DE69838047T2

DE69838047T2 - Kompaktes Messgerät zur Messung der Gasströmung bei variablem Druck

Info

Publication number: DE69838047T2
Application number: DE69838047T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Cornil; Dominique Dutertre; Laurent Mode; Vincent De Laharpe
Original assignee: Gaz de France SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: ES2290981T3; JPH112549A; DE69838047D1; FR2763678A1; CA2233562C; US6199434B1; EP0880015B1; EP0880015A1; CA2233562A1; FR2763678B1; ATE366915T1

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine kompakte Zählvorrichtung für Gas mit variablem Druck zum Zählen des Volumens des in einer Leitung strömenden Gases stromabwärts von einem Druckminderer, die in Folge einen Strömungsleitapparat, einen Geschwindigkeitsmesser und einen geräuschlosen Durchsatzbegrenzer aufweist, zum Gegenstand.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die in einer Gasverteilerstation verwendbar ist, welche die Funktionen der Druckminderung und der Regulation des Abgabedrucks des Gases und der Zählung des abgegebenen Gasvolumens sicherstellt.
Gemäß einer herkömmlichen Lösung, die in 2 veranschaulicht ist, wird das Gas, das in einer Leitung 6A mit dem Vordruck Pe strömt, in einem Druckminderer 1A, der einen Steuerimpuls durch eine Leitung 4A empfängt, die in einem Leitungsteilstück 3A beginnt, das sich stromabwärts von dem Druckminderer befindet, von dem Vordruck Pe auf einen regulierten Nachdruck Pa entspannt. Zwischen dem Leitungsteilstück 3A und einer stromabwärts gelegenen Verteilerleitung 7A ist ein Zähler 2A angeordnet. Der Zähler 2A stellt die Zählung des verbrauchten Gasvolumens auf dem Nachdruck Pa sicher, der nur von dem am Regler 1A festgesetzten Sollwert abhängt, wobei der Regler bestrebt sein wird, diesen Nachdruck konstant zu halten. Damit die Zählung zuverlässig ist, müssen gute Strömungsbedingungen in dem Leitungsteilstück 3A zwischen dem Druckminderer 1A und dem Zähler 2A vorhanden sein. Deshalb muß das Leitungsteilstück 3A im wesentlichen gerade Längen L aufweisen. Die starken Störungen, die in der Nähe des Druckminderventils des Druckreglers vorhanden sind, führen nämlich dazu, daß die Gasdurchsatz-Zählvorrichtung in einem Abstand vom Druckminderer angeordnet wird, der einem Mehrfachen des Durchmessers der Rohrleitung entspricht, die diese beiden Elemente miteinander verbindet. Dies hat einen Platzbedarf zur Folge, der nicht zu vernachlässigen ist.
Gemäß einer weiteren bekannten Lösung, die in 3 veranschaulicht ist, ist ein Gaszähler 2B stromaufwärts von einem Druckminderer 1B installiert, der mit einer Verbindung 4B mit der stromabwärts gelegenen Leitung 7B ausgerüstet ist, um eine Information über den regulierten Nachdruck Pa zu empfangen. In diesem Fall kann das Leitungsteilstück 56 zwischen dem Zähler 26 und dem Druckminderer 1B verhältnismäßig kurz sein und das Kaliber des Zählers 2B kann kleiner sein. Bei dieser Lösung ist der Zähler nicht den vom Druckminderer erzeugten Störungen ausgesetzt.
Jedoch fügen bei der Lösung A (Zählung stromabwärts von der Druckminderung) wie bei der Lösung B (Zählung stromaufwärts von der Druckminderung) die Verbindungsleitungen, die den Einlaß der Station oder den Druckminderer mit dem Zähler wie etwa einem Turbinenzähler verbinden, im allgemeinen zusätzliche Störungen hinzu, die auf die besondere Geometrie der Verbindungsrohrleitungen und auf Zubehörteile, die eventuell an diesen Verbindungsleitungen angebracht sind, zurückzuführen sind. Der Durchsatzzähler kann folglich eine Gasströmung empfangen, deren Geschwindigkeitsprofil verformt ist oder die Drehungen des Gasstroms erfährt, was der Güte der Zählung abträglich ist. Außerdem ist die Zähldynamik der derart ausgestatteten Stationen, d.h. das Verhältnis zwischen dem Maximaldurchsatz Qmax und dem Minimaldurchsatz Qmin, zwischen denen das gesetzliche Meßwesen eine gute Präzision der Zählung bei niedrigem Druck gewährleistet, in der Größenordnung von 20 bis 30 bei den Volumenzählern. Diese Dynamiken sind mitunter zu schwach, um die Gesamtheit der Durchsatzbereiche bei bestimmten öffentlichen Verteilerstationen und bei bestimmten Industriekunden abzudecken. Dies hat zur Folge, daß die schwachen Volumenströme bzw. geringen Durchsätze schlecht gezählt werden. Andererseits führen die Vorschriften zur Bemessung von Abgabestationen in den meisten Fällen dazu, daß Druckminderer installiert werden, deren Kapazität unter normalen Betriebsbedingungen sehr viel größer als jene der Zähler ist. Folglich besteht in bestimmten Situationen die Gefahr der Beschädigung des Zählers durch ein zeitweiliges Überschreiten seines Maximaldurchsatzes.
Außerdem, insbesondere in dem Dokument EP-A-0 337 887 , ist eine multifunktionale, integrierte Druckminderstation für die Gasversorgung eines Sekundärnetzes vorgeschlagen worden. In diesem Fall sind der Druckminderer 1C, ein Leitapparat 8C, ein Zähler 2C und ein Durchflußbegrenzer 9C (4) in einem einzigen externen Körper untergebracht, der sich über eine Entfernung 5C erstreckt und einerseits an eine stromaufwärts gelegene Leitung 6C angeschlossen ist, in der ein Vordruck Pe herrscht, und andererseits an eine stromabwärts gelegene Leitung 7C angeschlossen ist, in der ein regulierter Nachdruck Pa herrscht. Eine Verbindung 4C ermöglicht, auf den Druckminderer 1C einen Steuerimpuls anzuwenden, der den Nachdruck Pa widerspiegelt. Das Zählen erfolgt bei einem variablen Zähldruck Pv, der in Anbetracht des Vorhandenseins des Durchsatzbegrenzers 9C, der einen Druckverlust einführt, von dem regulierten Nachdruck abweicht. Dies führt zu einer Zunahme der Dynamik des Zählers 2C, während gleichzeitig der Zähler vor eventuellen Übergeschwindigkeiten geschützt ist.
Ein Zähler für variablen Druck dieses Typs ist durch den Dynamikgewinn, den er ermöglicht, und durch seine Kompaktheit vorteilhaft. Er erfordert jedoch eine spezifische Ausführung, da die verschiedenen Elemente der Druckminderstation in ein und dasselbe Gehäuse integriert werden müssen. Die führt insbesondere zu einer spezifischen und verhältnismäßig komplizierten Ausführung, besonders des Leitapparats 8C und des Begrenzers 9C.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, den vorerwähnten Nachteilen abzuhelfen und die Verwirklichung einer Gasverteilerstation und einer Gaszählvorrichtung zu ermöglichen, die kompakt sind, wobei sie gleichzeitig modular sind und leicht in herkömmliche Druckminderer oder herkömmliche Zähler eingebaut werden können und Elemente zum Leiten des Gasstroms oder zum Begrenzen des Durchsatzes gebrauchen, deren Aufbau eine einfachere Herstellung erlaubt, während sie gleichzeitig eine ausgeprägte Robustheit und eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch eine kompakte Zählvorrichtung für Gas mit variablem Druck zum Zählen des Volumens des in einer Leitung strömenden Gases stromabwärts von einem Druckminderer gelöst, wobei diese kompakte Zählvorrichtung in Folge einen Strömungsleitapparat, einen Geschwindigkeitsmesser und einen geräuschlosen Durchsatzbegrenzer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat dazu geeignet ist, zwischen einer Schelle einer stromaufwärts gelegenen Anschlußleitung zu dem Druckminderer und einer stromaufwärts gelegenen Schelle des Zählers angeordnet zu werden, daß der Begrenzer dazu geeignet ist, zwischen einer stromabwärts gelegenen Schelle des Zählers oder einer dem Zähler zugeordneten Manschette und einer Schelle einer stromabwärts gelegenen Leitung angeordnet zu werden, daß der Leitapparat einen Trägerkranz aufweist, in welchem eine erste von Löchern perforierte Platte sowie eine erste poröse Platte und ein ringförmiges Abstandsstück angebracht sind, das mit der ersten perforierten Platte zusammenwirkt, und daß der Begrenzer einen stromabwärts gelegenen Flansch aufweist, der eine zweite von einer definierten Anzahl von kalibrierten Löchern perforierte Platte bildet, deren Gesamtdurchgangsquerschnitt weit unter demjenigen der ersten perforierten Platte liegt, wobei eine zweite poröse Platte und ein stromabwärts gelegener Flansch eine dritte, von Löchern perforierte Platte bilden, deren Gesamtdurchgangsquerschnitt weit über dem Gesamtdurchgangsquerschnitt der zweiten perforierten Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches liegt.
