DE3513037A1

DE3513037A1 - Einrichtung zum messen des massendurchsatzes eines in einem kanal bewegten fluids

Info

Publication number: DE3513037A1
Application number: DE19853513037
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Craemer; Josef Dipl.-Ing. 5000 Köln Lambrecht; Ralf Dipl.-Ing. 4630 Bochum Wehrlein
Original assignee: Interatom 5060 Bergisch Gladbach GmbH; Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1986-10-30
Also published as: US4780834A; JPS61237016A

Description

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INTERATOM GmbH 24-789.2 5060 Bergisch Gladbach 1

Einrichtung zum Messen des Massendurchsatzes eines in einem Kanal bewegten Fluids

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des 1. Anspruches, wobei der Begriff "Arbeitsmaschine" in Übereinstimmung mit der internationalen Patentklassifikation so zu verstehen ist, daß er sowohl die im alltäglichen Sprachgebrauch als "Pumpen" bezeichneten Geräte zur Umwälzung von Flüssigkeiten als auch die sonst als "Gebläse" bezeichneten Geräte zur Umwälzung von Gasen umfaßt. Das Verfahren ist grundsätzlich auf alle Arten von Fluiden und auf eine Vielzahl von Maschinen oder Anlagen anwendbar, wird jedoch im folgenden an einem praktischen Anwendungsfall beschrieben, und zwar am Beispiel eines gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktors, wie er beispielsweise in der EP-B-O 036 166 beschrieben worden ist.

Eine der wichtigsten Größen, die zur überwachung und Regelung eines solchen Reaktors (wie auch vieler anderer Anlagen) verwendet wird, ist der Massendurchsatz des Kühlmittels. Bei Verwendung herkömmlicher Meßeinrichtungen für diesen Zweck sind z. B. Blenden in dem Fluidstrom anzuordnen, die einen zusätzlichen Druckverlust hervorrufen oder es sind vor und hinter den Meßgeräten längere Ein- und Auslaufstrecken erforderlich; solche Einrichtungen konnten bei dem genannten Kernreaktor mit Rücksicht auf die erstrebte Wirtschaftlichkeit, die Zugänglichkeit und die beengten Platzverhältnisse nicht realisiert werden.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung, die eine Messung des Massendurchsatzes erlaubt, ohne auf derartige Hilfsmittel zurückgreifen zu müssen und das ohne Änderungen auch bei verschiedenen Systemdrücken einsetzbar ist. Im speziellen Falle des angesprochenen Hochtemperaturkernreaktors sollte darüber hinaus der größtmögliche Gebrauch von bereits aus anderen Gründen vorhandenen Meßeinrichtung gebracht werden, so daß der zusätzliche Aufwand auf eine Schaltung zur Auswertung der bereits vorliegenden Meßwerte beschränkt werden konnte.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Mittel.

Es genügt, lediglich vier Prozeßvariable kontinuierlich zu messen, nämlich den auf der Saugseite der Arbeitsmaschine anstehenden Druck, die über dieselbe entstehende Druckdifferenz, die Fluidtemperatur auf der Saugseite der Arbeitsmaschine sowie deren Drehzahl. Das Kennfeld der Arbeitsmaschine liegt üblicherweise ebenfalls vor und wird, in die je nach der gewünschten Meßgenauigkeit erforderliche Anzahl diskreter Werte geteilt in einem Speicherbaustein "abgelegt; dies in einer dimensionslosen Darstellung, bei der die Volumenzahl γ eine Funktion der Druckzahl *ψ ist.

