DE8528655U1

DE8528655U1 - Staudruck-Durchflußmesser

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Publication number: DE8528655U1
Application number: DE8528655U
Authority: DE
Original assignee: Dieterich Standard Corp
Current assignee: Dieterich Standard Corp
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3566300D1; EP0178776B1; CA1232778A; KR910002982B1; FR2571847A1; US4559836A; EP0178776A1; IT1185441B; CN85108279A; CH665481A5; IT8522498A0; BE903470A; FR2571847B1; CN1004301B; KR860003516A

Description

Staudruck-Durchflußmesser

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Staudruck-Durchflußmessereinrichtung mit einem rohrförmigen Körper mit nicht-*

lö kreisförmigem Querschnitt, einer Einrichtung zum Anbringen des Körpers an einer Leitung, wobei sich ein Abschnitt innerhalb und ein anderer Abschnitt außerhalb der Leitung befindet, einer Trennwand innerhalb des rohrförmigen Körpers, die den Körper in zwei Kammern unterteilt, und mit Durchlässen in dem anderen Abschnitt, die die Kammern mit Meßgeräten verbinden, wobei eine Vielzahl Öffnungen in dem Körper vorgesehen ist, von denen wenigstens eine stromaufwärts und eine stromabwärts der Leitung weist.

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Eine Staudruck-Durchflußmessereinrichtung gemäß der US-PS 4,154,100 weist als bedeutendstes Merkmal einen angepaßten, sogenannten"Wirbelkörper" auf, der das in einem Rohr fließende Fluid aufteilt und auf den beiden Seiten genaue Strömungstrennbereiche herstellt. Durch Herstellen dieser Bereiche und eine stromabwärtige Formung des Körpers derart, daß sich die Strömung über einen breiten Strömungszustandsbereich nicht wieder zusammenfügt, konnte der Druck, der durch Anv 30 wenden eines Korrekturfaktors (Strömungskoeffizient)

auf den Unterschied zwischen dem mittleren, dynamischen Fluiddruck, der durch zwei oder mehrere stromaufwärts weisende Öffnungen erfaßt wird, und dem Bezugsdruck oder stromabwärtigen Druck bestimmt wird, dadurch andere stromabwärts weisende Öffnungen in dem Nachlauf des

die Probe umströmenden Fluids erfaßt wird, wesentlich zuverlässiger und genauer als mit Staudruck-Durchflußmessern bestimmt werden, die solche Merkmale entbehren.

Staudruck-Durchflußmesser zum Messen einer Fluidströmung werden weitverbreitet verwendet und waren während vieler Jahre einige der ersten, die um die Jahrhundertwende patentiert worden sind. Obgleich sie auf den ersten Blick einfach zu sein scheinen, ist die WahriÖ heit, daß sie recht kompliziert sind und noch viel über sie gelernt werden muß, nämlich wie ihre Empfindlichkeit verbessert werden kann und was unternommen werden kann, um sie über einen breiten Bereich von Strömungszuständen bzw. Strömungsbedingungen genauer zu machen. Beispielsweise müssen diejenigen, die zum Messen von Fluiden, Gasen und selbst zweiphasigen Strömungen in einem Rohr verwendet werden, notwendi-

gerweise wegen des Einflusses, den das Rohr auf die

Strömungseigenschaften hat, komplizierter sein als einer,der beispielsweise an der Vorderkante eines

Flugzeugflügels angeordnet ist, die einem strömenden Fluid (Luft) ausgesetzt ist, deren Strömungscharakteristik sich derjenigen einer idealen oder perfekten Laminarströmung nähert. Es hat sich gezeigt, daß tu am schwierigsten ist, eine Strömung im niederen Druckbereich genau zu messen, da in diesem Bereich solche Faktoren, wie die Fehlausrichtung der stromaufwärts weisenden Öffnungen, so daß sie nicht den Staudruck erfasen, wo das Fluid im wesentlichen keine Geschwindigkeit aufweist oder der Druckunterschied zwischen den Öffnungen in dem Probenkörper selbst eine Fluidströmung dazwischen erzeugt, die als ein Fehler beim Ablesen des dynamischen Drucks erscheint, ihren stärksten Einfluß haben. Es hat sich herausgestellt,daß sich die Strömungsmenge pro Zeiteinheit von einem der

häufigsten aller Fluide, nämlich von Wasserdampf nur sehr schwer genau bestimmen läßt und daß Staudruck-Meßproben, die sehr angemessene Ergebnisse bei anderen ^ Fluiden erzeugen, sogar bei einigen Zweiphasensystemen, | nicht gut bei Wasserdampf arbeiten, zumindest über längere Zeitdauer.

