DE3002712C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der US-PS 37 59 098 beschrieben und dargestellt. Bei der bekannten Ausgestal­ tung erstreckt sich die Blende unmittelbar von der Innenwandung der Leitung radial einwärts. Hierdurch ist nicht nur ein verhältnismäßig großer Strömungswider­ stand vorgegeben, sondern für die Bestimmung des Durchflus­ ses wird auch nur die Peripherie der Fluidströmung herangezogen. Letzteres führt zu ungenauen Ergebnissen, weil zum einen die Strömung in der Randzone durch Reibungs­ widerstand an der Innenwandung der Leitung gehemmt ist und zum anderen Strömungsunterschiede im mittleren Bereich der Leitung auch nicht annähernd berücksichtigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß eine genauere Bestimmung der durchschnittlichen Strömung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 enthaltenen Kennzeichnungsmerkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist wesentlich, daß zusätzlich zur Blendenöffnung ein Durchlaßbereich an der Peripherie der Blende vorhanden ist. Hierdurch wird die Zone, in der die Vorrichtung wirksam ist, wesentlich radial einwärts verlagert, so daß strömungsge­ hemmte Randzonen der Strömung kaum Einfluß auf die Bestimmung nehmen, dagegen der mittlere Strömungsbereich um so mehr erfaßt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung läßt sich auch bei turbulenter Strömung eine hohe Meßgenauigkeit erzielen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich deshalb auch für Leitungen unterschiedlicher Querschnitte, z. B. solchen für Ventila­ tions- und Klimaanlagen, in denen mit beträchtlichen Strömungsturbulenzen zu rechnen ist. Dabei läßt sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung sowohl bei geringen als auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten einsetzen. Der Strömungswiderstand, der durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung verursacht wird, ist verhältnismäßig klein, im Vergleich zur anstehenden Druckdifferenz, die von der Vorrichtung ausgenutzt wird.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich nicht nur zur Bestimmung der Durchflußmengen von Gasen, sondern auch der von Flüssigkeiten, und sie läßt sich auch bei wechselnder Strömungsrichtung einsetzen.

Aus US-PS 40 08 611 ist zwar schon eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses eines Fluids in einer Leitung mit einem ringförmigen Durchlaßbereich zwischen der Innenwandung der Leitung und einer Blende bekannt, jedoch handelt es sich in diesem Fall um keine Ringblende, und es sind auch keine Rohrschleifen vorhanden. Wie schon bei der Ausgestaltung gemäß US-PS 37 59 098 ist auch bei dieser Ausgestaltung eine Einflußnahme auf von der Innenwandung der Leitung radial einwärts entfernt liegende Strömungsbereiche nicht möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen axialen Querschnitt einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie sie in einer Luftleitung angebracht ist.

Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung der Aus­ führungsform nach Fig. 1, gesehen in Strömungsrichtung.

Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines andere Ausführungsbeispiels wie es in einer Leitung mit rechteckigem Querschnitt zu verwenden ist.

Fig. 4 zeigt Einzelheiten im Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 5 bis 7 zeigen Querschnitte mit verschiedenen Anordnungen der Rohre in einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 8 bis 12 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist die Vorrichtung eine ringförmige Platte in Form einer Blende 10 und ringförmige Rohre 12 in einer Leitung 16 auf, wobei an jeder Seite der Blende 10 ein Rohr 12 angeordnet ist. Die Rohre 12 und die Blende 10 befinden sich in koaxialer Anordnung in der Leitung 16. Von jedem Rohr 12 zweigt radial auswärts ein Anschlußrohr 15 ab, die die Wand der Leitung nach außen durchfassen und mit auf Druck anspre­ chenden Einrichtungen (nicht dargestellt) verbunden sind. Eine solche auf Druck ansprechende Einrichtung kann z. B. ein Manometer sein, wie es in der US-Patentschrift 37 59 098 beschrieben ist.

Die Rohre 12 weisen vorzugsweise Löcher 13 mit kleinem Durchmesser auf. Die Löcher 13 sind im wesentlichen senkrecht zur Flußrichtung F, also radial, ausgerichtet. Mit Hilfe der Löcher 13 ist die Druckdifferenz Δ p festzustellen, die infolge des Strömungswiderstandes im Bereich der Blende 10 auftritt.

