WO2004001343A2 - Vortex flowmeter - Google Patents

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WO2004001343A2
WO2004001343A2 PCT/DE2003/002075 DE0302075W WO2004001343A2 WO 2004001343 A2 WO2004001343 A2 WO 2004001343A2 DE 0302075 W DE0302075 W DE 0302075W WO 2004001343 A2 WO2004001343 A2 WO 2004001343A2
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WO2004001343A3 (en
Inventor
Oliver Berberig
Original Assignee
Invensys Metering Systems Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices

Definitions

  • the present invention relates to a vortex flow meter for detecting the flow rate of liquid or gaseous media in pipelines with a circular cross section.
  • vortex flowmeters The functioning of vortex flowmeters is based on a phenomenon that was already experimentally investigated and described by Strouhal in 1878. If a blunt bluff body arranged in a fluid flow is flowed around, at Reynolds numbers between 4 and 40 two stationary vortices with opposite directions of rotation form in the dead water area behind this body. If the Reynolds number continues to increase, these vertebrae can no longer stick to the body and alternately separate from the opposite sides of the body. This results in an interaction of the shear currents on both sides of the body, which results in a constant vortex shedding frequency at constant flow velocity. This relationship is described by the dimensionless Strouhal number. Since it is this is a dynamic, constantly changing flow state, which is based on the interaction of the two shear flows behind the body, vortex flow meters are particularly sensitive to irregularities in the flow
  • the vortex generator is rod-shaped and extends transversely to the direction of flow through the entire pipe cross section, thereby dividing it into two equal cross sections.
  • the flow rectifier is arranged at a distance of 1 to 2 D upstream from the vortex generator and consists of three thin vanes, which are aligned parallel to their longitudinal axes and at equal distances from one another and whose guide surfaces extend parallel to the tube axis.
  • the pressure losses resulting from this flow straightener are significantly lower than with the perforated plates mentioned above, since its wings are relatively thin.
  • a vortex flow meter of this type is disclosed in US 3,979,954. This is particularly suitable for flow measurement in pipes with a larger cross-section. It consists of support rods which extend parallel to one another and are fastened to one side of the pipe wall and the other transversely to the direction of flow. Each of these support rods represents a vortex generator, in which paddle-shaped sensors are arranged at a distance from one another, which detect the vortex detachment at the associated vortex generator. With help downstream signal processing, which offsets the different frequencies, the actual volume flow in the measurement cross section can be determined with great accuracy. However, this arrangement has some disadvantages.
  • the mounting structure of the support rods in the pipeline wall is very complex, on the other hand, the support rods penetrating the entire cross-section of the pipeline, in particular the middle one, cause a relatively large flow resistance.
  • the resulting pressure losses limit the measuring range upwards. This can be counteracted by making the support rods relatively narrow. This in turn leads to low pressure amplitudes due to the vortex shedding, which limits the measuring range downwards.
  • This measuring device is therefore only suitable for a relatively narrow measuring range in which there is sufficient sensitivity for reliable measurements. Further disadvantages of this device lie in the relatively close proximity of the handrails, which results in mutual disturbances in the flow conditions on the handrails and thus in the local measurements. Furthermore, the holding rods are stressed by the flow as a bending beam, so that vibrations can occur which also negatively influence the measurement result.
  • the object of the present invention is to provide a vortex flow meter with which the measurement accuracy can be significantly improved while reducing the inlet and outlet sections.
  • the ratio of the vortex generator height / width is selected to be ⁇ 4 in order to obtain only one vortex system per vortex generator and thus a representative detachment frequency in the case of inflows with different speeds.
  • the installation space requirement is small. It is a minimum of only 1 D along the pipe axis. In very unfavorable installation situations, for example behind a so-called manifold, it is necessary to extend the guide channels in front of and behind the vortex generators. According to detailed investigations, a length of 1.5 D is already sufficient for this, resulting in a total length of 3 D, which is still more than a factor of 3 below the best known conventional vortex flow systems.
  • the vortex generators are either arranged concentrically to the pipe axis on the same radius, in which case the outer guide walls of the guide channels can be formed by the wall of the pipeline (in this case, additional outer guide walls are omitted), or the vortex generators are radial and at the same distance arranged from the pipeline axis.
  • the guide channels are structurally connected to one another, this connection, in an advantageous embodiment, consisting of a central body with a circular or polygonal cross section, which is open or closed axially.
  • This serves to increase the rigidity of the guide channels, as a result of which turbulence-induced vibrations can be avoided, which would have a very disadvantageous effect on the vortex detachment stability through superposition with vortex-induced flow vibrations.
  • the central body Depending on the desired pressure losses, depending on its clear width, it is either axially closed or open.
  • the distance between the eddy separation edges and the guide walls corresponds approximately to a vortex generator width. It has been found that the best damping and stabilizing effects can be seen with these dimensions.
  • the walls of the guide channels are made narrow in relation to the width of the vortex generators. Furthermore, they run out at their axial ends in a streamlined profile. These measures keep the pressure losses resulting from the guide channels low.
  • the vortex generators have a fully symmetrical cross section in a radial sectional plane parallel to the flow.
  • the ratio of the Strouhal number to the Reynolds number is identical for both flow directions, which means that bidirectional operation can be implemented with minimal signal evaluation effort.
  • sensors are integrated in the vortex generator, the measuring points of which lie on the free sides of the vortex generator parallel to the flow and have an axial offset to the radial axis of symmetry of the cross section of the vortex generator.
  • measuring point ⁇ in the sense of the present invention is to be understood both as the installation location of a sensor itself and as a point at which parameters influenced by the vortex shedding, such as pressure or speed, are tapped and become one at a different location in the cross section of the vortex generator sensor can be transferred.
  • the axial misalignment of the sensors, which are required anyway, or of their measuring points can not only be used to measure in both directions of flow, but also to determine the direction of flow.
  • the signal processing outlay can be reduced in that the sensor is assigned a second sensor which is offset in the flow direction and lies on the same flow thread.
  • the flow direction can be determined without comparison with stored frequency-amplitude pairs by directly comparing the currently measured amplitudes, the flow direction resulting from the amplitude difference.
  • the time offset of the Si signals of both sensors are used for ' determining the direction of flow.
  • the sensors are arranged in opposite directions with the greatest possible distance from one another, because then the signal difference between the two flow directions is greatest.
  • the boundary walls of the guide channels are structurally connected to one another by thin-walled vanes which extend in the direction of flow, the main axes of the vanes being axially aligned with the main axes of the vortex generators.
  • these inlet and outlet side vanes cross components in the flow are effectively reduced on the one hand and, on the other hand, they additionally increase the rigidity of the thin-walled guide channels and thus minimize any vibrations in the flow guide geometry.
  • the slightly turbulent wake of the wing located upstream from the vortex generator leads to improved vortex separation on this vortex generator with small Reynolds numbers. Instead of only one wing, further wings arranged parallel to this can be provided if necessary.
  • the flow cross-section of the pipeline between the guide channels is additionally blocked by installation profiles which preferably extend in the plane of the vortex generators.
  • the signal processing becomes easier because then no map compensation is required for this measuring range.
  • the additional blocking of the flow cross section leads to an increase in the flow speed at the vortex generator. This allows the measuring range to be enlarged downwards, but the pressure losses increase significantly.
  • the blocking can advantageously be carried out in such a way that the built-in profiles in concentrically arranged vortex generators complement them to form a full ring.
  • the built-in profiles can have a different cross-section than the vortex generators, which allows greater variability when adapting the above-mentioned characteristic curve characteristics.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a vortex flow meter in a perspective view in the state removed from a pipeline
  • FIG. 2a-2c cross sections through vortex flow meters installed in a pipeline
  • FIG. 2b showing a cross section through the vortex flow meters according to FIGS. 1 and 2a
  • c cross sections through further embodiments of vortex flow meters of this type
  • FIGS. 2, 3 and 5 show a cross section through a guide channel of a vortex flow meter according to FIGS. 2, 3 and 5,
  • FIG. 8 shows a section A - A according to FIG. 7,
  • FIG. 9 shows a cross section through a guide channel of a vortex flow meter according to FIG. 4,
  • FIG. 11 shows a section C - C according to FIG. 10 according to a first embodiment of a sensor arrangement on an enlarged scale
  • FIG. 12 shows a section C - C according to FIG. 10 according to a second embodiment of a sensor arrangement on an enlarged scale
  • FIG. 13 shows a vortex flow meter in a perspective view in a further embodiment in the removed state with wing fittings at the end of the guide channels, this vortex flow meter corresponding to the cross section according to FIG. 2b
  • 14 shows a representation according to FIG. 13 of a further embodiment of the invention, this vortex flow meter corresponding to the cross section according to FIG. 5c,
  • FIG. 16 is a view in the flow direction through a guide channel of the vortex flow meter shown in FIG. 13, and
  • FIG. 17 shows a longitudinal section D-D according to FIG. 16.
  • the vortex flow meter (WDM) 1 shown in FIG. 1 is explained in more detail below in connection with FIGS. 2b, 7 and 8.
  • This WDM 1 has three guide channels 2, each of which is laterally delimited by two boundary walls 3. These boundary walls 3 protrude radially from a central body 4, which is designed as an axially closed cylinder with a small radius. The closed ends of this central body 4 are rounded in terms of flow, as can be seen from FIG. 1.
  • the cylindrical surface of the central body 4 closes the guide channels 2 on their inner sides and thus forms an inner guide wall 5.
  • the guide channels 2 are completed by installing the WDM 1 in a pipeline 6.
  • the outer ends of the boundary walls 3 are then in contact with the inner pipe wall, so that the guide channels 2 are also closed to the outside.
  • the inner tube wall forms the outer guide wall 7 of the guide channels 2. This configuration is best seen in FIG. 2b, from which it can also be seen that the pipe axis 8 and the longitudinal axis 9 of the WDM 1 coincide.
  • a vortex generator 10 (hereinafter WE) is arranged in each of the three guide channels 2.
  • the WE 10 lie in a plane transverse to the direction of flow and are offset by 120 ° to each other. They have the shape of circular segment segments and each extend from the boundary wall 3 to the boundary wall 3 in the guide channels 2 and are rigidly connected to them.
  • Their main axes 11 run parallel to their height H WE (FIG. 7), which is determined by the extent of the vortex generators 10 between the boundary walls 3. It follows from this arrangement that the height H ME of the vortex generators 10 is greater on the outside than on the inside. Their average height 0 H WE is thus given by their extension in the main axis 11.
