DE4013460A1

DE4013460A1 - Accurate pref. computer-controlled flow control - has pipe carrying one material variable in position w.r.t. hopper-shaped rotary part carrying another

Info

Publication number: DE4013460A1
Application number: DE19904013460
Authority: DE
Inventors: Gustav Prof Dipl Ing Ziegler; Karl Dipl Ing Strathoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Ziegler Gustav Prof Dipl-Ing 58730 Froendenb
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1991-10-31

Abstract

An arrangement for flow control of two materials flowing together feeds one material through the annular gap between the pipe (4) carrying the other and a coaxial, hopper-shaped rotary part (5). The required control is achieved by moving the hopper axially w.r.t. the pipe, pref. under computer control. The end of the pipe protruding into the hopper is chamfered to form a dihedral or beaded to give advantageous flow characteristics. USE/ADVANTAGE - E.g. for use in measuring flow properties of various fittings. More economical to mfr. and operate.

Description

Die Regelung des Verhältnisses zweier zusammenfließender Mengenströme ist eine häufig vorkommende Aufgabenstellung. Eine Erschwernis ist dann gegeben, wenn die Forderung gestellt wird, daß das stationäre Strömen im Zu- und Abströmbereich der fraglichen Einrichtung nicht gestört werden darf, beispielsweise um die Konstanz von Meßwerten nicht zu beeinträchtigen. Die technische Lösung dieses Problems wird noch schwieriger, wenn es sich um eine Einrichtung handelt, mit der das Mengenstromverhältnis in sehr weiten Grenzen verändert werden soll und wenn besondere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden. Hohe Anforderungen dieser Art werden beispielsweise in einer Anlage zur Messung des Durchflußverhaltens von Armaturen gestellt, was im Anschluß an die nun folgende Beschreibung des Erfindungsgegenstandes noch näher erläutert wird.The regulation of the ratio of two confluent flows is a frequently occurring task. Then there is an obstacle given when the requirement is that the steady flow not be disturbed in the inflow and outflow area of the device in question may, for example, in order not to impair the constancy of measured values. The technical solution to this problem becomes even more difficult if it is a device with which the volume flow ratio should be changed within very wide limits and if special Precision requirements are made. High demands This type is used, for example, in a system for measuring the flow behavior of fittings, which is what follows the following Description of the subject matter of the invention will be explained in more detail.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, die in Fig. 1 (symbolhaft) dargestellt ist, weist ein Zuströmrohr 4 auf, welches in den trichterförmigen Einlauf eines rotationssymatrischen Teiles 5 hineinragt. Im Ringspalt zwischen diesen beiden Teilen fließt der Mengenstrom _B; im Zuströmrohr 4 fließt der Mengenstrom _A. Das abströmseitige Ende des Teiles 5 ist mit praktisch massedichtem Gleitsitz oder auf funktionell gleiche Weise im Abströmrohr 6 geführt. Durch axiales Verschieben der Teile 4 und 5 relativ zueinander wird der Ringspalt verändert und der gewünschte Effekt, die Einstellung eines bestimmten Massenstromverhältnisses _B/_B erzielt, ohne daß die stationären Strömungszustände im Zuströmrohr 4 und Abströmrohr 6 durch das Zusammenfließen der beiden Ströme _A und _B wesentlich gestört sind. Das störungsfreie Zusammenfließen kann noch verbessert werden, wenn das Rohrende 4 durch Anbringen eines wulstartigen Verdrängungskörpers 4′ strömungstechnisch günstiger gestaltet wird. Eine weitere Variante mit der gleichen Zielsetzung ist in Fig. 3 dargestellt.The device according to the invention, which is shown (symbolically) in FIG. 1, has an inflow tube 4 which projects into the funnel-shaped inlet of a rotationally symmetrical part 5 . The mass flow _B flows in the annular gap between these two parts; In the inflow pipe 4 , the mass flow _{A flows} . The outflow end of part 5 is guided in the outflow tube 6 with a practically mass-tight sliding fit or in a functionally identical manner. By axially displacing the parts 4 and 5 relative to each other, the annular gap is changed and the desired effect, the setting of a certain mass flow ratio _B / _{B is} achieved without the steady flow conditions in the inflow pipe 4 and outflow pipe 6 due to the confluence of the two flows _A and _B. are disturbed. The trouble-free coalescence can be further improved if the pipe end 4 is made by attaching a bead-like displacement body 4 'fluidically favorable. Another variant with the same objective is shown in FIG. 3.

