DE2842676C2

DE2842676C2 - Staurohr-Durchflußmeßgerät

Info

Publication number: DE2842676C2
Application number: DE2842676A
Authority: DE
Inventors: Norman A. Boulder Col. Alston; Edward F. Lawndale Calif. Brooks; James B. Lakewood Col. Harbaugh
Original assignee: Dieterich Standard Corp Boulder Col; Dieterich Standard Corp
Current assignee: Delaware Capital Formation Inc
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1985-06-05
Also published as: US4154100A; FR2414189B1; DE2842676A1; FR2414189A1; US4154100B1; NL7809924A; JPS607207B2; SE7810485L; GB2012056A; IL55570A; AU515238B2; GB2012056B; NL183367B; IT1121121B; IT7909307A0; BE870900A; NL183367C; AU3980678A; CH630175A5; SE443451B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Siaurohr-Durchflußmeßgcrät zum Messen des Differenzdruckes der Fluid-Strömung in einem Rohr, mit einer langgestreckten, sich mit ihrer Längsachse quer zur Strömung erstrekkenden Sonde, welche eine stromaufwärts gewandte, im senkrecht zur Längsachse verlaufenden Schnitt symmetrische Fläche, auf welche die Strömung auftrifft, mit mindestens einer Mündung zum Fühlen des Druckes der auftreffenden Strömung, sowie eine stromabwärts gewandte Fläche, die eine stromabwärts gewandte Mündung zum Fühlen der Niederdruck-Komponente des zu messenden Differenzdruckes enthält, aufweist, wobei die stromaufwärts gewandte Fläche und die stromabwärts gewandte Fläche an beiden Seitenrändern an Stellen der größten Breite dieser Flächen zumindest im Bereich der stromabwärts gewandten Mündung an scharfen, sich in Längsrichtung der Sonde erstreckenden Kanten aneinandergrenzen.

Alle Durchflußmesser weisen unabhängig von der Art ihres Aufbaus einen zugehörigen sogenannten Strömungskoeffizienten oder Strömungskorrekturfaktor auf, der dazu benutzt wird, den tatsächlichen Durchfluß als Funktion des gemessenen Durchflusses zu berechnen. Oftmals wird der Durchfluß dadurch berechnet, daß dieser Koeffizient mit einem Funktionswert des gemessenen Durchflusses, beispielsweise des Quadrates des Durchflusses multipliziert wird, und es ist daher nicht notwendig, den einen Wert einfach mit dem anderen Wert zu multiplizieren. In jedem Fall erlaubt es die Verwendung dieses Korrekturfaktors, auf der Basis des durch den Durchflußmesser gemessenen Durchflusses etwa auf den Wert des tatsächlichen Durchflusses zu kommen.

Daraus ergibt sich, daß die Genauigkeit dieses Korrekturfaktors über den Durchflußmeßbereich der wesentliche Einflußfaktor für die Bestimmung des Durchflusses und für die Zuverlässigkeit des erhaltenen Wertes ist.
Dieser Strömungskorrekturfaktor ist in folgender Weise definiert:

„ .. , , r , Tatsächlicher Durchfluß
Stromungskorrekturfaktor=

Der Gerätedurchfluß wird auf der Grundlage des vom Gerät gelieferten Ausgangswertes und eines mathematischen Modells für die jeweils vorliegende Art der Fluidströmung berechnet, die gemessen wird. Bei den meisten Flüssigkeitsströmungen ist die hydraulische Gleichung, die davon ausgeht, daß Flüssigkeiten inkompressibel sind, am geeignetsten. Für Gas- oder Dampfströmungen eignet sich andererseits oftmals jedoch ein Modell, das von einer eindimensionalen isentropischen Strömung ausgeht. Es gibt jedoch sehr wenige Durchflußmesser, deren Strömungskorrekturfaktor über einen breiten Bereich von DurchflulJwerten konstant bleibt, selbst wenn alle anderen Faktoren konstant bleiben.

