DE10058701A1 - Einrichtung zum Prüfen eines Durchflußmeßgerätes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Prüfen eines Durchflußmeßgerätes, mit einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung, in der stromauf des Durchflußmeßgerätes mindestens ein Vorstörungselement zur Erzeugung eines gestörten Strömungsprofils angeordnet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Vorstörungselement als Vorstörungsplatte (3) ausgebildet, die eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) für das Fluid aufweist, wobei die Anordnung der Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) sowie deren Querschnitt von dem zu erzeugenden Strömungsprofil abhängig sind. DOLLAR A Vorzugsweise verläuft wenigstens eine der Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) in einem Winkel zur Achse der Vorstörungsplatte (3), wobei die Neigung des Winkels von dem zu erzeugenden Drallwinkel bzw. der zu erzeugenden Wirbelstärke abhängig ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Prüfen eines Durchflußmeßgerätes, mit einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung, in der stromauf des Durchflußmeßgerätes mindestens ein Vorstörungselement zur Erzeugung eines gestörten Strömungsprofils angeordnet ist.

Das Fluid kann entweder ein kompressibeles Gas oder eine inkompressibele Flüssigkeit sein. Durchflußmeßgeräte, wie beispielsweise Turbinenradzähler oder Ultraschallzähler, erreichen nur dann eine geringe Meßunsicherheit, wenn die Strömung im Einlauf bzw. unmittelbar am Eingang ein vollausgebildetes Geschwindigkeitsprofil aufweist und frei von Drall ist. Diese Strömungsverhältnisse liegen am Ende einer sehr langen geraden Rohrleitung vor. Eine Rohrleitung gilt als gerade, wenn dies durch bloßen Augenschein festgestellt werden kann.

Vorstörungen bzw. Einlaufstörungen in der Strömung, d. h. Abweichungen des Strö­ mungsprofils von einem voll ausgebildeten Geschwindigkeitsprofil beeinflussen erheblich das Meßverhalten von Durchflußmeßgeräten. Beispielsweise können Strömungsgaszähler auf Vorstörungen mit erheblichen Meßabweichungen bis weit über 2% reagieren, wobei diese Meßabweichungen meistens im gesamten Durchflußbereich einen nahezu konstanten Wert aufweisen.

Die Vorstörungen werden von Rohreinbauten, insbesondere Ein- und Mehrfachkrüm­ mern oder anderen Installationselementen stromauf des Durchflußmeßgerätes verur­ sacht.

Zur Verringerung des Einflusses von derartigen Vorstörungselementen ist aus der Praxis bekannt, stromauf eines Durchflußmeßgerätes einen Strömungsgleichrichter einzubauen. Da der Einsatz von Strömungsgleichrichtern einen zusätzlichen Aufwand darstellt, streben die Hersteller von Durchflußmeßgeräten an, den Einbau von Strömungsgleichrichtern zu vermeiden und die Meßgeräte derart zu optimieren, daß sie in einem möglichst geringen Umfang auf Einlaufstörungen reagieren.

Im Rahmen der Neu- und Weiterentwicklung von Durchflußmeßgeräten ist es erforderlich, sogenannte Vorstörungsprüfungen bzw. Tests durchzuführen. Diese Prüfungen sind ebenfalls notwendig bei der Bauartzulassung von Durchflußmeßgeräten, beispielsweise Gaszählern für den geschäftlichen und amtlichen Verkehr.

Bei derartigen Prüfungen ist vorgesehen, definierte Vorstörungen in der Strömung zu erzeugen. Dazu wird in der Prüfanlage in der Rohrleitung stromauf des zu prüfenden Durchflußmeßgerätes ein Vorstörungselement oder eine Vorstörungs-Installation mit mehreren Vorstörungselementen eingebaut. Beispielsweise werden bei der Bauart­ zulassung von Turbinenradgaszählern eine Vorstörungs-Installation, bestehend aus zwei Krümmern und einem Diffusor in rechtsdrehender und linksdrehender Anordnung verwendet.