Ferner gehen in die Rechnung Konstanten ein, die je nach den Eigenschaften des zu messenden Fluids und den geometrischen Verhältnissen der Arbeitsmaschine festgelegt werden.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die in der Schaltung durch Widerstände bestimmter Größen dargestellten Konstanten einstellbar, um damit einem Wechsel der Eigenschaften des zu messenden Fluids folgen zu können.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt- In einem Kanal 21 wird mit Hilfe einer Arbeitsmaschine 20, z. B. eines Gebläses ein Fluid in der durch den Pfeil angegebenen Richtung bewegt, z. B. das zur Kühlung eines Hochtemperaturkernreaktors verwendete Helium. Ein erster Meßwertaufnehmer 1 dient zur Erfassung der durch die Arbeitsmaschine 20 bewirkten Druckdifferenz ^p im Fluid. Ein zweiter Meßwertaufnehmer 2 mißt den auf der Saugseite der Arbeitsmaschine 20 herrschenden Druck P₁ und ein dritter Meßwertaufnehmer 3 die eben dort herrschende Fluidtemperatur T-. Ferner ist ein vierter Meßwertaufnehmer 4 vorhanden, der die Drehzahl n._ der Arbeitsmaschine 20 mißt. Die Meßwertaufnehmer 1 bis 4 liefern eingeprägte Stromsignale, hier im Bereich von 0 - 20 mA, die vor der Weiterverarbeitung mittels hier nicht dargestellter Umformer in Spannungssignale, hier im Bereich von 0 - 10 V umgewandelt werden. Zunächst wird in einem ersten Dividierglied 5 der Quotient aus der Druckdifferenz Δρ und dem Druck P₁ auf der Saugseite ermittelt und mit einer Konstante QC₁ gewichtet dem einen Eingang eines Summiergliedes 6 zugeführt; dabei entspricht die Konstante (X₁, hier durch ein Potentiometers?".

1 dargestellt, der Hälfte des Kehrwertes ^ des Isentropen-

exponenten des zu messenden Fluids. Der andere Eingang des Summiergliedes 6 liegt an einem zweiten Potentiometer an, das den maximalen Ausgangssignal eines der Meßwertaufnehmer 1 bis 4 entspricht und den Wert 1 liefert, von dem der gewichtete Quotient aus Druckdifferenz und Anfangsdruck abgezogen wird. Der so gewonnene Korrekturfaktor f gleicht die Kompressibilitätsänderungen aus, die das Fluid beim Durchgang durch die Arbeitsmaschine erfährt. Der so gewonnene Korrekturfaktor wird in einem ersten Multiplizierglied 9 erneut mit dem genannten Quotienten multipliziert und zusammen mit dem Temperatursignal T einem

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zweiten Multiplizierglied 10 zugeführt, das einen Wert

y ⁼ liefert. Dieses Signal wiederum liefert den 1 1

einen Eingang eines zweiten Dividiergliedes 13. Der andere Eingang wird mit einem Wert beaufschlagt, der aus der in einem dritten Multiplizierglied 11 erfolgten Quadrierung des der Drehzahl entsprechenden Signales n„ und dessen anschließende Wichtung mit einer zweiten Konstante 0C9 gewonnen wird, die - hier durch ein drittes Potentiometer 12 dargestellt - den durch die doppelte Gaskonstante dividierten Quadrat des Umfanges des Arbeitsmaschinenlaufrades entspricht. Das zweite Dividierglied liefert nunmehr die Druckzahl ψ . Der dieser Druckzahl und der jeweiligen Drehzahl η entsprechende Wert der Volumenzahl j wird aus einem Speicherbaustein 14 abgerufen und in ein viertes Multiplizierglied 15 eingespeist und dort erneut mit der Drehzahl multipliziert. Der so gewonnene Wert jx η wird in einem fünften Multiplizierglied 16 mit dem Druck P₁ multipliziert und schließlich in einem dritten Dividierglied 17 durch die Temperatur geteilt. Das Ergebnis wird, mit einer dritten Konstante ⁰^₃ - hier durch ein viertes Potentiometer 18 dargestellt - gewichtet in einem Voltmeter 19 zur Anzeige gebracht; dabei entspricht die Konstante <X dem durch die vierfache Gaskonstante geteilten Produkt aus dem Kubus des Laufraddurchraessers der Arbeitsmaschine und dem Quadrat von η . Bei Änderungen in den physikalischen Eigenschaften des zu messenden Fluids, ζ. Β. bei Änderungen des im Kanal 21 fließenden Mediums kann die Einrichtung durch den Änderungen des Isentropenexponenten bzw. der Gaskonstante entsprechende veränderte Einstellungen der Potentiometer 7, 8, 12, 18 den neuen Gegebenheiten angepaßt werden. Es bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten, diese Einrichtung Einsatzfällen anzupassen, in denen größere Verdichtungsverhältnisse auftreten.

