DE3125381A1

DE3125381A1 - Stroemungsmesser

Info

Publication number: DE3125381A1
Application number: DE3125381A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. 6800 Mannheim Böhm
Original assignee: Bopp and Reuther GmbH
Current assignee: Rmg Messtechnik 6308 Butzbach De GmbH
Priority date: 1981-06-27
Filing date: 1981-06-27
Publication date: 1983-03-03
Also published as: FR2508634A1; GB2102953A; DE3125381C2; NL8201316A; GB2102953B; IT8220721A0; FR2508634B3; IT1190771B

Abstract

Der als Wirbelzähler ausgebildete Strömungsmesser besitzt einen in der Rohrleitung quer zur Strömungsrichtung angeordneten Widerstandskörper, der einen aus unterschiedliche geometrische Einzelflächen zusammengesetzten Profilquerschnitt aufweist. Er wird aus einem Rechteckabschnitt (3) gebildet, an dem sich in Strömungsrichtung dahinter ein Trapezabschnitt (4) anschließt. Die an dem Rechteckabschnitt angrenzende breite Stirnseite (5) des sich in Strömungsrichtung verjüngenden Trapezabschnittes (4) ist schmaler als die Höhe (H) des Rechteckabschnittes (3), so dass sich zwischen dem Rechteckabschnitt und dem Trapezabschnitt Absätze (6, 7) ergeben. Das Verhältnis der Dicke des Rechteckabschnittes (3) zu seiner Höhe (H) beträgt 0,3 bis 0,6 und die Höhe (H) der an den Rechteckabschnitt (3) angrenzenden Stirnseite (5) des Trapezabschnittes (4) verhält sich zur Höhe (H) des Rechteckabschnittes (3) etwa wie 3:4. Durch ein solches Querschnittsprofil des Widerstandskörpers in Verbindung mit den besonderen Abmessungen lässt sich ein weitgehend horizontaler Verlauf der Fehlerkennlinie des Wirbelzählers auch im Bereich niedriger Reynoldszahlen erzielen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmesser mit einem in der Rohrleitung quer zur Strömungsrichtung angeordneten, Wirbel erzeugenden Widerstandskörper, der einen aus unterschiedliche geometrische Einzelflächen zusammengesetzten Profilquerschnitt aufweist, wobei die Frequenz der abgelösten Kármán-Wirbel von einer Abtasteinrichtung erfasst wird.

Es ist bei Wirbelzählern bekannt, für die Ablösung der Kármán-Wirbel Widerstandskörper zu verwenden, die entweder einen runden, einen dreieckigen, einen rechteckigen, einen trapezförmigen oder einen ähnlichen geometrischen Querschnitt aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass die Wirbelablösung und damit auch die Fehlerkurve eines Wirbelzählers durch die geometrische Querschnittsform des Widerstandskörpers beeinflusst werden kann. Eine für Präzisionsmessungen ausreichende Linearität der Fehlerkurve des Wirbelzählers konnte jedoch mit den bekannten Widerstandskörper-Profilen noch nicht erreicht werden. Insbesondere ist bei niedrigen Reynolds-Zahlen ein relativ frühes Ansteigen der Fehlerkurve zu verzeichnen.

Es sind auch Wirbelzähler mit Widerstandskörpern bekannt, die einen aus unterschiedliche geometrische Einzelflächen zusammengesetzten Profilquerschnitt aufweisen. So zeigt beispielsweise die DE-AS 24 58 901 ein Widerstandskörper-Profil mit einer auf der Anströmseite liegenden Trapezfläche und in Strömungsrichtung dahinterliegenden Rechteck- fläche. Die diesem Widerstandskörper zugeordnete Fehlerkurve zeigt im Bereich der mittleren Reynolds-Zahlen noch eine zu starke Krümmung, so dass auch mit diesem Profilkörper noch keine sehr genauen Messungen durchführbar sind. Auch die übrigen aus unterschiedlichen Einzelflächen zusammengesetzten bekannten Widerstandskörper-Profile konnten hier noch keine befriedigende Genauigkeit bringen.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand an Strömungsenergie eine möglichst über den ganzen Meßbereich, insbesondere auch im Bereich der unteren Meßbereichsgrenze horizontal verlaufende Fehlerkennlinie beim Wirbelzähler zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gesehen.

