DE2842676C2 - Staurohr-Durchflußmeßgerät - Google Patents
Staurohr-DurchflußmeßgerätInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Siaurohr-Durchflußmeßgcrät zum Messen des Differenzdruckes der
Fluid-Strömung in einem Rohr, mit einer langgestreckten, sich mit ihrer Längsachse quer zur Strömung erstrekkenden
Sonde, welche eine stromaufwärts gewandte, im senkrecht zur Längsachse verlaufenden Schnitt symmetrische
Fläche, auf welche die Strömung auftrifft, mit mindestens einer Mündung zum Fühlen des Druckes der
auftreffenden Strömung, sowie eine stromabwärts gewandte Fläche, die eine stromabwärts gewandte Mündung
zum Fühlen der Niederdruck-Komponente des zu messenden Differenzdruckes enthält, aufweist, wobei die
stromaufwärts gewandte Fläche und die stromabwärts gewandte Fläche an beiden Seitenrändern an Stellen der
größten Breite dieser Flächen zumindest im Bereich der stromabwärts gewandten Mündung an scharfen, sich in
Längsrichtung der Sonde erstreckenden Kanten aneinandergrenzen.
Alle Durchflußmesser weisen unabhängig von der Art ihres Aufbaus einen zugehörigen sogenannten Strömungskoeffizienten
oder Strömungskorrekturfaktor auf, der dazu benutzt wird, den tatsächlichen Durchfluß als
Funktion des gemessenen Durchflusses zu berechnen. Oftmals wird der Durchfluß dadurch berechnet, daß dieser
Koeffizient mit einem Funktionswert des gemessenen Durchflusses, beispielsweise des Quadrates des Durchflusses
multipliziert wird, und es ist daher nicht notwendig, den einen Wert einfach mit dem anderen Wert zu
multiplizieren. In jedem Fall erlaubt es die Verwendung dieses Korrekturfaktors, auf der Basis des durch den
Durchflußmesser gemessenen Durchflusses etwa auf den Wert des tatsächlichen Durchflusses zu kommen.
Daraus ergibt sich, daß die Genauigkeit dieses Korrekturfaktors über den Durchflußmeßbereich der wesentliche
Einflußfaktor für die Bestimmung des Durchflusses und für die Zuverlässigkeit des erhaltenen Wertes ist.
Dieser Strömungskorrekturfaktor ist in folgender Weise definiert:
Dieser Strömungskorrekturfaktor ist in folgender Weise definiert:
„ .. , , r , Tatsächlicher Durchfluß
Stromungskorrekturfaktor=
Stromungskorrekturfaktor=
Der Gerätedurchfluß wird auf der Grundlage des vom Gerät gelieferten Ausgangswertes und eines mathematischen
Modells für die jeweils vorliegende Art der Fluidströmung berechnet, die gemessen wird. Bei den
meisten Flüssigkeitsströmungen ist die hydraulische Gleichung, die davon ausgeht, daß Flüssigkeiten inkompressibel
sind, am geeignetsten. Für Gas- oder Dampfströmungen eignet sich andererseits oftmals jedoch ein Modell,
das von einer eindimensionalen isentropischen Strömung ausgeht. Es gibt jedoch sehr wenige Durchflußmesser,
deren Strömungskorrekturfaktor über einen breiten Bereich von DurchflulJwerten konstant bleibt, selbst wenn
alle anderen Faktoren konstant bleiben.