Aus der DF-AS 11 b8 659 ist ein Staurohr-Durchflußmeßgcräi der eingangs erläuterten Art bekanni, dessen

ti Sonde sieh um einen Bruchteil des Durchmessers des die zu messende Fluidströmung führenden Rohres in dieses hineinerstreckt. |e eine stromaufwärts gewandte Mündung /um Fühlen der auftreffenden Strömung und eine stromabwärts gewandte Mündung zum Fühlen der Niederdruekkompononte des zu messenden Differenzdrucks sind an erheblich zueinander versetzten Stellen, in Längsrichtung der Sonde gemessen, angeordnet. Die strom-

abwärts gewandte Mündung liegt nahe der Innenwand des die Fiuid-Strömung führenden Rohres. Die stromaufwärts gewandte Mündung liegt in einem zur Mittelachse des Rohres nicht definierten Lage im größeren Abstand von der Innenwand des Rohres. Die Sonde ist als Formkörper ausgebildet, der entlang seiner Längsachse einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Dieser Querschnitt ist in einer vor einer quer zur Ströniungsrichtung gedachten ideellen Ebene liegenden Hälfte in der Form einer halben Ellipse gestaltet. Die hintere Hälfte des , Querschnitts hat zwei von Scheitelendpunktcn der vorderen Hllipsenhälfte parallel zueinander nach hinten verlaufende seitliche Ränder gleicher Länge, die an ihren Endpunkt an die Endpunkte eines symmetrisch zu der Hauptachse der vorderen Ellipsenhälfte konvex verlaufenden bogenförmigen Randes stoßen. In Strömungsrichtung gesehen hat der Querschnitt der Sonde somit eine im vorderen Bereich elliptisch gewölbte, und im hinteren Bereich in parallele Seitenwände auslaufende stromaufwärts gewandte Fläche und eine konvex nach hinten gewölbte stromabwärts gewandte Fläche, die mit den parallelen Seitenwänden der stromaufwärts gewandten Fläche an scharfen, sich in Längsrichtung der Sonde erstreckenden Kanten zusammenstößt. Diese scharfen, sich in Längsrichtung erstreckenden Kanten befinden sich an den in Strömungsrichtung gesehen hintersten Stellen der parallel verlaufenden Seitenwände der stromaufwärts gewandten Fläche und somit an den hintersten Stellen der größten Breite der stromaufwärts gewandten Fläche. Bei diesem bekannten Staurohr-Durchflußmeßgerät wird nur ein Bruchteil des Querschnitts des die Fluid-Strömung führenden Rohres erfaßt, so daß bereits aus diesem Grund eine zuverlässige Messung des gesamten Durchflusses durch das Rohr nicht möglich ist. Bei dem bekannten Durchflußmeßgerät ist jedoch vor allem wegen der Gestaltung der Stausonde und insbesondere wegen deren Querschnittsform eine zuvt/lässige genaue Strömungsmessung mit reproduzierbarer Anzeige in einem für die Praxis erforderlichen weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten (Reynolds-Zahlen) nicht möglich. Bei dem bekannten Durchflußmeßgerät ist nämüch infolge des stetigen Übergangs des elliptischen Teils det stromaufwärts gewandten Fläche in die parallel zueinander verlaufenden Seitenwände der stromaufwärts gewandten Fläche der Beginn des Ablösens der Grenzschicht der die Sonde umströmenden Strömung zu beiden Seiten der Sonde nicht definier- und kontrollierbar. Es kann bei der Messung von Strömungen sowohl geschehen, daß die Grenzschicht sich zu beiden Seiten der Sonde an in Strömungsrichtung gesehen unterschiedliehen Stellen abzulösen beginnt. Es ist auch nicht genau kontrollierbar, an welchen Stellen in Strömungsrichtung gesehen sich die Grenzschicht bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit ablösen wird. Damit ist bei dem bekannten Durchflußmeßgerät das sich von den zu beiden Seiten der Sonde liegenden Stellen des Beginns der Grenzschichtablösung ausbildende »Totwassergebiet« in seine Form und Größe in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit der zu messenden Fluid-Strömung nicht bestimmbar und kontrollierbar. Damit ist aber auch der von der stromabwärts gewandten Mündung zum Fühlen der Niederdruckkomponente des zu messenden Differenzdrucks erfaßte Druck von den vorgenannten Unbestimmtheiten abhängig und somit kein exaktes, reproduzierbares, ausschließlich von der gegebenen Strömungsgeschwindigkeit abhängiges Maß. Insgesamt gesehen ist eine exakte, reproduzierbare Durchflußmessung über einen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten bei dem bekannten Staurohr-Durchflußmeßgerät nicht gewährleistet.