Der Genauigkeitsgrad mit dem das gewünschte Mengenstromverhältnis eingestellt werden kann ist abhängig von der Genauigkeit der Positionierung der Teile 4 und 5 zueinander. Bei Verwendung einer Kugelumlaufspindel, die beispielsweise von einem rechnergesteuerten Schrittmotor angetrieben wird, kann eine sehr hohe Positioniergenauigkeit (z. B. besser 0,01 mm) erzielt werden. The degree of accuracy with which the desired mass flow ratio can be set depends on the accuracy of the positioning of parts 4 and 5 to one another. When using a ball screw driven, for example, by a computer-controlled stepper motor, a very high positioning accuracy (e.g. better than 0.01 mm) can be achieved.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des Mengenstromverhältnisses gegenüber Systemen herkömmlicher Bauart kann sehr eindrucksvoll am Anwendungsbeispiel in einer Anlage zur Messung des Durchflußverhaltens von Armaturen (k_V-Meßstrecke) zum Ausdruck gebracht werden.The advantages of the device according to the invention for regulating the mass flow ratio compared to systems of conventional design can be expressed very impressively by the application example in a system for measuring the flow behavior of fittings (k _V measuring section).

Definitionsgetreu sollte der k_V-Wert einer Armatur etc. mit Wasser ermittelt werden. Wie bei zahlreichen anderen Aufgabenstellungen macht man sich auch hier die Vorteile der "Luftversuchstechnik" zunutze. Mit Luft als Arbeitsmittel werden solche Anlagen sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb wesentlich billiger.According to the definition, the k _V value of a valve etc. should be determined with water. As with numerous other tasks, the advantages of "air test technology" are also used here. With air as the working medium, such systems become much cheaper both in production and in operation.

Die genaue Messung der Durchflußmenge _A erfordert große Sorgfalt (DIN 1952). Im Falle der k_V-Meßstrecke (Fig. 4) bietet sich die Anordnung der Meßdüse 1 am Rohreinlauf an. Über die Düsenkoeffizienten finden sich in der Literatur (E. Stach "Die Beiwerte von Normdüsen und Normblenden im Einlauf und Auslauf" Zeitschrift des VDI, Band 78, Nr. 6, 10.02.1934; B. Eck "Verlustfreie Mengenmessung im Einlauf von Leitungen" Verfahrenstechnik 9 (1975) Nr. 7) genaue Angaben. Trotzdem ist die mit diesem Meßaufbau erzielbare Meßgenauigkeit des k_V-Wertes des Prüflings (z. B. eines Ventiles) 3 nicht, wie es den Anschein haben mag, allein vom Genauigkeitsgrad der verwendeten Meßgeräte (der Manometer 9 und 10) abhängig. Die gesamte Meßstrecke muß dieser Zielsetzung entsprechend ausgelegt sein. Und dazu genügt es nicht, wie aus nachfolgender Erklärung erhellt, eine ausreichende Länge der Rohre 2 und 4 zu wählen und vor dem Ventilator 8 einen Gleichrichter 7 vorzusehen.The exact measurement of the flow rate _A requires great care (DIN 1952). In the case of the k _V measuring section ( FIG. 4), the arrangement of the measuring nozzle 1 at the pipe inlet is appropriate. About the nozzle coefficients can be found in the literature (E. Stach "The coefficients of standard nozzles and orifice plates in the inlet and outlet" Journal of the VDI, Volume 78, No. 6, February 10, 1934; B. Eck "Lossless quantity measurement in the inlet of lines" Process engineering 9 (1975) No. 7) precise information. Nevertheless, the measuring accuracy of the k _V value of the test object (e.g. of a valve) 3 that can be achieved with this measuring setup is not, as it may appear, dependent solely on the degree of accuracy of the measuring devices used (the manometers 9 and 10 ). The entire measuring section must be designed in accordance with this objective. And, as is evident from the following explanation, it is not sufficient to select a sufficient length of the tubes 2 and 4 and to provide a rectifier 7 in front of the fan 8 .

Das Endergebnis ist eine Darstellung in Diagramm- oder Tabellenform, die den k_V- Wert der betreffenden Armatur in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Armatur (z. B. dem Ventilhub y) zeigt. Fig. 5 zeigt ein solches Meßergebnis. Die Darstellung läßt erkennen, daß sich schon bei Vermessung ein- und derselben Armatur der Mengenstrom im Rohr 4, _A in sehr weiten Grenzen ändert. (Fig. 5).The end result is a representation in diagram or table form, which shows the k _V value of the valve in question as a function of the opening degree of the valve (e.g. the valve lift y). Fig. 5 shows such a measurement result. The illustration shows that the mass flow in the pipe 4 , _{A changes} within very wide limits even when measuring one and the same fitting. ( Fig. 5).