Vorteilhaft sind die Löcher der ersten perforierten Platte auf homogene Weise auf der gesamten Oberfläche dieser ersten Platte verteilt.
Gemäß einem besonderen Merkmal des Leitapparats weist der Trägerkranz in der Nähe seiner stromabwärts gelegenen Seite eine Schulter auf, die radial zum Inneren des Trägerkranzes vorsteht, und die erste perforierte Platte ist direkt in Kontakt mit der Schulter angeordnet.
Vorteilhaft bilden in diesem Fall die erste perforierte Platte, die erste poröse Platte und das Abstandsstück einen Stapel, der an der Schulter des Trägerkranzes anliegt, und in axialer Richtung ist die Summe der Dicken der ersten perforierten Platte, der ersten porösen Platte und des Abstandsstücks etwas größer als der Abstand zwischen der stromabwärts gelegenen Schulter des Trägerkranzes und der stromaufwärts gelegenen Seite des Trägerkranzes in axialer Richtung, so daß die Klemmung des Stapels zwischen der Schelle der stromaufwärts gelegenen Anschlußleitung und der stromaufwärts gelegenen Schelle des Zählers die erste poröse Platte etwas quetscht. Auf diese Weise wird jede Möglichkeit eines Spiels zwischen den verschiedenen Elementen der Stapelung beseitigt.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die erste poröse Platte direkt gegen die erste perforierte Platte angeordnet und das ringförmige Abstandsstück ist stromaufwärts von der ersten porösen Platte angeordnet.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform ist das Abstandsstück direkt gegen die erste perforierte Platte angeordnet und die erste poröse Platte ist stromaufwärts von dem Abstandsstück angeordnet.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform ist die erste Platte, die von Löchern perforiert ist, die auf homogene Weise auf der gesamten Oberfläche dieser ersten Platte verteilt sind, durch den zentralen Teil eines stromaufwärts gelegenen Flansches gebildet, dessen Umfangsteil einerseits das Abstandsstück und andererseits einen stromaufwärts gelegenen Teil des Trägerkranzes bildet, wird die erste poröse Platte durch das Abstandsstück gegen eine vierte Platte gedrückt gehalten, die von Löchern perforiert ist, deren Querschnitt jeweils größer als jener der Löcher der ersten perforierten Platte ist, und deren Gesamtdurchgangsquerschnitt weit über dem Gesamtdurchgangsquerschnitt der ersten perforierten Platte liegt, wobei die vierte perforierte Platte durch den zentralen Teil eines stromabwärts gelegenen Flansches gebildet ist, dessen Umfangsteil einen stromabwärts gelegenen Teil des Trägerkranzes definiert.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der stromaufwärts gelegene Flansch des Begrenzers an seiner stromabwärts gelegenen Seite einen Abstandsring, der mit dem stromabwärts gelegenen Flansch des Begrenzers zusammenwirkt, um ohne Spiel die zweite poröse Platte gegen die dritte perforierte Platte des stromabwärts gelegenen Flansches geschichtet zu halten.
Vorzugsweise ist ein freier Raum zwischen der zweiten perforierten Platte und der zweiten porösen Platte vorgesehen und weist in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung des Doppelten des Durchmessers d der kalibrierten Löcher der zweiten perforierten Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches auf.
Das Vorhandensein eines freien Raumes zwischen der zweiten perforierten Platte und der zweiten porösen Platte ermöglicht eine bessere Beherrschung des Durchsatzkoeffizienten des Begrenzers in dem Sinne, daß auf Höhe jedes Lochs bei der kritischen Strömungsgeschwindigkeit die Porosität nicht die Ausbildung der Schallgeschwindigkeitseinsattelung stören wird. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich diese Schallgeschwindigkeitseinsattelung im Fall von zylindrischen Öffnungen am Ausgang der Öffnung, in dem am weitesten eingeschnürten Teil des Gasstroms (vena contracta) in einem Abstand in der Größenordnung des Durchmessers des Lochs ausbilden kann. Der poröse Körper wird dann stromabwärts angeordnet, um den Lärm zu dämpfen, der durch die Verdichtungsstoßwellen des Gases und durch die Turbulenz erzeugt ist.
Vorteilhaft weist der Leitapparat in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung eines Drittels des Nenndurchmessers D der Leitung auf.
Ebenso weist der Begrenzer in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung eines Drittels des Nenndurchmessers D der Leitung auf.
Die erste und die zweite poröse Platte weisen eine Dicke zwischen 5 und 20 mm und bevorzugt in der Nähe von 10 mm auf.
Vorteilhaft sind die erste und die zweite poröse Platte aus einem sehr lufthaltigen Nickel-Chrom-Schaumstoff gebildet, dessen Dichte in der Größenordnung von 0,6 g/cm³ liegt und bei dem das Verhältnis zwischen dem eingenommenen Volumen und dem Gesamtvolumen in der Größenordnung von 6% liegt.
Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist die Anzahl n von kalibrierten Löchern der zweiten perforierten Platte durch einen angenäherten Wert des Verhältnisses Q/q zwischen dem globalen Durchsatzkoeffizienten Q des Begrenzers, der kleiner oder gleich dem Nenndurchsatz des Zählers ist, und dem Durchsatzkoeffizienten q eines kalibrierten Lochs bestimmt, der durch folgende Formel bestimmt ist: q = KS√TcPo/2ρoTo in welcher S der Querschnitt eines kalibrierten Lochs ist, K ein Koeffizient ist, der von der Form des Lochs abhängt, Tc die Temperatur stromaufwärts von dem Begrenzer ist, und Po, To und ρo die normalen Druck-, Temperatur- und volumenbezogenen Massenbedingungen des betrachteten Gases sind.
Vorzugsweise haben die kalibrierten Löcher der ersten perforierten Platte des Begrenzers einen Durchmesser, der zwischen einem Dreißigstel und einem Sechstel des Nenndurchmessers der Leitung liegt.
Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen perforierter Platten angegeben:
Die erste perforierte Platte weist zwischen 25 und 335 Löcher auf, die auf vier bis zehn konzentrische Kränzen verteilt sind. Der Durchmesser der Löcher kann sich von einem Kranz zum anderen unterscheiden. Jedoch haben gemäß einer vereinfachten Ausführung die Löcher der ersten perforierten Platte völlig gleiche Durchmesser.
Die zweite perforierte Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches weist zwischen 8 und 100 kalibrierte Löcher auf, die auf homogene Weise auf drei bis sechs konzentrische Kränzen verteilt sind. Die kalibrierten Löcher dieser zweiten perforierten Platte weisen vorteilhaft alle den gleichen Durchmesser auf.
Die dritte perforierte Platte des stromabwärts gelegenen Flansches weist zwischen 20 und 40 kalibrierte Löcher auf, die auf homogene Weise auf zwei bis vier konzentrische Kränze verteilt sind. Es wird jedoch angemerkt, daß die dritte perforierten Platte hauptsächlich dazu dient, die zweite poröse Platte zu stützen, ohne die Strömung zu stören, wobei sie außerdem imstande ist, bei einem störfallbedingten Verstopfen dieser Platte die Kräfte aufzunehmen, die durch den Druckunterschied zwischen stromaufwärts und stromabwärts hervorgerufen werden. Das Hauptmerkmal der dritten perforierten Platte bleibt folglich, daß die Gesamtdurchgangsfläche für Gas im Vergleich zu jener des stromaufwärts gelegenen Flansches groß ist.
Die zweite perforierte Platte und die dritte perforierte Platte weisen wenigstens ein zentrales Loch auf.
Gemäß einem besonderen Merkmal sind einige kalibrierte Löcher der zweiten perforierten Platte auf selektive Weise durch Schrauben verdeckt, um den globalen Durchsatzkoeffizienten Q in Abhängigkeit von der Dichte des Gases an das Kaliber des Zählers anzupassen.
Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen hervor, die als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gegeben sind, worin:
1 eine Gesamtansicht, im Achsenschnitt, einer kompakten Gaszählvorrichtung gemäß der Erfindung ist,
2 ein Prinzipschema einer herkömmlichen Gasverteilerstation mit einer Zählung stromabwärts vom Druckminderer ist,
3 ein Prinzipschema einer herkömmlichen Gasverteilerstation mit einer Zählung stromaufwärts vom Druckminderer ist,
4 ein Prinzipschema einer bekannten multifunktionalen, integrierten Gasdruckminderstation ist, die das Prinzip der Zählung bei variablem Druck anwendet,
5 ein Graph ist, der die Entwicklung des Bruttovolumendurchsatzes Qv als Funktion des Normaldurchsatzes Qn für eine Zählung bei variablem Druck angibt,
6 ein Graph ist, der die Entwicklung des Zähldrucks Pv als Funktion des Normaldurchsatzes Qn angibt,
7 ein Achsenschnitt einer ersten Ausführungsform eines Leitapparats ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
8 ein Achsenschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Leitapparats ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
9 ein Achsenschnitt, längs der Linie IX-IX in 10, eines Beispiels für die perforierte Platte eines Leitapparats ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
10 eine Vorderansicht der perforierten Platte von 9 ist,
11 ein Achsenschnitt, längs der Linie XI-XI in 12, eines ersten Beispiels für den stromaufwärts gelegenen Flansch eines Begrenzers ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
12 eine Vorderansicht des stromaufwärts gelegenen Flansches von 11 ist,
13 ein Achsenschnitt, längs der Linie XIII-XIII in 14, eines ersten Beispiels für den stromabwärts gelegenen Flansch eines Begrenzers ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
14 eine Vorderansicht des stromabwärts gelegenen Flansches von 13 ist,
15 eine Vorderansicht eines zweiten Beispiels für den stromaufwärts gelegenen Flansch eines Begrenzers ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
16 ein Achsenschnitt längs der Linie XVI-XVI von 15 ist,
17 eine Vorderansicht eines zweiten Beispiels für den stromabwärts gelegenen Flansch eines Begrenzers ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist,
18 ein Achsenschnitt längs der Linie XVIII-XVIII von 17 ist, und
19 ein Achsenschnitt einer dritten besonderen Ausführungsform eines Leitapparats ist, der in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist.
Die erfindungsgemäße Zählvorrichtung für Gas mit variablem Druck beruht auf dem Funktionsprinzip, das mit Bezug auf 4 veranschaulicht ist, schließt aber eine Gesamtheit von modularen Baugruppen, die im Gegensatz zu den im Dokument EP-A-0 337 887 dargestellten Ausführungen nicht in ein und dasselbe Gehäuse eingebaut sind, ein. Außerdem sind die Konfiguration des Moduls, das den Leitapparat bildet, und jene des Moduls, das den Durchsatzbegrenzer bildet, die weiter unten im Text erläutert werden, dafür eingerichtet, die Ausführung zu vereinfachen und eine hohe Betriebszuverlässigkeit sicherzustellen.
Im Falle einer Vorrichtung zum Zählen bei variablem Druck ist der Wert des globalen Durchsatzkoeffizienten Q des Begrenzers kleiner als der Maximaldurchsatz des Zählers oder diesem gleich, so daß seine Kapazität nie überschritten wird, welche auch immer seine Betriebskonfiguration ist. Damit übersteigt die Geschwindigkeit des Gases in dem Zähler nicht den maximalen Nennwert, der dem Nenndurchsatz des Zählers entspricht. Der Druck Pv auf Höhe des Zählers kann folglich je nach Durchsatz der Station zwischen dem Abgabedruck Pa stromabwärts und einem Druck, der dem Vordruck Pe nahe ist, schwanken.
Die Phänomene, die bei einer Zählung bei variablem Druck ins Spiel kommen, werden nachstehend für die verschiedenen Betriebsbereiche A, B, C, D mit Bezug auf die Graphen der 5 und 6, die den Bruttovolumendurchsatz Qv (in m³/h) bzw. den variablen Zähldruck Pv (in bar) als Funktion des Normaldurchsatzes Qn (in m³/h) zeigen, in dem Fall eines Durchsatzbegrenzers mit dem Durchsatzkoeffizienten Q = 400 m³/h/bar (m³·h^–1·bar^–1) klar und deutlich dargestellt.
Bei der Kurve Qv = f(Qn) von 5 ist unter einem Wert Qn gleich 4000 m³/h ein Unterschallbereich und jenseits dieses Wertes ein Schallbereich festzustellen.
Bei der Kurve Pv = f(Qn) von 6 ist unter dem Wert Qn gleich 4000 m³/h ein nichtlinearer Abschnitt und jenseits dieses Wertes ein linearer Abschnitt festzustellen.
Die Kurve Pv als Funktion von Qn wird folgendermaßen berechnet: Pv = Pa + ((Qn/2Q)^2)Pafür Pa < Pv < 2Pa Pv = Qn/Qfür Pv > 2Pa; mit Pa = 5 bar und Q = 400 m³·h^–1·bar^–1,
ergibt sich bei 12000 m³/h Pv = 30 bar.
Im Betriebsbereich A, bei niedrigem Durchsatz, ist die Geschwindigkeit durch den Begrenzer hindurch niedrig, und folglich ist der Druckverlust gering. Der Zähldruck ist im wesentlichen gleich dem Druck des stromabwärts gelegenen Netzes und die Druckminderung wird vollständig durch den Druckminderer durchgeführt.
Im Betriebsbereich B nimmt die Geschwindigkeit des Gases durch den Begrenzer hindurch zu, und folglich nimmt der Druckverlust zu. Solange die Geschwindigkeiten im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit niedrig sind, bleibt man im Bereich der Inkompressibilität und die Zunahme des Druckunterschieds an den Anschlüssen des Begrenzers ist proportional zum Zugewinn an kinetischer Energie. Ein Teil der Druckminderung wird durch den Druckminderer erzielt und der andere durch den Durchsatzbegrenzer.
Im Betriebsbereich C kommt die Geschwindigkeit des Gases in dem Begrenzer der Schallgeschwindigkeit nahe und es treten komplexere Phänomene (Kompressibilität) bis zum kritischen Punkt auf, an dem der maximale Volumendurchsatz des Begrenzers erreicht wird.
Im Betriebsbereich D ist man im kritischen Bereich, d.h. daß sich der Normaldurchsatz proportional zum Druck stromaufwärts vom Begrenzer ändert. Damit nimmt der Zähldruck Pv weiter zu, solange der Normaldurchsatz im Netz zunimmt und bis der Zwischendruck in der Nähe des Vordrucks ist. An diesem Punkt ist der Druckminderer voll geöffnet und die Druckminderung wird nahezu vollständig durch den Begrenzer erzielt. Der Druckminderer reguliert, solange der geforderte Durchsatz nicht seine eigene Kapazität übersteigt.
Durch richtiges Dimensionieren des Zählers und des Begrenzers erhält man für die Station zum Zählen bei variablem Druck eine Kapazität (einen zulässigen maximalen Normaldurchsatz), die gleich jener einer Station ohne Zählung bei variablem Druck ist, während gleichzeitig die Dynamik des Zählers verbessert wird.
Wenn der Zähler aus einem Geschwindigkeitsmesser, beispielsweise einem Turbinenzähler oder einem Volumenzähler, gebildet ist, wird die Dynamik DYNcpv der Zählung bei variablem Druck als Funktion der Dynamik DYNca einer Zählung stromabwärts durch die folgende Formel gegeben sein: DYNcpv = Qnmax/Qnmin = Qmax/Qmin·Pe/Pa = DYNca·Pe/Pawobei Qmax und Qmin der maximale bzw. minimale Bruttodurchsatz des Zählers bei den Referenzbedingungen sind, für die der Hersteller die Genauigkeit des Zählers bescheinigt hat.
Die ursprüngliche Dynamik des Zählers wird also mit dem Verhältnis Pe/Pa zwischen dem Vordruck Pe des Druckminderers (Druck des Netzes) und dem Nachdruck Pa der Druckminderstation (Abgabedruck) multipliziert. Dies ermöglicht, Dynamiken von 100 bis 150 zu erzielen, während gleichzeitig das Kaliber des Zählers verringert wird.
Die Zählung bei variablem Druck ermöglicht außerdem, die Präzision der Zählung bei schwachen Volumenströmen bzw. geringen Durchsätzen zu erhöhen, ohne den allgemeinen Platzbedarf der Druckminderstation zu erhöhen. Die Risiken des Einfrierens des Zählers in einer Periode des starken Verbrauchs sind ebenfalls vermindert. Außerdem stellt das Vorhandensein eines Durchsatzbegrenzers einen Schutz des Zählers vor Übergeschwindigkeiten sicher.
Mit Bezug auf die 1 bis 18 wird nun eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zählen bei variablem Druck, die ermöglicht, die oben in Erinnerung gebrachten Vorteile zu erzielen, während sie gleichzeitig sehr einfach herzustellen ist, ausführlicher und hinsichtlich des Aufbaus beschrieben.