Wenn, wie es in der US-PS 4,154,100 gezeigt ist, die Kanten des Wirbelkörpers senkrecht zu der Strömung scharf ausgebildet werden.wird die Genauigkeit der Einheit verbessert ebenso wie die Größe des Signals bei gewissen Reynold-Zahlen. Der Grund für die Wirksamkeit der scharfen Kanten besteht darin, daß um einen kontinuierlichen, glatten Körper herumfließendes Fluid dem Verlauf des Körpers folgt, bis Trägheitskräfte in dem Fluid bewirken, daß es sich von der Oberfläche entfernt und in einer mehr oder weniger geraden Linie strömt. Wenn das Fluid damit beginnt, sich von der Oberfläche des Körpers zu entfernen bzw. abzureissen, ändert sich jedoch der Druckunterschied zwischen der Stromaufwärts und der stromabwärts weisenden Oberfläche in einer Weise, die zu der Strömungsgeschwindigkeit nahe dem Körper in keiner Beziehung steht. Deshalb, wenn ein solcher Körper als eine Strömungsmeßeinrichtung verwendet wird, ist das sich ergebende Signal der Strömung bei gewissen Strömungsmengen pro Zeiteinheit nicht proportional. Wenn das Fluid durch irgendeine Einrichtung, wie z.B. scharfen Kanten induziert wird, sich von dem Körper bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten zu trennen, bleibt der Druckunterschied zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärt igen Oberfläche proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit ■■ omit zu der Strömungsmenge pro Zeiteinheit.

Jedoch müssen diese Seitenkanten des Probenkörpers tatsächlich nicht messerscharf sein, sondern es besteht eine Beziehung zwischen dem Maß ihrer Schärfe und der Weitü in Querrichtung des Wirbelkörpers, die eine solche Seitenkante von der anderen trennt, welche, wenn darauf geachtet wird, die Genauigkeit des Instrumentes ü'Der im wesentlichen ihren gesamten Arbeits- bzw. 3etriebsbereich und den Bereich des praktischen linsatzes aufrecht erhält. Die Anmelder haben herausgefunden, daß diese Beziehung in der folgenden Weise ausgedrückt werden kann;

r/b_Q < tan 0.2

mit r, dem Radius der Seitenkante und b , der Breite des Wirbelkö-pers in Querrichtung, d.h. der Abstand, der diese Seitenkanten trennt, wenn r Null ist oder diese Kanten scharf sind.

Wenn man bewirkt, daß sich die Strömung von dem Wirbelkörper längs festgelegter Trennlinien trennt und nicht zu ihm zurückkehrt, so erzeugt dies einen ziemlich gleichförmigen niederen Druck über die gesamte Oberfläche des Probenkörpers stromabwärts der Strömungstrennbereiche, was dazu führt, daß er nicht so empfindlich auf die Ausrichtung ist und auch die Lage der stromabwärt:·, weisenden, stromabwärtigen Druckmeijöf fnungen für eine gute Genauigkeit weniger kritisch macht.

Bei Meföanwendungen bei einphasiger Strömung bestand die übliche Praxis stets darin, den Meßabschnitt der Probe, der der Teil innerhalb des Rohres oder der Leitung ist, auf einem Durchmesser derselben oder zumindest einem Durchmesser sehr nahe dazu anzubringen, wobei die zulässige Abweichung im Bereich von 5° auf bei-

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I -5-

I= ! den Seiten liegt. Die selbe Praxis wurde in zweiphasi- § gen Systemen angewandt, bei denen Flüssigteilchen von

I einem Gas mitgenommen werden; jedoch haben die An-

I meider herausgefunden, daß eine solche Annäherung im

1 ⁵ Bezug auf Mehrphasensysteme, die gasförmige und flüs-I sige Anteile enthalten, nicht richtig ist. Tatsäch-

I lieh müssen vollständig andere Kriterien beim Anbrin-

I gen bzw. Befestigen verwendet werden, um in warmen und

t kalten Zweiphasensystemen beste Ergebnisse zu erzielen.