Aus der US-PS 35 81 565 ist ein Staurohrdurchflußmesser zum Messen von Differenzdrücken bekannt, der eine Sonde aufweist, die in den Fluidsirom in einem Rohr gebracht werden kann, wobei die Sonde eine stromaufwärts gerichtete kantenlose Fläche, auf die der Fluidstrom auftrifft, und eine stromabwärts gerichtete kantenlose Fläche aufweist, die stromabwärts von der zuerst genannten Fläche angeordnet ist und eine stromabwärtsgerichtete Mündung aufweist, um den Niederdruckanteil des gemessenen Differenzdruckes aufzunehmen.

Auch bei einem derartigen bekannten Durchflußmesser tritt die Schwierigkeit auf, daß sich der Strömungskorrekturkoeffizient stark mit der Strömungsgeschwindigkeit ändert, die am besten durch die Reynold'sche Zahl zu charakterisieren ist. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wird darüber hinaus durch freie Turbulenzen in der Strömung nachteilig beeinflußt. Eine detaillierte Analyse einer großen Anzahl von Arbeitsergebnissen hat gezeigt, daß der Grund für diese Schwierigkeit die Anordnung der Niederdruckmündung an der stromabwärtsliegenden Seite eines breiten Körpers mit kreisförmigem Querschnitt ist. Die Anordnung der Niederdruckmündung an dieser Steile hat jedoch andererseits bedeutende Vorteile, und zwar unter anderem, daß aufgrund der Tatsache, daß sie sich im Sog des breiten Körpers befindet, ein Druck unter dem örtlichen statischen Druck der freien Strömung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Staurohr-Durchflußmeßgerät der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau ein genaues und zuverlässiges Messen der Durchflußmenge in einer Strömungsleitung über einen großen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten in der Leitung ermöglicht, ohne daß bauliche Veränderungen oder Anpassungen erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sonde sich über den gesamten Durchmesser des die Strömung führenden Rohrs erstreckt, daß die stromaufwärts gewandte Fläche an beiden Seitenrändern je eine einzige Stelle größter Breite aufweist und daß die scharfen Kanten an diesen beiden einzigen Stellen der größten Breite der stromaufwärts gewandten Fläche angeordnet sind.

Mit der Sonde des erfindungsgemäßen Staurohr-Durchflußmeßgeräts wird der gesamte Querschnitt des die zu messende Fluidströmung führenden Rohres erfaßt, weil sich die Sonde über den gesamten Durchmesser des Rohres erstreckt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Strömungsmessung so durchzuführen, daß in der Praxis auftretende Strömungsunterschiede an radial entgegengesetzt liegenden Bereichen des Strömungsquerschnitts, bezogen auf die Rohrachse, erfaßt und in der Messung berücksichtigt werden. Bei der Sonde des erfindungsgemäßen Staurohr-Durchflußmeßgeräts liegen die scharfen Kanten, an denen die stromaufwärts gewandte Fläche und die stromabwärts gewandte Fläche der Sonde aneinanderstoßen, an den beiden einzigen Stellen der größten Breite der stromaufwärts gewandten Flache der Sonde. Diese scharfen Kanten bilden örtlich genau definierte b5 Stellen, an denen eine Ablösung der Strömung entlang der Sondenfläche zwangsweise bewirkt wird, und /war unabhängig von der jeweils gegebenen Strömungsgeschwindigkeit (Reynolds-Zahi) auch dann, wenn bei einem kantenlosen Übergang von der stromaufwärts gewandten Fläche in die stromabwärts gewandte Fläche der