Aus der DF-AS 11 b8 659 ist ein Staurohr-Durchflußmeßgcräi der eingangs erläuterten Art bekanni, dessen
ti Sonde sieh um einen Bruchteil des Durchmessers des die zu messende Fluidströmung führenden Rohres in dieses
hineinerstreckt. |e eine stromaufwärts gewandte Mündung /um Fühlen der auftreffenden Strömung und eine
stromabwärts gewandte Mündung zum Fühlen der Niederdruekkompononte des zu messenden Differenzdrucks
sind an erheblich zueinander versetzten Stellen, in Längsrichtung der Sonde gemessen, angeordnet. Die strom-
abwärts gewandte Mündung liegt nahe der Innenwand des die Fiuid-Strömung führenden Rohres. Die stromaufwärts
gewandte Mündung liegt in einem zur Mittelachse des Rohres nicht definierten Lage im größeren Abstand
von der Innenwand des Rohres. Die Sonde ist als Formkörper ausgebildet, der entlang seiner Längsachse einen
gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Dieser Querschnitt ist in einer vor einer quer zur Ströniungsrichtung
gedachten ideellen Ebene liegenden Hälfte in der Form einer halben Ellipse gestaltet. Die hintere Hälfte des ,
Querschnitts hat zwei von Scheitelendpunktcn der vorderen Hllipsenhälfte parallel zueinander nach hinten
verlaufende seitliche Ränder gleicher Länge, die an ihren Endpunkt an die Endpunkte eines symmetrisch zu der
Hauptachse der vorderen Ellipsenhälfte konvex verlaufenden bogenförmigen Randes stoßen. In Strömungsrichtung
gesehen hat der Querschnitt der Sonde somit eine im vorderen Bereich elliptisch gewölbte, und im hinteren
Bereich in parallele Seitenwände auslaufende stromaufwärts gewandte Fläche und eine konvex nach hinten
gewölbte stromabwärts gewandte Fläche, die mit den parallelen Seitenwänden der stromaufwärts gewandten
Fläche an scharfen, sich in Längsrichtung der Sonde erstreckenden Kanten zusammenstößt. Diese scharfen, sich
in Längsrichtung erstreckenden Kanten befinden sich an den in Strömungsrichtung gesehen hintersten Stellen
der parallel verlaufenden Seitenwände der stromaufwärts gewandten Fläche und somit an den hintersten Stellen
der größten Breite der stromaufwärts gewandten Fläche. Bei diesem bekannten Staurohr-Durchflußmeßgerät
wird nur ein Bruchteil des Querschnitts des die Fluid-Strömung führenden Rohres erfaßt, so daß bereits aus
diesem Grund eine zuverlässige Messung des gesamten Durchflusses durch das Rohr nicht möglich ist. Bei dem
bekannten Durchflußmeßgerät ist jedoch vor allem wegen der Gestaltung der Stausonde und insbesondere
wegen deren Querschnittsform eine zuvt/lässige genaue Strömungsmessung mit reproduzierbarer Anzeige in
einem für die Praxis erforderlichen weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten (Reynolds-Zahlen) nicht
möglich. Bei dem bekannten Durchflußmeßgerät ist nämüch infolge des stetigen Übergangs des elliptischen
Teils det stromaufwärts gewandten Fläche in die parallel zueinander verlaufenden Seitenwände der stromaufwärts
gewandten Fläche der Beginn des Ablösens der Grenzschicht der die Sonde umströmenden Strömung zu
beiden Seiten der Sonde nicht definier- und kontrollierbar. Es kann bei der Messung von Strömungen sowohl
geschehen, daß die Grenzschicht sich zu beiden Seiten der Sonde an in Strömungsrichtung gesehen unterschiedliehen
Stellen abzulösen beginnt. Es ist auch nicht genau kontrollierbar, an welchen Stellen in Strömungsrichtung
gesehen sich die Grenzschicht bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit ablösen wird. Damit ist bei dem
bekannten Durchflußmeßgerät das sich von den zu beiden Seiten der Sonde liegenden Stellen des Beginns der
Grenzschichtablösung ausbildende »Totwassergebiet« in seine Form und Größe in Abhängigkeit von der
Strömungsgeschwindigkeit der zu messenden Fluid-Strömung nicht bestimmbar und kontrollierbar. Damit ist
aber auch der von der stromabwärts gewandten Mündung zum Fühlen der Niederdruckkomponente des zu
messenden Differenzdrucks erfaßte Druck von den vorgenannten Unbestimmtheiten abhängig und somit kein
exaktes, reproduzierbares, ausschließlich von der gegebenen Strömungsgeschwindigkeit abhängiges Maß. Insgesamt
gesehen ist eine exakte, reproduzierbare Durchflußmessung über einen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten
bei dem bekannten Staurohr-Durchflußmeßgerät nicht gewährleistet.
Aus der US-PS 35 81 565 ist ein Staurohrdurchflußmesser zum Messen von Differenzdrücken bekannt, der
eine Sonde aufweist, die in den Fluidsirom in einem Rohr gebracht werden kann, wobei die Sonde eine
stromaufwärts gerichtete kantenlose Fläche, auf die der Fluidstrom auftrifft, und eine stromabwärts gerichtete
kantenlose Fläche aufweist, die stromabwärts von der zuerst genannten Fläche angeordnet ist und eine stromabwärtsgerichtete
Mündung aufweist, um den Niederdruckanteil des gemessenen Differenzdruckes aufzunehmen.