1 zeigt eine Gesamtansicht einer solchen Vorrichtung zum Zählen bei variablem Druck, die modular in Strömungsrichtung einen Strömungsaufbereiter oder -leitapparat 10, einen Geschwindigkeitsmesser 20 und einen geräuschlosen Durchsatzbegrenzer 30 aufweist. Diese drei Hauptmodule sind aufeinanderfolgend zusammengeschlossen. So ist der Leitapparat 10 gegen die stromaufwärts gelegene Schelle 204 des Zählers 20 gesetzt, während der Begrenzer 30 gegen die stromabwärts gelegene Schelle des Zählers 20 gesetzt ist (wenn die Manschette 40 nicht vorhanden ist). Daraus ergibt sich eine sehr hohe Kompaktheit der Gesamtheit der Vorrichtung, deren Länge problemlos kleiner als viermal der Nenndurchmesser D der Leitungen sein kann, an welche die Vorrichtung angeschlossen ist.
Der Leitapparat 10 ist zwischen die Schelle 51 eines stromaufwärts gelegenen Leitungsteilstücks 50, das zum Druckminderer führt, und die stromaufwärts gelegene Schelle 204 des Zählers 20 eingefügt. Der Begrenzer 30 kann auf die gleiche Art zwischen die Schelle 71 der stromabwärts gelegenen Leitung 70 und die stromabwärts gelegene Schelle 205 des Zählers 20 eingefügt sein.
In 1 ist der besondere Fall eines Zählers 20 gezeigt, der mit einer integrierten Druckmeßeinrichtung 202 ausgestattet ist, aber keine integrierte Temperaturmeßeinrichtung umfaßt. In diesem Fall ist eine Manschette 40, die mit einem Meßanschluß 402 für eine Temperaturmessung ausgestattet ist, zwischen dem Zähler 20 und dem Begrenzer 30 eingefügt. Dann ist die stromabwärts gelegene Schelle 404 der Manschette 40 in Kontakt mit dem Begrenzer 30 und die stromaufwärts gelegene Schelle 403 der Manschette 40 ist mit der stromabwärts gelegenen Schelle 205 des Zählers 20 verbunden. Die Manschette 40 ist folglich ein optionales Element, das weggelassen wird, wenn der Zähler 20 eine integrierte Temperaturmeßeinrichtung umfaßt, wobei der Begrenzer 30 dann direkt mit der stromabwärts gelegenen Schelle 205 des Zählers 20 in Kontakt kommt.
Der Zähler 20 ist vom Typ Geschwindigkeitsmesser und kann ein aktives Element 203 vom Typ Turbine umfassen.
Zwischen den aufeinanderfolgenden Elementen, bestehend aus der stromaufwärts gelegenen Leitung 50, dem Leitapparat 10, dem Zähler 20, der Manschette 40, dem Begrenzer 30, sind Dichtungen wie etwa Dichtungsringe 107, 106, 405, 304, 306 eingefügt. Ein Dichtungsring 305 ist auch zwischen den stromaufwärts gelegenen Flansch 301 und den stromabwärts gelegenen Flansch 303, die den Begrenzer 30 bilden, eingefügt.
Der zylindrische Körper 201 des Zählers 20 und der zylindrische Körper 401 der Manschette 40 definieren einen Innendurchmesser, der dem Nenndurchmesser der stromaufwärts gelegenen Leitung 50 und der stromabwärts gelegenen Leitung 70 entspricht.
Es wird nun insbesondere unter Bezugnahme auf die 1 und 7 bis 10 die Beschaffenheit eines Leitapparats 10 beschrieben, der an die Zählvorrichtung gemäß der Erfindung angepaßt ist und ermöglicht, die Turbulenzen oder anderen Strahl- und Rotationseffekte der Strömung, die durch den Durchgang des Gases in dem Druckminderer und in bestimmten Leitungselementen, die sich stromaufwärts von der Zählvorrichtung befinden, wie beispielsweise doppelte Knierohre oder T-Stücke, eingeführt werden können, zu unterdrücken.
Folglich ermöglicht der Leitapparat 10 oder Strömungsaufbereiter, der am Einlaß der erfindungsgemäßen Zählvorrichtung angeordnet ist, durch seine Beschaffenheit, eine Strömung auf Höhe des Zählers zu erhalten, die symmetrisch in Bezug auf die Rohrleitungsachse und zugleich ohne Rotation des Gasstrom bei einem niedrigen Turbulenzgrad ist.
Der Leitapparat 10 umfaßt im wesentlichen vier konzentrische Elemente, die eine Rotationssymmetrie um die Achse der Vorrichtung aufweisen. Ein Trägerkranz 101 definiert eine kreisförmige Öffnung, die selbst stückweise konzentrisch ist, und umfaßt einen stromaufwärts gelegenen Teil, dessen zylindrische Öffnung einen Durchmesser aufweist, der etwas größer als der Nenndurchmesser der stromaufwärts gelegenen Leitung 50 und des Zählers 20 ist. Der Trägerkranz 101 weist außerdem in seinem stromabwärts gelegenen Teil eine Schulter 112 auf, die eine Öffnung festlegt, deren Durchmesser im wesentlichen dem Nenndurchmesser der Leitung 50 und jenem des Zählers 20 entspricht. Im stromaufwärts gelegenen Teil des Körpers 110 des Trägerkranzes 101 ist ein Stapel aus drei Elementen 102, 103, 104 angeordnet und gelangt an der Schulter 112 zur Anlage. Dieser Stapel ist aus einem ringförmigen Abstandsstück 102, einer porösen Platte 103 und einer perforierten Platte 104 gebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, die in den 1 und 7 dargestellt ist, ruht die poröse Platte 103 direkt auf der perforierten Platte 104, stromaufwärts von dieser, und der Abstandring 102 wiederum ist stromaufwärts von der porösen Platte 103 angeordnet und hält diese Letztere gegen die perforierte Platte 104 gedrückt. Bei dieser Anordnung kann die poröse Platte 103 von der perforierten Platte gleichmäßig gestützt werden. Dies ist im Fall des Zusetzens der porösen Platte wichtig. In diesem Fall kann nämlich der Druckverlust beiderseits der porösen Platte 103 hoch sein und die Druckspannungen an dieser Platte können größer als die Festigkeit der Materialien werden. Die Tatsache, daß die perforierte Platte 104 die zusätzlichen Kräfte, die auf die poröse Platte 103 ausgeübt werden, aufnehmen können sollte, vermeidet, daß die poröse Platte 103 verformt wird oder bricht.
Falls ein gereinigtes Gas verwendet wird, bei dem die Wahrscheinlichkeit der Verstopfung des porösen Materials gering ist, oder falls regelmäßige Instandhaltungsinspektionen durchgeführt werden, kann der Leitapparat 10 die in 8 gezeigte Konfiguration annehmen. In 8 sind die verschiedenen Elemente, die jenen des Leitapparats 10 von 7 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei sie jedoch mit einem Symbol ausgezeichnet sind. Die Ausführungsform von 8 unterscheidet sich dadurch, daß der Abstandsring 102' zwischen der porösen Platte 103' und der perforierten Platte 104 eingefügt ist, wesentlich von jener in 7. Die Elemente 103', 102', 104' bilden folglich einen Stapel in dieser Reihenfolge, der gegen die Schulter 112' des Trägerkranzes 101' gedrückt ist. Gemäß dieser Konfiguration ist ein Raum zwischen dem porösen Körper 103' und der perforierten Platte 104' vorgesehen. Dies ermöglicht, die Wirksamkeit des Leitapparats hinsichtlich der Abschwächung der Asymmetrie zu verbessern.
Die Dicken der perforierten Platte 104, 104', der porösen Platte 103, 103' und des Abstandsrings 102, 102' können optimiert werden, um eine bessere Wirksamkeit gegen die Strömungsstörungen zu erzielen. Die Wahl des Durchmessers, der Anzahl und der Anordnung der Löcher der Platte ermöglicht ebenfalls, diese Optimierung durchzuführen. Vorzugsweise ist die Summe der Dicken dieser drei Elemente, die den Stapel bilden, der gegen die Schulter 112, 112' gesetzt ist, etwas größer als die Länge, in axialer Richtung, der kreisförmigen Öffnung des Trägerkranzes 101, 101', gemessen zwischen der Schulter 112, 112' und der stromaufwärts gelegenen Seite des Trägerkranzes 101, 101', so daß das Klemmen der Gesamtheit zwischen die Schelle 51 der stromaufwärts gelegenen Leitung 50 und die stromaufwärts gelegene Schelle 204 des Zählers 20 die poröse Platte 103, 103' leicht quetscht und den Stapel 102, 103, 104 oder 102', 103', 104' völlig fest hält. Auf diese Weise wird jedes Spiel vermieden, das Vibrationen und Lärm hervorrufen könnte.
