen Abschnitt einer Rohrleitung 21 auf. Der Rohrabschnitt 21 enthält ein Venturi-Rohr 24, das aus einem konvergenten Einlaßabschnitt 26, einem sich verengenden Halsabschnitt 27 und einem divergenien Diffusorabschnitt 28 gebildet ist. In dem Halsabschnitt 27 ist eine Druckanzapfung 29 gebildet. Die Druckanzapfung 29 und eine stromaufwärtige Druckanzapfung 25 sind durch eine Druckleitung 39 mit einem Druckdifferenzmesser 31 verbunden.

Wenn das Speisewasser durch den sich verengenden ^b5 Hals 27 des Venturi-Rohrs 24 strömt, nimmt seine Geschwindigkeit zu und deshalb sinkt der Druck an der Halsdruckanzapfung 29 relativ zum Speisewasserleitungsdruck an der Druckanzapfung 25. Diese Druckdifferenz ist bekanntlich eine Funktion des Strömungsmitteldurchsatzes durch die Leitung. Das Meßgerät 31 stellt diese Druckdifferenz fest und kann in bekannter Weise kalibriert werden, um die durch die Leitung 16 strömende Speisewassermenge aufzuzeichnen. Eine ähnliche Anordnung kann für die Vorrichtung 18 für die Dampfdurchsatzmenge verwendet werden.

Der Rohrleitungsabschnitt 21 und das Venturi-Rohr 24, das darin gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, sind mit größeren Einzelheiten in den F i g. 2 und 3 dargestellt F i g. 2 ist dabei eine Stirnansicht von links und F i g. 3 eine Längsschnittansicht Der Rohrabschnitt 21 umfaßt einen zylindrischen Rohrmittelabschnitt 32, einen stromaufwärtigen oder Einlaßfiansch 33 und einen stromabwärtigen oder Auslaßflansch 34, wobei die Flansche 33 und 34 so ausgebildet sind, daß sie mit geeigneten zusammenpassenden Flanschen in der Strömungsmittelleitung, wie beispielsweise der in Fig. 1 gezeigten Leitung 16,durch Bolzen verbunden und mit dieser abgedichtet werden kann.

Der Flansch 33 enthält einen einen großen Durchmesser aufweisenden Randteil 36 und einen Nabenabschnitt 37, dessen Durchmesser demjenigen des mittleren Rohrabschnittes 32 ähnlich ist und der daran angeschweißt werden kann. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in F i g. 1 sind der Einlaßabschniit 26 und der Halsabschnitt 27 des Venturi-Rohrs 24 einstückig mit dem Flansch 33 ausgebildet. Dieser Aufbau kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß die Rohrform geschmiedet und anschließend eine Endbearbeitung durchgeführt wird.

Indem somit der Halsabschnitt 27 einstückig mit dem Flansch 33 ausgebildet wird, kann die Druckanzapfung 29 mit einem äußeren Paßstück 38 und einer Druckleitung 39 durch einen Durchlaß 41 verbunden werden, der durch den massiven Metallf lansch hindurchführt. Zusätzliche Druckanzapfungen 30, die für redundante Systeme erforderlich sein können, können in ähnlicher Weise angeschlossen werden. Diese Anordnung eliminiert vollständig die internen Druckleitungen, die das Hauptproblem in den bekannten Anordnungen darstellten.

Aufgrund seiner relativ großen Länge wird der divergente Diffusorabschnitt 28 am zweckmäßigsten als ein getrenntes Stück gebildet mit einem Einlaßende 42, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Auslaßendes des Halbabschnittes 27 ist, und mit einem Auslaßende 43, dessen Außendurchmesser (bei der Umgebungs- oder Fertigungstemperatur) etwas kleiner als der Innendurchmesser des Rohrleitungsabschnittes 32 ist, um dadurch bei der Fertigungstemperatur einen Spielraum oder Spalt 44 zwischen dem Auslaßende 43 und der benachbarten Innenfläche des Rohrleitungsabschnittes 32 zu bilden. Dieser Spalt 44 erleichtert ein Einsetzen des Diffusorabschnittes 28 in den Rohrleitungsabschnitt 32 während der Montage. Das Auslaßende des Halsabschnittes 27 kann auch mit einem divergenten konischen Abschnitt 40 versehen sein als eine Einführung in den Diffusorabschnitt 28.