  • the vortex generators 10 are on the same radius and have a diameter of 0.5-0.7 D. In this diameter range there are optimal inflow conditions for the WE 10.
  • the ratio H WE / B WE is chosen approximately equal to 2.
  • the illustration shows that the main axis 11 of the WE 10 runs parallel to the guide walls 5, 7.
  • the vertebral detaching edges 12 - 15 are thus parallel to the guide walls 5 and 7.
  • There is a distance between the vertebral detaching edges 12, 13 from the guide walls 7 and the vertebral detaching edges 14, 15 from the guide walls 5 was found to be favorable, which corresponds approximately to the width B WE of the WE 10.
  • the distance between the vertebral separation edges 14, 15 and the guide walls is 5 is chosen to be somewhat larger than the distance of the vertebral separation edges 12, 13 from the guide walls 7.
  • the WE 10 are arranged centrally in the guide channels 2 in relation to the longitudinal extent thereof, ie the lengths L L ⁇ and L L 2 are the same. They are at least 0.5 -D and a maximum of 1.5 D, the latter measure having to be provided for currents with strong swirl.
  • 1 shows a WDM 1 with an overall length of 1 D
  • FIGS. 13, 14 show WDM 1 with an overall length of 2 D
  • FIG. 15 shows a WDM 1 with an overall length of 3 D.
  • FIG. 2a and 2c show further embodiments of WDM 1 according to the type described above. They differ from this in the number of WE 10.
  • FIG. 2a shows an arrangement with two WE 10, which are offset by 180 ° to each other
  • FIG. 2c shows an arrangement with four WE 10, which are offset by 90 ° to each other.
  • FIGS. 3a-3c A further embodiment of the present invention is shown in FIGS. 3a-3c. It differs from the previous exemplary embodiment in that the outer guide walls 7 are not formed by the wall of the pipeline 6, but by a thin-walled outer pipe 16, which is an integral part of the WDM 1 here. This is supported on the wall of the pipeline 6 via supports 17 which project radially outwards from the outer pipe 16.
  • FIGS. 4a-c Another embodiment of the invention is shown in FIGS. 4a-c in conjunction with FIGS. 9 and 10.
  • the central body 4 is here through an axially flowable cylinder formed, the diameter of which is substantially larger than the diameter of the central body 4 of the two exemplary embodiments explained above.
  • the inner guide walls 5 of the guide channels 2 are formed by the cylindrical surface of the central body 4 and the outer guide walls 7 by the inner wall of the pipeline 6.
  • the distance between the eddy separation edges 14, 15 from the inner guide walls 5 is here equal to the distance between the eddy separation edges 12, 13 from the outer guide walls 7. This distance corresponds to the width B WE of the WE 10.
  • FIG. 11 and 12 show that the WE 10 have a cross section in a rectangular shape.
  • This cross section has radial and axial symmetry, so that when the inflow flows into the WE 10 from the inflow directions 18 and 19, identical conditions occur; in other words, with such a cross-section of the WE 10, a certain inflow velocity for both inflow directions 18, 19 leads to the same frequencies of the vortex detachment at the vortex detachment edges 12, 14 and 13, 15.
  • WE 10 with other cross-sections but with the same symmetry can also be used become.
  • This geometry of the cross section ensures that measurements can be carried out identically in both flow directions 18, 19.
  • a sensor 20 is integrated in each of the WE 10, which in this case works on a differential pressure basis.
  • the Sensor 20 two measuring points 21, 22, which lie on the free sides of the WE 10 parallel to the flow and are connected to one another via through bores 23.
  • the differential pressure sensors 20 are highly sensitive since, due to the alternating eddy separation from the eddy separation edges 12 and 14 or 13 and 15, an increase in pressure on the one hand is offset by an approximately equal pressure drop on the other hand. This leads to a doubling of the signal amplitude, ie to a high measurement signal gain.
  • the measuring points 21, 22 have an axial offset to the radial axis of symmetry 23 of the cross section of the WE 10. This offset makes it possible not only to be able to measure in both flow directions 18, 19 with little signal processing outlay, but also to add the flow direction 18, 19 to capture.
  • the sensor arrangements according to FIGS. 11 and 12 differ, inter alia, in that, in the arrangement according to FIG. 11, the measuring points 21, 22 are closer to the vertebral separation edges 12, 14 due to an inclined position of the through hole 23, that is, in the immediate vicinity of the location of maximum speed and pressure changes, which results in a stronger signal.
  • the through bores 23 are closed on both sides by membrane 24.
  • This measuring arrangement is very robust since blockages in the through hole 23 are avoided. At the same time, however, it has increased complexity, which is reflected in the manufacturing costs. In addition, the measuring sensitivity is reduced by the membrane 24 in comparison with the arrangement according to FIG. 11.
  • the flow direction 18, 19 can be determined without comparison with stored frequency-amplitude pairs by directly comparing the currently measured amplitudes are compared, the flow direction 18, 19 resulting from the difference in amplitude.
  • FIGS. 5a-c A further exemplary embodiment is shown in FIGS. 5a-c.
  • the mounting profiles 25 can have the same cross section as the WE 10 ha ben, which is shown in Fig. 5c, or also have a different cross-section in both the radial and axial directions, as shown by way of example in Figs. 5a and b.
  • FIG. 13-15 show further embodiments of WDM 1.
  • the basic structure of the WDM 1 according to FIG. 13 corresponds to the WDM 1 explained in connection with FIG. 2b and the WDM 1 according to FIG. 14 corresponds to the WDM 1 explained in connection with FIG. 5c.
  • the overall length of this WDM 1 is 2 D ,
  • the boundary walls 3 of the guide channels 2 are structurally connected to one another by thin-walled vanes 26 which extend in the flow direction 18, 19.
  • These wings 26 are arranged at the end of the guide channels 2, in such a way that their main axes 27 are aligned with the main axes 11 of the WE 10.
  • the distance d F ⁇ , d F2 between the wings 26 and the WE 10 is at least 0.5 D.
  • the length L F of the wings 26 in the direction of flow 18, 19 is between 0.1 and 0.3 D.
  • Their thickness B F is between 0.01 and 0.03 D.
  • their leading and trailing edges are rounded in terms of flow. These measures help to keep pressure losses low.
  • FIGS. 6a-c A further exemplary embodiment of the invention is shown in FIGS. 6a-c.
  • the WE 10 of this WDM 1 have the same dimensions as those of the previous exemplary embodiments. Their even distribution over the measurement cross-section also takes place in the same way as in FIGS. 2, 3 and 4 with the same letters.
  • a major difference can be seen in the fact that the main axes 11 of the WE 10 are oriented radially. However, the main axes 11 also run parallel to the height H WE of the WE 10. The same applies to the guide walls 5, 7 of the guide channels 2.
  • the height Hm of the WE 10 is limited by boundary walls 3.
  • the ratio H WE / B WE ⁇ 2 was chosen, since in particular with this arrangement different inflow velocities above the height of the vortex generator can be expected, but only one vortex system with a detachment frequency representative of the inflow velocity is also desired.
  • the guide channels 2 are in turn structurally interconnected, wherein this connection is realized by a central body 4 with a polygonal cross section.

Abstract

The invention relates to a vortex flowmeter for detecting the quantity of liquid or gaseous media passed in conduits that have a circular cross-section. The aim of the invention is to improve a flowmeter of the above-mentioned kind so that its measuring accuracy is substantially improved while reducing the inlet and the outlet distance. For this purpose, at least two vortex generators (10) evenly distributed across the measuring cross-section detect asymmetric speed distributions across the measuring cross-section. The height/width ratio HWE/BWE of said vortex generators is ≤ 4 and they are provided in guide channels (2) that subdivide the cross-section of flow. Said guide channels extend in the axial direction by at least 0.5 D (conduit inner diameter) at both sides of the vortex generators and are formed by guide walls (5, 7) disposed substantially in parallel to the vortex shedding edges (12 15) and limiting walls (3) interlinking said guide walls, and the vortex generators (10) extend from limiting wall (3) to limiting wall (3).

Description

Wirbeldurchflussmesser Vortex flowmeter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbeldurchfluss- esser zur Erfassung der Durchflussmenge von flüssigen oder gasförmigen Medien in Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt.The present invention relates to a vortex flow meter for detecting the flow rate of liquid or gaseous media in pipelines with a circular cross section.
Die Funktionsweise von Wirbeldurchflussmessern basiert auf einem Phänomen, das bereits 1878 von Strouhal experimentell untersucht und beschrieben wurde. Wird ein in einer Fluidströmung angeordneter stumpfer Staukörper umströmt, bilden sich bei Reynolds-Zahlen zwischen 4 und 40 im Totwassergebiet hinter diesem Körper zwei stationäre Wirbel mit entgegengesetztem Drehsinn aus. Steigt die Reynolds-Zahl weiter an, können sich diese Wirbel nicht mehr am Körper halten und lösen sich wechselseitig von den gegenüberliegenden Körperseiten ab. Hierbei kommt es zu einem Zusammenspiel der Scherströmungen zu beiden Seiten des Körpers, das bei konstanter Anströmgeschwindigkeit eine konstante Wirbelablösefrequenz zur Folge hat. Dieser Zusammenhang wird über die dimensionslose Strouhal-Zahl beschrieben. Da es sich hierbei um einen dynamischen, ständig wechselnden Strömungszustand handelt, der auf dem Zusammenspiel der beiden Scherströmungen hinter dem Körper beruht, sind Wirbeldurchflussmesser besonders empfindlich gegenüber Unregelmäßigkeiten in der Anströ-The functioning of vortex flowmeters is based on a phenomenon that was already experimentally investigated and described by Strouhal in 1878. If a blunt bluff body arranged in a fluid flow is flowed around, at Reynolds numbers between 4 and 40 two stationary vortices with opposite directions of rotation form in the dead water area behind this body. If the Reynolds number continues to increase, these vertebrae can no longer stick to the body and alternately separate from the opposite sides of the body. This results in an interaction of the shear currents on both sides of the body, which results in a constant vortex shedding frequency at constant flow velocity. This relationship is described by the dimensionless Strouhal number. Since it is this is a dynamic, constantly changing flow state, which is based on the interaction of the two shear flows behind the body, vortex flow meters are particularly sensitive to irregularities in the flow
1 ung, die zu Messungenauigkeiten führen.1 ung, which lead to measurement inaccuracies.