Es sind Dichtungen 106, 106'; 107, 107', wie etwa Dichtungsringe, in Ringnuten angeordnet, die an der stromabwärts und stromaufwärts gelegenen Seite des Trägerkranzes 101, 101' maschinell ausgearbeitet sind. Diese Dichtungen sind in Kontakt mit der Oberseite der Schelle 204 des Zählers 20 bzw. mit der erhöhten Fläche der Schelle 51 der stromaufwärts gelegenen Leitung 50.
Wie in den 7 und 8 dargestellt ist, kann eine zusätzliche Schulter 111, 111' am Umkreis der stromabwärts gelegenen Seite des Trägerkranzes 101, 101' vorgesehen sein, damit das Zentrieren in Bezug auf die Schelle 204 des Zählers 20 erleichtert wird. In diesem Fall ist der Außendurchmesser des Trägerkranzes 101, 101' etwas größer als jener der Schelle 204 und die zusätzliche Schulter 111, 111' wird sich um die Umfangsfläche der Schelle 204 herum einpassen. Der axiale Kontakt zwischen dem Trägerkranz 101, 101' und der Schelle 204 erfolgt dann auf alle Fälle auf Höhe der Dichtungen 106, 106'. Der Außendurchmesser des Trägerkranzes 101, 101' kann ebenfalls kleiner als jener der Schelle 204 sein. In diesem Fall weist die Schelle 204 eine erhöhte Fläche 241 (1) auf.
Der Innendurchmesser des Abstandsrings 102 wie auch jener der Schulter 112, beide sind dem Innendurchmesser der stromaufwärts gelegenen Leitung 50 und des Zählers 20 gleich, um plötzliche Veränderungen des Innendurchmessers, welche die Gasströmung stören könnten, zu vermeiden.
In den Körper 110, 110' des Trägerkranzes 101, 101' ist ein radiales Loch 105, 105' gebohrt, um den Ausstoß von der Steuerung des Druckminderers anzuschließen. Dies ermöglicht, im Zähler 20 den Durchsatz des stromaufwärts vom Leitapparat 10 angeordneten Steuerungssystems des Druckminderers zu berücksichtigen. In der Ausführungsform von 7 mündet das Loch 105 in die poröse Platte 103 ein. Dies bewirkt, daß sich der Strahl, der durch den Volumenstrom der Steuerung hervorgerufen wird, zerstreut und folglich die Asymmetrie beseitigt wird, die bei schwachen Volumenströmen bzw. niedrigen Durchsätzen erzeugt werden könnte.
Die Dichte des porösen Körpers 103 kann in Abhängigkeit von den Erfordernissen angepaßt werden. Die Körnigkeit des porösen Körpers 103 muß klein genug sein, um die Strömungsstörungen wirksam zu beseitigen; jedoch kann eine gröbere Körnigkeit gewählt werden, wenn es wesentlich ist, jede Verstopfungsgefahr zu vermeiden. Vorteilhaft kann ein poröses Material verwendet werden, das aus einem sehr lufthaltigen Nickel-Chrom-Schaumstoff mit einer Dichte von ungefähr 0,6 g/cm³ gebildet ist, bei dem das Verhältnis zwischen dem eingenommenen Volumen und dem Gesamtvolumen in der Größenordnung von 6% liegt. Ein Beispiel für solches Material wird von der Gesellschaft SUMITOMO EUROPE Ltd. unter der Bezeichnung Celmet vermarktet. Die Oberfläche in Kontakt mit der Strömung ist von den Abmessungen der Maschen abhängig und variiert zwischen 500 m²/m³ für grobe Maschen und 2500 m²/m³ für feine Maschen. Je feiner die Maschen sind, desto mehr nimmt der Druckverlust durch Viskosität zu. Für Luft auf Atmosphärendruck und mit einer Geschwindigkeit von 10 ms^–1 variiert der Druckverlustkoeffizient (Druckverlust/Staudruck) zwischen 2,7 und 15,7, was eine hohe Wirksamkeit beim Beseitigen der Asymmetrien und Abschwächen der hohen Turbulenzgrade sicherstellt. Das Vorhandensein des porösen Materials 103 schützt den Zähler 20 vor dem Hochschleudern von Trümmerteilchen oder Eisstückchen oder Hydraten, welche die Blätter der Turbine 203 des Zählers beschädigen könnten, wenn ein Turbinenzähler verwendet wird.
Ein Beispiel für eine perforierte Platte 104, die an eine Leitung mit einem Nenndurchmesser von 150 mm angepaßt ist, ist in den 9 und 10 dargestellt. Eine Gesamtheit von 335 Löchern 140 mit einem Durchmesser von 5,5 mm ist auf homogene Weise auf dem gesamten Querschnitt der Platte 104 verteilt. Die Löcher 140 umfassen Löcher, die auf zehn konzentrische Kränze 141 bis 150 verteilt sind. Zum Beispiel umfassen die auf konzentrische Kränze verteilten Löcher 140 ausgehend vom Umkreis der Platte einen Kranz 141 mit 65 Löchern, einen Kranz 142 mit 55 Löchern, einen Kranz 143 mit 48 Löchern, einen Kranz 144 mit 45 Löchern, einen Kranz 145 mit 36 Löchern, einen Kranz 146 mit 30 Löchern, einen Kranz 147 mit 24 Löchern, einen Kranz 148 mit 18 Löchern, einen Kranz 149 mit 10 Löchern und einen Kranz 150 mit 4 Löchern. In ein und demselben Kranz sind die Löcher gleichmäßig verteilt, wobei die Abstände zwischen den Mittellinien benachbarter Kränze beispielsweise 7,5 mm sein können.
Der Durchmesser der Löcher 140 kann zwischen einem Dreißigstel und einem Sechstel des Nenndurchmessers der Leitung liegen. Die Gesamtzahl der Löcher 140 und die Anzahl der konzentrischen Kränze können selbstverständlich in Abhängigkeit vom Nenndurchmesser der Leitung variieren.
Die Gesamtdurchgangsfläche des Gases muß groß genug sein, um den Druckverlust des Leitapparats auf ein Minimum zu reduzieren und nicht den Zugewinn an Dynamik, den der Zähler für variablen Druck erbringt, zu beschränken.
Die Löcher 140 der perforierten Platte 104 weisen nicht unbedingt alle den gleichen Durchmesser auf. Jedoch kann die Herstellung einfacher werden, wenn eine perforierte Platte mit einer Vielzahl von kleinen Löchern mit identischen Durchmessern, wie sie in 10 gezeigt ist, verwirklicht wird.
Ein Leitapparat gemäß der Erfindung, der einen verringerten Platzbedarf bei einer Breite in der Größenordnung von einem Drittel des Nenndurchmessers der Gastransportleitung aufweist, ermöglicht, die geraden Längen, die üblicherweise angeraten sind, zu beseitigen und den Zähler 20 direkt stromabwärts von dem Druckminderer oder einem anderen Hindernis, das in einer Druckminderstation vorhanden ist, wie etwa ein Kniestück, ein doppeltes Kniestück, ein T-Stück, ein sich weitender Teil, ein sich verengender Teil, anzuordnen. Zum Vergleich: Wenn ein herkömmlicher Leitapparat verwendet wird, empfiehlt die amerikanische Norm AGA 7 bei Turbinenzählern in der üblichen Ausführung den Gebrauch eines herkömmlichen Leitapparats, wobei eine gerade Länge, die gleich mindestens fünfmal der Nenndurchmesser der Leitung ist, zwischen der stromabwärts gelegenen Seite des Leitapparats und dem Zähler gelassen wird und bei einem Fehlen eines Leitapparats die gerade Länge zwischen dem Zähler und dem letzten Hindernis zehnmal der Nenndurchmesser der Leitung sein soll.
Im Vergleich dazu ermöglicht es der Leitapparat 10 gemäß der Erfindung, dessen Länge weit geringer als der Nenndurchmesser der Leitung ist, den Abstand zwischen dem Zähler 20 und dem letzten Hindernis an der stromaufwärts gelegenen Leitung 50 auf das Minimum zu reduzieren.
Außerdem sind, insofern als der Leitapparat 10 vollständig zwischen den Montageschellen angeordnet ist und nicht in den Innenraum eines geraden Leitungsabschnitts eingefügt ist, die Montage und die Demontage erleichtert, da die Befestigung durch einfaches Verbolzen erfolgen kann und es ist nicht erforderlich einen Leitungsabschnitt herauszunehmen. Außerdem ermöglicht die Anordnung der Elemente 102, 103, 104 in Form eines Stapels, der im Trägerkranz 101 angeordnet ist, ohne die Konfiguration der Druckminderstation zu modifizieren, problemlos die Konfiguration des Leitapparats 10 zu modifizieren und die poröse Platte 103, die perforierte Platte 104 oder den Abstandsring 102 auszutauschen, um ein funktionsunfähiges Element zu ersetzen oder die Merkmale des Leitapparats anzupassen, sogar die Strömungsleitfunktion zu beseitigen und nur den Trägerkranz 101 beizubehalten. Die modulare Konzeption des Leitapparats 10 stellt folglich ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.