- Leerseite -

Claims

S * I ■> * - m 9 INTERATOM GmbH "^- 24.789-2 5060 Bergisch Gladbach 1 Einrichtung zum Messen des Massendurchsatzes eines in einem Kanal bewegten Fluids Patentansprüche

1. Einrichtung zum Messen des Massendurchsatzes m eines durch eine Arbeitsmaschine mit bekanntem Kennfeld in einem Kanal bewegten Fluids,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) einen ersten Meßwertaufnehmer (1) zur Erfassung des Differenzdrucks A zwischen der Saug- und der Druckseite der Arbeitsmaschine

b) einen zweiten Meßwertaufnehmer (2) zur Erfassung des auf der Saugseite der Arbeitsmaschine ausstehenden Drucks P₁

c) einen dritten Meßwertaufnehmer (3) zur Erfassung der Fluidtemperatur T₁ auf der Saugseite der Arbeitsmaschine (20)

d) einen vierten Meßwertaufnehmer (4) zur Erfassung der Arbeitsmaschinendrehzahl n_

e) ein erstes Dividierglied (5) zur Bildung des Quotienten _aus den Ausgängen des ersten und zweiten Meßwertaufnehmers (1, 2)

f) einen ersten Widerstand (7), der der Hälfte des Kehr-

wertes «L = -je des Isentropenexponenten des zu messenden Fluids proportional ist

g) einen zweiten Widerstand (8), der dem maximalen Ausgangssignal eines der Meßwertaufnehmer (1 - 4) entspricht

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* ♦ * ♦ ♦ ·

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h) ein Summierglied (6) zur Bildung der Differenz

f = 1 - Ct/r? zwischen dem Ausgangssignal des zweiten

Widerstandes (8) und dem mit dem ersten Widerstand (7)
gewichteten Ausgangssignal des ersten Dividiergliedes
(5)
i) ein erstes Multiplizierglied (9) zur Bildung des Produktes f χ ^E _aus (j_en Ausgängen des Summieren
'

gliedes (6) und des ersten Dividiergliedes (5)
j) ein zweites Multiplizierglied (10) zur Bildung des

Produktes Y = f x —° χ T₁ aus den Ausgängen des

P₁ 1

ersten Multipliziergliedes (9) und des dritten Meßwertaufnehmers (3)

k) ein drittes Multiplizierglied (11) zum Quadrieren n_G

des Ausgangs des vierten Meßwertaufnehmers (4)
1) ein dritter Widerstand (12), der dem durch die doppelte Fluidkonstante dividierten Quadrat der Arbeitsmaschinen

TT D
laufradumfanges QL^' — proportional ist

m) ein zweites Dividierglied (13) zur Bildung des Quo-

tienten ψ (der Druckzahl)~- aus dem Ausgang

ⁿG ^K0Ci.
des zweiten Multipliziergliedes (10) und dem mit dem

dritten Widerstand (12) gewichteten Ausgang des dritten Multipliziergliedes (11)

ⁿ) ein ArbeitsmaschinenKennfeldspeicher (14), der in Abhängigkeit von der Größe des Ausgangs des zweiten Dividiergliedes (13) und des vierten Meßwertaufnehmers (4) die dazugehörige Volumenzahl Ϋ liefert

o) ein viertes Multiplizierglied (15) zur Bildung des Produktes f χ n. aus den Ausgängen des Arbeitsmaschinenkennfeldspeichers (14) und des vierten Meßwertauf-

5 nehmers (4)

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ρ) ein fünftes Multiplizierglied (16) zur Bildung des Produktes [K n_G χ P₁ aus den Ausgängen des vierten Multipliziergliedes (15) und des zweiten Meßwertaufnehmers (2)

q) ein drittes Dividierglied (17) zur Bildung des Quotienten I ^G_^_£il_^ aus den Ausgängen des fünften

Multipliziergliedes (16) und des dritten Meßwertaufnehmers (3)

r) ein vierter Widerstand (18), der dem durch die vierfache Fluidkonstante dividierten Produkt aus dem Kubus

des Arbeitsmaschinenlaufrad-Außendurchmessers und dem 15

_ 2, τ
Quadrat von 7T*<%: .. 7? D proportional ist

' ^r ^{4 R}

s) ein Meßwertanzeiger (19) zur Anzeige der mit dem vierten Widerstand (18) gewichteten Ausganges des dritten Dividiergliedes (17) m =fxn χ P₁ χC^-

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (7, 8, 12, 18) einstellbar sind.

3. Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Messung des Kühlgasmassenstromes in einem gasgekühlten Hochtemperaturr-Kernreaktor.