Aus diesem Grunde bestehen für kommerziell erhältliche Wirbeldurchflussmesser genaue Einbauvorschriften hinsichtlich der Einlauf- und Auslaufstrecke, um die vom Hersteller spezifizierte Genauigkeit zu erreichen. Grund hierfür ist die Forderung nach einem voll ausgebildeten, zur Rohrachse symmetrischen und möglichst drallfreien Strömungs-Profil, um die nötige Wirbelstabilität und Übereinstimmung mit dem unter idealen Bedingungen ermittelten Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Frequenz zu erreichen. Typische Werte für die Ein- und Auslaufstrecke kommerzieller Wirbeldurchflussmesser sind 20 Rohrdurchmesser (nachfolgend mit D abgekürzt) gerader Rohrleitung vor dem Durchflussmesser und 5 Rohrdurchmesser dahinter (nach G. Corpron, ASME Fluids Eng. Div., FED Vol. 58, 1987, p. 1 - 9). Versuche mit einer Kombination aus Lochplatte (als Strömungs-Gleichrichter) und Staukörper (nachfolgend Wirbelerzeuger genannt) ergaben eine Reduzierung der Ein- und Auslaufstrecke auf insgesamt nur 10 D bei gleichzeitig starker Erhöhung der Gesamt-Druckverluste (nach R. C. Mottram und M. S. Rawat, VDI-Bericht 768: Proc. of Flow Mea- surement FLOMEKO, 1989, Düsseldorf, S. 223 - 230) .For this reason, there are precise installation instructions for commercially available vortex flowmeters with regard to the inlet and outlet section in order to achieve the accuracy specified by the manufacturer. The reason for this is the demand for a fully developed flow profile that is symmetrical about the pipe axis and as swirl-free as possible in order to achieve the necessary vortex stability and conformity with the relationship between volume flow and frequency determined under ideal conditions. Typical values for the inlet and outlet section of commercial vortex flow meters are 20 pipe diameters (hereinafter abbreviated to D) straight pipe in front of the flow meter and 5 pipe diameters behind (according to G. Corpron, ASME Fluids Eng. Div., FED Vol. 58, 1987, p. 1 - 9). Tests with a combination of a perforated plate (as a flow straightener) and a bluff body (hereinafter referred to as a vortex generator) resulted in a reduction in the inlet and outlet section to a total of only 10 D while at the same time greatly increasing the total pressure losses (according to RC Mottram and MS Rawat, VDI- Report 768: Proc. Of Flow Measurement FLOMEKO, 1989, Düsseldorf, pp. 223-230).
Ein Beispiel für den Einbau eines Strömungs-Gleichrichters vor einem Wirbelerzeuger ist EP 0 319 423 A2 zu entnehmen. Der Wirbelerzeuger ist stabförmig ausgeführt und erstreckt sich quer zur Strömungsrichtung durch den gesamten Rohrquerschnitt und unterteilt diesen dadurch in zwei gleich große Teil-Querschnitte. Der Strömungs-Gleichrichter ist in einem Abstand von 1 bis 2 D stromauf vom Wirbelerzeuger angeordnet und besteht aus drei dünnen Flügeln, die parallel zu ihren Längsachsen und in gleichen Abständen voneinander ausgerichtet sind und deren Leitflächen sich parallel zur Rohrachse erstrecken. Die aus diesem Strömungs-Gleichrichter resultierenden Druckverluste sind wesentlich geringer als bei den oben erwähnten Lochplatten, da seine Flügel relativ dünn sind.An example of the installation of a flow rectifier in front of a vortex generator can be found in EP 0 319 423 A2. The vortex generator is rod-shaped and extends transversely to the direction of flow through the entire pipe cross section, thereby dividing it into two equal cross sections. The flow rectifier is arranged at a distance of 1 to 2 D upstream from the vortex generator and consists of three thin vanes, which are aligned parallel to their longitudinal axes and at equal distances from one another and whose guide surfaces extend parallel to the tube axis. The pressure losses resulting from this flow straightener are significantly lower than with the perforated plates mentioned above, since its wings are relatively thin.
In dieser Druckschrift wird auch erwähnt, dass bei starken Geschwindigkeitsänderungen über die Höhe von sehr schlanken Wirbelerzeugern die Wirbel bereichsweise ablösen, und zwar in Segmenten von Höhe zu Breite des Wirbelerzeugers HWE /BWE~3. Anders ausgedrückt, bei einem Verhältnis HWE /BWE~3 entstehen trotz starker Geschwindigkeitsgradienten jeweils zusammenhängende Ablösewirbel am Wirbelerzeuger, die durch eine Wechselbeziehung entlang ihrer Rotationsachse vor einem Auseinanderbrechen geschützt werden.This publication also mentions that in the event of strong changes in speed above the height of very slender vortex generators, the vertebrae are replaced in certain areas, namely in segments from height to width of the vortex generator H WE / B WE ~ 3. In other words, with a ratio H WE / B WE ~ 3, in spite of strong speed gradients, there are connected separation vortices at the vortex generator, which are protected from breaking apart by an interrelation along their axis of rotation.
Eine weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit, die Messgenauigkeit zu erhöhen, besteht darin, mehrere Wirbelerzeuger auf den Querschnitt einer Rohrleitung zu verteilen. Ein derartig aufgebauter Wirbeldurchflussmesser ist in US 3,979,954 offenbart. Dieser ist insbesondere für eine Durchflussmessung in Rohrleitungen größeren Querschnitts geeignet. Er besteht aus Haltestangen, die sich parallel zueinander quer zur Strömungsrichtung von einer Rohrwandungsseite zur anderen erstrecken und an dieser befestigt sind. Jede dieser Haltestangen stellt einen Wirbelerzeuger dar, in welchem im Abstand zueinander paddeiförmige Messfühler angeordnet sind, die die Wirbelablösung am zugeordneten Wirbelerzeuger detektieren. Mit Hilfe nachgeschalteter Signalverarbeitung, die die unterschiedlichen Frequenzen miteinander verrechnet, kann der tatsächliche Volumenstrom im Messquerschnitt mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Diese Anordnung weist jedoch einige Nachteile auf. Zum einen ist die Lagerungskonstruktion der Haltestangen in der Rohrleitungs-Wandung sehr aufwendig, zum anderen verursachen die den gesamten Rohrleitungs-Querschnitt durchsetzenden Haltestangen, insbesondere die mittlere, einen relativ großen Strömungswiderstand. Die daraus resultierenden Druckverluste begrenzen den Messbereich nach oben. Dem kann entgegengewirkt werden, indem die Haltestangen relativ schmal ausgeführt werden. Das wiederum führt zu geringen Druckamplituden durch die Wirbelablösung, wodurch der Messbereich nach unten hin begrenzt wird. Diese Messeinrichtung ist daher nur für einen relativ schmalen Messbereich geeignet, in dem eine ausreichende Empfindlichkeit für zuverlässige Messungen vorliegt. Weitere Nachteile dieser Vorrichtung liegen in der relativ dichten Nachbarschaft der Haltestangen, woraus wechselseitige Störungen der Strömungsverhältnisse an den Haltestangen und damit der lokalen Messungen resultieren. Des weiteren werden die Haltestangen durch die Strömung als Biegebalken beansprucht, so dass es zu Schwingungen kommen kann, die ebenfalls das Messergebnis negativ beeinflussen.Another possibility known from the prior art for increasing the measuring accuracy consists in distributing several vortex generators over the cross section of a pipeline. A vortex flow meter of this type is disclosed in US 3,979,954. This is particularly suitable for flow measurement in pipes with a larger cross-section. It consists of support rods which extend parallel to one another and are fastened to one side of the pipe wall and the other transversely to the direction of flow. Each of these support rods represents a vortex generator, in which paddle-shaped sensors are arranged at a distance from one another, which detect the vortex detachment at the associated vortex generator. With help downstream signal processing, which offsets the different frequencies, the actual volume flow in the measurement cross section can be determined with great accuracy. However, this arrangement has some disadvantages. On the one hand, the mounting structure of the support rods in the pipeline wall is very complex, on the other hand, the support rods penetrating the entire cross-section of the pipeline, in particular the middle one, cause a relatively large flow resistance. The resulting pressure losses limit the measuring range upwards. This can be counteracted by making the support rods relatively narrow. This in turn leads to low pressure amplitudes due to the vortex shedding, which limits the measuring range downwards. This measuring device is therefore only suitable for a relatively narrow measuring range in which there is sufficient sensitivity for reliable measurements. Further disadvantages of this device lie in the relatively close proximity of the handrails, which results in mutual disturbances in the flow conditions on the handrails and thus in the local measurements. Furthermore, the holding rods are stressed by the flow as a bending beam, so that vibrations can occur which also negatively influence the measurement result.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wirbeldurchflussmesser zur Verfügung zu stellen, mit dem die Messgenauigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Ein- und Auslaufstrecke wesentlich verbessert werden kann.The object of the present invention is to provide a vortex flow meter with which the measurement accuracy can be significantly improved while reducing the inlet and outlet sections.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wirbeldurchflussmesser gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Durch den Einsatz der in Hauptströmungsrichtung liegenden Leitkanäle, die die Wirbelerzeuger allseitig eng umschließen und die sich über mindestens 0,5 D zu beiden Seiten der Wirbelerzeuger erstrecken, wird keine darüber hinaus gehende Einlaufstrecke und Auslaufstrecke mehr benötigt. Der Grund hierfür liegt zum einen in der Tatsache, dass die Leitkanäle gleichrichtend wirken und damit die für die Wirbelablösung schädlichen Drallkomponenten in der Hauptströmung effektiv vermindern. Darüber hinaus bringen die den Wirbelerzeugern nahe gelegenen Wände der Leitkanäle SchubSpannungen in die Strömung ein, die zu einer Vergleichmäßigung der lokalen Geschwindigkeitsverteilung bezüglich der Wirbelerzeuger-Profilachse parallel zur Hauptströmungsrichtung führen. Dies wirkt sich bekanntermaßen ebenfalls vorteilhaft auf die Wirbelablöse-Gleichmäßigkeit aus. Neben den Wirbelerzeugern und in der Abströmung führt die räumliche Begrenzung des Strömungsfeldes zu einer Einschränkung der Wirbelbeweglichkeit, die einen dämpfenden und damit zusätzlich stabilisierenden Effekt hat. Zusätzlich ermöglichen die auf den Messquerschnitt verteilten Wirbelerzeuger eine hinreichend genaue Erfassung von Profil-Asymmetrien in der Anströmung. Durch Verrechnen der dabei gewonnenen unterschiedlichen Frequenzen lässt sich dann der aktuelle, den Messquerschnitt passierende Volumenstrom ermitteln. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Wirbelerzeuger vorgesehen. Günstiger sind jedoch drei Wirbelerzeuger, die einen optimalen Kompro iss aus Messgenauigkeit und technischem Aufwand darstellen. Das Verhältnis Wirbelerzeugerhöhe/-breite wird < 4 gewählt um bei Anströmungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten nur ein Wirbelsystem je Wirbelerzeuger und damit eine repräsentative Ablösefrequenz zu erhalten. Die auf den Messquerschnitt verteilten Wirbelerzeuger führen zusammen mit der lokalen Strömungs-Konditionierung an jedem Wirbelerzeuger zu einem Mess-System, das ohne zusätzliche Einlaufund Auslaufstrecke auskommt. Trotz der vollen Funktionalität ist der Bauraumbedarf gering. Er beträgt entlang der Rohrachse minimal nur ca. 1 D. Bei sehr ungünstigen Einbausituationen, zum Beispiel hinter einem sogenannten Raumkrümmer, ist es jedoch notwendig, die Leitkanäle vor und hinter den Wirbelerzeugern zu verlängern. Nach eingehenden Untersuchungen ist hierfür jedoch eine Baulänge von 1,5 D bereits ausreichend, so dass sich eine Gesamt-Baulänge von 3 D ergibt, die immer noch um mehr als den Faktor 3 unter den besten bekannten konventionellen Wirbeldurch- fluss esser-Systemen liegt.This object is achieved according to the invention with a vortex flow meter, which has the features of claim 1. By using the guide channels in the main flow direction, which closely enclose the vortex generators on all sides and which extend over at least 0.5 D on both sides of the vortex generators, no additional inlet and outlet sections are required. The reason for this lies on the one hand in the fact that the guide channels have a rectifying effect and thus effectively reduce the swirl components in the main flow which are harmful to the vortex separation. In addition, the walls of the guide channels, which are close to the vortex generators, introduce shear stresses into the flow, which lead to an equalization of the local velocity distribution with respect to the vortex generator profile axis parallel to the main flow direction. As is known, this also has an advantageous effect on the vertebral detachment uniformity. In addition to the vortex generators and in the outflow, the spatial limitation of the flow field leads to a restriction of the vortex mobility, which has a damping and thus additionally stabilizing effect. In addition, the vortex generators distributed over the measurement cross-section enable a sufficiently precise detection of profile asymmetries in the inflow. The current volume flow passing through the measurement cross section can then be determined by calculating the different frequencies obtained. According to the invention, at least two vortex generators are provided. However, three vortex generators, which represent an optimal compromise between measuring accuracy and technical effort, are cheaper. The ratio of the vortex generator height / width is selected to be <4 in order to obtain only one vortex system per vortex generator and thus a representative detachment frequency in the case of inflows with different speeds. The vortex generators distributed over the measuring cross-section, together with the local flow conditioning at each vortex generator, lead to a measuring system that does not require an additional inlet and outlet section. Despite the full functionality, the installation space requirement is small. It is a minimum of only 1 D along the pipe axis. In very unfavorable installation situations, for example behind a so-called manifold, it is necessary to extend the guide channels in front of and behind the vortex generators. According to detailed investigations, a length of 1.5 D is already sufficient for this, resulting in a total length of 3 D, which is still more than a factor of 3 below the best known conventional vortex flow systems.
In Ausgestaltung der Erfindung sind die Wirbelerzeuger entweder konzentrisch zur Rohrachse auf gleichem Radius angeordnet, wobei dann die äußeren Leitwände der Leitkanäle durch die Wandung der Rohrleitung gebildet sein können (In diesem Falle entfallen zusätzliche äußere Leitwände) , oder die Wirbelerzeuger sind radial und im gleichen Abstand von der Rohrleitungsachse angeordnet .In an embodiment of the invention, the vortex generators are either arranged concentrically to the pipe axis on the same radius, in which case the outer guide walls of the guide channels can be formed by the wall of the pipeline (in this case, additional outer guide walls are omitted), or the vortex generators are radial and at the same distance arranged from the pipeline axis.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Leitkanäle strukturell miteinander verbunden, wobei diese Verbindung in vorteilhafter Ausgestaltung aus einem Zentralkörper mit kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt besteht, der axial geöffnet oder geschlossen ist. Dies dient der Erhöhung der Steifigkeit der Leitkanäle, wodurch turbulenzinduzierte Schwingungen vermieden werden können, die sich durch Überlagerung mit wirbelinduzierten Strömungsschwingungen sehr nachteilig auf die Wirbelablöse-Stabilität auswirken würden. Der Zentralkörper wird je nach den gewünschten Druckverlusten in Abhängigkeit von seiner lichten Weite axial geschlossen oder offen ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the guide channels are structurally connected to one another, this connection, in an advantageous embodiment, consisting of a central body with a circular or polygonal cross section, which is open or closed axially. This serves to increase the rigidity of the guide channels, as a result of which turbulence-induced vibrations can be avoided, which would have a very disadvantageous effect on the vortex detachment stability through superposition with vortex-induced flow vibrations. The central body Depending on the desired pressure losses, depending on its clear width, it is either axially closed or open.
In Weiterbildung der Erfindung entspricht der Abstand der Wirbelablösekanten von den Leitwänden jeweils ungefähr einer Wirbelerzeuger-Breite. Es hat sich herausgestellt, dass bei diesen Abmessungen die besten Dä pfungs- und Stabilisierungseffekte zu verzeichnen sind.In a further development of the invention, the distance between the eddy separation edges and the guide walls corresponds approximately to a vortex generator width. It has been found that the best damping and stabilizing effects can be seen with these dimensions.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Wände der Leitkanäle im Verhältnis zur Breite der Wirbelerzeuger schmal ausgeführt. Des weiteren laufen sie an ihren axialen Enden in einem strömungsgünstigen Profil aus. Durch diese Massnah- men werden die aus den Leitkanälen resultierenden Druckverluste gering gehalten.In a further embodiment of the invention, the walls of the guide channels are made narrow in relation to the width of the vortex generators. Furthermore, they run out at their axial ends in a streamlined profile. These measures keep the pressure losses resulting from the guide channels low.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wirbelerzeuger in einer radialen Schnittebene parallel zur Strömung einen voll symmetrischen Querschnitt auf. Bei einem derartigen Querschnitt ist das Verhältnis der Strouhal-Zahl zur Reynolds- Zahl für beide Anströmrichtungen identisch, womit sich ein bidirektionaler Betrieb bei minimalem Signalauswerte-Aufwand realisieren lässt. Dabei ist es weiterhin von besonderem Vorteil, wenn in die Wirbelerzeuger Sensoren integriert sind, deren Messpunkte auf den zur Strömung parallelen freien Seiten der Wirbelerzeuger liegen und einen axialen Versatz zur radialen Symmetrieachse des Querschnitts der Wirbelerzeuger haben. Unter den Begriff „Meßpunktλ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist sowohl der Einbauort eines Sensors selbst als auch ein Punkt zu verstehen, an dem durch die Wirbelablösung beeinflußte Parameter, z.B. Druck oder Geschwindigkeit, abgegriffen und zu einem an einem anderen Ort im Querschnitt des Wirbelerzeugers angeordneten Sensor transferiert werden. Allein durch den axialen Versatz der ohnehin erforderlichen Sensoren bzw. von deren Mess- punkten kann nicht nur in beiden Strömungsrichtungen gemessen, sondern zusätzlich auch noch die Strömungsrichtung erfasst werden. Dieser Effekt resultiert daraus, dass die aus der Wirbelablösung resultierenden Parameter-Änderungen, zum Beispiel des Drucks, der Temperatur und der Geschwindigkeit, aufgrund des axialen Versatzes der Sensoren gegenüber einer Lage auf der radialen Sym-metrieachse des Querschnitts in beiden Strömungsrichtungen unterschiedlich sind, so dass aufgrund dieser Unterschiede die Strömungsrichtung erkannt werden kann. Mehraufwendungen hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Wirbeldurchflussmessers wie zusätzliche Messeinrichtungen sind bei dieser Lösung nicht erforderlich. Allerdings wird dieser Vorteil mit einer Erhöhung des Datenverarbeitungs-Aufwandes erkauft, indem die aktuell gemessene Frequenz und Amplitude mit unter definierten Bedingungen ermittelten Frequenz-Amplituden-Paaren verglichen wird, deren Kombinationen eindeutig einer bestimmten Strömungsrichtung zugeordnet sind.In an advantageous embodiment of the invention, the vortex generators have a fully symmetrical cross section in a radial sectional plane parallel to the flow. With a cross-section of this type, the ratio of the Strouhal number to the Reynolds number is identical for both flow directions, which means that bidirectional operation can be implemented with minimal signal evaluation effort. It is also of particular advantage if sensors are integrated in the vortex generator, the measuring points of which lie on the free sides of the vortex generator parallel to the flow and have an axial offset to the radial axis of symmetry of the cross section of the vortex generator. The term “measuring point λ” in the sense of the present invention is to be understood both as the installation location of a sensor itself and as a point at which parameters influenced by the vortex shedding, such as pressure or speed, are tapped and become one at a different location in the cross section of the vortex generator sensor can be transferred. The axial misalignment of the sensors, which are required anyway, or of their measuring points can not only be used to measure in both directions of flow, but also to determine the direction of flow. This effect results from the fact that the parameter changes resulting from the vortex shedding, for example the pressure, the temperature and the speed, are different in both flow directions due to the axial offset of the sensors compared to a position on the radial axis of symmetry of the cross section that the flow direction can be recognized due to these differences. Additional expenses with regard to the design of the vortex flow meter and additional measuring devices are not necessary with this solution. However, this advantage is bought with an increase in the data processing effort by comparing the currently measured frequency and amplitude with frequency-amplitude pairs determined under defined conditions, the combinations of which are clearly assigned to a specific flow direction.
Der Signalverarbeitungs-Aufwand kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermindert werden, dass dem Sensor ein zweiter, dazu in Strömungsrichtung versetzter und auf dem gleichen Strömungsfaden liegender Sensor zugeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung der Sensoren kann die Anströmrichtung ohne Vergleich mit abgespeicherten Frequenz-Amplituden-Paaren ermittelt werden, indem die aktuell gemessenen Amplituden direkt miteinander verglichen werden, wobei sich aus dem Amplituden- Unterschied die Strömungsrichtung ergibt. Eventuell kann bei entsprechenden Verhältnissen auch der zeitliche Versatz der Si- gnale beider Sensoren für' die Ermittlung der Strömungsrichtung herangezogen werden.In a further embodiment of the invention, the signal processing outlay can be reduced in that the sensor is assigned a second sensor which is offset in the flow direction and lies on the same flow thread. With such an arrangement of the sensors, the flow direction can be determined without comparison with stored frequency-amplitude pairs by directly comparing the currently measured amplitudes, the flow direction resulting from the amplitude difference. Under certain circumstances, the time offset of the Si signals of both sensors are used for ' determining the direction of flow.