Um die bei Vorstörungstests aufgrund von Normen oder Vorschriften, z. B. der OIML- R32, vorgeschriebenen Diffusoren einsetzen zu können, muß bei einem geschlossenen Rohrleitungssystem, wie es bei einem Hochdruckgas- oder einem Wasserprüfstand notwendig ist, zunächst mit Hilfe von Konfusoren eine Verringerung des Rohrleitungs­ durchmessers realisiert werden. Nach einer Konditionierungsstrecke, bestehend aus einem Gleichrichter und einer geraden Rohrleitungsstrecke, kann die eigentliche Vor­ störungskonfiguration aufgebaut werden. Dementsprechend ist der Platzbedarf einer derartigen Prüfeinrichtung relativ groß.

Neben Untersuchungen mit unterschiedlichen Konfigurationen von Vorstörungsele­ menten muß auch der Abstand zwischen dem Durchflußmeßgerät und den Vorstö­ rungselementen variiert werden und zwar in einem Bereich von üblicherweise dem 2 bis 10-fachen des Rohrdurchmessers.

Nachteilig ist insbesondere, daß die Installation der für die verschiedenen Prüfungen erforderlichen Vorstörungselemente mit enormem Aufwand verbunden ist. Die Bereit­ haltung der Vorstörungselemente in verschiedenen Nennweiten ist platz- und kosten­ aufwendig. Hinzu kommt, daß für die Prüfeinrichtung ein relativ großer Raumbedarf besteht. Schließlich ist für die Durchführung der Umbauten ein sehr hoher personeller und zeitlicher Aufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art so zu vereinfachen, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Lösung wird durch eine Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorstörungsplatte ist so gestaltet, daß in einem definierten Abstand stromab zur Vorstörungsplatte Strömungsprofile in der Rohrleitung erzeugt werden, die annähernd mit den Strömungsprofilen übereinstimmen, die aufgrund bekannter Vorstörungselemente, beispielsweise Krümmern oder Diffusoren, auftreten.

Der Querschnitt einer Durchtrittsöffnung ist jeweils im wesentlichen proportional zu der zu erzeugenden Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Strahls. Eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen erzeugt ein Strömungsprofil.

In der Regel wird eine Vorstörungsplatte eingesetzt, die ein gestörtes Strömungsprofil erzeugt, das dem Strömungsprofil stromab eines einzelnen bekannten Vorstörungselementes oder einer Vorstörungs-Installation entsprechen kann. Es können auch mehrere Vorstörungsplatten mit Abstand parallel zueinander stromauf des Durchflußmeßgerätes angeordnet werden. Die einzelnen Platten sind hinsichtlich der Durchtrittsöffnungen vorzugsweise unterschiedlich gestaltet. Dadurch wird es möglich, sehr komplexe Strömungsprofile bzw. Strömungsmuster zu erzeugen.

Durch Vergleich der Strömungen stromab der Vorstörungsplatte mit den Strömungen bekannter Vorstörungselemente bzw. deren Konfigurationen kann die Übereinstimmung der Strömungen nachgewiesen werden. Dazu eignen sich in der Strömungsmeßtechnik übliche Verfahren wie die Hitzedraht-Anemometrie, die Laser-Doppler-Anemometrie oder die Partikel-Image-Velocimetry. Die Anordnung der Durchtrittsöffnungen kann durch numerische Simulation optimiert werden.

Diese Lösung hat den Hauptvorteil, daß die Einrichtung zum Prüfen von Durchflußmeß­ geräten einfach aufgebaut ist und schnell an unterschiedliche Prüfbedingungen ange­ paßt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung verbessert sich wesentlich die Wirtschaftlichkeit der Tests, insbesondere von Prüfungen im Hochdruckbereich für Gas bzw. für Flüssigkeiten.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß der Abstand zwischen der Vorstörungsplatte und dem Durchflußmeßgerät relativ klein sein kann. Dadurch verringert sich merklich der Raumbedarf für die Prüfeinrichtung.

Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung verläuft wenigstens eine Durchtrittsöff­ nung in einem Winkel zur Achse der Vorstörungsplatte, wobei die Neigung des Winkels von dem zu erzeugenden Drallwinkel bzw. der Wirbelstärke abhängt. Es können ein Drall oder ein oder mehrere Wirbel in einem großen Variationsbereich erzeugt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß sich der Querschnitt wenigstens einer Durchtrittsöffnung in Strömungsrichtung kontinuierlich erweitert oder verengt. Alternativ dazu kann sich der Querschnitt mindestens einer Durchtrittsöffnung in Strömungsrichtung sprunghaft erweitern oder verengen. In der Regel werden mehrere Durchtrittsöffnungen abschnittsweise derart gestaltet. Durch diese Gestaltung der Durchtrittsöffnungen kann die Turbulenzstruktur stromab zur Vorstörungsplatte beeinflußt werden.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Durch­ trittsöffnungen als Bohrungen ausgebildet sind, die in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet sind, die vorzugsweise eine zentrale Durchtrittsöffnung umgeben.