Mit Bezug auf die 1 und 11 bis 18 werden nun Beispiele für den Begrenzer 30 gemäß der Erfindung beschrieben.
Der Begrenzer 30 dient dazu, den Durchgangsquerschnitt des Gases zu begrenzen, damit der Bruttovolumendurchsatz, der in den Zähler gelangt, nicht die Maximalkapazität des Zählers, d.h. seinen Nenndurchsatz, übersteigt. Eine zu hohe oder zu lange andauernde Übergeschwindigkeit des Gases in dem Zähler 20 kann in der Beschädigung des Zählers durch Brechen der Blätter oder Beschädigung der Lager der Turbine enden.
Der Durchsatzbegrenzer 30 umfaßt im wesentlichen einen stromaufwärts gelegenen Flansch 301, der eine Platte festlegt, die von einer Anzahl von kalibrierten Löchern 310 perforiert ist, eine poröse Platte 302, deren Aufbau und Merkmale jenen der porösen Platte 103 des Leitapparats 10 ähnlich sein können, und einen stromabwärts gelegenen Flansch 303, der eine Platte festlegt, die von Löchern 330 perforiert ist, deren jeweiliger Querschnitt sehr viel größer als jener der kalibrierten Löcher 310 ist und deren Gesamtdurchgangsquerschnitt ebenfalls sehr viel größer als der Gesamtdurchgangsquerschnitt der Löcher 310 des stromaufwärts gelegenen Flansches 301 und sehr nahe an der Gesamtfläche des Durchgangsquerschnitts der stromabwärts gelegenen Leitung 70 ist.
Der stromabwärts gelegene Flansch 303 legt an seinem stromaufwärts gelegenen Teil einen Aufnahmesitz 331 fest, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der porösen Platte 302 entspricht, so daß die poröse Platte 302 in dem Aufnahmesitz 331 direkt gegen den Teil des stromabwärts gelegenen Flansches angeordnet sein kann, der die von Löchern 330 perforierte Platte bildet und im wesentlichen eine mechanische Stützfunktion der porösen Platte 302 sicherstellt. Der stromaufwärts gelegene Flansch 301 weist seinerseits an seiner stromabwärts gelegenen Seite (11) einen Abstandsring 313 auf, der sich in den Aufnahmesitz 331 des stromabwärts gelegenen Flansches 303 einfügt und auf die poröse Platte 302 drückt, um diese gegen die perforierte Platte zu pressen, die den Boden des stromabwärts gelegenen Flansches 303 bildet, wodurch jegliches Spiel, das eine Vibrationsursache sein könnte, vermieden wird. Auf alle Fälle ist in dem stromaufwärts gelegenen Flansch 301 zwischen der Platte, die von kalibrierten Löchern 310 perforiert ist, und der porösen Platte 302 ein freier Raum vorgesehen (1). Dieser freie Raum 320 weist vorzugsweise in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung des Doppelten des Durchmessers d der kalibrierten Löcher 310 auf. Der freie Raum 320 ermöglicht, daß die poröse Platte 302 als Schalldämpfer dient und bestens den Schall absorbiert, der durch die Verdichtungsstoßwellen des Gases und durch die Turbulenz im Anschluß an die schallerzeugende Druckminderung des Gases durch die kalibrierten Löcher 310 ausgesendet wird.
Die Baueinheit des Begrenzers 30 ist folglich modular und ermöglicht einen Austausch des stromaufwärts gelegenen Flansches 301, des porösen Teils 302 und des stromabwärts gelegenen Flansches 303, während sie gleichzeitig kompakt ist, da die Länge des Begrenzers 30 in axialer Richtung in der Größenordnung eines Drittels des Nenndurchmessers der stromaufwärts gelegenen Leitung 50 und der stromabwärts gelegenen Leitung 70 sein kann. Die Montage und die Demontage zwischen der stromabwärts gelegenen Schelle 205 des Zählers 20 (oder wie in 1 gezeigt ist, der stromabwärts gelegenen Schelle 404 der Manschette 40) und der stromaufwärts gelegenen Schelle 71 der stromabwärts gelegenen Leitung 70 sind ebenfalls leicht.
Die Dichtheit zwischen den verschiedenen aneinanderlagernden Elementen ist durch Dichtringe 304, 305, 306 sichergestellt, die jeweils in Ringnuten 312, 332, 334 angeordnet sind, die in dem stromaufwärts gelegenen Flansch 301 und dem stromabwärts gelegenen Flansch 303 vorgesehen sind.
Wie in 11 bis 12 zu sehen ist, weisen der stromaufwärts gelegene Flansch 301 und der stromabwärts gelegene Flansch 303 Formen auf, die unschwer maschinell herzustellen sind. Insbesondere die 11 und 13 zeigen, daß die Teile 311 und 333 des stromaufwärts gelegenen Flansches 301 und des stromabwärts gelegenen Flansches 303, die von Löchern 310 bzw. 330 durchbohrt sind, leicht nach außen überstehend sein können, um ein Zentrieren in der Schelle 205 des Zählers 20 (oder der Schelle 404 der Manschette 40) bzw. in der Schelle 71 der stromabwärts gelegenen Leitung 70 zu ermöglichen. Der Außendurchmesser der vorstehenden perforierten Platten 311, 333 des stromaufwärts gelegenen Flansches 301 und des stromabwärts gelegenen Flansches 303 entspricht folglich dem Innendurchmesser der Schelle des Zählers 20 oder seiner Manschette 40 und der stromabwärts gelegenen Leitung 70.
Die stromaufwärts gelegene Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches 301 ist von einer Anzahl n von kalibrierten Löchern 310 perforiert, durch die das Gas hindurchströmen muß. Dieser Teil dient als eigentlicher Begrenzer. Die Löcher 310 haben alle den gleichen Durchmesser d und den gleichen Durchsatzkoeffizienten q. Ihre Anzahl n legt den Gesamtdurchgangsquerschnitt und den globalen Durchsatzkoeffizienten Q des Begrenzers fest. Die Anzahl n der Löcher ist derart berechnet, daß der Durchsatzkoeffizient Q des Begrenzers, d.h. die Anzahl der m³ pro Stunde und pro Bar des Vordrucks im kritischen Bereich kleiner als der maximale Bruttodurchsatz Qmax des Zählers oder diesem gleich ist.
Der Durchsatzkoeffizient q eines Lochs 310 ist gleich: q = KS√TcPo/2ρoTo wobei S der Querschnitt eines Lochs ist, K ein Koeffizient ist, der von der Form des Lochs abhängt, Tc die Temperatur stromaufwärts von dem Begrenzer ist und wobei Po, To und ρo die normalen Druck-, Temperatur- und volumenbezogenen Massenbedingungen (beispielsweise 1013,25 mbar; 273,15 K und volumenbezogene Masse des betrachteten Gases) sind. Zum Beispiel können zylindrische Löcher 310 mit einem Durchmesser von ungefähr 5 mm verwirklicht werden. Ihr Formfaktor ist dann ungefähr K = 0,8. Genau in diesem Fall beträgt der Durchsatzkoeffizient eines Loches für ein Gas mit einer volumenbezogenen Masse von 0,73 kg/m³ bei 15°C ungefähr 15 m³/h.
Die Anzahl n der Löcher ist durch die folgende Gleichung bestimmt: Q = nqwobei Q der globale Durchsatzkoeffizient des Begrenzers ist, der durch den Nutzer gewählt ist und der auf jeden Fall kleiner als der Nenndurchsatz des Zählers oder diesem gleich sein muß. Die Präzision der Einstellung des Begrenzers ist dem Durchsatzkoeffizienten der Löcher gleich. Beispielsweise wird man in dem Fall, in dem gewünscht ist, den Begrenzer dicht am Nenndurchsatz eines Zählers G400 (650 m³/h) zu dimensionieren, n = 43 wählen, was einen Durchsatzkoeffizienten von 645 m³/h ergibt. Bei der Dimensionierung des Begrenzers muß berücksichtigt werden, daß die Qualität des Gases schwanken kann und seine volumenbezogene Masse ebenfalls; eine Verringerung der Dichte um 10% zieht eine Erhöhung des Durchsatzkoeffizienten der Löcher und folglich des globalen Durchsatzkoeffizienten um 5% nach sich. In dem betrachteten Fall stellt sich folglich der globale Durchsatzkoeffizient bei 676 m³/h ein, was etwas höher als der tolerierte Maximaldurchsatz ist, aber akzeptabel bleibt.