Bei der Erfindung wurde von der Erkenntnis ausgegangen, dass ein Rechteckkörper als Widerstandskörper gegenüber Widerstandskörpern mit schärferen Abreißkanten relativ wenig Energie für den Umströmungsvorgang aus der Strömung entnimmt und dennoch eine ausreichend definierte Wirbelablösung hervorruft. Allerdings wurde gefunden, dass ein solcher reiner Rechteckkörper als Widerstandskörper eine von der Abströmrichtung relativ stark abhängige Strouhalzahl aufweist. Die Änderung der Anströmrichtung wird hierbei hervorgerufen durch die Wanderung des Staupunktes auf der Anströmfläche des Widerstandskörpers, wobei die Schrägenströmung sich mit der Reynolds-Zahl ändert, weil die Stromfäden in der Zuströmung vor dem Widerstandskörper bei unterschiedlichen Reynolds-Zahlen auch unterschiedliche Krümmungen aufweisen.

Um diesen Nachteil der variierenden Strouhalzahl zu kompensieren, schließt sich an den Rechteckabschnitt des Widerstandskörpers ein Trapezabschnitt an, dessen den Rechteckabschnitt begrenzende Stirnseite schmaler ist als die Höhe des Rechteckes, so dass an den beiden Übergangsstellen ein merkbarer Sprung entsteht. Durch diesen Trapezabschnitt wird die Abhängigkeit der Strouhalzahländerung von der Anströmrichtung und damit von der Reynolds-Zahl erheblich verringert.

Durch den Sprung zwischen Rechteckabschnitt und Trapezabschnitt wird zunächst eine Vergrößerung des durch den Wirbel bewegten Volumens zugelassen und durch die geneigte Fläche des Trapezabschnittes wird die Versperrung des Durchflußquerschnittes allmählich verringert, wodurch ein Aufstauen der Strömung durch den abwandernden Wirbel für die Zeit des Passierens des Trapezabschnittes gewährleistet ist. Durch diese Stauwirkung wird die Krümmung der Stromfäden in der Zuströmung vor dem Widerstandskörper auf einen geringeren und auch auf einen annähernd konstanten Wert gehalten. Der Trapezabschnitt bewirkt außerdem, dass die sich wechselweise am Widerstandskörper ablösenden Wirbel sich nicht gegenseitig behindern können.

Da das Verhältnis der Dicke d des Rechteckabschnittes zu seiner Höhe H bei 0,3 bis 0,6 liegt ist gewährleistet, dass dem Wirbel während seiner Ausbildung durch die relativ lange Rechteckseite möglichst wenig Energie entzogen wird. Durch das Zusammenwirken des Rechteckabschnittes mit dem Trapezabschnitt, d.h. durch die Verringerung der Variation der Strouhalzahl infolge der länger anhaltenden Stauwirkung durch das Trapez lässt sich eine Erweiterung des horizontalen Verlaufs der Fehlerkurve bei geringem Aufwand an Strömungsenergie erzielen. Insbesondere wurde festgestellt, dass im Bereich der niedrigen Reynolds-Zahlen eine bemerkenswerte Erweiterung des linearen Bereiches der Fehlerkurve erreicht werden konnte.

In Weiterentwicklung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, die beiden geneigten Seiten des Trapezabschnittes mit dem gleichen Neigungswinkel kleines Alpha von 10 bis 25° gegenüber der Rohrleitungsachse zu versehen und die Erstreckung des Trapezabschnittes in Strömungsrichtung auf 0,5 bis 0,7 der Gesamtlängserstreckung des Widerstandskörpers zu bemessen. Bei dieser Ausbildung des Trapezabschnittes lässt sich durch die besonders verlustarme Wirbelführung ein optimaler Verlauf der Fehlerkurve einstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich- nung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Wirbelzähler im Rohrleitungsquerschnitt mit dem erfindungsgemäßen Widerstandskörper und

Fig. 2 den Wirbelzähler im Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1.