Auch bei einem derartigen bekannten Durchflußmesser tritt die Schwierigkeit auf, daß sich der Strömungskorrekturkoeffizient
stark mit der Strömungsgeschwindigkeit ändert, die am besten durch die Reynold'sche Zahl
zu charakterisieren ist. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wird darüber hinaus durch freie Turbulenzen in
der Strömung nachteilig beeinflußt. Eine detaillierte Analyse einer großen Anzahl von Arbeitsergebnissen hat
gezeigt, daß der Grund für diese Schwierigkeit die Anordnung der Niederdruckmündung an der stromabwärtsliegenden
Seite eines breiten Körpers mit kreisförmigem Querschnitt ist. Die Anordnung der Niederdruckmündung
an dieser Steile hat jedoch andererseits bedeutende Vorteile, und zwar unter anderem, daß aufgrund der
Tatsache, daß sie sich im Sog des breiten Körpers befindet, ein Druck unter dem örtlichen statischen Druck der
freien Strömung erzeugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Staurohr-Durchflußmeßgerät der eingangs erläuterten Art zu
schaffen, welches bei einfachem Aufbau ein genaues und zuverlässiges Messen der Durchflußmenge in einer
Strömungsleitung über einen großen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten in der Leitung ermöglicht, ohne
daß bauliche Veränderungen oder Anpassungen erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sonde sich über den gesamten Durchmesser des
die Strömung führenden Rohrs erstreckt, daß die stromaufwärts gewandte Fläche an beiden Seitenrändern je
eine einzige Stelle größter Breite aufweist und daß die scharfen Kanten an diesen beiden einzigen Stellen der
größten Breite der stromaufwärts gewandten Fläche angeordnet sind.
Mit der Sonde des erfindungsgemäßen Staurohr-Durchflußmeßgeräts wird der gesamte Querschnitt des die
zu messende Fluidströmung führenden Rohres erfaßt, weil sich die Sonde über den gesamten Durchmesser des
Rohres erstreckt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Strömungsmessung so durchzuführen, daß in der Praxis
auftretende Strömungsunterschiede an radial entgegengesetzt liegenden Bereichen des Strömungsquerschnitts,
bezogen auf die Rohrachse, erfaßt und in der Messung berücksichtigt werden. Bei der Sonde des erfindungsgemäßen
Staurohr-Durchflußmeßgeräts liegen die scharfen Kanten, an denen die stromaufwärts gewandte Fläche
und die stromabwärts gewandte Fläche der Sonde aneinanderstoßen, an den beiden einzigen Stellen der größten
Breite der stromaufwärts gewandten Flache der Sonde. Diese scharfen Kanten bilden örtlich genau definierte b5
Stellen, an denen eine Ablösung der Strömung entlang der Sondenfläche zwangsweise bewirkt wird, und /war
unabhängig von der jeweils gegebenen Strömungsgeschwindigkeit (Reynolds-Zahi) auch dann, wenn bei einem
kantenlosen Übergang von der stromaufwärts gewandten Fläche in die stromabwärts gewandte Fläche der
Sonde eine Strömungsablösung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit erst an nicht genau definierbaren
weiter stromabwärts liegenden Stellen erfolgen würde. Damit bildet sich bei dem erfindungsgemäßen
Staurohr-Durchflußgerät unabhängig von der Geschwindigkeit der zu messenden Strömung stets ein an den
scharfen Kanten an den beiden einzigen Stellen der größten Breite der Sonde beginnendes Soggebiet aus, in dem
die stromabwärts gewandte Mündung in der stromabwärts gewandten Fläche der Sonde liegt. Hierdurch sind
bei dem Abfühlen der Niederdruckkomponente des zu messenden Differenzdrucks stets definierte, von unkontrollierbaren
Einflüssen befreite Bedingungen gegeben, die eine exakte und zuverlässige, reproduzierbare
Druckmessung möglich machen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Durchflußmeßgeräts ist sichergestellt,
daß unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Reynotds-Zahl der zu messenden
ίο Strömung über einen großen Geschwindigkeitsbereich das Abreißen der Strömung stets gleichbleibend an den
speziell vorgesehenen Abreißkanten erfolgt, so daß die Umströmungsverhältnisse an der Sonde, und insbesondere
das Nachlaufströmungsgebiet hinter der Sonde in seiner Erstreckung konstant bleiben. Die Abreißkanten
gewährleisten eine Stabilisierung der Nachlaufströmungsverhältnisse dadurch, daß sie verhindern, daß bei
bestimmten Geschwindigkeiten ein Abreißen der Strömung unkontrollierbar wechselnd an unterschiedlichen