& ¹O Insbesondere ist nun festgestellt worden, daß die Pro-

ibe in heißen Zweiphasensystemen, wie beispielsweise Wasserdampfleitungen, vorzugsweise derart angebracht

I wird, daß ihr Kopfende, welches die Ausleseeinrichtun-

I gen enthält, wenn möglich, unter ein»m Winkel von

15 ungefähr 10° niedriger als ihr entferntes oder

Schwanzende angebracht wird . Dies bedeutet, daß in vertikal angeordneten Wasserdampfleitungen die Sonde b?.w. der Meßfühler nach oben schräg verläuft, so daß sein Schwanzende ungefähr 10° oberhalb seines

20 Kopfendes liegt, die empfindliche, mit dem Kopfende verbundene Elektronik keine Temperaturen weit über 82° C oder so aushalten kann, und deshalb wirkt das Schrägstellpn des Meßfühlers und daß zugelassen wird, daß sich die stromaufwärts weisende

25 und die stromabwärts weisende Kammer bzw. Raum teilweise mit Wasser füll en ,wie ein isolierender Puffer mit der Wirkung, eine Beschädigung der elektronischen Ausleseeinrichtungen zu verhindern. Das gleiche gilt für eine horizontale Linie, nämlich daß das Kopf-

30 ende des Meßfühlers an dem Nadir des Rohres oder auf irgendeiner Seite etwas weniger als ungefähr 80° hoch angeordnet ist.

Im Gegensatz sollte bei kalten Mehrphasensystemen, 35 wenn beispielsweise versucht wird, die Strömung von

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nassem Erdgas zu messen, welches aus einem Bohrloch an dessen oberem Ende austritt und von Zeit zu Zeit Wasser, Bohrschlamm, suspendierte Festkörper, öl und andere Verschmutzungen enthält, das Kopfende des Meßfühlers oberhalb des kopffernen Endes bzw. vorderen Endes angeordnet werden, so daß solche Verschmutzungen herausfließen können und die sich ergebende Messung nur an der gasförmigen Phase vorgenommen wird.

Demgemäß sollte das vordere Ende des Meßfühl' s vorzugsweise nach unten unterhalb des Kopfes mit einem Winkel von ungefähr 10° geneigt sein.

Die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, einen neuen und verbesserten Staudruck-Durchflußmeßfühler zur Verwendung in eingeschlossenen Strömungsfeldern anzugeben, der insbesondere für Mehrphasensysteme gut geeignet ist, bei denen eine der Phasen flüssig und eine andere gasförmig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Strömungsmeßeinrichtung der angegebenen Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet, ist, daß ein stromaufwärts weisender, durch das strömende Fluid beaufschlagter Bereich des Körpers eine konvexe vordere Kante aufweist, die ein Paar im wesentlichen ebener Bereiche trennt, die in ein Paar in Querrichtung beabstandete Seitenränder enden, die zusammenwirken, Strömungstrennbereiche festzulegen, mit der Wirkung, d-»r überströmendes Fluid von dem Körper zu trennen, wobei die konvexe Krümmung der Seitenränder derart ist, daß die Radien nicht größer als 0,2 des Querabstandes zwischen ihnen ist und die stromaufwärtigen Öffnungen in der vorderen Kante angeordnet sind.

Ein Strömungsmesserfühler, der die Erfindung verkörpert, wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen beschrieben,

bei denen ■

Fig. 1 eine Seitehansicht ist, wobei Teile aufgebrochen und im Schnitt dargestellt sind,und die sich nach oben erstreckende Ausrichtung des Meßfühlers innerhalb einer vertikal angeordneten Leitung nä

her gezeigt ist, wenn der Meßfühler verwendet wird, die Strömung von Bestandteilen einer heißen Flüssig/Gas-Phase zu messen,

Figs 2 eine seitliche Teilansicht ähnlich derjenigen in Fig.1 und im gleichen Maßstab ist, wobei der Meßfühler nach unten geneigt dargestellt ist, wie es beim Messen von kalten Mehrphasensyste

men der Fall wäre, die sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas enthalten,

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung längs der

Linie 3—3 der Fig.1 mit einem etwas vergrößerten Maßstab, und

Fig. 4 ist eine äiagrammartige Darstellung der zulässigen Beziehung zwischen dem Verlauf der Rundung der Strömungstrennbereiche an gegenüberliegenden Seiten des Wirbelkörpers in Beziehung zu dem diese trennenden Querabstand. 35

-δ-1

Es wird nun auf die Fig.1,2 und 3 Bezug genommen, in denen das Bezugszeichen 10 allgemein die Strömungsmeßeinrichtung oder den Meßfühler bezeichnet, der in

der Wand eines vertikal angeordneten, großen Rohres 5

oder einer vertikal angeordneten» großen Leitung 12 angebracht ist* Eine Bohrung 1*1 in der Seitenwand nimmt den Fühlerabschnitt bzw. Meßabschnitt 18 des Meßfühlers 10 auf, der sich bis hinüber zu der entfernten Seitenwand 20 erstrecke. Die Mittellinie oder Achse des Meßabschnittes 18 schneidet die Mittellinie des Rohres 12; jedoch ist sie im Gegensatz zu dem bisher üblichen nach oben oder unten schräg verlaufend

kennen ist. Drei oder mehrere stromaufwärts weisende, sogenannte Beaufschlagungsöffnungen 36, verbinden das in dem Rohr 12 fließende Fluid mit der Hochdruckkammer 30, während andere stromabwärtige Öffnungen

relativ zu letzterer, wenn der Meßfühler verwendet wird, die Strömungsmenge pro Zeiteinheit bei Mehrphasensysternen zu messen, die sowohl flüssige als auch gasförmige Anteile enthalten, wobei die Schrägstellung davon abhängt, ob die Systeme kalt oder heiß sind.