Es i:' weiterhin wesentlich, daß der Diffusorabschnitt 28 aus einem Metall gebildet ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist als derjenige des Materials, aus dem der Rohrleitungsabschnitt 32 gebildet ist. Wenn somit das Venturi-Rohr in Betrieb genommen wird bei einer Betriebstemperatur, die

größer als die Umgebungstemperatur bei der Fertigung ist, durchläuft das Auslaßende 43 eine größere Expansion als der Rohrleitungsabschnitt 32, wodurch die äußere Oberfläche des Endes 43 die benachbarte Innenfläche des Rohrleitungsabschnitts 32 berührt und gegen diese drückt. Der Divergenzwinkel des Diffusorabschnitts 28 kann in dem Bereich von 7—15 Grad liegen.

Die Fertigung des Venturi-Rohres gemäß der Erfindung ist wie folgt: Der integrale Flansch 33 und die Einlaß- und Halsabschnitte 26 und 27 des Venturi-Rohrs werden gebildet und auch der Diffusorabschnitt 28 wird hergestellt. Das Einlaßende 42 des Diffusorabschnittes 28 wird durch eine Schweißnaht 46 am Auslaßende des Halsabschnittes 27 angeschweißt. Die somit gefertigte ii Flansch-Venturi-Anordnung wird in den Rohrleitungsabschnitt 32 eingesetzt, mit einem gleichförmigen Ringspalt 44 richtig zentriert und durch eine Schweißnaht 47 daran angeschweißt.

Für ein spezielles Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, das beispielsweise in der Speisewasserleitung einer Dampfkraftanlage (wie sie in F i g. 1 dargestellt ist) verwendet werden soll, hat der Rohrleitungsabschnitt 21 eine Gesamtlänge von etwa 395 cm, einschließlich der Flansche 33 und 34. Der Rohrleitungsabschnitt 32 wird aus Kohlenstoffstahl mit einem Innendurchmesser von etwa 38,7 cm und einer Wanddicke von etwa 2,85 cm gebildet. Der Flansch 33 mit den integralen Venturi-Einlaß- und Halsabschnitten 26 und 27 wird aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser des Randteiles 36 von etwa 91,4 cm, einem Innendurchmesser des Nabenteiles 37 von etwa 38,7 cm, einem Innendurchmesser des Halsabschnittes 27 von etwa 18,8 cm und einer Länge von etwa 41,8 cm hergestellt. Der konische Abschnitt 40 hat eine Länge von etwa 7,6 cm und die Druckanzapfung 29 ist etwa 26,4 cm stromabwärts von der Stirnfläche des Flansches 33 angeordnet. Der Diffusorabschnitt 28 ist aus rostfreiem Stahl mit einer Länge von etwa 80 cm, einer Dicke von etwa 2,5 cm und einem Divergenzwinke] von etwa 13 Grad hergestellt Der Spielraum 44 beträgt etwa 0,38 mm bei einer Umgebungstemperatur von 21°C für eine Nenn-Betriebstemperatur in dem Bereich von etwa 175—205⁰C. In Fig.4 ist ein flanschloses Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, das sich gut eignet, in eine Rohrleitung geschweißt zu werden, wie beispielsweise die Dampfleitung 13, die in F i g. 1 dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel wird dann als die die Dampfströmung messende Vorrichtung 18 oder in anderen derartigen Leitungen verwendet, wo geflanschte oder andere nichtgeschweißte Verbindungen nicht gestattet sind.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich, das in Verbindung mit den F i g. 2 und 3 beschrieben wurde. Die ähnlichen Teile sind in Fig.4 mit Bezugszeichen bezeichnet, die mit einem Strich versehen sind.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, bilden der konvergente Einlaßabschnitt 26' und der Halsabschnitt 27' des Venturi-Rohrs 24' einen Rohrleitungsabschnitt 51, der der Leitung 13 und dem Rohrleitungsabschnitt 32' ähnliche Innen- und Außendurchmesser aufweist, in die das Venturi-Rohr 24' eingesetzt wird.