Der in der Armatur entstehende Druckverlust (Meßwert des Manometers 10) muß, entsprechend der Definition des k_V-Wertes und zur Einhaltung der Gesetze der Ähnlichkeitstheorie ebenso genau gemessen werden wie der zur Erfassung des Mengenstromes erforderliche Meßwert des Manometers 9. Das bedingt, daß der Ventilator während eines Meßvorganges (der Aufnahme eines einzelnen, in Fig. 5 durch ein Kreuz gekennzeichneten "Meßpunktes") in seinem Betriebspunkt verharrt, was nur möglich ist, wenn seine Zuströmung weitgehend frei von instationären Vorgängen ist. Daher die Forderung: stationäre Strömung im Rohr 6.The pressure loss occurring in the valve (measured value of the manometer 10 ) must be measured just as precisely as the measured value of the manometer 9 required to record the flow rate in accordance with the definition of the k _V value and in order to comply with the laws of similarity theory. This means that the fan remains at its operating point during a measuring process (the inclusion of a single "measuring point" marked with a cross in FIG. 5), which is only possible if its inflow is largely free of unsteady processes. Hence the requirement: stationary flow in tube 6 .

Durch instationäre Vorgänge im Rohr 4 würde u. a. der Meßwert "Anzeige des Manometers 10" stark verfälscht.Unsteady processes in tube 4 would greatly falsify the measured value "display of manometer 10 ".

Bei Betrachtung des Diagramms der Fig. 5 kommt man zur Einsicht, daß schon bei der Vermessung ein- und derselben Armatur eine Einrichtung zur Veränderung (Regelung) des Mengenstromverhältnisses zwischen Prüfling (_A) und Ventilator (_A + _B) notwendig ist, andernfalls muß damit gerechnet werden, daß der Ventilator außerhalb seines stabilen Betriebsbereiches arbeitet, was starke, instationäre Strömungsvorgänge zur Folge hätte.When looking at the diagram of FIG. 5, one comes to the conclusion that a device for changing (regulating) the flow ratio between the test specimen ( _A ) and the fan ( _A + _B ) is already necessary during the measurement of one and the same fitting, otherwise it must be done be calculated that the fan works outside of its stable operating range, which would result in strong, unsteady flow processes.

Die bekannten Einrichtungen zur Mengenstromregelung der beschriebenen Art verursachen zumindest in der Zuströmung zum Ventilator instationäre Strömungsverhältnisse, die zwangsläufig zu Schwankungen der Meßwerte der Manometer 9 und 10 führt. Eine dieser bekannten Einrichtungen ist in Fig. 6 dargestellt.The known devices for volume flow control of the type described cause at least in the inflow to the fan unsteady flow conditions, which inevitably leads to fluctuations in the measured values of the manometers 9 and 10 . One of these known devices is shown in FIG. 6.

Die Aufnahme einer größeren Anzahl von Einzelmessungen innerhalb eines "Meßpunktes" und deren Mitteilung nach Selektion von "Ausreißern" verbessert zwar das Endergebnis, ist aber kein vollwertiger Ersatz für die Annäherung an den "Idealfall der absolut stationären Verhältnisse während der Aufnahme eines Meßpunktes", wie sie bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung erreicht wird.The recording of a large number of individual measurements within a "measuring point" and their notification after selecting "outliers" improves the end result, is not a full substitute for the approach to the "ideal case of absolutely stationary conditions during the acquisition of a measuring point ", like it is achieved when using the device according to the invention.

Claims

1. A device for regulating the flow rate ratio _A / _B, for example, a k _V -Meßstrecke, characterized in that the flow rate _B through the annular gap between the tube 4, through which _A flows and, arranged coaxially to the tube 4, funnel-shaped rotary member, the "Funnel" 5 is passed and that the desired regulation is accomplished by axial relative movement between the tube 4 and the funnel 5 , preferably computer-controlled.

2. Device according to claim 1, characterized in that the end of the tube 4 projecting into the funnel 5 is sharpened at a flat angle.

3. Device according to claim 1, characterized in that the end of the tube 4 is thickened in a bead-like manner, which gives fluidic advantages.

4. Device according to claim 1, characterized in that the inner contour of the funnel to achieve a certain rule law has a shape deviating from the conical shape.

5. Device according to claim 1, characterized in that the exact Positioning of the parts forming the relevant annular gap to each other with the help of a, preferably by a stepper motor moving ball screw takes place.