Jede herkömmliche Befestigungsart, wie eine Hülse 22,

kann verwendet werden, den Meßfühler 10 in der richtigen Lage in Bezug auf die Mittellinie anzubringen. Der Fühlerabschnitt 18 des Meßfühlers 10 endet außerhalb des Rohres in einem Kopf 24, der Durchlässe 26 und enthält, die eine Verbindung zu Kammern 30 und 32 für

höheren bzw. niederen Druck darstellen. Diese Durchlässe sind wiederum mit einem Hochdruckmesser G1 und Niederdruckmesser G2 verbunden.

Eine Trennwand oder Unterteilung 34 trennt und iso-

liert die Kammern 30 und 32, wie es in Fig.3 zu er- |

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das gleiche in Bezug mit der Niederdruckkammer 32 machen ,

In beiden Fig.1 und 2 strömt das Fluid nach oben, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Die Öffnungen 36 befinden sich in dem unteren Teil des Fühlerabschnittes 18 und öffnen sich in die Kammer 30, welche unterhalb der Kammer 32 liegt. Ähnlich befinden sich die Öffnungen 38 oben an dem Fühleräbschnitt und Öffnen sich in die Kammer 32. Dort wo die Anordnung der Öffnungen 36 und 38 auf der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite und die Kammern identisch sind, bleibt die Ausrichtung die gleiche, wie es beide Figuren zeigen, wenn die Strömungsrichtung umgekehrt würde. Die Funktion der Öffnungen und der Kammern würden sich ändern, da die Öffnungen 38 oben an dem Fühlerabschnitt die Beaufschlagungsöffnungen würden,während die unten liegenden Öffnungen 36 die stromabwärtigen Öffnungen wären.

Bei gewissen Anwendungen,bei denen eine Verstopfung zu einer Schwierigkeit wird, wird die Anordnung der Kammern gegenüber solchen Meßfühlern bevorzugt, die ein sogenanntes Ausgleichsrohr umfassen, wie z.B. jene Meßfühler, die in den US-PSen 3,581,555; 3,803,921 und 4,154,100 gezeigt sind. Während die großvolumigen Kammern 30,32 gegenüber Ausgleichsrohren dort bevorzugt werden, wo während einer längeren Zeitdauer Abschnitte des Meßfühlers verstopfen können, bieten sie keine vollständige Lösung, da die Größe der Öffnungen 36 und 38 ebenso kritisch ist.

Um so genauer der Staudruck bei Strömungsmessungen bestimmt werden kann, um so höher ist die Genauigkeit. Da durch Definition der Staudruck der Punkt ist, bei

-ΙΟΙ dem die Geschwindigkeit des Fluids 0 und der Druck maximal sind, ist es nur vernünftig, daraus zu schließen, daß, je kleiner die öffnung ist, umso genauer dieser Punkt lokalisiert werden kann. Unglücklicherweise gilt dieses Kriterium nicht bei einem System, bei dem Verstopfungsschwierigkeiten fehlen, da offensichtlicher^ weise umso größer die Druckmeßöffnung ist, umso weniger diese verstopft werden kann.

öffnungen 36 und 38 mit großem Durchmesser sind vorgesehen, die in der vorderen und hinteren Kante 40 bzw. 42 angeordnet sind, welche einen großen Radius aufweisen. Indem große, praktisch nichtverstopfbare Öffnungen in der stromaufwärtsweisenden, runden Oberfläche angeordnet werden, messen diese, selbst wenn sie etwas zu der einen oder anderen Seite des Staupunktes auf der Mittellinie des Meßfühlers fehl angeordnet sind, Drücke, die nicht wesentlich von dem Staudruck abweichen. Wenn gleichgroße Öffnungen in scharf verlaufende vordere Kanten oder zu diesem Zweck in flachen Kanten angeordnet werden, die mehr oder weniger senkrecht zu der Strömungsrichtung ausgerichtet sind, ergeben sich Druckmessungen, die wesentlich von dem Staudruck abweichen, wenn diese Öffnungen nicht genau auf der Mittellinie des Meßfühlers angeordnet sind. Ein ebenso unerwarteter Vorteil, der sich davon ableitet, daß die stromaufwärts weisende Vorderkante HO mit diesem sanft gerundeten Verlauf versehen ist, bestand in der Erkenntnis, daß der Meßfühler sogar etwas um seine Achse gedreht werden konnte, ohne daß diese stromaufwärts weisenden Beaufschlagungsöffnungen, die durch diese übergroßen Öffnungen festgelegt sind, in Bereiche bewegt werden, in denen der Druck im wesentlichen von dem Staudruck verschieden ist. Erneut trat etwas auf, was nicht vorkam, wenn gleich große Öffnungen in