Bereichen der Außenflächen der Sonden erfolgt, mit den sich dadurch einstellenden unkontrollierbaren Änderungen
des Nachlaufströmungsgebiets (und dessen Dnickverhältnissen). Bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät
wird die Strömung gezwungen, an den erfindungsgemäß an den beiden einzigen Stellen der
größten Breite der stromaufwärts gewandten Flächen vorgesehenen Kanten abzureißen und hinter den Kanten
ein in seiner Konfiguration und Erstreckung unabhängig von der Geschwindigkeit der Strömung gleichbleibendes
Nachlaufströmungsgebiet zu bilden. Auf diese Weise sind mit dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät
präzise und in ihrem Ergebnis reproduzierbare Messungen über einen großen Geschwindigkeitsbereich möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Siaurohr-Durchflußmeßgeräts ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1,2 und 3 in perspektivischen Ansichten und im gleichen Maßstab drei verschiedene Ausführungsbeispie-Ie
des erfindungsgemäßen Staurohrdurchflußmeßgeräts,
F i g. 4,5 und 6 Schnittansichten längs der Linien 4-4, 5-5 und 6-6 in F i g. 1 bzw. F i g. 2 bzw. F i g. 3,
Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgeräts
in einem etwas geringeren Maßstab, wobei einige Teile weggebrochen sind, um den inneren Aufbau
freizulegen,
F i g. 8 eine Schnittansicht längs der Linie 8-8 in F i g. 7,
Fig. 9 eine zur Hälfte als Schnittansicht ausgebildete Teilansicht im selben Maßstab wie in Fig. 7 des
Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 7 in dem in ein Rohr eingebauten Zustand.
Was die in den Fig. 1,2,3.7 und 9 und in der US-PS 35 81 565 dargestellten Durchflußmesser anbetrifft, so ist
jeder mit einer Sonde versehen, die mit 10,4 — C und M bezeichnet wird und dann, wenn sie benutzt wird,
zusammen mit einem gewissen äußeren Aufbau 14 im Inneren eines Rohrs oder einer Leitung 12 aufgenommen
ist, wie es in F i g. 9 dargestellt ist. Dieser äußere Aufbau dient lediglich dazu, die beiden Fluiddruckwerte, die im
Inneren des Rohres aufgrund der Fluidströmung darin gemessen werden, einem geeigneten Meß- oder Aufzeichnungsgerät
zuzuführen, daß sich außerhalb des Rohres befindet.
Die Kiel- bzw. Aufpraii-Körper \%A — C und M weisen siromaufwärtsgerichtete Mündungen J6 auf, die so
angeordnet sind, daß sie symmetrisch zu der Achse der Leitung 12 liegen, wenn die Sonde im Inneren der Leitung
12 installiert ist. wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Ein interpolierendes Rohr 20 befindet sich im Inneren des
kielartigen- bzw. Aufprallkörpers 18Λ — C und M, der natürlich hohl ist. Dieses interpolierende Rohr 20 weist
eine siromaufwärtsgerichtete abgeschirmte Mündung 22 auf, die sich annähernd an der Achse des Rohres 12
befindet, wenn die Sonde in der in F i g. 9 dargestellten Weise eingebaut ist. Die Mündung 22 des interpolierenden
Rohres 20 arbeitet mit den stromaufwärtsgerichteten Mündungen 16 im Körper 18/4 —Cund Λ/so zusammen,
daß der durch die Mündungen 16 aufgenommene Fluiddruck quer über das ganze Strömungsprofil im Rohr
so 12gemittelt wird. Insofern arbeitet der Körper 12/4 —Cund Mmit seinen stromaufwärtsgeriehteten Mündungen
und dem interpolierenden Rohr als sogenannte Staudrucksonde, die den mittleren Druck des darfiberströmenden
Fluids aufnimmt. Wie es aus den Fig. !, 4, 5, 6. 7 und 8 ersirhilirh ist. weisen alle dargestellten Sonden ein
interpolierendes Rohr 20 auf. Nicht dargestellte innere Kanäle verbinden das interpolierende Rohr 20 mit einem
Rohr 20,4, das einen Teil des äußeren Aufbaus 14 bildet. Jeder der dargestellten verschiedenen Duchflußmesser
weist gleichfalls ein Niederdruckrohr 24 auf. Dieses Rohr 24 ist mit einer stromabwärtsgerichteten öffnung 26
versehen, die sich gleichfalls auf der Rohrachse befindet, wenn der Durchflußmesser in der in F i g. 9 dargestellten
Weise eingebaut ist. Bei den in den F i g. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich
dieses Rohr 24 im Inneren des hohlen kielartigen Körpers 184 —C, wobei die Niederdruckmündung 26 so
angeordnet ist, daß sie in einer Linie zu einem Durchlaß 28 im kielartigen Körper 18Λ—C ausgerichtet ist, der
stromabwärts mündet. Wie das interpolierende Rohr 20 steht das Niederdruckrohr 24 mit einer äußeren
Rohrleitung 24.4 über nicht dargestellte innere Kanäle in Verbindung.