Es ist von Vorteil, wenn die Sensoren in entgegengesetzten Richtungen mit möglichst großem Abstand voneinander angeordnet sind, weil dann der Signalunterschied beider Strömungsrichtungen am größten ist.It is advantageous if the sensors are arranged in opposite directions with the greatest possible distance from one another, because then the signal difference between the two flow directions is greatest.
Nach einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Begrenzungswände der Leitkanäle durch dünnwandige, sich in Strömungsrichtung erstreckende Flügel miteinander strukturell verbunden, wobei die Hauptachsen der Flügel mit den Hauptachsen der Wirbelerzeuger axial fluchten. Mit diesen ein- lass- und auslasseitigen Flügeln werden zum einen Querkomponenten in der Strömung wirksam vermindert und zum anderen erhöhen sie zusätzlich die Steifigkeit der dünnwandigen Leitkanäle und minimieren somit jegliche Schwingungen der Strömungsführungs- Geometrie. Außerdem führt der leicht turbulente Nachlauf des vom Wirbelerzeuger gesehen jeweils stromauf liegenden Flügels zur verbesserten Wirbelablösung an diesem Wirbelerzeuger bei kleinen Reynolds-Zahlen. Anstelle nur eines Flügels können bei Bedarf weitere zu diesem parallel angeordnete Flügel vorgesehen sein.According to a further advantageous embodiment of the invention, the boundary walls of the guide channels are structurally connected to one another by thin-walled vanes which extend in the direction of flow, the main axes of the vanes being axially aligned with the main axes of the vortex generators. With these inlet and outlet side vanes, cross components in the flow are effectively reduced on the one hand and, on the other hand, they additionally increase the rigidity of the thin-walled guide channels and thus minimize any vibrations in the flow guide geometry. In addition, the slightly turbulent wake of the wing located upstream from the vortex generator leads to improved vortex separation on this vortex generator with small Reynolds numbers. Instead of only one wing, further wings arranged parallel to this can be provided if necessary.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt der Rohrleitung zwischen den Leitkanälen durch sich vorzugsweise in der Ebene der Wirbelerzeuger erstrek- kende Einbauprofile zusätzlich verblockt. Durch diese Maßnahme kann eine Anpassung der Messkennlinien-Charakteristik Sr = f (Re) , d. h. des Verlaufs der Strouhal-Zahl bei unterschiedlichen Reynolds-Zahlen erfolgen, was eine Linearisierung der Strouhal- Zahl für Reynolds-Zahlen > 30.000 zur Folge hat. Dadurch verein- facht sich die Signalverarbeitung, da für diesen Messbereich dann- keine Kennfeld-Kompensation mehr erforderlich ist. Darüber hinaus führt die zusätzliche Verblockung des Strömungsquerschnitts zu einer Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit am Wirbelerzeuger. Dadurch lässt sich der Messbereich nach unten hin vergrößern, allerdings nehmen die Druckverluste deutlich zu.In a further embodiment of the invention, the flow cross-section of the pipeline between the guide channels is additionally blocked by installation profiles which preferably extend in the plane of the vortex generators. This measure allows the characteristic curve characteristic Sr = f (Re) to be adjusted, ie the course of the Strouhal number at different Reynolds numbers, which results in a linearization of the Strouhal number for Reynolds numbers> 30,000. As a result, The signal processing becomes easier because then no map compensation is required for this measuring range. In addition, the additional blocking of the flow cross section leads to an increase in the flow speed at the vortex generator. This allows the measuring range to be enlarged downwards, but the pressure losses increase significantly.
Vorteilhafterweise kann die Verblockung so vorgenommen werden, dass sich die Einbau-Profile bei konzentrisch angeordneten Wirbelerzeugern mit diesen zu einem Vollring ergänzen. Dabei können die Einbau-Profile einen anderen Querschnitt als die Wir-- belerzeuger aufweisen, wodurch eine größere Variabilität bei der Anpassung der oben genannten Messkennlinien-Charakteristik möglich ist.The blocking can advantageously be carried out in such a way that the built-in profiles in concentrically arranged vortex generators complement them to form a full ring. The built-in profiles can have a different cross-section than the vortex generators, which allows greater variability when adapting the above-mentioned characteristic curve characteristics.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the accompanying drawing:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wirbeldurchflussmessers in perspektivischer Darstellung im aus einer Rohrleitung ausgebauten Zustand,1 shows a first exemplary embodiment of a vortex flow meter in a perspective view in the state removed from a pipeline,
Fig. 2a - 2c Querschnitte durch in eine Rohrleitung eingebaute Wirbeldurchfluss esser, wobei Fig. 2b einen Querschnitt durch den Wirbeldurchflussmesser ge äss Fig. 1 und Fig. 2a, c Querschnitte durch weitere Ausführungsformen von Wirbeldurchflussmessern dieser Bauart darstellen, Fig. 3a - 6c Darstellungen gemäss den Fig. 2a - 2c von weiteren Bauarten von Wirbeldurchflussmessern,2a-2c cross sections through vortex flow meters installed in a pipeline, FIG. 2b showing a cross section through the vortex flow meters according to FIGS. 1 and 2a, c cross sections through further embodiments of vortex flow meters of this type, 3a-6c representations according to FIGS. 2a-2c of further types of vortex flow meters,
Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Leitkanal eines Wirbeldurchflussmessers gemäss den Fig. 2, 3 und 5,7 shows a cross section through a guide channel of a vortex flow meter according to FIGS. 2, 3 and 5,
Fig. 8 einen Schnitt A - A gemäss Fig. 7,8 shows a section A - A according to FIG. 7,
Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Leitkanal eines Wirbeldurchflussmessers gemäss Fig. 4,9 shows a cross section through a guide channel of a vortex flow meter according to FIG. 4,
Fig. 10 einen Schnitt B - B gemäss Fig. 9,10 shows a section BB according to FIG. 9,
Fig. 11 einen Schnitt C - C gemäss Fig. 10 nach einer ersten Ausführungsform einer Sensoranordnung im vergrößerten Massstab,11 shows a section C - C according to FIG. 10 according to a first embodiment of a sensor arrangement on an enlarged scale,
Fig. 12 einen Schnitt C - C gemäss Fig. 10 nach einer zweiten Ausführungsform einer Sensoranordnung im vergrößerten Massstab,12 shows a section C - C according to FIG. 10 according to a second embodiment of a sensor arrangement on an enlarged scale,
Fig. 13 einen Wirbeldurchflussmesser in perspektivischer Darstellung in einer weiteren Ausführungsform im ausgebauten Zustand mit Flügeleinbauten am Ende der Leitkanäle, wobei dieser Wirbeldurchflussmesser dem Querschnitt gemäss Fig. 2b entspricht, Fig. 14 eine Darstellung gemäß Fig.13 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei dieser Wirbeldurchflussmesser dem Querschnitt gemäss Fig. 5c entspricht,13 shows a vortex flow meter in a perspective view in a further embodiment in the removed state with wing fittings at the end of the guide channels, this vortex flow meter corresponding to the cross section according to FIG. 2b, 14 shows a representation according to FIG. 13 of a further embodiment of the invention, this vortex flow meter corresponding to the cross section according to FIG. 5c,
Fig. 15 eine Abwandlung des Wirbeldurchflussmessers gemäß Fig. 13 mit zusätzlichen Flügeln,15 shows a modification of the vortex flow meter according to FIG. 13 with additional vanes,
Fig. 16 einen Blick in Strömungsrichtung durch einen Leitkanal des in Fig. 13 dargestellten Wirbeldurchflussmessers, und16 is a view in the flow direction through a guide channel of the vortex flow meter shown in FIG. 13, and
Fig. 17 einen Längsschnitt D-D gemäss Fig. 16.17 shows a longitudinal section D-D according to FIG. 16.
Der in Fig. 1 dargestellte Wirbeldurchflussmesser (WDM) 1 wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 2b, 7 und 8 näher erläutert.The vortex flow meter (WDM) 1 shown in FIG. 1 is explained in more detail below in connection with FIGS. 2b, 7 and 8.
Dieser WDM 1 weist drei Leitkanäle 2 auf, die jeweils seitlich durch zwei Begrenzungswände 3 begrenzt sind. Diese Begrenzungswände 3 stehen radial von einem Zentralkörper 4 ab, der als axial geschlossener Zylinder mit kleinem Radius ausgeführt ist. Die geschlossenen Enden dieses Zentralkörpers 4 sind strömungsgünstig verrundet, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Die Zylinderfläche des Zentralkörpers 4 schließt die Leitkanäle 2 an deren Innenseiten und bildet somit eine innere Leitwand 5. Die Komplettierung der Leitkanäle 2 erfolgt durch den Einbau des WDM 1 in eine Rohrleitung 6. Die äusseren Enden der Begrenzungswände 3 liegen dann an der Rohrinnenwandung an, so dass die Leitkanäle 2 auch nach aussen geschlossen sind. Die Rohrinnenwandung bildet dabei die äussere Leitwand 7 der Leitkanäle 2. Diese Ausbildung geht am besten aus Fig. 2b hervor, aus der auch ersichtlich ist, dass Rohrleitungsachse 8 und Längsachse 9 des WDM 1 zusammenfallen.This WDM 1 has three guide channels 2, each of which is laterally delimited by two boundary walls 3. These boundary walls 3 protrude radially from a central body 4, which is designed as an axially closed cylinder with a small radius. The closed ends of this central body 4 are rounded in terms of flow, as can be seen from FIG. 1. The cylindrical surface of the central body 4 closes the guide channels 2 on their inner sides and thus forms an inner guide wall 5. The guide channels 2 are completed by installing the WDM 1 in a pipeline 6. The outer ends of the boundary walls 3 are then in contact with the inner pipe wall, so that the guide channels 2 are also closed to the outside. The inner tube wall forms the outer guide wall 7 of the guide channels 2. This configuration is best seen in FIG. 2b, from which it can also be seen that the pipe axis 8 and the longitudinal axis 9 of the WDM 1 coincide.