Die Abmessungen der Löcher 310 stellen einen wichtigen Parameter dar. Aus mehreren Gründen dürfen sie nicht zu groß sein. Erstens ist die Frequenz des Schalls, der durch einen Gasstrahl erzeugt wird, der durch eine Öffnung mit kleinen Abmessungen hindurchströmt, höher als in dem Fall einer Öffnung mit großen Abmessungen, und die hohen Frequenzen lassen sich einfacher dämpfen. Zweitens haben die Löcher mit kleinen Abmessungen einen niedrigeren Durchsatzkoeffizienten, was ermöglicht, den globalen Durchsatzkoeffizienten des Begrenzers feiner einzustellen. Für eine übliche Nutzung bei einem Transportnetz sind Löcher mit einem Durchmesser von 4 bis 6 mm und vorzugsweise 5 mm ein guter Kompromiß. Außerdem ermöglichen die kleinen Abmessungen der Löcher eines oder mehrere davon nach Belieben durch eine Schraube zu verdecken, um den Durchsatzkoeffizienten in Abhängigkeit von der Dichte des Gases an das Kaliber des Zählers fein anzupassen.
Die Anordnung der Löcher erfolgt, wenn ihre Anzahl erst einmal bestimmt ist, auf homogene Weise auf dem Querschnitt des stromaufwärts gelegenen Flansches. Die kalibrierten Löcher 310 werden je nach dem Durchmesser der Leitung auf 3 bis 6 konzentrische Kränze um ein zentrales Loch verteilt.
Die Gesamtzahl der kalibrierten Löcher kann folglich im allgemeinen zwischen 8 und 100 liegen.
Je nach dem Kaliber des verwendeten Zählers wird der Durchsatzkoeffizient in den meisten Fällen zwischen 160 m³/h und 1600 m³/h variieren können. Der Durchsatzkoeffizient q eines Lochs von ungefähr 5 mm Durchmesser variiert zwischen 14 und 18 m³/h, die Löcheranzahl kann zwischen 8 und 100 variieren. Je nach dem Kaliber der Zähler ist der Durchmesser der verwendeten Rohrleitung nicht der gleiche. Er kann zwischen 80 mm für Qmax = 160 m³/h und 200 mm für Qmax = 1600 m³/h variieren. Die Verteilung der Löcher erfolgt dann je nach dem Durchmesser der Rohrleitung auf 3 bis 6 Kränze, um eine auslaßseitige Strömung zu erzielen, die so homogen wie möglich ist.
In 12 ist ein Beispiel für die Verteilung von kalibrierten Löchern 310 mit einem Durchmesser von 5,3 mm für einen Zähler vom Typ G650 mit einem Nenndurchmesser von 150 mm dargestellt.
Um ein zentrales Loch 316 sind Gesamtheiten von 55 kalibrierten Löchern zu sehen, die gleichmäßig auf drei konzentrische Kränze 317, 318, 319 verteilt sind, deren Mittellinien ungefähr 2,5 mm voneinander entfernt sind. Der erste, innere Kranz 317 weist 9 Löcher auf, der dazwischen liegende Kranz 318 weist 18 Löcher auf und der äußere Kranz 319 weist 27 Löcher auf.
Die 13 und 14 zeigen ein Beispiel für den stromabwärts gelegenen Flansch 303, der an den stromaufwärts gelegenen Flansch 301, der dem soeben gegebenen Beispiel entspricht, angepaßt ist. In diesem Fall umfaßt die perforierte Platte 333 des stromabwärts gelegenen Flansches 303 ein mittiges Loch 335 mit einem Durchmesser von 20 mm, einen ersten Kranz 336 mit sechs Löchern mit einem Durchmesser von 20 mm, einen zweiten Kranz 337 mit 12 Löchern mit einem Durchmesser von 20 mm und einen dritten Kranz 338 mit zwölf Löchern mit einem Durchmesser von 12 mm. Die Löcher 330 sind homogen verteilt und weisen einen Durchmesser auf, der deutlich größer als jener der kalibrierten Löcher 310 oder der Löcher 110 des Leitapparats 10 ist. Es ist jedoch nicht notwendig, daß sich die Löcher 330 genau auf konzentrischen Kreisen befinden. So zeigt 14, daß die zwölf Löcher des Kranzes 337 in Wirklichkeit ein Sechseck definieren.
Die 15 bis 18 zeigen ein weiteres besonderes Beispiel für Elemente, die einen Begrenzer 30 gemäß der Erfindung bilden, und zwar im Fall einer Zählvorrichtung, die einen Zähler vom Typ G400 mit einem Nenndurchmesser von 100 mm aufweist. Die 15 bis 18 benutzen die gleichen Bezugszeichen wie die 11 bis 14 für die Elemente, welche die gleiche Funktion sicherstellen, jedoch mit einem Symbol ausgezeichnet. Diese verschiedenen Elemente werden folglich nicht aufs Neue detailliert beschrieben.
In 15 bemerkt man, daß die perforierte Platte 311' des stromaufwärts gelegenen Flansches 301' 37 kalibrierte Löcher 310' mit einem Durchmesser von 5,2 mm aufweist, bei, um ein zentrales Loch 316' herum, einem ersten Kranz 317' mit 6 Löchern, einem zweiten Kranz 318' mit 8 Löchern, einem dritten Kranz 319' mit zwölf Löchern und einem vierten Kranz 320' mit zehn Löchern. Innerhalb jedes Kranzes sind die Löcher 310' regelmäßig verteilt. Der Abstand zwischen den Kränzen ist in der Größenordnung von 10 mm.
Die perforierte Platte 333' des stromabwärts gelegenen Flansches 303' der 17 und 18 weist ein zentrales Loch 335' mit einem Durchmesser von 20 mm, einen ersten Kranz 336' mit acht Löchern und einen zweiten Kranz 337' mit zwölf Löchern mit einem Durchmesser von 10 mm auf. Es ist zu sehen, daß für den stromabwärts gelegenen Flansch 303' der Durchmesser der Löcher 330' innerhalb der Platte und innerhalb ein und desselben Kranzes verschieden sein kann, derart, daß der Durchgangsquerschnitt auf das Maximum ansteigt. Folglich weist der Kranz 336' abwechselnd vier Löcher 338' mit einem Durchmesser von 15 mm und vier Löcher 337' mit einem Durchmesser von 20 mm, die sich jeweils abwechseln, auf.
Die in den 11 bis 18 angegebenen Konfigurationen sind nicht beschränkend. Was den stromabwärts gelegenen Flansch 303 betrifft, so ist es im Allgemeinen angebracht, zwischen 20 und 40 Löcher zu verwirklichen, die auf homogene Weise, mit einem zentralen Loch, auf zwei bis vier konzentrische Kränze verteilt sind.
In 19 ist eine dritte Ausführungsform eines Leitapparats 10 dargestellt, der einen Aufbau aufweist, der etwas komplizierter als jener der 7 und 8 ist, aber den Vorteil hat, auf eine Art verwirklicht zu werden, die jener des Begrenzers 30 höchst ähnlich ist, und dadurch eine gewisse Rationalisierung der Fertigung ermöglichen kann.
Bei der Ausführungsform von 19 kann die von Löchern 1140 perforierte Platte 1104 mit Abmessungen und einer Verteilung der Löcher 1140 verwirklicht sein, die jenen, die weiter oben mit Bezug auf Löcher 140, 140' der perforierten Platten 104, 104' beschrieben wurden, völlig analog sind. Die perforierte Platte 1104 ist jedoch in einen stromaufwärts gelegenen Flansch eingebaut, der wiederum dem stromaufwärts gelegenen Flansch 301, 301' des Begrenzers 30 analog ist.
Die perforierte Platte 1104 ist folglich aus dem zentralen Teil eines stromaufwärts gelegenen Flansches gebildet, dessen Umfangsteil einerseits ein Abstandsstück 1102, das die Rolle des Abstandsstücks 102 in 7 spielt, und andererseits einen stromaufwärts gelegenen Teil 1101 eines Trägerkranzes definiert. Bei der Ausführungsform von 19 befindet sich die perforierte Platte 1104 stromaufwärts von einer porösen Platte 1103, die mit der porösen Platte 103 von 7 identisch ist. Diese poröse Platte 1103 wird durch das Abstandsstück 1102 ohne Spiel gegen eine Trägerplatte 1112, die von Löchern 1120 perforiert ist, deren jeweiliger Querschnitt größer als jener der Löcher 1140 der perforierten Platte 1104 ist, und deren Gesamtdurchgangsquerschnitt sehr viel größer als der Gesamtdurchgangsquerschnitt der perforierten Platte 1104 ist, gedrückt gehalten. Die perforierte Platte 112 ist aus dem zentralen Teil eines stromabwärts gelegenen Flansches gebildet, dessen Umfangsteil einen stromabwärts gelegenen Teil 1111 des Trägerkranzes des Leitapparates gemäß den Ausführungsformen der 7 und 8 definiert. Der stromabwärts gelegene Flansch kann folglich eine Konfiguration aufweisen, die zu jener des stromabwärts gelegenen Flansches 303, 303' des Begrenzers 30 analog ist. Dichtringe 1106, 1107, 1108 stellen die Dichtheit auf Höhe der Umfangsteile des stromabwärts gelegenen Flansches und des stromaufwärts gelegenen Flansches auf eine ähnliche Weise sicher, wie die Dichtungen 306, 304, 305 der 11 und 13.