Sonde eine Strömungsablösung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit erst an nicht genau definierbaren weiter stromabwärts liegenden Stellen erfolgen würde. Damit bildet sich bei dem erfindungsgemäßen Staurohr-Durchflußgerät unabhängig von der Geschwindigkeit der zu messenden Strömung stets ein an den scharfen Kanten an den beiden einzigen Stellen der größten Breite der Sonde beginnendes Soggebiet aus, in dem die stromabwärts gewandte Mündung in der stromabwärts gewandten Fläche der Sonde liegt. Hierdurch sind bei dem Abfühlen der Niederdruckkomponente des zu messenden Differenzdrucks stets definierte, von unkontrollierbaren Einflüssen befreite Bedingungen gegeben, die eine exakte und zuverlässige, reproduzierbare Druckmessung möglich machen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Durchflußmeßgeräts ist sichergestellt, daß unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Reynotds-Zahl der zu messenden ίο Strömung über einen großen Geschwindigkeitsbereich das Abreißen der Strömung stets gleichbleibend an den speziell vorgesehenen Abreißkanten erfolgt, so daß die Umströmungsverhältnisse an der Sonde, und insbesondere das Nachlaufströmungsgebiet hinter der Sonde in seiner Erstreckung konstant bleiben. Die Abreißkanten gewährleisten eine Stabilisierung der Nachlaufströmungsverhältnisse dadurch, daß sie verhindern, daß bei bestimmten Geschwindigkeiten ein Abreißen der Strömung unkontrollierbar wechselnd an unterschiedlichen Bereichen der Außenflächen der Sonden erfolgt, mit den sich dadurch einstellenden unkontrollierbaren Änderungen des Nachlaufströmungsgebiets (und dessen Dnickverhältnissen). Bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät wird die Strömung gezwungen, an den erfindungsgemäß an den beiden einzigen Stellen der größten Breite der stromaufwärts gewandten Flächen vorgesehenen Kanten abzureißen und hinter den Kanten ein in seiner Konfiguration und Erstreckung unabhängig von der Geschwindigkeit der Strömung gleichbleibendes Nachlaufströmungsgebiet zu bilden. Auf diese Weise sind mit dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät präzise und in ihrem Ergebnis reproduzierbare Messungen über einen großen Geschwindigkeitsbereich möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Siaurohr-Durchflußmeßgeräts ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1,2 und 3 in perspektivischen Ansichten und im gleichen Maßstab drei verschiedene Ausführungsbeispie-Ie des erfindungsgemäßen Staurohrdurchflußmeßgeräts,

F i g. 4,5 und 6 Schnittansichten längs der Linien 4-4, 5-5 und 6-6 in F i g. 1 bzw. F i g. 2 bzw. F i g. 3,

Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgeräts in einem etwas geringeren Maßstab, wobei einige Teile weggebrochen sind, um den inneren Aufbau freizulegen,

F i g. 8 eine Schnittansicht längs der Linie 8-8 in F i g. 7,

Fig. 9 eine zur Hälfte als Schnittansicht ausgebildete Teilansicht im selben Maßstab wie in Fig. 7 des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 7 in dem in ein Rohr eingebauten Zustand.

Was die in den Fig. 1,2,3.7 und 9 und in der US-PS 35 81 565 dargestellten Durchflußmesser anbetrifft, so ist jeder mit einer Sonde versehen, die mit 10,4 — C und M bezeichnet wird und dann, wenn sie benutzt wird, zusammen mit einem gewissen äußeren Aufbau 14 im Inneren eines Rohrs oder einer Leitung 12 aufgenommen ist, wie es in F i g. 9 dargestellt ist. Dieser äußere Aufbau dient lediglich dazu, die beiden Fluiddruckwerte, die im Inneren des Rohres aufgrund der Fluidströmung darin gemessen werden, einem geeigneten Meß- oder Aufzeichnungsgerät zuzuführen, daß sich außerhalb des Rohres befindet.

Die Kiel- bzw. Aufpraii-Körper \%A — C und M weisen siromaufwärtsgerichtete Mündungen J6 auf, die so angeordnet sind, daß sie symmetrisch zu der Achse der Leitung 12 liegen, wenn die Sonde im Inneren der Leitung 12 installiert ist. wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Ein interpolierendes Rohr 20 befindet sich im Inneren des kielartigen- bzw. Aufprallkörpers 18Λ — C und M, der natürlich hohl ist. Dieses interpolierende Rohr 20 weist eine siromaufwärtsgerichtete abgeschirmte Mündung 22 auf, die sich annähernd an der Achse des Rohres 12 befindet, wenn die Sonde in der in F i g. 9 dargestellten Weise eingebaut ist. Die Mündung 22 des interpolierenden Rohres 20 arbeitet mit den stromaufwärtsgerichteten Mündungen 16 im Körper 18/4 —Cund Λ/so zusammen, daß der durch die Mündungen 16 aufgenommene Fluiddruck quer über das ganze Strömungsprofil im Rohr

so 12gemittelt wird. Insofern arbeitet der Körper 12/4 —Cund Mmit seinen stromaufwärtsgeriehteten Mündungen und dem interpolierenden Rohr als sogenannte Staudrucksonde, die den mittleren Druck des darfiberströmenden Fluids aufnimmt. Wie es aus den Fig. !, 4, 5, 6. 7 und 8 ersirhilirh ist. weisen alle dargestellten Sonden ein interpolierendes Rohr 20 auf. Nicht dargestellte innere Kanäle verbinden das interpolierende Rohr 20 mit einem Rohr 20,4, das einen Teil des äußeren Aufbaus 14 bildet. Jeder der dargestellten verschiedenen Duchflußmesser