Vorzugsweise weist die Rohrleitung in verschiedenen Abständen zu dem Durch­ flußmeßgerät Einbau- bzw. Ausbaustellen für die Vorstörungsplatte auf. Der Abstand der Vorstörungsplatte von dem Durchflußmeßgerät kann auf diese Weise einfach variiert und der Einfluß des Abstandes zwischen einer Vorstörung und dem Durchflußmeßgerät untersucht werden. Es können auch nacheinander verschiedene Vorstörungsplatten an derselben Einbaustelle eingefügt werden. Die Einbaustellen können mit an sich bekannten Wechselvorrichtungen ausgerüstet werden, die in der Praxis für den Wechsel von Meßblenden eingesetzt werden und die auch für die Vorstörungsplatten geeignet sind.

Vorteilhafterweise ist die Vorstörungsplatte um ihre Achse drehbar. Dadurch ist es sehr einfach möglich, die Phase der Vorstörung, d. h. die räumliche Lage der Störung in der Rohrleitung, zu ändern.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Dicke der Vorstörungsplatte ca. das 0,1-fache des Durchmessers der Rohrleitung beträgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Prüfen eines Durchfluß­ meßgerätes;

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Vorstörungsplatte aus Fig. 1.

Die Einrichtung zum Prüfen eines Durchflußmeßgerätes nach Fig. 1 weist eine Rohr­ leitung 1 auf, in der ein Fluid, hier Erdgas, strömt. In die Rohrleitung 1 ist ein zu prü­ fendes Durchflußmeßgerät, im Beispiel ein Turbinenradgaszähler, eingebaut.

Stromauf des Durchflußmeßgerätes 2 ist eine Vorstörungsplatte 3, mittels einer Wechselvorrichtung, in einem definierten Abstand zum Durchflußmeßgerät 2 in der Rohrleitung eingebaut. Derartige Wechselvorrichtungen sind aus der Praxis zum Ein- und Ausbau von Blenden zur Wirkdruckmessung bekannt. Mit Hilfe dieser bekannten Wechselvorrichtungen kann ein Austausch der Vorstörungsplatte ohne Entspannung der Rohrleitung erfolgen.

Der Abstand zwischen der Vorstörungsplatte 3 und dem Durchflußmeßgerät 2 beträgt vorzugsweise ca. das 3-fache des Rohrleitungsdurchmessers. Stromab des Durchflußmeßgerätes 2 befindet sich wie üblich ein Normalzähler 4, dem ein an sich bekannter Strömungsgleichrichter 5 vorgeschaltet ist.

Die Rohrleitung weist auf nicht dargestellte Art und Weise in verschiedenen Abständen zum Durchflußmeßgerät 2 mehrere Ein- und Ausbaustellen auf, so daß der Abstand zwischen der Vorstörungsplatte 3 und dem Durchflußmeßgerät 2 variiert werden kann.

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht der Vorstörungsplatte 3 aus Fig. 1. Bei der Vorstörungs­ platte 3 handelt es sich um eine Stahlplatte, deren Dicke ca. das 0,1-fache des Durchmessers der Rohrleitung 1 beträgt. Der Durchmesser der Vorstörungsplatte ist zwecks Halterung in der Wechselvorrichtung 4 geringfügig größer als der Durchmesser der Rohrleitung 1.

In der Vorstörungsplatte 3 befinden sich eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 6a, b, c, die als Bohrungen mit rundem Querschnitt ausgebildet sind. Eine zentrale Durch­ trittsöffnung 6a ist von Durchtrittsöffnungen 6b und 6c umgeben, die auf drei gedach­ ten konzentrischen Ringen 7, 8, 9 angeordnet sind.