Claims

Kompakte Zählvorrichtung für Gas mit variablem Druck zum Zählen des Volumens des in einer Leitung strömenden Gases stromabwärts von einem Druckminderer, die in Folge einen Strömungsleitapparat (10), einen Geschwindigkeitsmesser (20) und einen geräuschlosen Durchsatzbegrenzer (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat (10) dazu geeignet ist, zwischen einer Schelle (51) einer stromaufwärts gelegenen Anschlußleitung (50) zu dem Druckminderer und einer stromaufwärts gelegenen Schelle (204) des Zählers (20) angeordnet zu werden, daß der Begrenzer (30) dazu geeignet ist, zwischen einer stromabwärts gelegenen Schelle des Zählers (20) oder einer dem Zähler (20) zugeordneten Manschette (40) und einer Schelle (71) einer stromabwärts gelegenen Leitung (70) angeordnet zu werden, daß der Leitapparat (10) einen Trägerkranz (101) aufweist, in welchem eine erste, von Löchern (140) perforierte Platte (104) sowie eine erste poröse Platte (103) und ein ringförmiges Abstandsstück (102) angebracht sind, das mit der ersten perforierten Platte (104) zusammenwirkt, und daß der Begrenzer (30) einen stromabwärts gelegenen Flansch (301) aufweist, der eine zweite, von einer definierten Anzahl von kalibrierten Löchern (310) perforierte Platte bildet, deren Gesamtdurchgangsquerschnitt weit unter demjenigen der ersten perforierten Platte (104) liegt, wobei eine zweite poröse Platte (302) und ein stromabwärts gelegener Flansch (303) eine dritte, von Löchern perforierte Platte (330) bilden, deren Gesamtdurchgangsquerschnitt weit über dem Gesamtdurchgangsquerschnitt der zweiten perforierten Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches (301) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der ersten perforierten Platte (104) auf homogene Weise auf der gesamten Oberfläche dieser ersten Platte (104) verteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkranz (101) in der Nähe seiner stromabwärts gelegenen Seite eine Schulter (112) aufweist, die radial zum Inneren des Trägerkranzes (101) vorsteht, und daß die erste perforierte Platte (104) direkt in Kontakt mit der Schulter (112) gesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste perforierte Platte (104), die erste poröse Platte (103) und das Abstandsstück (102) einen Stapel bilden, der gegen die Schulter (112) des Trägerkranzes (101) anliegt, und daß die Summe der Dicken der ersten perforierten Platte (104), der ersten porösen Platte (103) und des Abstandsstücks (102) in axialer Richtung derart leicht über dem Abstand zwischen der stromabwärts gelegenen Schulter (112) des Trägerkranzes (101) und der stromaufwärts gelegenen Seite des Trägerkranzes (101) in axialer Richtung liegt, daß die Klemmung des Stapels (104, 103, 102) zwischen der Schelle (51) der stromaufwärts gelegenen Anschlußleitung (50) und der stromaufwärts gelegenen Schelle (204) des Zählers die erste poröse Platte (103) etwas quetscht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste poröse Platte (103) direkt gegen die erste perforierte Platte (104) angeordnet ist und das ringförmige Abstandsstück (102) stromaufwärts von der ersten porösen Platte (103) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsstück (102') direkt gegen die erste perforierte Platte (104') angeordnet ist und die erste poröse Platte (103') stromaufwärts von dem Abstandsstück (102') angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärts gelegene Flansch (301) des Begrenzers (30) an seiner stromabwärts gelegenen Seite einen Abstandsstückring (313, 313') bildet, der mit dem stromabwärts gelegenen Flansch (303) des Begrenzers (30) zusammenwirkt, um ohne Spiel die zweite poröse Platte (302) gegen die dritte perforierte Platte des stromabwärts gelegenen Flansches (303) geschichtet zu halten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein freier Raum (320) zwischen der zweiten perforierten Platte und der zweiten porösen Platte (302) vorgesehen ist und in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung des Doppelten des Durchmessers d der kalibrierten Löcher (310) der zweiten perforierten Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches (301) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Querschnitt der Löcher (330) der dritten perforierten Platte des stromabwärts gelegenen Flansches (303) über demjenigen der kalibrierten Löcher (310) der zweiten perforierten Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches (301) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat (10) in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung eines Drittels des Nenndurchmessers D der Leitung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (30) in axialer Richtung eine Dicke in der Größenordnung eines Drittels des Nenndurchmessers D der Leitung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Temperaturnahmemanschette (40) aufweist, die mit einer stromaufwärts gelegenen Schelle (403) und einer stromabwärts gelegenen Schelle (404) versehen ist, die zwischen die stromabwärts gelegene Schelle (205) des Zählers (20) und den stromaufwärts gelegenen Flansch des Begrenzers (30) gelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite poröse Platte (103, 302) eine Dicke zwischen 5 und 20 mm und bevorzugt in der Nähe von 10 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite poröse Platte aus einem sehr lufthaltigen Nickel-Chrom-Schaumstoff bestehen, dessen Dichte in der Größenordnung von 0,6 g/cm³ liegt und bei dem das Verhältnis zwischen dem eingenommenen Volumen und dem Gesamtvolumen in der Größenordnung von 6% liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n von kalibrierten Löchern (310) der zweiten perforierten Platte durch einen angenäherten Wert des Verhältnisses Q/q zwischen dem globalen Durchsatzkoeffizienten Q des Begrenzers (30), der kleiner oder gleich dem Nenndurchsatz des Zählers (20) ist, und dem Durchsatzkoeffizienten q eines kalibrierten Lochs (310) bestimmt ist, der durch folgende Formel bestimmt ist: q = KS√TcPo/2poTo in welcher S der Querschnitt eines kalibrierten Lochs (310) ist, K ein Koeffizient ist, der von der Form des Lochs abhängt, Tc die Temperatur stromaufwärts von dem Begrenzer (30) ist, und Po, To und po die normalen Druck-, Temperatur- und volumenbezogenen Massenbedingungen des betrachteten Gases sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (140) der ersten perforierten Platte (104) einen Durchmesser aufweisen, der zwischen einem Dreißigstel und einem Sechstel des Nenndurchmessers der Leitung liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite perforierte Platte des stromaufwärts gelegenen Flansches (301) zwischen 8 und 100 kalibrierte Löcher aufweist, die auf homogene Weise auf drei bis sechs konzentrischen Kränzen verteilt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte perforierte Platte des stromabwärts gelegenen Flansches (303) zwischen 20 und 40 kalibrierte Löcher aufweist, die auf homogene Weise auf zwei bis vier konzentrischen Kränzen verteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der dritten perforierten Platte des stromabwärts gelegenen Flansches (303) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste perforierte Platte (104) zwischen 25 und 335 Löcher aufweist, die auf vier bis zehn konzentrischen Kränzen verteilt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite und dritte perforierte Platte wenigstens ein zentrales Loch (316; 316'; 335, 335') aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß einige kalibrierte Löcher der zweiten perforierten Platte auf selektive Weise durch Schrauben verdeckt sind, um den globalen Durchsatzkoeffizienten Q an das Kaliber des Zählers in Abhängigkeit von der Dichte des Gases anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste von Löchern (1140) perforierte Platte (1104) durch den zentralen Teil eines stromaufwärts gelegenen Flansches gebildet ist, dessen Umfangsteil einerseits das Abstandsstück (1102) und andererseits einen stromaufwärts gelegenen Teil (1101) des Trägerkranzes bildet, daß die erste poröse Platte (1103) durch das Abstandsstück (1102) gegen eine vierte, von Löchern (1120) perforierte Platte (1112) geschichtet gehalten wird, deren Gesamtdurchgangsquerschnitt weit über dem Gesamtdurchgangsquerschnitt der ersten perforierten Platte (1104) liegt, und daß die vierte perforierte Platte (1112) durch den zentralen Teil eines stromabwärts gelegenen Flansches gebildet ist, dessen Umfangsteil einen stromabwärts gelegenen Teil (1111) des Trägerkranzes bildet.