weist gleichfalls ein Niederdruckrohr 24 auf. Dieses Rohr 24 ist mit einer stromabwärtsgerichteten öffnung 26 versehen, die sich gleichfalls auf der Rohrachse befindet, wenn der Durchflußmesser in der in F i g. 9 dargestellten Weise eingebaut ist. Bei den in den F i g. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich dieses Rohr 24 im Inneren des hohlen kielartigen Körpers 184 —C, wobei die Niederdruckmündung 26 so angeordnet ist, daß sie in einer Linie zu einem Durchlaß 28 im kielartigen Körper 18Λ—C ausgerichtet ist, der stromabwärts mündet. Wie das interpolierende Rohr 20 steht das Niederdruckrohr 24 mit einer äußeren Rohrleitung 24.4 über nicht dargestellte innere Kanäle in Verbindung.

Das in den F i g. 7, 8 und 9 dargestellte Ausführungsbeispiel ist speziell für Rohre mit kleinen Durchmessern ausgelegt, bei denen große, kielartige Körper der anderen Ausführungsbeispiele die hindurchgehende Strömung wesentlich behindern würden. Durch die Anordnung des Niederdruckrohres 24 außerhalb des Staudrucksonden-Körpers kann dessen Größe beträchtlich verringert werden. Wie es in den Fig. 7 und 9 dargestellt ist, ist das Niederdruckrohr 24 viel kleiner als das in Strömungsrichtung davoriiegende Staudrucksonden-Rohr und liegt stromabwärts von dem vorderen Rohr, so daß es dahinter abgeschirmt ist. An der Stelle, an der sich die stromabwärtsgerichtete Niederdruckmündung 26 befindet, ist eine die Strömung ablenkende Einrichtung 32

angeordnet, die genau dieselbe kontrollierte Funktion der Strömungsablenkung, wie die geformten, kielarügen Körper 18/1,18Bund 18Cderin den Fig. 1,2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele erfüllt, und Abreißkanten 36 aufweist, deren Abstand voneinander größer ist als der Durchmesser des davorliegenden Staudrucksonden-Rohrs.

Bei jedem der dargestellten Aiislüniungsbeispiele sind zwei Abreißkanten 36 im Abstand voneinander an den -, gegenüberliegenden Seiten d:;i stromabwärtsgerichteten Mündung 26 des Niedcrdruckrohres 24 und stromaufwärts von der Mündung ?o vorgesehen, wobei die Kanten 36 von der Mündung 26 durch die stromabwärtsgerichteten scharfkonvergenten Flächen 38 getrennt sind. Die stromaufwärtsgerichteten Auftreffflächen 42M, 42Ai' in Fig. 1,405in Fig. 2 und 4OMin Fig. 3,die sich stromaufwärts von den Kanten 36 befinden, haben eine wesentlich geringere Bedeutung als die Kanten 36, vorausgesetzt, daß sie die Strömung in etwa gleiche Teile to teilen und die eine Hälfte der Strömung seitlich im Mittel quer über eine scharfe Kante fließen lassen, während die andere Hälfte der Strömung quer über die andere scharfe Kante fließt. Diese Auftreffflächen sollten daher symmetrisch zu einer Ebene sein, die durch die Rohrachse und die Sondenachse bestimmt ist, wenn der Durchflußmesser in der in F i g. 9 dargestellten Weise eingesetzt ist.

Die F i g. 2 und 5 zeigen die einfachste Form derartiger Flächen, nämlich eine einzige planare Fläche 40ß am kielartigen Körper 18ß der Sonde 10ß, die senkrecht zur Strömung angeordnet ist. Unter der Anzahl der dargestellten Flächen ist die in den Fig.2 und 5 dargestellte Fläche aufgrund des geringen Innenquerschnitts, der für die inneren Rohrleitungen zur Verfügung steht, am schwierigsten herzustellen. f|

Eine bessere Teilung der Strömung kann bei Verwendung von zwei entgegengesetzt geneigten Flächen 42M' Js

bzw. 4OM erreicht werden, wie es in F i g. 1 und 4 bzw. 3 und 6 dargestellt ist, wobei diese Flächen so zusammen- 20 ;|

arbeiten, daß sie die Strömung unterteilen und annähernd die Hälfte der Strömung über jede der beiden Flächen ;

mit scharfer Kontur ablenken. Die Flächen 40M in F i g. 3 und 6 schneiden einander in Form einer scharfen ||