Der Widerstandskörper 1 ist in der Mitte der Rohrleitung 2 fest eingebaut. Er erstreckt sich quer über den ganzen Durchmesser der Rohrleitung 2 und besteht in seinem in der Fig. 2 gezeigten Profilquerschnitt aus einem in Strömungsrichtung vorn liegenden Rechteckabschnitt 3 und einem sich unmittelbar dahinter anschließenden Trapezabschnitt 4. Die sich an den Rechteckabschnitt 3 anschließende Stirnseite 5 des Trapezabschnittes 4 ist schmaler als die Höhe H des Rechteckabschnittes 3, so dass sich die Absätze 6 und 7 am Widerstandskörper 1 ergeben. Das Verhältnis der Dicke d des Rechteckabschnittes 3 zu seiner Höhe H beträgt hierbei 0,3 bis 0,6 und die Höhe h der an den Rechteckabschnitt 3 angrenzenden Stirnseite 5 des Trapezabschnittes 4 verhält sich zur Höhe H des Rechteckabschnittes 3 etwa wie 3:4. Außerdem weisen die beiden geneigten Seiten 8 und 9 des Trapezabschnittes 4 den gleichen Neigungswinkel kleines Alpha von 10 bis 25° gegenüber der Rohrleitungsachse auf und die Erstreckung l des Trapezabschnittes 4 in Strömungsrichtung beträgt 0,5 bis 0,7 der Gesamtlängserstreckung L des Widerstandskörpers 1.

An den Kanten 10 und 11 des Widerstandskörpers 1 lösen sich abwechselnd die Kármán-Wirbel 12 und 13 ab, deren Frequenz ein Maß für den Mediumdurchfluß in der Rohrleitung 2 ist. Im Bereich des Widerstandskörpers 1 befinden sich die beiden Abtastbohrungen 14 und 15 in der Wand der Rohrleitung 2, die die Druckschwankungen, die durch die Kármán-Wirbel 12 und 13 verursacht werden, in einen Meßkanal 16 weiterleiten, in dem ein druck- oder geschwindigkeitsempfindlicher Sensor 17 eingebaut ist. Dieser Sensor 17 überträgt das Meßsignal, d.h. die Frequenz der abgelösten Kármán-Wirbel 12 und 13 auf eine nicht näher dargestellte elektronische Auswerteinrichtung.

Claims

1. Strömungsmesser mit einem in der Rohrleitung quer zur Strömungsrichtung angeordneten, Wirbel erzeugenden Widerstandskörper, der einen aus unterschiedliche geometrische Einzelflächen zusammengesetzten Profilquerschnitt aufweist, wobei die Frequenz der abgelösten Kármán-Wirbel von einer Abtasteinrichtung erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt des Widerstandskörpers (1) aus einem Rechteckabschnitt (3) mit einem sich mit einem Absatz (6, 7) in Strömungsrichtung dahinter anschließenden, sich in Strömungsrichtung verjüngenden Trapezabschnitt (4) besteht, wobei das Verhältnis der Dicke (d) des Rechteckabschnittes (3) zu seiner Höhe (H) 0,3 bis 0,6 beträgt und die Höhe (h) der den Rechteckabschnitt (3) begrenzenden Stirnseite (5) des Trapezabschnittes (4) sich zur Höhe (H) des Rechteckabschnittes (3) etwa wie 3:4 verhält.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden geneigten Seiten (8, 9) des Trapezabschnittes (4) den gleichen Neigungswinkel kleines Alpha von 10 bis 25° gegenüber der Rohrleitungsachse aufweisen und die Erstreckung (l) des Trapezabschnittes (4) in Strömungsrichtung 0,5 bis 0,7 der Gesamtlängserstreckung (L) des Widerstandskörpers (1) ausmacht.