In den drei Leitkanälen 2 ist jeweils ein Wirbelerzeuger 10 (nachfolgend WE) angeordnet. Die WE 10 liegen in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung und sind um 120° zueinander versetzt. Sie haben die Form von Kreisring-Segmentabschnitten und erstrek- ken sich in den Leitkanälen 2 jeweils von Begrenzungswand 3 zu Begrenzungswand 3 und sind starr mit diesen verbunden. Ihre Hauptachsen 11 verlaufen parallel zu ihrer Höhe HWE (Fig. 7) , die durch die Erstreckung der Wirbelerzeuger 10 zwischen den Begrenzungswänden 3 festgelegt ist. Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass die Höhe HME der Wirbelerzeuger 10 auf der Aussenseite grösser ist als auf ihrer Innenseite. Ihre Durchschnittshöhe 0 HWE ist somit durch ihre Erstreckung in der Hauptachse 11 gegeben. Die Wirbelerzeuger 10 liegen auf gleichem Radius und auf einem Durchmesser 0,5 - 0,7 D. Bei diesem Durchmesserbereich liegen optimale Anströmungsbedingungen der WE 10 vor. Das Verhältnis HWE /BWE ist annähernd gleich 2 gewählt.A vortex generator 10 (hereinafter WE) is arranged in each of the three guide channels 2. The WE 10 lie in a plane transverse to the direction of flow and are offset by 120 ° to each other. They have the shape of circular segment segments and each extend from the boundary wall 3 to the boundary wall 3 in the guide channels 2 and are rigidly connected to them. Their main axes 11 run parallel to their height H WE (FIG. 7), which is determined by the extent of the vortex generators 10 between the boundary walls 3. It follows from this arrangement that the height H ME of the vortex generators 10 is greater on the outside than on the inside. Their average height 0 H WE is thus given by their extension in the main axis 11. The vortex generators 10 are on the same radius and have a diameter of 0.5-0.7 D. In this diameter range there are optimal inflow conditions for the WE 10. The ratio H WE / B WE is chosen approximately equal to 2.
Aus der Darstellung geht hervor, dass die Hauptachse 11 der WE 10 parallel zu den Leitwänden 5, 7 verläuft. Damit liegen auch die Wirbelablösekanten 12 - 15 (s. insbesondere Fig. 11 und 12) parallel zu den Leitwänden 5 und 7. Dabei hat sich ein Abstand der Wirbelablösekanten 12, 13 von den Leitwänden 7 bzw. der Wirbelablösekanten 14, 15 von den Leitwänden 5 als günstig herausgestellt, der etwa der Breite BWE der WE 10 entspricht. Bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1, 2, 7 und 8 ist der Abstand zwischen den Wirbelablösekanten 14, 15 und den Leitwän- den 5 etwas grösser gewählt als der Abstand der Wirbelablösekanten 12, 13 von den Leitwänden 7.The illustration shows that the main axis 11 of the WE 10 runs parallel to the guide walls 5, 7. The vertebral detaching edges 12 - 15 (see in particular FIGS. 11 and 12) are thus parallel to the guide walls 5 and 7. There is a distance between the vertebral detaching edges 12, 13 from the guide walls 7 and the vertebral detaching edges 14, 15 from the guide walls 5 was found to be favorable, which corresponds approximately to the width B WE of the WE 10. In the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 2, 7 and 8, the distance between the vertebral separation edges 14, 15 and the guide walls is 5 is chosen to be somewhat larger than the distance of the vertebral separation edges 12, 13 from the guide walls 7.
Wie insbesondere aus Fig. 8 hervorgeht, sind die WE 10, bezogen auf die Längserstreckung der Leitkanäle 2 mittig in diesen angeordnet, d.h. die Längen LLκι und LL 2 sind gleich. Sie betragen mindestens 0,5 -D und maximal 1,5 D, wobei letzteres Mass bei Strömungen mit starkem Drall vorzusehen ist. Fig. 1 zeigt einen WDM 1 mit einer Gesamtlänge von 1 D, Fig. 13, 14 zeigen WDM 1 mit einer Gesamtlänge von 2 D und Fig. 15 zeigt einen WDM 1 mit einer Gesamtlänge von 3 D.As can be seen in particular from FIG. 8, the WE 10 are arranged centrally in the guide channels 2 in relation to the longitudinal extent thereof, ie the lengths L L κι and L L 2 are the same. They are at least 0.5 -D and a maximum of 1.5 D, the latter measure having to be provided for currents with strong swirl. 1 shows a WDM 1 with an overall length of 1 D, FIGS. 13, 14 show WDM 1 with an overall length of 2 D and FIG. 15 shows a WDM 1 with an overall length of 3 D.
In den Fig. 2a und 2c sind weitere Ausführungsformen von WDM 1 gemäss der vorstehend beschriebenen Bauart gezeigt. Sie unterscheiden sich davon durch die Anzahl der WE 10. Fig. 2a zeigt eine Anordnung mit zwei WE 10, die um 180° zueinander versetzt sind und Fig. 2c zeigt eine Anordnung mit vier WE 10, welche einen Versatz von 90° zueinander haben.2a and 2c show further embodiments of WDM 1 according to the type described above. They differ from this in the number of WE 10. FIG. 2a shows an arrangement with two WE 10, which are offset by 180 ° to each other, and FIG. 2c shows an arrangement with four WE 10, which are offset by 90 ° to each other.
In den Fig. 3a - 3c ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie unterscheidet sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass die äusseren Leitwände 7 nicht durch die Wandung der Rohrleitung 6, sondern durch ein dünnwandiges Aussenrohr 16 gebildet sind, welches hier ein integraler Bestandteil des WDM 1 ist. Dieser ist über von dem Aussenrohr 16 nach aussen radial abragende Stützen 17 an der Wandung der Rohrleitung 6 abgestützt .A further embodiment of the present invention is shown in FIGS. 3a-3c. It differs from the previous exemplary embodiment in that the outer guide walls 7 are not formed by the wall of the pipeline 6, but by a thin-walled outer pipe 16, which is an integral part of the WDM 1 here. This is supported on the wall of the pipeline 6 via supports 17 which project radially outwards from the outer pipe 16.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4a - c in Verbindung mit den Fig. 9 und 10 dargestellt. Der Zentralkörper 4 ist hier durch einen axial durchströmbaren Zylinder gebildet, dessen Durchmesser wesentlich grösser als der Durchmesser der Zentralkörper 4 der beiden vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden die inneren Leitwände 5 der Leitkanäle 2 durch die Zylinderfläche des Zentralkörpers 4 und die äusseren Leitwände 7 durch die Innenwandung der Rohrleitung 6 gebildet. Der Abstand der Wirbelablösekanten 14, 15 von den inneren Leitwänden 5 ist hier gleich dem Abstand der Wirbelablösekanten 12, 13 von den äusseren Leitwänden 7. Dieser Abstand entspricht der Breite BWE der WE 10.Another embodiment of the invention is shown in FIGS. 4a-c in conjunction with FIGS. 9 and 10. The central body 4 is here through an axially flowable cylinder formed, the diameter of which is substantially larger than the diameter of the central body 4 of the two exemplary embodiments explained above. In this exemplary embodiment, too, the inner guide walls 5 of the guide channels 2 are formed by the cylindrical surface of the central body 4 and the outer guide walls 7 by the inner wall of the pipeline 6. The distance between the eddy separation edges 14, 15 from the inner guide walls 5 is here equal to the distance between the eddy separation edges 12, 13 from the outer guide walls 7. This distance corresponds to the width B WE of the WE 10.
Nachstehend wird anhand dieses Ausführungsbeispiels der weitere Aufbau der WE 10, insbesondere auch eine Sensoranordnung beschrieben. Ansonsten gilt für dieses Ausführungsbeispiel das oben Gesagte.The further structure of the WE 10, in particular also a sensor arrangement, is described below using this exemplary embodiment. Otherwise, what has been said above applies to this exemplary embodiment.
Aus den Schnittdarstellungen gemäss den Fig. 11 und 12 geht hervor, dass die WE 10 einen Querschnitt in Rechteckform aufweisen. Dieser Querschnitt besitzt Radial- und Axialsymmetrie, so dass sich bei einer Anströmung der WE 10 aus den Anströmrichtungen 18 und 19 identische Verhältnisse einstellen; mit anderen Worten, bei einem derartigen Querschnitt der WE 10 führt eine bestimmte Anströmgeschwindigkeit für beide Anströmrichtungen 18, 19 zu gleichen Frequenzen der Wirbelablösung an den Wirbelablösekanten 12, 14 bzw. 13, 15. Natürlich können auch WE 10 mit anderen Querschnitten aber gleicher Symmetrie eingesetzt werden. Diese Geometrie des Querschnitts gewährleistet, dass in beiden Strömungsrichtungen 18, 19 identisch gemessen werden kann.11 and 12 show that the WE 10 have a cross section in a rectangular shape. This cross section has radial and axial symmetry, so that when the inflow flows into the WE 10 from the inflow directions 18 and 19, identical conditions occur; in other words, with such a cross-section of the WE 10, a certain inflow velocity for both inflow directions 18, 19 leads to the same frequencies of the vortex detachment at the vortex detachment edges 12, 14 and 13, 15. Of course, WE 10 with other cross-sections but with the same symmetry can also be used become. This geometry of the cross section ensures that measurements can be carried out identically in both flow directions 18, 19.
In die WE 10 ist jeweils ein Sensor 20 integriert, der in diesem Falle auf Differenzdruckbasis arbeitet. Dazu besitzt der Sensor 20 zwei Messpunkte 21, 22, die auf den zur Strömung parallelen freien Seiten der WE 10 liegen und über Durchgangsbohrungen 23 miteinander verbunden sind. Die Differenzdrucksensoren 20 sind hoch empfindlich, da infolge der alternierenden Wirbelablösung von den Wirbelablösekanten 12 und 14 bzw. 13 und 15 einem Druckanstieg auf der einen Seite ein ungefähr gleich gro- sser Druckabfall auf der anderen Seite gegenübersteht. Dadurch kommt es zu einer Verdopplung der Signalamplitude, d.h., zu einer hohen Messsignalverstärkung.A sensor 20 is integrated in each of the WE 10, which in this case works on a differential pressure basis. In addition, the Sensor 20 two measuring points 21, 22, which lie on the free sides of the WE 10 parallel to the flow and are connected to one another via through bores 23. The differential pressure sensors 20 are highly sensitive since, due to the alternating eddy separation from the eddy separation edges 12 and 14 or 13 and 15, an increase in pressure on the one hand is offset by an approximately equal pressure drop on the other hand. This leads to a doubling of the signal amplitude, ie to a high measurement signal gain.