Die Druckanzapfung 29' ist mit einem äußeren Paßstück 38' und einer Druckleitung 39' über einen Durchlaß 4Γ durch das massive Metall des Rohrleitungsabschnittes 51 hindurch verbunden und eliminiert somit alle internen Druckleitungen.

Der divergente Diffusorabschnitt 28' ist als ein separates Stück mit einem Einlaßende 42', dessen Durchmesser dem Auslaßende des Halsabschnittes 27' angepaßt sind, und mit einem Auslaßende 43' hergestellt, dessen Außendurchmesser (bei der Umgebungsoder Fertigungstemperatur) etwas kleiner als der Innendurchmesser des Rohrleitungsabschnittes 32' ist, um bei der Fertigungstemperatur einen Spielraum oder Spalt 44' zwischen der außenseitigen Oberfläche des Auslaßendes 43' und der benachbarten inneren Oberfläche des Rohrleitungsabschnittes 32' zu bilden. Der Spalt 44' erleichtert ein Einsetzen des Diffusorabschnittes 28' in den Rohrleitungsabschnitt 32' während der Fertigung. Wiederum kann das Auslaßende des Halsabschnittes 27' mit einem divergenten konischen Abschnitt 40' als eine Einführung in den Diffusorabschnitt 28' versehen sein. Der Diffusorabschnitt 28' ist aus einem Metall (wie beispielsweise rostfreiem Stahl) mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet als das Metall (beispielsweise Kohlenstoffstahl), aus dem der Rohrleitungsabschnitt 32' gebildet ist. Wenn also das Venturi-Rohr bei einer Betriebstemperatur in Betrieb gebracht wird, die größer als die Umgebungstemperatur ist, durchläuft das Auslaßende 43' eine größere Expansion als der Rohrleitungsabschnitt 32', wodurch die äußere Oberfläche des Endes 43' die benachbarte innere Oberfläche des Rohrleitungsabschnittes 32 berührt und gegen diese drückt. Der Divergenzwinkel des Diffusor-Abschnittes 28' kann in dem Bereich von 7 — 15 Grad liegen.

Die Fertigung des Venturi-Rohres gemäß Fig.4 und deren Verbindung in die Rohrleitung 13 ist wie folgt: Der Rohrleitungsabschnitt 51 wird einstückig mit dem Venturi-Einlaßabschnitt 26' und dem Halsabschnitt 27' gebildet; dann wird der Diffusorabschnitt 28' gebildet. Das Einlaßende 42' des Diffusorabschnittes 28' wird beispielsweise durch eine Schweißnaht 46' am Auslaßende 40' des Halsabschnittes 27' angeschweißt. Das somit gefertigte Rohrleitungs-Venturi-EIement wird in den Rohrleitungsabschnitt 32' eingesetzt, mit einem gleichförmigen Ringspalt 44' richtig zentriert und durch eine Schweißnaht 47' daran angeschweißt Die Rohrabschnitte 51 und 32' können dann durch Schweißnähte 52 und 53 in die Rohrleitung 13 eingefügt werden.

Die verschiedenen Abmessungen des Venturi-Rohrs gemäß F i g. 4 können ähnlich sein wie die Abmessungen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß den F i g. 2 und 3, um in Rohrleitungen ähnlicher Größe verwendet zu werden. Wenn das Venturi-Rohr jedoch in Dampfleitungen verwendet werden soll, wie beispielsweise als die die Dampfströmung messende Vorrichtung 18 in der Leitung 13 (siehe Fi g. 1), dann kann der Spielraum 44' etwas größer gemacht werden wegen der höheren Nenn-Betriebstemperatur, die beispielsweise bei 260-315⁰C liegen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Venturi-Rohr zum Einsetzen in eine Rohrleitung mit

— einem konvergenten Einlaßabschnitt

— einem Halsabschnitt, der einen kleineren Innendurchmesser als die Rohrleitung besitzt,

— einem divergenten Diffusorabschnitt

— bei dem der Einlaßabschnitt und der Halsabschnitt einstückig ausgebildet und mit dem stromaufwärtigen Ende des Diffusorabschnittes verbindbar sind,

— bei dem am Halsabschnitt eine Druckanzapfung angeordnet ist, deren Druckleitung durch den einstückig ausgebildeten Einlaß- und Halsabscbnitt hindurchführt.