scharf verlaufenden oder im wesentlichen ebenen Vorderkanten angeordnet wurden. Nun, obgleich der Staudruck nur an der stromaufwärts weisenden Vorderkante 40 vorliegt und erfaßt und gemessen werden soll, ist es bei einem Zweirichtungsmeßfühler, der wie es angegeben ist, für alle praktischen Zwecke symmetrisch zu einer querverlaufenden Mittellinie ist, das beste, die stromaufwärts weisende vordere Kante 40 und die stromabwärts weisende hintere Kante 42 mit dem gleichen Ver- !0 lauf auszubilden.

Die Öffnungen, die cie Druckfühleröffnungen 36 und 38 bilden, sollten groß genug sein, um ein Verstopfen zu verhindern.

Der Abstand der Beaufschlagungsöffnungen längs des Fühlerabschnittes 18 i«t kritisch in Bezug auf eine genaue Mittelung der an den Stellen quer zu dem Rohr gemessenen Drücke; jedoch stellt dieser Gesichtspunkt bei der hier beschriebenen Einheit keinen Teil der Erfindung dar, da den sogenannten Chebyshef'schen-Stellen gefolgt wird. Jede Meßöffnung muß die Geschwin digkeit in einem spezifischen Bereich des Rohres darstellen und der durch irgendeine öffnung dargestellte Bereich muß exakt gleich dem durch irgendeine andere Öffnung dargestellten Bereich sein.

Es wird erneut auf Fig.1 Bezug genommen, in der das Kopfende H des M'ßfühlers tiefer als dessen vorderes Ende T angeordnet ist. Fluid ist in dem Kopfende einge schlossen, von dem sich ein Teil bis in beide Kammern 30,32 erstreckt. Der Fluidpegel in der Kammer 30 ist offensichtlicherweise durcf 'e Lage der stromaufwärts weisenden Beaufschlagungsoiiuung 36F gerade innerhalb der nahen Seitenwand 16 des Rohres 12 festgelegt, da

irgendwelches Fluid oberhalb dieses Pegels nur abfließt. Bei der Kammer 32 ist es die entsprechend angeordnete, stromabwärts weisende Bezugsöffnung 3OF, die den Pegel in der Niederdruckkammer bestimmt. Jedoch soll auf einen wesentlichen Punkt hier hingewiesen werden, nämlich daß das Fluid PI in der Kammer 30 sowie das davon getrennte in der Kammer 32 eingeschlossene Fluid P2 die Einlasse 44 und 46 zu den Durchlässen 26 bzw. 28 überdecken, da der Meßfühler schräg aufwärts gerichtet ist. Diese Befestigungsart wird bei zweiphasigen oder mehrphasigen Systemen verwendet, die eine Flüssigkeit zusammen mit einen oder mehreren heißen Gasbestandteilen, beispielsweise nassen oder trockenen Dampf enthalten. Indem der Meßfühler schräggestellt wird, so daß die flüssige Phase P1 und P2 isolierende Sperren bilden, sind die Meßgeräte (G1 und G2) gegenüber einer direkten Wirkung des heißen Dampfes geschützt.

Es hat sich herausgestellt, daß eine nach oben gerichtete Schrägstellung von ungefähr 10° bei den meisten Anwendungen bei heißen Flüssigkeit/Gas-Phasen die Meßgeräte isoliert. Fig.1 zeigt eine nach oben gerichtete Schrägstellung von ungefähr 20°, hauptsächlieh um darstellend hervorzuheben, da der minimale Schrägstellwinkel, der ausreicht, sicher zu stellen, daß die Fluidmengen P1 und P2 die Meßgeräte gegenüber dem heißen Gas isolieren, wahrscheinlich der beste ist. Die Anordnung bzw. Befestigung gemäß Fig.1 sollte immer dann verwendet werden, wenn die Dämpfe ungefähr 82⁰C oder so erreichen, oberhalb davon bekanntlich ein Schaden auftreten kann.