Das in den F i g. 7, 8 und 9 dargestellte Ausführungsbeispiel ist speziell für Rohre mit kleinen Durchmessern
ausgelegt, bei denen große, kielartige Körper der anderen Ausführungsbeispiele die hindurchgehende Strömung
wesentlich behindern würden. Durch die Anordnung des Niederdruckrohres 24 außerhalb des Staudrucksonden-Körpers
kann dessen Größe beträchtlich verringert werden. Wie es in den Fig. 7 und 9 dargestellt ist, ist das
Niederdruckrohr 24 viel kleiner als das in Strömungsrichtung davoriiegende Staudrucksonden-Rohr und liegt
stromabwärts von dem vorderen Rohr, so daß es dahinter abgeschirmt ist. An der Stelle, an der sich die
stromabwärtsgerichtete Niederdruckmündung 26 befindet, ist eine die Strömung ablenkende Einrichtung 32
angeordnet, die genau dieselbe kontrollierte Funktion der Strömungsablenkung, wie die geformten, kielarügen
Körper 18/1,18Bund 18Cderin den Fig. 1,2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele erfüllt, und Abreißkanten
36 aufweist, deren Abstand voneinander größer ist als der Durchmesser des davorliegenden Staudrucksonden-Rohrs.
Bei jedem der dargestellten Aiislüniungsbeispiele sind zwei Abreißkanten 36 im Abstand voneinander an den -,
gegenüberliegenden Seiten d:;i stromabwärtsgerichteten Mündung 26 des Niedcrdruckrohres 24 und stromaufwärts
von der Mündung ?o vorgesehen, wobei die Kanten 36 von der Mündung 26 durch die stromabwärtsgerichteten
scharfkonvergenten Flächen 38 getrennt sind. Die stromaufwärtsgerichteten Auftreffflächen 42M,
42Ai' in Fig. 1,405in Fig. 2 und 4OMin Fig. 3,die sich stromaufwärts von den Kanten 36 befinden, haben eine
wesentlich geringere Bedeutung als die Kanten 36, vorausgesetzt, daß sie die Strömung in etwa gleiche Teile to
teilen und die eine Hälfte der Strömung seitlich im Mittel quer über eine scharfe Kante fließen lassen, während
die andere Hälfte der Strömung quer über die andere scharfe Kante fließt. Diese Auftreffflächen sollten daher
symmetrisch zu einer Ebene sein, die durch die Rohrachse und die Sondenachse bestimmt ist, wenn der
Durchflußmesser in der in F i g. 9 dargestellten Weise eingesetzt ist.
Die F i g. 2 und 5 zeigen die einfachste Form derartiger Flächen, nämlich eine einzige planare Fläche 40ß am
kielartigen Körper 18ß der Sonde 10ß, die senkrecht zur Strömung angeordnet ist. Unter der Anzahl der
dargestellten Flächen ist die in den Fig.2 und 5 dargestellte Fläche aufgrund des geringen Innenquerschnitts,
der für die inneren Rohrleitungen zur Verfügung steht, am schwierigsten herzustellen. f|
Eine bessere Teilung der Strömung kann bei Verwendung von zwei entgegengesetzt geneigten Flächen 42M' Js
bzw. 4OM erreicht werden, wie es in F i g. 1 und 4 bzw. 3 und 6 dargestellt ist, wobei diese Flächen so zusammen- 20 ;|
arbeiten, daß sie die Strömung unterteilen und annähernd die Hälfte der Strömung über jede der beiden Flächen ;
mit scharfer Kontur ablenken. Die Flächen 40M in F i g. 3 und 6 schneiden einander in Form einer scharfen ||
Führungskante 42, während sich die Flächen 42M' in F i g. 1 und 4 in Form einer abgestumpften Kante 42M g
schneiden. §f
Die Flächen 40/V der Strömungsablenkeinrichtung 32 der Sonde 1OM in den F i g. 7 bis 9 sind etwas stärker
geneigt als die entsprechenden Flächen in F i g. 1,3 <
und 6. die etwa im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die Führungskante der Ablenkeinrichtung 32 ist durch den Aufpnill-Körper 18M stromaufwärts von der
Ablenkeinrichtung 32 abgeschirmt, so daß sie aus diesem Grunde nur geringe funktioneile Bedeutung hat. Wie es
in den F i g. 7 bis 9 dargestellt ist, ist die stromaufwärtsgerichtete Auftrefffläche 40/V eine zusammengesetzte
Fläche aus den beiden zylindrischen Flächen des Aufprall-Körpers 18M und den divergent verlaufenden planaren
Flächen der Slrömungsablenkeinrichtung 32, die sich stromaufwärts von den scharfen Kanten 36 befinden. In
jedem Fall besteht die Fläche 4ON aus symmetrischen Teilflächen, die so zusammenarbeiten, daß sie die
Strömung nahezu in gleiche Teile teilen und die Hälfte der Strömung zu den scharfen Kanten 36 leiten.