Der mittlere Durchmesser c der ringförmigen Rohre 12 und der Blende 10 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser d der Leitung 16. Diese Abmessung d ist wesentlich größer als der äußere Durchmesser b der Blende 10. Damit ergibt sich zwischen der Innenwandung der Leitung 16 und der Blende 10 ein ringförmiger Zwischenraum B, durch den hindurch ein Teil des in der Leitung 16 vorhandenen Mediums strömt. Der andere Teil strömt durch die Blendenöffnung A mit einem Durchmesser a. Die oben angegebenen Abmessungen a, b, c und d sind so gewählt, daß eine maximale Meßgenauigkeit bei den verschiedenen Meßbedingungen zu erhalten ist. Als Beispiel für eine passende Dimensionierung für eine Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 sei ein Verhältnis von d/c ≈ 1,3 angegeben.

Entsprechend der Fig. 3 befindet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Leitung 16′ mit rechteckigem Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform dient eine rechteckige Blende 10′ als Strömungswiderstand. Die Blendenöffnung, der Zwischenraum, die Rohre und die Leitung sind hier mit A′, B′, 12′ und 16′ bezeichnet.

Die Rohre 12′ befinden sich wie bei dem vorbeschrie­ benen Ausführungsbeispiel auf beiden Seiten der Blende 10′, die hier trotz ihrer rechteckigen Form ebenfalls als ringförmige Platte bezeichnet ist. Die Rohre 12′ haben auf der jeweils äußeren und inneren Seite die schon oben erwähnten Löcher 13 mit denen eine Druckdifferenz Δ p zu messen ist, die in der rechteckigen Leitung 16′ auftritt.

Für die Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Fig. 1, 2 und 3 lassen sich charakteristische Ungleichungen angeben:

• 1 d/c 3 und 1 d′/c′ 3,

worin das bevorzugte Ausführungsbeispiel mit d/c ≈ 1,3 ent­ halten ist.

In Fig. 3 ist eine Dimensionierung angegeben, die derjenigen der Fig. 1 entspricht. Die Dimensionierungen a, b, c und d geben die waagerechten Abmessungen der rechteckigen Platte wieder. Die Abmessungen a′, b′, c′ und d′ entsprechen den dazu vertikalen Dimensionierungen. Entsprechend Fig. 3 sind die Wände der Leitung 16′ und die Blende 10′ koaxial zueinander angeordnet.

Entsprechend Fig. 4 sind zwei Rohre 12′ auf der Blende 10 befestigt. Die Befestigung ist mit Hilfe von aus der Blende 10 ausgebogenen Zungen bzw. Lappen 20 ausgeführt. Diese Lappen bzw. Zun­ gen 20 sind durch Durchbrechen oder Ausstanzen der Blende 10 gebildet. Die Zungen bzw. Lappen greifen in oder über Halter bzw. Füße 17 (siehe auch Darstellung der Fig. 4), die an den Innenseiten der Rohrschleifen 12 ausgebildet sind. Die Seitenflächen 18 der Rohre, die diesen Haltern 17 gegen­ überliegen, sind eben bzw. abgeflacht. Die Rohre haben Löcher 13 mit geringem Durchmesser, wie dies oben beschrieben wurde.

Das Profil der Rohre 12′ nach Fig. 4 und die Befestigungsweise sind spezielle vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Entsprechend der Fig. 5 sind die beiden Rohre 12 in einem Abstand e von der Blende 10 entfernt posi­ tioniert. Sie hat ein gerades Profil. Der Abstand e beträgt z. B. 30 bis 150% des äußeren Durchmessers des Rohres 12. In der Darstellung der Fig. 5 beträgt der Abstand 3 50% des äußeren Durchmessers des Rohres 12. Die Löcher 13 sind in beiden Rohren 12 aufeinander zu und auf die Blende 10 hin gerichtet. Bei einer solchen Ausführungsform läßt sich eine sehr gute und genaue Druckdifferenzmessung zwischen den Rohren erreichen.

Entsprechend Fig. 6 ist das eine Rohr 12 in einem Abstand e in Flußrichtung F von der Blende 10 entfernt angeordnet. Das zweite Rohr 12 dagegen befindet sich auf oder nahe der Blende 10. Bei einer solchen Ausführungsform sind die Löcher 13 in beiden Rohren 12 so angeordnet, daß ihre Öffnungen im wesentlichen in Flußrichtung F zeigen.

Entsprechend Fig. 7 ist die Anornung der beiden Rohre 12 und die Anordnung der Löcher 13 in dem ersten Rohr, und zwar jeweils bezogen auf die Blende 10, so wie bei Fig. 6. Die Löcher 13 des zweiten Rohrs 12 sind dagegen so angeordnet, daß sie im wesentlichen in Richtung quer zur Strömungsrichtung F weisen.

Es sei darauf hingewiesen, daß zusätzlich zu der Positionie­ rung der Rohre 12 und/oder der in den Rohren befindlichen Löcher 13 oder Schlitze die Meßgenauigkeit durch Veränderung des Profils der Blende 10 in jeweils geeignete Weise beeinflußt bzw. verbessert weden kann. In diesem Sinne vorteilhafte Blendenprofile zeigen die Fig. 8 bis 12.