Es besteht kein Unterschied dahingehend, ob die Strömung nach oben gerichtet ist, wie es Fig.1 zeigt,oder nach unten, denn der gleiche Einschluß von Fluidmengen

P1 und P2 tritt gegebenenfalls auf. Bei einer nach

unten gerichteten Strömung kann es erforderlich sein, die Einrichtung mit Fluid vorzubereiten bzw. vorzufüllen, um die Menge P1 dort zu schaffen, wo die strojiabwärts weisende Niederdruckkammer 30 wäre, da sie im Schatten bzw. dem Nachlauf des Fluids liegt, welches um den Wirbelkörper herum strömt, und deshalb würde sie kein Fluid unmittelbar erreichen. Eine Kondensation gibt gegebenenfalls Fluid, welches sich in dieser Kammer ansammelt, selbst wenn sie nicht vorbereitend

gefüllt worden ist. Nun, es ist notwendig, daß beide Fluidmengen vorhanden sind, wenn die Geräte kallibriert werden, da sie bei allen praktischen Anwendungen bzw. Einsätzen während des normalen Betriebes vorliegen und j 15 sich nur sehr wenig in ihrer Größe bzw. Menge ändern.

Tort, wo nur eine sehr geringe Flüssigphase vorhanden ist, wie bei überhitztem Dampf bzw. Heißdampf, wird sich ein gewisser Anteil der irgendwie vorhandenen Flüssigkeit gegebenenfalls kondensieren und die Fluidmengen P1 und P2 bilden. Es gibt jedoch einen Unterschied,und der besteht darin, daß überhitzter L>ampf fortlaufend einen Teil der eingeschlossenen Flüssigkeit verdampft, wodurch der Pegel der Fluidmengen PI und P2 erniedrigt wird. Möglicherweise wird ein Gleichgewicht bei einem gegebenen Satz von Betriebsbedingungen erreicht und, wenn dieses auftritt, können die Geräte entsprechend kallibriert werden.

Fig.2 zeigt den zu der Fig.1 entgegengesetzten Zustand, nämlich daß das Flüssigkeits-Gas-System kalt statt heiß ist. Somit gibt es keinen Grund, die Meßgeräte gegenüber einem Zutritt der Gasphase zu isolieren, welche nicht schädlich ist. Ganz im Gegenteil, ein direkter Zutritt zu den Meßgeräten sollte sichergestellt sein

und wird dadurch erreicht, daß die Sonde bzw. der Meß-

• t * * t iit

fühler nach unten geneigt wird, so daß sich Flüssigkeitsmengen Q1 und Q2 in dem vorderen Ende des Meßfühlers bilden. Die Pegel dieser Mengen sind durch die Lage der öffnungen 36T und 38T am vorderen Ende bestimmt. Die Mengen Q und Q_ beeinflussen nicht die Kalibrierung der Meßgeräte. Der nach unten gerichtete Neigungswinkel der Fig.2 ist zum Zwecke der Darstellung übertrieben worden und das System würde ganz zufriedenstellend arbeiten, wenn das Maß der Neigung ungefähr das Halbe des Dargestellten wäre. Die in der unteren Kammer 30 unterhalb der Beaufschlagt* »jsöffnung 36T zurückgehaltene Fluidmenge wäre bei dem in Fig.2 gezeigten, nach unten gerichteten Neigungswinkel lediglich einige Tropfen.

Einige Ausführungen sollten bezüglich der Maßnahmen gemacht werden, welche beim Anbringen des Meßfühlers bei anderen als vertikal verlaufenden Röhren verwandtwerden , so weit es Flüssigkeit-Gas-, Zwei- oder Mehrphasensysteme betrifft. Tatsächlich wird das Anbringen in einem horizontal verlaufenden Rohr wesentlich einfacher, sowohl bei heißen als auch kalten Mehrph.isenzuständen, da die Achse oder Mittellinie des Meßfühlers bzw. der Sonde auf einem Durchmesser des Rohres angeordnet wird, statt sie schräg zu stellen. Im Falle eines heißen Flüssigkeit-Gas-Systems sollte die Achse der Sonde in einem horizontalen Rohr so nahe wie möglich in einer senkrechten Ebene angeordnet werden, so daß ihr Kopfende wenigstens 10° niedriger als das vordere Enoe liegt. An-V.s betrachtet, bedeutet dies, daß ihr Kopfende in beiden Richtungen von dem Fußpunkt oder Nadir des Rohres über einen Winkel bewegt werden kann, der irgendwie kleiner als ungefähr 80° ist. Einfacher ist dennoch die kalte Flüssigkeit-Gas-Situation, da, weil der Kopf sowieso oberhalb des

vorderen Endes sein muß, es am einfachsten ist, die Sonde bzw. den Meßfühler so anzubringen, wie er in einem Einphasensystem wäre, d.h. mit seiner Achse der= art, daß sie mit einem vertikal verlaufenden Durchmesser des Rohres zusammenfällt. Sie könnte natürlich

zu/ einer Seite oder der anderen geneigt sein, vorausgesetzt nur, daß der Kopf wenigstens 10° oder so oberhalb dem vorderen Ende bleibt; aber derart vorzugehen macht die Befestigung bzw. das Anbringen nur unnotweniö äigerweise kompliziert, es sei denn , ändere Gründe liegen Vor, so vorzugehen, beispielsweise aus Raummangel .