Eine konvex abgerundete Fläche, die zu den scharfen Kanten 36 führt, ist zu vermeiden, da derartige Flächen
unter der Vielzahl der verschiedenen Strömungsverhältnisse keine klare Abrißkante liefern, an der die Grenzschicht
gezwungen wird, die Fläche der Sonde zu verlassen. Konkave, divergent gekrümmte und stromaufwärtsgerichtete
Auftreffflächen, die zu den Flächen mit scharfer Kontur führen, lielern insoweit zufriedenstellende
Ergebnisse, als sie eine gut definierte Kante bilden, an der unter verschiedenen Strömungsverhältnissen die
Grenzschicht genau abreißt. Diese Flächen machen jedoch die Herstellung der Sonde komplizierter, ohne daß
Vorteile gegenüber den entgegengesetzt geneigten planaren Flächen erhalten werden.
Die scharfen Kanten 36, die im Abstand auf den gegenüberliegenden Seiten der stromabwärtsgerichteten
Niederdruckmündung 26 vorgesehen sind, sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie die herumführende
Strömung ablenken und gleichzeitig die Stelle festlegen, an der die Grenzschichtablösung auftritt. In jedem Fall
sind diese Kanten relativ scharf. Es hat sich herausgestellt, daß derartige Kanten die Grenzschicht zwingen, von
den Seiten der Sonde selbst dann an einer genauen Stelle abzureißen, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeiten,
die Eigenschaften des Fluids oder andere Faktoren stark ändern. Irgendeine merkliche Abrundung dieser
scharfen Abreißkanten 36 führt dazu, daß sich die Stelle, an der sich die Grenzschicht von der Sonde abspaltet,
um eine derartige, gekrümmte Fläche in Abhängigkeit von der Reynold'schen Zahl bewegt, was zu starken
L'ngenauigkeiten führt, die durch die vorliegende Erfindung ausgeschlossen werden sollen.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen die beiden scharfen Abreißkanten 36 im wesentlichen
koplanar. parallel zueinander und senkrecht zur Strömung und liegen im gleichen Abstand auf den gegenüberliegenden
Seiten der Rohrachse, wenn die Sonde eingebaut ist. Obwohl derartige Verhältnisse wünschenswert sind,
sind sie nicht von besonders ausschlaggebender Bedeutung, obwohl andere Arbeitskennwerte der Sonde nachteilig
beeinflußt werden können und werden, wenn diese Verhältnisse nicht eingehalten werden. Das heißt mit
anderen Worten, daß dann, wenn eine der Abreißkante 36 sich näher als die andere an der Seite des Rohrs
befindet, die Sonde selbst nicht diametral angeordr-it ist und daher nicht den wirklichen Querschnitt der
Strömung erfaßt.
Wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, stellen den die scharfen Kanten 36 die Führungskanten oder die
stromaufwärtsliegenden Kanten von zwei entgegengeset.a gerichteten und im wesentlichen parallel verlaufenden
ebenen Flächen 44 beträchtlicher Breite dar. Die scharfen Kanten 36 befinden sich tatsächlich dort, wo die bo
Grenzschichtabspaltung auftritt, und weder die Flächen 44 noch die stromabwärtsliegenden Kanten 46 an den
Verbindungsstellen zwischen diesen ebenen Flächen 44 und den scharfkonvergent verlaufenden stromabwärtsgerichteten
Flächen 3SA wirken dabei störend, vorausgesetzt, daß diese ebenen Flächen 44 ausreichend schmal
gehalten werden, so daß sie immer im Soggebiet des Fluids bleiben, das an der Sonde vorbeiströmt. Das heißt,
mit anderen Worten, daß weder die Form noch die Stelle der Anordnung irgendeiner Sondenfläche stromabwärts
von den scharfen Kanten 36 irgendeinen Einfluß haben, solange diese Fläche über den gesamten Bereich
der Strömungsverhältnisse, unter denen der Durchflußrriesser Messungen ausführen soll, im Soggebiet des
Fluides bleibt, das an der Sonde vorbeiströmt. Das trifft nicht nur auf die ebenen Flächen 44, sondern auch auf die
stromabwärtsgeriehietcn konvergenten Flächen 38/4 zu, da dann, wenn die Fluidströmung sich wieder an eine
Sondenfläche stromabwärts von den scharfen Abreißkanten 36 anlegen kann, die erwünschte Stabilität im
Druck, der an der stromabwärtsgerichteien Niederdruckmündung aufgenommen wird, verlorengeht, es sei denn,
daß, wie es anhand der Fig. 7. 8 und 9 beschrieben wird, andere scharfe Abreißkanten mit scharfer Kontur
stromabwärts jedoch immer noch stromaufwärts von der Niederdruckmündung vorgesehen sind. Ebene Flächen
mit einer Breite von 0,48 cm bereiten bei Durchflußmessern, wie sie in F i g. 1 bis 6 dargestellt sind, und die zur
Verwendung in Rohren mit großen Durchmessern ausgelegt sind, keine Schwierigkeiten.
Wie es in den F i g. 4. 5, 6 dargestellt ist. verläuft jedes Paar von stromabwärtsgewandten Flächen 38,4. ßoder
C ziemlich scharf konvergent, wobei die Flächen 38.4 und 38C der Sonden 1OA und IOC (F i g. 4 und 6) etwas
ίο stärker als die Flächen 38ßder Sonde 10ß(F ig. 5)geneigt sind. Die Flächen 38.4, 38ßund 38C umfassen jeweils
Teile ihrer jeweiligen kielartigen Körper 18A 18ß und 18C, während die analogen konvergenten Flächen 38Λ/
der in F i g. 8 dargestellten Sonde 1OM einen Teil der Ablenkeinrichtung 32 und nicht einen Teil des kielartigen
Körpers 18M umfassen, obwohl sie den zuerst genannten Flächen in ihrer Funktion, ihrem Zweck und ihrer
Wirkung gleich sind, indem sie nämlich ausschließen, daß es irgendeine Fläche stromabwärts von den scharfen
Abreißkanten 36 gibt, an der sich über den Bereich der Strömungsverhältnisse, für den der Durchflußmesser
ausgelegt ist, die Grenzschicht wieder anlegen kann. Noch mehr als im Fall der stromaufwärtsgerichteten
Auftreffflächen 42M' —42 M, 40ß, 4OM, 40/Vist die spezielle Form dieser stromabwhrtsgerichteten Flächen ohne
Bedeutung, da die einzige Bedingung darin besteht, daß sie über den gesamten Bereich der Strömungsverhältnisse.
in dem der Durchflußmesser eingesetzt werden soll, im Bereich des Soges des Fluides bleiben, das um die
Sonde strömt. Die speziellen dargestellten Flächen sind alle planar und symmetrisch bezüglich einer Ebene, die
parallel zur Fluidströmung verläuft und die Niederdruckmündung enthält, da derartige Flächen am leichtesten
auszubilden sind, und nichts dafür spricht, diese Flächen in anderer Form komplizierter auszubilden oder einer
Fläche eine andere Form als ihrer zugehörigen Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Niederdruckmündung
zu geben.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Sonde ist die oben beschriebene spezielle Formgebung im
mittleren Teil vorhanden, der bei jedem Durchflußmesser mit Γ bezeichnet ist. In diesem mittleren Teil befindet
sich natürlich die Niederdruckmündung 26, um die die Strömung geleitet werden muß. Bei den Ausführungsbeispielen,
die in F i g. 2 und 3 dargestellt sind, ist die spezielle Formgebung auf diesen mittleren Teil beschränkt,
während die oberen und unteren Endabschnitte UEund Z-Ejeweils zylindrisch bleiben. Davon unterscheidet sich
das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel andererseits dadurch, daß der obere Endabschnitt U sowie der
untere Endabschnitt L genau dieselbe spezielle Formgebung wie der mittlere Abschnitt Chaben. Der zylindrische
Abschnitt X bei allen vier Ausführungsbeispielen befindet sich außerhalb des Rohres, wie es in F i g. 9
dargestellt ist, so daß er keinen Einfluß auf das im Rohr strömende Fluid hat.
Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der mittlere Abschnitt einen Teil der Ablenkeinrichtung
32 und nicht den Körper 18Af, der über seine gesamte Länge zylindrisch bleibt. Dennoch hat der
mittlere Teil im wesentlichen dieselbe Wirkung wie die mittleren Abschnitte Γ der in den Fig. 1. 2 und 3
dargestellten Ausführungsbeispiele für große Rohre.
Eine Sonde, die die spezielle Formgebung im mittleren Abschnitt auch am oberen und unteren Endabschnitt
aufweist, wie es in Fig. I dargestellt ist, arbeitet insgesamt etwas besser, obwohl diese Ausbildung nicht von
besonderer Bedeutung ist. Es hat sich andererseits herausgestellt, daß dann, wenn die Flächen mit spezieller
Kontur zu kurz vor dem am nächsten liegenden Paar von Auftreffmündungen 16 enden, das Funktionsverhaltcn
sich außerordentlich stark verschlechtert. Das in F i g. 7 dargestellte, für kleine Rohre gedachte Ausführungsbeispiei
hat seine speziellen Anwendungsmögiichkeiien, und für die Anwendung bei großen Rohren hat das in
Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, wenn überhaupt, einen geringen Vorteil gegenüber dem in Fig. 3
dargestellten Ausführungsbeispiel, insbesondere dann, wenn die spezielle Formgebung des mittleren Abschnittes
von F i g. 3 auf die beiden Endabschnittc der Sonde übertragen wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Staurohr-Durchflußmeßgerät zum Messen des Differenzdruckes der Fluid-Strömung in einem Rohr, mit
einer langgestreckten, sich mit ihrer Längsachse quer zur Strömung erstreckenden Sonde, welche eine
stromaufwärts gewandte, im senkrecht zur Längsachse verlaufenden Schnitt symmetrische Fache, auf
welche die Strömung auftrifft, mit mindestens einer Mündung zum Fühlen des Druckes der auftreffenden
Strömung, sowie eine stromabwärts gewandte Flpche. die eine stromabwärts gewandte Mündung zum
Fühlen der Niederdruck-Komponente des zu messenden Differenzdruckes enthält, aufweist, wobei die
stromaufwärts gewandte Fläche und die stromabwärts gewandte Fläche an beiden Seitenrändern an Stellen
der größten Breite dieser Flächen zumindest im Bereich der stromabwärts gewandten Mündung an scharfen,
sich in Längsrichtung der Sonde ersireckenden Kanten aneinandergrenzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sonde (10/4 bzw. 10ß bzw. 1OQ sich über den gesamten Durchmesser des die Strömung
führenden Rohrs (12) erstreckt, daß die stromaufwärts gewandte Fläche (42M'—42M bzw. 405 bzw. 4OM
bzw. 40N) an beiden Seitenrändern je eine einzige Stelle größter Breite aufweist und daß die scharfen Kanten
(36) an diesen beiden einzigen Stellen der größten Breite der stromaufwärts gewandten Fläche (42Af-42M
bzw. 4OB bzw. 4OM bzw. 40N) angeordnet sind.
2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfen Kanten (36) parallel
zueinander und zu der Achse der Sonde (10/4 bzw. 1OS bzw. IOCbzw. tOM) verlaufen.
3. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfen Kanten (36) über
die gesamte Länge der Sonde (\0A) verlaufen.
4. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärts gewandte
Mündung (26) sich in der Mitte zwischen den Enden der Sonde befindet, wobei die scharfen Kanten (36) auf
den mittleren Teil (C)der Sonde (10ß bzw. IOCbzw. 10M)beschränkt sind, der die Mündung (26) enthält.
5. Durchflußmeßgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
stromaufwärts gewandte Fläche (40ß^eben ist.
6. Durchflußmeßgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
stromaufwärts gewandte Fläche (42M—42M bzw. 4OM bzw. 40 N) im Transversalschnitt V-förmig ist.
7. Durchflußmeßgerät nach mindestens einen- der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
stromabwärts gewandte Fläche (38/4 bzw. 38ßbzw. 38Cb/w. ~MM) im Transversalschnitt V-förmig ist.
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