Die Messpunkte 21, 22 haben einen axialen Versatz zur radialen Symmetrieachse 23 des Querschnitts der WE 10. Durch diesen Versatz wird es möglich, nicht nur in beiden Strömungsrichtungen 18, 19 bei geringem Signalverarbeitungsaufwand messen zu können, sondern zusätzlich noch die Strömungsrichtung 18, 19 zu erfassen. Der axiale Versatz der Sensoren 20 bzw. ihrer Messpunkte 21, 22 bewirkt in Kombination mit dem voll symmetrischen Querschnitt der WE 10 bei einer konstanten Anströmgeschwindigkeit eine unterschiedliche, von der Anströmrichtung 18, 19 abhängige Signalamplitude, da je nach Anströmrichtung 18, 19 die Entfernung zwischen den Wirbelablösekanten 12, 14 bzw. 13, 15 und den Messpunkten 21, 22 variiert. Deshalb lässt sich aus dem Messgrö- ssenpaar „Frequenz-Amplitude" gleichzeitig die Anströmgeschwindigkeit und -richtung bestimmen, also ein bidirektionaler Betrieb mit minimalem technischen Aufwand verwirklichen.The measuring points 21, 22 have an axial offset to the radial axis of symmetry 23 of the cross section of the WE 10. This offset makes it possible not only to be able to measure in both flow directions 18, 19 with little signal processing outlay, but also to add the flow direction 18, 19 to capture. The axial offset of the sensors 20 or their measuring points 21, 22, in combination with the fully symmetrical cross-section of the WE 10 at a constant inflow velocity, results in a different signal amplitude depending on the inflow direction 18, 19, since the distance between, depending on the inflow direction 18, 19 the vertebral separation edges 12, 14 or 13, 15 and the measuring points 21, 22 varies. For this reason, the inflow speed and direction can be determined simultaneously from the pair of "Frequency-Amplitude" variables, ie, bidirectional operation can be implemented with minimal technical effort.
Die Sensoranordnungen gemäss den Figuren 11 und 12 unterscheiden sich u.a. dadurch, dass bei der Anordnung gemäss Fig. 11 die Messpunkte 21, 22 durch eine Schrägstellung der Durchgangsbohrung 23 dichter an den Wirbelablösekanten 12, 14 liegen, also unmittelbar in Nähe des Ortes maximaler Geschwindigkeits- und Druckänderungen, woraus ein stärkeres Signal resultiert.The sensor arrangements according to FIGS. 11 and 12 differ, inter alia, in that, in the arrangement according to FIG. 11, the measuring points 21, 22 are closer to the vertebral separation edges 12, 14 due to an inclined position of the through hole 23, that is, in the immediate vicinity of the location of maximum speed and pressure changes, which results in a stronger signal.
In der Sensoranordnung gemäss Fig. 12 sind die Durchgangsbohrungen 23 beidseitig durch Membrane 24 verschlossen. Diese Messanordnung ist sehr robust, da Verstopfungen der Durchgangsbohrung 23 vermieden werden. Sie weist aber gleichzeitig eine erhöhte Komplexität auf, die sich auf die Fertigungskosten niederschlägt. Zudem wird die Messempfindlichkeit im Vergleich mit der Anordnung gemäss Fig. 11 durch die Membrane 24 reduziert.In the sensor arrangement according to FIG. 12, the through bores 23 are closed on both sides by membrane 24. This measuring arrangement is very robust since blockages in the through hole 23 are avoided. At the same time, however, it has increased complexity, which is reflected in the manufacturing costs. In addition, the measuring sensitivity is reduced by the membrane 24 in comparison with the arrangement according to FIG. 11.
Wenn die Sensoranordnungen gemäss den Fig. 11 und 12 durch symmetrische Anordnung zur radialen Symmetrieachse 27 verdoppelt werden, was nicht dargestellt ist, kann die Anströmrichtung 18, 19 ohne Vergleich mit abgespeicherten Frequenz-Amplituden-Paaren ermittelt werden, indem die aktuell gemessenen Amplituden direkt miteinander verglichen werden, wobei sich aus dem Amplitudenunterschied die Strömungsrichtung 18, 19 ergibt.If the sensor arrangements according to FIGS. 11 and 12 are doubled by a symmetrical arrangement with respect to the radial axis of symmetry 27, which is not shown, the flow direction 18, 19 can be determined without comparison with stored frequency-amplitude pairs by directly comparing the currently measured amplitudes are compared, the flow direction 18, 19 resulting from the difference in amplitude.
In Bezug auf den Querschnitt der WE 10 hat sich weiter herausgestellt, dass bei einem Längen-Breiten-Verhältnis LWE/BE/ dass zwischen 0,6 und 0,7 liegt, eine maximale Wirbelstärke erzeugt wird.With regard to the cross section of the WE 10, it has further been found that with a length-width ratio L W E / BE / that lies between 0.6 and 0.7, a maximum vortex strength is generated.
In den Fig. 5a - c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 2a - c dadurch, dass der Strömungsquerschnitt der Rohrleitung 6 zwischen den Leitkanälen 2 durch sich in der Ebene der WE 10 erstreckende Einbauprofile 25 zusätzlich verblockt ist, die sich mit den WE 10 zu einem Vollring ergänzen. Die Einbauprofile 25 können den gleichen Querschnitt wie die WE 10 ha- ben, was in Fig. 5c dargestellt ist, oder aber auch einen anderen Querschnitt sowohl in radialer als auch axialer Richtung aufweisen, wie in den Fig. 5a und b exemplarisch gezeigt wird. Durch eine Variation dieser Querschnitte kann eine optimale Anpassung der Messkennlinien-Charakteristik Sr = f(Re) erfolgen, mit dem Zweck einer Linearisierung der Strouhal-Zahl für Reynolds-Zahlen über 30.000.A further exemplary embodiment is shown in FIGS. 5a-c. This differs from the exemplary embodiment according to FIGS. 2a-c in that the flow cross-section of the pipeline 6 between the guide channels 2 is additionally blocked by installation profiles 25 which extend in the plane of the WE 10 and which complement the WE 10 to form a full ring , The mounting profiles 25 can have the same cross section as the WE 10 ha ben, which is shown in Fig. 5c, or also have a different cross-section in both the radial and axial directions, as shown by way of example in Figs. 5a and b. By varying these cross sections, the measurement characteristic curve Sr = f (Re) can be optimally adjusted with the purpose of linearizing the Strouhal number for Reynolds numbers over 30,000.
In den Fig. 13 - 15 sind weitere Ausführungsformen von WDM 1 gezeigt. Dabei entspricht der WDM 1 gemäss Fig. 13 in seinem grundsätzlichen Aufbau dem in Verbindung mit Fig. 2b erläuterten WDM 1 und der WDM 1 gemäss Fig. 14 dem in Verbindung mit Fig. 5c erläuterten WDM 1. Die Baulänge dieser WDM 1 beträgt 2 D.13-15 show further embodiments of WDM 1. The basic structure of the WDM 1 according to FIG. 13 corresponds to the WDM 1 explained in connection with FIG. 2b and the WDM 1 according to FIG. 14 corresponds to the WDM 1 explained in connection with FIG. 5c. The overall length of this WDM 1 is 2 D ,
Allen Ausführungsformen der WDM 1 gemäss den Fig. 13 und 15 ist gemeinsam, dass die Begrenzungswände 3 der Leitkanäle 2 durch dünnwandige sich in Strömungsrichtung 18, 19 erstreckende Flügel 26 strukturell miteinander verbunden sind. Diese Flügel 26 sind am Ende der Leitkanäle 2 angeordnet, und zwar so, dass ihre Hauptachsen 27 mit den Hauptachsen 11 der WE 10 fluchten. Dabei ist der Abstand dFι, dF2 zwischen den Flügeln 26 und den WE 10 mindestens 0,5 D. Die Länge LF der Flügel 26 in Strömungsrichtung 18, 19 liegt zwischen 0,1 und 0,3 D. Ihre Dicke BF liegt zwischen 0,01 und 0,03 D. Des weiteren sind ihre Vorder- und Hinterkanten strömungsgünstig verrundet. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Druckverluste gering zu halten. Mit diesen ein- lass- und auslassseitigen Flügeln 26 werden radiale Querkomponenten in der Strömung wirksam vermindert. Wie aus den Fig. 13 - 15 hervorgeht, sind die Flügel 31 zu Vollringen ergänzt. Dadurch wird die Steifigkeit der Leitkanäle 2 weiter erhöht. In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 15 sind parallel zu den aus den Fig. 13 und 14 ersichtlichen Flügeln 26 zwei weitere Flügel 28 vorgesehen. Diese Erhöhung der Flügelzahl führt zu einer verstärkten Abbremsung von Strömungsgeschwindigkeitsanteilen in Querrichtung und vergleichmässigt das Geschwindigkeitsprofil am Leitkanaleinlass durch die zusätzlichen Schubspannungen der Flügelwände. Dies erhöht die Messgenauigkeit des WDM 1 in Einbausituationen mit besonders starken Strömungsprofilverzerrungen und Turbulenzen, wie sie z. B. hinter sogenannten Raumkrümmern auftreten. Der in Fig. 15 gezeigte WDM 1 ist speziell für derartige Einbauorte vorgesehen. Aus diesem Grunde ist seine Baulänge gegenüber den anderen, oben stehend erläuterten WDM 1 auch auf 3 D vergrössert.It is common to all embodiments of the WDM 1 according to FIGS. 13 and 15 that the boundary walls 3 of the guide channels 2 are structurally connected to one another by thin-walled vanes 26 which extend in the flow direction 18, 19. These wings 26 are arranged at the end of the guide channels 2, in such a way that their main axes 27 are aligned with the main axes 11 of the WE 10. The distance d F ι, d F2 between the wings 26 and the WE 10 is at least 0.5 D. The length L F of the wings 26 in the direction of flow 18, 19 is between 0.1 and 0.3 D. Their thickness B F is between 0.01 and 0.03 D. Furthermore, their leading and trailing edges are rounded in terms of flow. These measures help to keep pressure losses low. With these inlet and outlet-side vanes 26, radial transverse components in the flow are effectively reduced. As can be seen from FIGS. 13-15, the wings 31 are supplemented into full rings. This further increases the rigidity of the guide channels 2. In the exemplary embodiment according to FIG. 15, two further wings 28 are provided parallel to the wings 26 shown in FIGS. 13 and 14. This increase in the number of blades leads to an increased braking of flow velocity components in the transverse direction and makes the velocity profile at the guide channel inlet more even due to the additional shear stresses of the wing walls. This increases the measuring accuracy of the WDM 1 in installation situations with particularly strong airfoil distortions and turbulence, such as those found in B. occur behind so-called manifolds. The WDM 1 shown in FIG. 15 is specially designed for such installation locations. For this reason, its overall length is also enlarged to 3 D compared to the other WDM 1 explained above.