Es wird auf die Fig.3 Bezug genommen. Der Fühlerabschnitt 18 des Meßfühlers ist -'tus einem äußeren Mantel 48 hergestellt, in den rohrförmige Einsätze 50A und 50B eingeführt sind. Der Mantel 48 weist einen allgemein quadratischen Querschnitt auf, wobei die Einsätze die Form von gleichschenkligen Dreiecken aufweisen. Die vordere und die hintere Kante 40 und 42 des Mantels sind gerundet, wie die Seitenkanten 52R und 52L, die die Strömungstrennbereiche bilden, jedoch in einem geringeren Maß. Die Basen 56A und 56B der Einsätze wirken zusammen und legen die Trennwand 34 fest, während ihre Schenkel 58R ,58L, 60R und 60L an die Innenwände des Mantels in dichter Passung und Seite-an-Seite-Beziehung anstoßen, wie es gezeigt ist. Einsätze mit einer anderen als der gezeigten, dreieckförmigen Form können auch verwendet werden, wie z.B. rechteckförmige, die die Trennwand 34 in einer Lage anordnen würden, die den quadratischen Mantel in der Mitte zwischen seinen Ecken statt längs einer Diagonalen teilen würde. Wo immer auch die Wand angeordnet ist, sie muß die Drücke in den beiden Kammern voneinander trennen. Vorzugsweise sollten beide so groß sein, wie sie innerhalb der Umgrenzung des Mantels aufgenommen werden können, jedoch

müssen sie nicht notwendigerweise die gleiche Größe oder Form besitzen* Die Einfachheit der Herstellung und die Ausbildung der Einheit für beide Richtungen führen jedoch dazu, daß eine irgendwie symmetrische

B Ausbildung gevählt wird, wie es gezeigt ist.

Man sieht, daß die Seitenkanten (52R und 52L in Fig.3) des Abschnittes 18, der den die Strömung trennenden Wirbelkörper bildet, etwas gekrümmt sind, wie es bei

IG "v" in Fig.i» gezeigt ist. Der Abstand, der diese Kanten oder Strömungstrennbereiche trennt, ist mit "b " bezeichnet und war vorhergehend definiert worden. Die Anmelder haben herausgefunden, daß, obgleich Seitenkanten mit einem scharfen Verlauf die am schärfsten definierten Strömungstrennbereiche ergeben, sie keine Notwendigkeit sind, da nahezu keine Verringerung der Genauigkeit der gemessenen Drücke bei dem Meßinstrument oder irgendeine bedeutende Verringerung der Größe des Signals festgestellt werden kann, wenn das Verhält* nis, welches durch Teilen des Radius dieser Strömungs·- trennbereiche r durch den Abstand b , der sie trennt,

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einen Wert von 0,2 nicht überschreitet. Dadurch, daß man diesen Wertbereich (degree of latitude) in Bezug auf die in diesen Strömungstrennbereichen erforderliehe Schärfe besitzt, werden teuere Bearbeitungs- und Endbearbeitungsvorgänge vermieden und einfache WaIzformungstechniken unter Verwendung von verformbarem Fbhrmaterial können deshalb unter starker Kostenverringerung eingesetzt werden.

Claims

20 1. Staudruck-Durchflußmeßeinrichtung mit einem rohrförmigen Körper mit nichtkreisförmigem Querschnitt, einer Einrichtung zum Befestigen des Körpers mit einem Abschnitt innerhalb und einem anderen Abschnitt außerhalb der Leitung an der Leitung, einer Trennwand inner-

25 halb des rohrförmigen Körpers, der den Körper in zwei Kammern unterteilt, und Durchlässen in dem anderen Abschnitt, die die Kammern mit Meßgeräten verbinden, sowie einer Vielzahl Öffnungen, die in dem Körper vorgesehen sind, wobei wenigstens eine öffnung stromaufwärts

30 und eine stromabwärts der Leitung weist, dadurch g ekennzeichnet , daß ein stromaufwärts weisender Abschnitt des Körpers (18), der mit strömendem Fluid