In Fig. 8 ist eine Konstruktion gezeigt, bei er die äußere Kante der Blende mit einem axialen Kragen versehen ist.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der die innere Kante der Blende einen axialen Kragen hat.

Fig. 10 zeigt einen Aufbau mit sowohl am inneren Rand als auch am äußeren Rand vorhandenen axialen Kragen.

Die in Fig. 11 wiedergegebene Ausführungsform hat zwei zueinan­ der koaxiale Sicken mit runden Profilen. Die Blende nach Fig. 12 hat ein vollständig gewölbtes Profil, und zwar derart. daß dieses Profil einem Kreisbogen, z. B. einem Halb­ kreis entspricht.

Beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weisen die Rohre 12 Löcher 13 mit kleinem Durchmesser auf. Anstelle von Löchern können aber auch irgendwie anders geformte Öffnungen vorgesehen sein, wie z. B. eine oder mehrere Schlitze oder Löcher, die ver­ schieden großen Querschnitt haben.

Es sei des weiteren darauf hingewiesen, daß auch das zweite Rohr 12 (gesehen in Fluß­ richtung F) in einem Abstand von der Blende 10 angebracht sein kann, wohingegen das erste Rohr 12 sich auf oder nahe der Blende 10 befindet.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann bei verschie­ denen Leitungsquerschnitten verwendet werden, sogar bei solchen Querschnitten, bei denen die Leitungswände aus einer Kombination von ebenen bzw. flachen und von gewölbten Ober­ flächen bestehen.

Es ist ebenfalls möglich, mehrere als nur eine wie oben beschriebene Kombination aus Rohren und Blende zu verwenden, wobei solche Kombinationen eine Ausgestaltung haben können, die von der oben als bevorzugt beschriebene Ausfüh­ rung mit geschlossener Rohrschleife verschieden ist. Bei einer solchen Ausgestaltung sind zwei oder mehrere koaxiale Blenden vorgesehen, die eine Form entsprechend dem Querschnitt der Leitung und Paare von Rohren 12 aufweisen, derart, daß zusätzlich zu einem äußeren ring­ förmigen Zwischenraum B weitere Zwischenräume zwischen den einander koaxialen Blenden vorgesehen sind.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses eines Fluids in einer Leitung, mit einer koaxial in der Leitung angeordneten Blende, deren Mittenbereich die Blendenöffnung aufweist, mit wenigstens zwei Rohrschleifen, die koaxial zu der Blende jeweils auf den einander gegenüberliegenden Seiten dieser Blende angebracht sind, und diese Rohrschleifen eine Anzahl von Öffnungen kleinen Durchmessers zur Feststellung des jeweiligen Druckwertes aufweisen, mit Einrichtungen, die mit den Rohrschleifen verbunden sind und mit denen der Differenzdruck zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Blende und daraus der Durchfluß bestimmbar ist, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Durchlaßbereich (B) zwischen dem äußeren Umfang der Blende (10, 10′) und der Innenwandung der Leitung (16).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querausdehnungen der Rohrschleifen (12, 12′) zwischen dem Durchmesser der Blendenöffnung und dem äußeren Durchmesser der Blende (10, 10′) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der mittlere Durchmesser (c) der Rohrschleifen (12, 12′) gleich dem Mittelwert aus dem Durchmesser der Blendenöffnung und dem äußeren Durchmesser der Blende (10, 10′) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rohrschleife (12, 12′) auf der einen Seite der Blende (10, 10′) in einem Abstand von letzterer angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Blende (10, 10′) jeweils wenigstens eine Rohrschleife (12, 12′) in einem Abstand von letzterer angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand 30% bis 150% vorzugsweise 50% des Durchmessers der Rohre beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rohrschleife (12, 12′) radial gerichtete Öffnungen (13) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rohrschleife (12, 12′) Öffnungen (13) aufweist, die auf die Blende (10, 10′) gerichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rohrschleife (12, 12′) Öffnungen (13) aufweist, die im wesentlichen in Flußrichtung (F) gerichtet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (10, 10′) an ihrer Außenkante einen axialen Kragen aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (10, 10′) an ihrer Innenkante einen axialen Kragen aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (10, 10′) zwei zueinander koaxiale Sicken runden Profils aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende ein gewölbtes Profil aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschleifen (12, 12′ ) durch aus der Blende (10, 10′) herausgebogene Zungen (20), die Füße (17) an den Rohrschleifen (12, 12′) hintergreifen, an der Blende (10, 10′) befestigt sind.