In den Fig. 6a - c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die WE 10 dieser WDM 1 haben die gleichen Abmessungen wie die der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Auch ihre gleichmässige Verteilung auf den Messquerschnitt erfolgt analog wie in den buchstabengleichen Fig. 2, 3 und 4. Ein wesentlicher Unterschied ist darin zu sehen, dass die Hauptachsen 11 der WE 10 radial ausgerichtet sind. Die Hauptachsen 11 verlaufen jedoch auch hier parallel zur Höhe HWE der WE 10. Gleiches trifft für die Leitwände 5, 7 der Leitkanäle 2 zu. Die Höhe Hm der WE 10 ist durch Begrenzungswände 3 begrenzt. Auch hierbei ist das Verhältnis HWE/ BWE ~ 2 gewählt worden, da insbesondere bei dieser Anordnung mit unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten über der Wirbelerzeugerhöhe zu rechnen ist, jedoch ebenfalls nur ein Wirbelsystem mit einer für die Anströmgeschwindigkeit repräsentativen Ablösefrequenz gewünscht wird. Die Leitkanäle 2 sind wiederum strukturell untereinander verbunden, wobei diese Verbindung durch einen Zentralkörper 4 mit polygonalem Querschnitt realisiert wird. A further exemplary embodiment of the invention is shown in FIGS. 6a-c. The WE 10 of this WDM 1 have the same dimensions as those of the previous exemplary embodiments. Their even distribution over the measurement cross-section also takes place in the same way as in FIGS. 2, 3 and 4 with the same letters. A major difference can be seen in the fact that the main axes 11 of the WE 10 are oriented radially. However, the main axes 11 also run parallel to the height H WE of the WE 10. The same applies to the guide walls 5, 7 of the guide channels 2. The height Hm of the WE 10 is limited by boundary walls 3. Here, too, the ratio H WE / B WE ~ 2 was chosen, since in particular with this arrangement different inflow velocities above the height of the vortex generator can be expected, but only one vortex system with a detachment frequency representative of the inflow velocity is also desired. The guide channels 2 are in turn structurally interconnected, wherein this connection is realized by a central body 4 with a polygonal cross section.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Wirbeldurchflussmesser zur Erfassung der Durchflussmenge von flüssigen oder gasförmigen Medien in Rohrleitungen1. Vortex flow meter to measure the flow rate of liquid or gaseous media in pipelines
(6) mit kreisförmigem Querschnitt mit mindestens zwei gleichmäßig auf den Messquerschnitt verteilten Wirbelerzeugern (10) zur Erfassung unsymmetrischer Geschwindigkeitsverteilungen über den Messquerschnitt, deren Höhen/Breitenverhältnis HWE /BWE < 4 ist, und die in den Strömungsquerschnitt unterteilenden Leitkanälen (2) angeordnet sind, welche sich in axialer Richtung um mindestens 0,5 D (Rohrinnendurchmesser) Länge zu beiden Seiten der Wirbelerzeuger (10) erstrecken und jeweils aus im wesentlichen parallel zu den Wirbelablösekanten (12-15) angeordneten Leitwänden (5, 7) und diese miteinander verbindenden Begrenzungswänden (3) gebildet sind, wobei sich die Wirbelerzeuger (10) von Begrenzungswand (3) zu Begrenzungswand (3) erstrecken.(6) with a circular cross-section with at least two vortex generators (10) evenly distributed over the measurement cross-section for detecting asymmetrical velocity distributions over the measurement cross-section, the height / width ratio of H WE / B WE <4, and the guide channels (2) dividing the flow cross-section are, which extend in the axial direction by at least 0.5 D (inner tube diameter) length on both sides of the vortex generator (10) and each consisting of guide walls (5, 7) arranged essentially parallel to the vortex detaching edges (12-15) and these with each other connecting boundary walls (3) are formed, the vortex generators (10) extending from the boundary wall (3) to the boundary wall (3).
2. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhen/Breitenverhältnis HnE /BNE vorzugsweise < 3 ist. 2. vortex flow meter according to claim 1, characterized in that the height / width ratio H nE / B NE is preferably <3.
3. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (10) so angeordnet sind, dass ihre parallel zu ihrer Höhe HME verlaufenden Hauptachsen (11) konzentrisch zur Rohrleitungsachse (8) auf gleichem Radius liegen.3. vortex flow meter according to claim 1 or 2, characterized in that the vortex generator (10) are arranged so that their parallel to their height H ME main axes (11) are concentric with the pipe axis (8) on the same radius.
4. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Leitwände (7) der Leitkanäle (2) durch die Rohrleitungswandung gebildet sind.4. vortex flow meter according to claim 3, characterized in that the outer guide walls (7) of the guide channels (2) are formed by the pipe wall.
5. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (10) so angeordnet sind, dass ihre parallel zu ihrer Höhe HWE verlaufenden Hauptachsen (11) radial ausgerichtet sind und sie im gleichen Abstand von der Rohrleitungsachse (8) angeordnet sind.5. vortex flow meter according to claim 1 or 2, characterized in that the vortex generator (10) are arranged so that their main axes parallel to their height H WE (11) are radially aligned and they are arranged at the same distance from the pipe axis (8) are.
6. Wirbeldurchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitkanäle (2) strukturell miteinander verbunden sind.6. vortex flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the guide channels (2) are structurally connected to one another.
7. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturelle Verbindung aus einem Zen- talkörper (4) mit kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt besteht, der axial geöffnet oder geschlossen ist.7. vortex flow meter according to claim 5, characterized in that the structural connection consists of a Zen-body (4) with a circular or polygonal cross-section, which is axially open or closed.
8. Wirbeldurchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Wirbelablösekanten (12-15) der Wirbelerzeuger (10) von den Leitwänden (5, 7) jeweils ungefähr einer Wirbelerzeuger-Breite BE entspricht. 8. vortex flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the distance of the vortex separation edges (12-15) of the vortex generator (10) from the guide walls (5, 7) corresponds approximately to a vortex generator width BE.
9. Wirbeldurchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (3, 5, 7) der Leitkanäle (2) im Verhältnis zur Breite BWE der Wirbelerzeuger (10) schmal sind und an ihren axialen Enden in einem strömungsgünstigen Profil auslaufen.9. vortex flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the walls (3, 5, 7) of the guide channels (2) in relation to the width B WE of the vortex generator (10) are narrow and terminate at their axial ends in a streamlined profile ,
10. Wirbeldurchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (10) in einer radialen Schnittebene parallel zur Strömung einen voll symmetrischen Querschnitt aufweisen.10. vortex flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the vortex generator (10) have a fully symmetrical cross section in a radial sectional plane parallel to the flow.
11. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wirbelerzeuger (10) jeweils mindestens ein Sensor (20) integriert ist, dessen Messpunkt bzw. Messpunkte (21, 22) auf den zur Strömung parallelen freien Seiten der Wirbelerzeuger (10) liegen und einen axialen Versatz zur radialen Symmetrieachse (23) des Querschnitts des Wirbelerzeugers (10) haben.11. vortex flow meter according to claim 10, characterized in that in the vortex generator (10) in each case at least one sensor (20) is integrated, the measuring point or measuring points (21, 22) are located on the free sides of the vortex generator (10) parallel to the flow and have an axial offset to the radial axis of symmetry (23) of the cross section of the vortex generator (10).
12. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Sensor (20) ein zweiter, dazu in Strömungsrichtung versetzter und auf dem gleichen Strömungsfaden liegender Sensor (20) zugeordnet ist.12. Vortex flow meter according to claim 11, characterized in that the at least one sensor (20) is assigned a second sensor (20) which is offset in the flow direction and lies on the same flow thread.
13. Wirbeldurchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (3) der Leitkanäle (2) durch dünnwandige sich in Strömungsrichtung erstreckende Flügel (26) miteinander strukturell verbunden 'sind, wobei die Hauptachsen (27) der Flügel (26) mit den Hauptachsen (11) der Wirbelerzeuger (10) axial fluchten.13. Vortex flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the boundary walls (3) of the guide channels (2) are structurally connected to one another by thin-walled vanes (26) extending in the flow direction, the main axes (27) of the Align wings (26) with the main axes (11) of the vortex generators (10) axially.
14. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Flügel (28) parallel zu den Flügeln (26) beidseitig von diesen vorgesehen sind.14. vortex flow meter according to claim 13, characterized in that further wings (28) parallel to the wings (26) are provided on both sides thereof.
15. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (dFι, dF2) zwischen den Flügeln (26, 28) und den Wirbelerzeugern (10) mindestens 0, 5 D beträgt.15. vortex flow meter according to claim 13 or 14, characterized in that the distance (d F ι, d F2 ) between the wings (26, 28) and the vortex generators (10) is at least 0.5 D.
16. Wirbeldurchflussmesser nach einem der Ansprüche 13 bis16. vortex flow meter according to one of claims 13 to
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (LF) der Flügel (26, 28) in Strömungsrichtung zwischen 0,1 und 0,3 D liegt.15, characterized in that the length (L F ) of the wings (26, 28) in the flow direction is between 0.1 and 0.3 D.
17. Wirbeldurchflussmesser nach einem der Ansprüche 13 bis17. vortex flow meter according to one of claims 13 to
16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (BF) der Flügel (26, 28) zwischen 0,01 und 0,03 D liegt und ihre Vorder- und Hinterkanten strömungsgünstig verrundet sind.16, characterized in that the thickness (B F ) of the wings (26, 28) is between 0.01 and 0.03 D and their front and rear edges are rounded in a streamlined manner.
18. Wirbeldurchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt der Rohrleitung (6) zwischen den Leitkanälen (2) durch sich vorzugsweise in der Ebene der Wirbelerzeuger (10) erstreckende Einbauprofile (25) zusätzlich verblockt ist.18. Vortex flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the flow cross section of the pipeline (6) between the guide channels (2) is additionally blocked by installation profiles (25) which preferably extend in the plane of the vortex generator (10).
19. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 3 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einbauprofile (25) mit den Wirbelerzeugern (10) zu einem Vollring ergänzen und einen anderen Querschnitt als diese aufweisen können. 19. vortex flow meter according to claim 3 and 17, characterized in that the mounting profiles (25) with the Add vortex generators (10) to a full ring and have a different cross-section than this.
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