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beaufschlagt wird, eine konvexe, vordere Kante (40) aufweist, die ein Paar im wesentlichen ebener Bereiche trennt, die in ein Paar von in Querrichtung beabstandete Seitenränder (52L, 52R) münden, die zusammenwirken, Strömungstrennbereiche festzulegen, die wirksam sind, das darüberströmende Fluid von dem Körper zu trennen, und daß die konvexe Krümmung der Seitenränder derart ist, daß die Radien nicht größer als das 0,2-fache des Querabstandes zwischen ihnen ist, wobei die stromaufwärtigen Öffnungen (36F,36T) in der vorderen Kante (40) angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Krümmungsradius der vorderen Kante (40) wesentlich größer als die Krümmungsradien (r) der Seitenränder (52L, 52R) ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (18; einen im allgemeinen rhombusförmigen Querschnitt aufweist, der Körper einen stromabwärts weisenden Abschnitt (48) mit einer konvex gerundeten, hinteren Kante besitzt und daß sich ein zweites Paar von im wesentlichen ebenen Bereichen stromaufwärts in divergierende Beziehung erstreckt und die hintere Kante (38) mit den abgerundeten Seitenkanten (52L, 52R) auf den beiden Seiten verbindet.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichret , daß die beiden

_ar. Kammern (30,32) durch zwei R:>rc (5OA und 50B) begrenzt du

sind, von denen jedes einen Querschnitt in der Form eines im wesentlichen gleichschenkligen Dreiecks aufweist, und daß diese Rohre innerhalb eines äußeren Rohres (42) zusammengepaßt sind, wobei diese Anordnung aus Rohren _or. den rohrförmigen Körper (18) bildet.

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5. Staudruok-Durchflußmeßeinrichtung in einer

Leitung für eine zweiphasige oder mehrphasige Strömung, die flüssige und gasförmige Anteile enthält, wobei die

Meßeinrichtung aufweist einen rohrförmigen Körper, der 6

mittels einer Befestigungseinrichtung an der Leitung mit einem Abschnitt innerhalb der Leitung und mit einem anderen Abschnitt außerhalb der Leitung befestigbar ist, eine sich über die Länge des Körpers erstrek-

kende Trennwand, die sein Inneres in zwei isolierte 10

Kammern unterteilt, Gruppen von drei oder mehr öffnung gen in dem Körper, die längs seiner Länge beabstandet sind und sich in die entsprechenden Kammern öffnen, einen Kopf an einem Ende mit Durchlässen, die mit der jeweiligen Kammer verbunden und mii. Druckmessgeräten ver-

bindbar sind, sowie ein geschlossenes, dem Kopfende gegenüberliegendes vorderes Ende, dadurch gekennzeichnet , daß die Längsachse des rohrförmigen Körpers (18) mit der Mittellinie der Leitung einen

spitzen Winkel einschließt und daß Flüssigkeitsmengen 20

in jede der Kammern (30,32) einschließbar sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel relativ' zu der Horizontalen in einer vertikalen Leitung ungefähr

ι ι

10° beträgt. I
7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß bei unterhalb der Beschädigungstemperatur der Druckmeßgeräte (G.. G_?) liegenden Temperatur des gasförmigen Bestandteils der Strömung das Kopfende (H) so weit über dem vorderen Ende (T) angeordnet ist, daß das in dem jeweiligen unteren Ende der Kammern (30,32) eingeschlossene Fluid die zu den Druckmeßgeräten (G₁, G_?) führenden Durch-' *-

lasse mit Flüssigkeitsmengen unbedeckt und direkt für das Gas zugängig läßt.
8. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß bei oberhalb der Beschädigungstemperatur der Druckmeßgeräte (G₁₉G₂) liegenden Temperatur des gasförmigen Beständteils das vordere Ende (T) so weit oberhalb deö Kopfendes (H) angeordnet ist, daß die in den Kammern (30,32) eingeschlossene Flüssigkeit, die zu den Druckmeßgeräten ( Γ. Γ! ^ fiShnonrlon riiinnhl äooo (OP>\ MhorHpnlrf DnH ρίηρ

isolierende Sperre zwischen den Druckmefögeraten (G₁, G„) und dem Gas bildet.
9. Einrichtung nach Anspruch *J, dadurch gekenn zeichnet , daß bei einer Temperatur des gasförmig

¹^ gen Bestandteils von ungefähr 82⁰C oder darüber das vordere Ende (T) höher als das Kopfende angeordnet ist und der Neigungswinkel relativ zu einer Horizontalen ungefähr 10° beträgt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Trennwand von den Basen (56A, 56B) der zwei Rohre (5OB, 50A) gebildet ist, wobei diese Rohre dicht in einem äußeren Rohr (H2) miteinander in Eingriff stehen, und daß diese Rohre (42, 50B, 50A) den rohrförmigen Körper bilden.