Die Durchtrittsöffnungen 6a, b, c haben unterschiedliche Durchmesser bzw. Quer­ schnitte. Der Querschnitt jeder Durchtrittsöffnung ist näherungsweise proportional zu der zu erzeugenden Strömungsgeschwindigkeit. Die Anordnung der Durchtrittsöffnungen ist abhängig von dem zur erzeugenden Strömungsprofil.

Auf den beiden konzentrischen Ringen 8 und 9 befinden sich Durchtrittsöffnungen 6c mit großem Querschnitt und Durchtrittsöffnungen 6b mit kleinem Querschnitt, um eine asymmetrische Verteilung des Strömungsprofils zu erzeugen. Der Umfangsabstand der Durchtrittsöffnungen auf dem Ring 8 ist unterschiedlich groß.

Auf dem innersten Ring 7 sind weitere Durchtrittsöffnungen 6b mit kleinem Querschnitt vorgesehen, deren Umfangsabstand zueinander ebenfalls unterschiedlich groß ist.

Weiterhin soll ein Drall simuliert werden, der einen Winkel aufweist, dessen Drallwinkel vom Zentrum nach außen hin zunimmt. Die Durchtrittsöffnungen auf den Ringen 7, 8 und 9 sind jeweils in der Ebene, die die Tangente an den Durchmesser und die Normale auf der Oberfläche der Vorstörungsplatte aufspannt, mit einem Winkel verse­ hen, der mit zunehmendem Drallwinkel größer wird.

Zur Herstellung einer Vorstörungsplatte werden zunächst die dreidimensionalen Strömungsprofile hinter einer. Vorstörung, die mit konventionellen Vorstörungselemen­ ten realisiert worden ist, gemessen oder berechnet. In Abhängigkeit von der axialen Verteilung des Geschwindigkeitsprofils in der Strömung sowie dem Drall oder den Wirbeln wird ein Muster von unterschiedlich gestalteten Durchtrittsöffnungen in die Platte eingebracht.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Prüfen eines Durchflußmeßgerätes, mit einer von einem Fluid durchgeströmten Rohrleitung, in der stromauf des Durchflußmeßgerätes min­ destens ein Vorstörungselement zur Erzeugung eines gestörten Strömungsprofils angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorstörungselement als Vorstörungsplatte (3) ausgebildet ist, die eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) für das Fluid aufweist, wobei die An­ ordnung der Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) sowie deren Querschnitt von dem zu erzeugenden Strömungsprofil abhängig sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Durchtrittsöffnung (6a, b, c) in ei­ nem Winkel zur Achse der Vorstörungsplatte (3) verläuft, wobei die Neigung des Winkels von dem zu erzeugenden Drallwinkel bzw. der zu erzeugenden Wirbelstärke abhängig ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) in Strömungsrichtung kontinuierlich erweitert oder verengt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) in Strömungsrichtung sprunghaft erweitert oder verengt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) als Bohrungen ausgebildet sind, die in mehreren konzentrischen Ringen (7, 8, 9) angeordnet sind, die vorzugsweise eine zentrale Durchtrittsöffnung (6a) umgeben.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (1) in verschiedenen Abständen zu dem Durchflußmeßgerät (2) Einbau- bzw. Ausbaustellen für die Vorstörungsplatte (3) aufweist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstörungsplatte (3) um ihre Achse drehbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Vorstörungsplatte (3) ca. das 0,1 - fache des Durchmessers der Rohrleitung (1) beträgt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Vorstörungsplatte für eine Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsprofil des Fluides stromab eines bekannten Vorstörungselementes gemessen oder berechnet wird und daß in Abhängigkeit von der axialen Verteilung des Strömungsprofils eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) in die Vorstörungsplatte (3) eingebracht wird, wobei der Querschnitt der Durchtrittsöffnungen (6a, b, c) im wesentlichen proportional zur axialen Strömungsgeschwindigkeit ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall oder die Wirbel in der Strömung des Fluides stromab eines bekannten Vorstörungselementes gemessen oder berechnet wird und daß in Abhängigkeit der Meß- oder Rechenwerte wenigstens eine Durchtrittsöffnung (6a, b, c) in einem Winkel zur Achse der Vorstörungsplatte (3) in diese eingebracht wird, wobei die Neigung des Winkels von dem zu erzeugenden Drallwinkel bzw. der zu erzeugenden Wirbelstärke abhängig ist.