Führungskante 42, während sich die Flächen 42M' in F i g. 1 und 4 in Form einer abgestumpften Kante 42M g

schneiden. §f

Die Flächen 40/V der Strömungsablenkeinrichtung 32 der Sonde 1OM in den F i g. 7 bis 9 sind etwas stärker geneigt als die entsprechenden Flächen in F i g. 1,3 < und 6. die etwa im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die Führungskante der Ablenkeinrichtung 32 ist durch den Aufpnill-Körper 18M stromaufwärts von der Ablenkeinrichtung 32 abgeschirmt, so daß sie aus diesem Grunde nur geringe funktioneile Bedeutung hat. Wie es in den F i g. 7 bis 9 dargestellt ist, ist die stromaufwärtsgerichtete Auftrefffläche 40/V eine zusammengesetzte Fläche aus den beiden zylindrischen Flächen des Aufprall-Körpers 18M und den divergent verlaufenden planaren Flächen der Slrömungsablenkeinrichtung 32, die sich stromaufwärts von den scharfen Kanten 36 befinden. In jedem Fall besteht die Fläche 4ON aus symmetrischen Teilflächen, die so zusammenarbeiten, daß sie die Strömung nahezu in gleiche Teile teilen und die Hälfte der Strömung zu den scharfen Kanten 36 leiten.

Eine konvex abgerundete Fläche, die zu den scharfen Kanten 36 führt, ist zu vermeiden, da derartige Flächen unter der Vielzahl der verschiedenen Strömungsverhältnisse keine klare Abrißkante liefern, an der die Grenzschicht gezwungen wird, die Fläche der Sonde zu verlassen. Konkave, divergent gekrümmte und stromaufwärtsgerichtete Auftreffflächen, die zu den Flächen mit scharfer Kontur führen, lielern insoweit zufriedenstellende Ergebnisse, als sie eine gut definierte Kante bilden, an der unter verschiedenen Strömungsverhältnissen die Grenzschicht genau abreißt. Diese Flächen machen jedoch die Herstellung der Sonde komplizierter, ohne daß Vorteile gegenüber den entgegengesetzt geneigten planaren Flächen erhalten werden.

Die scharfen Kanten 36, die im Abstand auf den gegenüberliegenden Seiten der stromabwärtsgerichteten Niederdruckmündung 26 vorgesehen sind, sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie die herumführende Strömung ablenken und gleichzeitig die Stelle festlegen, an der die Grenzschichtablösung auftritt. In jedem Fall sind diese Kanten relativ scharf. Es hat sich herausgestellt, daß derartige Kanten die Grenzschicht zwingen, von den Seiten der Sonde selbst dann an einer genauen Stelle abzureißen, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeiten, die Eigenschaften des Fluids oder andere Faktoren stark ändern. Irgendeine merkliche Abrundung dieser scharfen Abreißkanten 36 führt dazu, daß sich die Stelle, an der sich die Grenzschicht von der Sonde abspaltet, um eine derartige, gekrümmte Fläche in Abhängigkeit von der Reynold'schen Zahl bewegt, was zu starken L'ngenauigkeiten führt, die durch die vorliegende Erfindung ausgeschlossen werden sollen.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen die beiden scharfen Abreißkanten 36 im wesentlichen koplanar. parallel zueinander und senkrecht zur Strömung und liegen im gleichen Abstand auf den gegenüberliegenden Seiten der Rohrachse, wenn die Sonde eingebaut ist. Obwohl derartige Verhältnisse wünschenswert sind, sind sie nicht von besonders ausschlaggebender Bedeutung, obwohl andere Arbeitskennwerte der Sonde nachteilig beeinflußt werden können und werden, wenn diese Verhältnisse nicht eingehalten werden. Das heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn eine der Abreißkante 36 sich näher als die andere an der Seite des Rohrs befindet, die Sonde selbst nicht diametral angeordr-it ist und daher nicht den wirklichen Querschnitt der Strömung erfaßt.

Wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, stellen den die scharfen Kanten 36 die Führungskanten oder die stromaufwärtsliegenden Kanten von zwei entgegengeset.a gerichteten und im wesentlichen parallel verlaufenden ebenen Flächen 44 beträchtlicher Breite dar. Die scharfen Kanten 36 befinden sich tatsächlich dort, wo die bo Grenzschichtabspaltung auftritt, und weder die Flächen 44 noch die stromabwärtsliegenden Kanten 46 an den Verbindungsstellen zwischen diesen ebenen Flächen 44 und den scharfkonvergent verlaufenden stromabwärtsgerichteten Flächen 3SA wirken dabei störend, vorausgesetzt, daß diese ebenen Flächen 44 ausreichend schmal gehalten werden, so daß sie immer im Soggebiet des Fluids bleiben, das an der Sonde vorbeiströmt. Das heißt, mit anderen Worten, daß weder die Form noch die Stelle der Anordnung irgendeiner Sondenfläche stromabwärts von den scharfen Kanten 36 irgendeinen Einfluß haben, solange diese Fläche über den gesamten Bereich der Strömungsverhältnisse, unter denen der Durchflußrriesser Messungen ausführen soll, im Soggebiet des Fluides bleibt, das an der Sonde vorbeiströmt. Das trifft nicht nur auf die ebenen Flächen 44, sondern auch auf die

stromabwärtsgeriehietcn konvergenten Flächen 38/4 zu, da dann, wenn die Fluidströmung sich wieder an eine Sondenfläche stromabwärts von den scharfen Abreißkanten 36 anlegen kann, die erwünschte Stabilität im Druck, der an der stromabwärtsgerichteien Niederdruckmündung aufgenommen wird, verlorengeht, es sei denn, daß, wie es anhand der Fig. 7. 8 und 9 beschrieben wird, andere scharfe Abreißkanten mit scharfer Kontur stromabwärts jedoch immer noch stromaufwärts von der Niederdruckmündung vorgesehen sind. Ebene Flächen mit einer Breite von 0,48 cm bereiten bei Durchflußmessern, wie sie in F i g. 1 bis 6 dargestellt sind, und die zur Verwendung in Rohren mit großen Durchmessern ausgelegt sind, keine Schwierigkeiten.

Wie es in den F i g. 4. 5, 6 dargestellt ist. verläuft jedes Paar von stromabwärtsgewandten Flächen 38,4. ßoder C ziemlich scharf konvergent, wobei die Flächen 38.4 und 38C der Sonden 1OA und IOC (F i g. 4 und 6) etwas

ίο stärker als die Flächen 38ßder Sonde 10ß(F ig. 5)geneigt sind. Die Flächen 38.4, 38ßund 38C umfassen jeweils Teile ihrer jeweiligen kielartigen Körper 18A 18ß und 18C, während die analogen konvergenten Flächen 38Λ/ der in F i g. 8 dargestellten Sonde 1OM einen Teil der Ablenkeinrichtung 32 und nicht einen Teil des kielartigen Körpers 18M umfassen, obwohl sie den zuerst genannten Flächen in ihrer Funktion, ihrem Zweck und ihrer Wirkung gleich sind, indem sie nämlich ausschließen, daß es irgendeine Fläche stromabwärts von den scharfen Abreißkanten 36 gibt, an der sich über den Bereich der Strömungsverhältnisse, für den der Durchflußmesser ausgelegt ist, die Grenzschicht wieder anlegen kann. Noch mehr als im Fall der stromaufwärtsgerichteten Auftreffflächen 42M' —42 M, 40ß, 4OM, 40/Vist die spezielle Form dieser stromabwhrtsgerichteten Flächen ohne Bedeutung, da die einzige Bedingung darin besteht, daß sie über den gesamten Bereich der Strömungsverhältnisse. in dem der Durchflußmesser eingesetzt werden soll, im Bereich des Soges des Fluides bleiben, das um die Sonde strömt. Die speziellen dargestellten Flächen sind alle planar und symmetrisch bezüglich einer Ebene, die parallel zur Fluidströmung verläuft und die Niederdruckmündung enthält, da derartige Flächen am leichtesten auszubilden sind, und nichts dafür spricht, diese Flächen in anderer Form komplizierter auszubilden oder einer Fläche eine andere Form als ihrer zugehörigen Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Niederdruckmündung zu geben.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Sonde ist die oben beschriebene spezielle Formgebung im mittleren Teil vorhanden, der bei jedem Durchflußmesser mit Γ bezeichnet ist. In diesem mittleren Teil befindet sich natürlich die Niederdruckmündung 26, um die die Strömung geleitet werden muß. Bei den Ausführungsbeispielen, die in F i g. 2 und 3 dargestellt sind, ist die spezielle Formgebung auf diesen mittleren Teil beschränkt, während die oberen und unteren Endabschnitte UEund Z-Ejeweils zylindrisch bleiben. Davon unterscheidet sich das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel andererseits dadurch, daß der obere Endabschnitt U sowie der untere Endabschnitt L genau dieselbe spezielle Formgebung wie der mittlere Abschnitt Chaben. Der zylindrische Abschnitt X bei allen vier Ausführungsbeispielen befindet sich außerhalb des Rohres, wie es in F i g. 9 dargestellt ist, so daß er keinen Einfluß auf das im Rohr strömende Fluid hat.

Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der mittlere Abschnitt einen Teil der Ablenkeinrichtung 32 und nicht den Körper 18Af, der über seine gesamte Länge zylindrisch bleibt. Dennoch hat der mittlere Teil im wesentlichen dieselbe Wirkung wie die mittleren Abschnitte Γ der in den Fig. 1. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele für große Rohre.

Eine Sonde, die die spezielle Formgebung im mittleren Abschnitt auch am oberen und unteren Endabschnitt aufweist, wie es in Fig. I dargestellt ist, arbeitet insgesamt etwas besser, obwohl diese Ausbildung nicht von besonderer Bedeutung ist. Es hat sich andererseits herausgestellt, daß dann, wenn die Flächen mit spezieller Kontur zu kurz vor dem am nächsten liegenden Paar von Auftreffmündungen 16 enden, das Funktionsverhaltcn sich außerordentlich stark verschlechtert. Das in F i g. 7 dargestellte, für kleine Rohre gedachte Ausführungsbeispiei hat seine speziellen Anwendungsmögiichkeiien, und für die Anwendung bei großen Rohren hat das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, wenn überhaupt, einen geringen Vorteil gegenüber dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, insbesondere dann, wenn die spezielle Formgebung des mittleren Abschnittes von F i g. 3 auf die beiden Endabschnittc der Sonde übertragen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Staurohr-Durchflußmeßgerät zum Messen des Differenzdruckes der Fluid-Strömung in einem Rohr, mit einer langgestreckten, sich mit ihrer Längsachse quer zur Strömung erstreckenden Sonde, welche eine

stromaufwärts gewandte, im senkrecht zur Längsachse verlaufenden Schnitt symmetrische Fache, auf welche die Strömung auftrifft, mit mindestens einer Mündung zum Fühlen des Druckes der auftreffenden Strömung, sowie eine stromabwärts gewandte Flpche. die eine stromabwärts gewandte Mündung zum Fühlen der Niederdruck-Komponente des zu messenden Differenzdruckes enthält, aufweist, wobei die stromaufwärts gewandte Fläche und die stromabwärts gewandte Fläche an beiden Seitenrändern an Stellen der größten Breite dieser Flächen zumindest im Bereich der stromabwärts gewandten Mündung an scharfen, sich in Längsrichtung der Sonde ersireckenden Kanten aneinandergrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (10/4 bzw. 10ß bzw. 1OQ sich über den gesamten Durchmesser des die Strömung führenden Rohrs (12) erstreckt, daß die stromaufwärts gewandte Fläche (42M'—42M bzw. 405 bzw. 4OM bzw. 40N) an beiden Seitenrändern je eine einzige Stelle größter Breite aufweist und daß die scharfen Kanten

(36) an diesen beiden einzigen Stellen der größten Breite der stromaufwärts gewandten Fläche (42Af-42M bzw. 4OB bzw. 4OM bzw. 40N) angeordnet sind.

2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfen Kanten (36) parallel zueinander und zu der Achse der Sonde (10/4 bzw. 1OS bzw. IOCbzw. tOM) verlaufen.

3. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfen Kanten (36) über die gesamte Länge der Sonde (\0A) verlaufen.

4. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärts gewandte Mündung (26) sich in der Mitte zwischen den Enden der Sonde befindet, wobei die scharfen Kanten (36) auf den mittleren Teil (C)der Sonde (10ß bzw. IOCbzw. 10M)beschränkt sind, der die Mündung (26) enthält.

5. Durchflußmeßgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts gewandte Fläche (40ß^eben ist.

6. Durchflußmeßgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts gewandte Fläche (42M—42M bzw. 4OM bzw. 40 N) im Transversalschnitt V-förmig ist.

7. Durchflußmeßgerät nach mindestens einen- der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärts gewandte Fläche (38/4 bzw. 38ßbzw. 38Cb/w. ~MM) im Transversalschnitt V-förmig ist.