DE3623907A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der qualitaet eines dampfes - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur messung der qualitaet eines dampfesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die
Dampfanalyse und speziell auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Ermitteln und Überwachen der Qualität,
d. h. des Wärme- oder Energieinhalts von Dampf in Dampfsystemen.
Dampfsysteme werden hauptsächlich in der Industrie dazu
benutzt, Wärme zu erzeugen und an Punkte zu liefern, wo
Wärme ausgenutzt werden soll. Die gelieferte Wärmemenge
steht selbstverständlich direkt zur Arbeit, die mit der
Wärme ausgeführt werden kann, in Beziehung. Es ist daher
notwendig, die von dem Dampfsystem gelieferte Wärmemenge
zu erfassen, damit eine gerechte Abrechnung mit dem Verbraucher
durchgeführt werden kann. Ohne eine genaue Abrechnung
der gelieferten Wärmemenge ist eine wirksame
und genaue Verwaltung eines Dampfsystems völlig unmöglich.
Vor der vorliegenden Erfindng war eine solche Dampfsystem-
Verwaltung auf sehr viele Vermutungen angewiesen,
die wirklich nicht viel besser als Schätzungen waren.
Manche Einrichtungen, wie beispielsweise moderne Dampfturbinen
sind sehr komplizierte Maschinen, die ausgeklügelte
Regelungen und Steuerungen verlangen. Der Zustand
des einer solchen Einrichtung zugeführten Dampfes ist
kritisch, wenn ein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden
soll und die Notwendigkeit der Wartung auf ein Mindestmaß
herabgesetzt werden soll. Es besteht daher ein
großes Bedürfnis nach einem praktikablen Verfahren und
einer Vorrichtung zum Messen und Überwachen des Wärmeenergiegehalts
einer Dampfströmung an verschiedensten
Punkten in Dampfsystemen. Vor dieser Erfindung standen
solche praktikablen Verfahren und Vorrichtungen jedoch
nicht zur Verfügung.
Wenn gesättigter Dampf Energie abgibt, tritt eine Kondensation
auf und die Grundnatur des Dampfes ändert
sich. Anstatt ein konsistenter, homogener Dampf zu sein,
wie dies im Falle von überhitztem oder gesättigtem Dampf
der Fall ist, ist Naßdampf ein Gemisch aus flüssigen
Wasserpartikeln mit Wasserdampf. Die flüssigen Wasserpartikel
und der Wasserdampf existieren gemeinsam in dem
Dampfsystem bei derselben Temperatur. Dieser Zustand ist
als Zweiphasenströmung bekannt. Je mehr Energie dem Naßdampf
entzogen wird, wie dies in Wärmetauschern der Fall
ist, umso mehr Dampf kondensiert zu Wasserpartikeln, bis
schließlich nur noch flüssiges Wasser zurückbleibt. An
diesem Punkt ist das meiste der ausnutzbaren Energie dem
Dampf entnommen worden.
Der Energie- oder Wärmegehalt von gesättigtem oder übergesättigtem
Dampf kann einfach mit Hilfe von Temperatur-
und/oder Druckmessungen im Dampfsystem ermittelt werden.
Leider ist diese Aufgabe in Naßdampfsystem, in denen
eine Zweiphasenströmung auftritt, nicht einfach auszuführen.
Die Physik, die die Strömung von zweiphasigen
Fluiden, wie beispielsweise Naßdampf, bestimmt, ist noch
nicht vollständig erforscht. Vereinfachte mathematische
Modelle, die aus den Gesetzen der Thermodynamik und der
Strömungsmechanik abgeleitet sind, können, so nützlich
sie bei der Vorherbestimmung von Strömungen in einphasigen
Flüssigkeiten und Gasen sind, nicht mehr angewendet
werden, wenn zwei Phasen koexistent sind.
Die Verteilung der Wasserflüssigkeitspartikel in einem
Rohr, das einen Naßdampf unter Strömungsbedingungen enthält,
ist wenig vorherbestimmbar und ändert sich mit Änderungen
in der Rohrgeometrie, der Strömungsrichtung,
der Temperatur und dgl. Die Wasserpartikel- und Wasserdampf-
Phasen strömen mit unterschiedlichen
Strömungsgeschwindigkeiten, wobei die Wasserpartikel gegenüber
dem Wasserdampf verzögert sind. Manchmal kann
man eine ziemlich gleichmäßige Verteilung von kleinen
Tröpfchen flüssigen Wassers erreichen, die im Wasserdampf
strömen, ein anderes Mal vereinigen sich jedoch
die flüssigen Wassertröpfchen zu größeren Tropfen, die
durch das Rohr strömen. Diese größeren Tropfen flüssigen
Wassers können durch eine strudelnde oder turbulente
Strömung auch zu langgestreckten, amorphen Massen ausgedehnt
werden, die sich durch das Rohr schlängeln. Unter
manchen Bedingungen strömt ein dünner Film flüssigen
Wassers über die inneren Oberflächen des Rohres, zusammen
mit den anderen, oben beschriebenen Strömungsformen.
Diese sich ändernden und unvorhersehbaren Strömungsphänomina
bilden ein erhebliches und bislang ungelöstes
Problem bei der Messung. Die Literatur enthält eine Reihe
theoretischer Abhandlungen, in denen versucht wird,
mehr idealisierende Modelle einer zweiphasigen Strömung
zu behandeln, leider haben diese jedoch wenig Folgen
oder Nutzen für das Verständnis der wirklich existierenden
Bedingungen, die in der gewerblichen Wirklichkeit
angetroffen werden.
Die Gesamtenergie, die in Naßdampf enthalten ist, ist
gleich der Summe der Energie in der Wasserpartikelphase
und der Wasserdampfphase. Die Dampfqualität Q gibt das
Gewichtsverhältnis jeder Phase an. Die Energie oder der
Wärmegehalt von Naßdampfsystemen ist daher eine Funktion
der Dampfqualität, wobei die Dampfqualität Q definiert
ist als das Verhältnis der Dampfmasse M v , die in einem
spezifischen Volumen V o enthalten ist, zur Gesamtmasse
N t der Fluide in dem Dampfsystem.
Da die Wärmeenergie in den flüssigen Wasserpartikeln und
die Wärmeenergie in dem Wasserdampf bekannte Funktionen
der Temperatur sind, ist es theoretisch möglich, die
Energie zu bestimmen, die in einer Naßdampfprobe enthalten
ist, indem man eine genaue Messung der Dampfqualität
Q ausführt. Vor der vorliegenden Erfindung gab es jedoch
kein Instrument und war keine Technik zur Bestimmung
oder Messung der Dampfqualität in kommerziellen oder gewerblichen
Dampfsystemen bekannt, die zuverlässig und
kontinuierlich arbeiten. Da die Dampfqualität bislang
nicht gemessen werden konnte, arbeiten viele Industriedampfsysteme
unwirtschaftlich und es ist schwierig, wenn
nicht gar unmöglich, den Energieverbrauch unter einer
Anzahl von Dampfverbrauchern eines Dampfsystems genau
abzurechnen oder die augenblicklich an einem Verbrauchspunkt
eines Dampfsystems gelieferte Wärmeenergie zu
überwachen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Naßdampfqualität
und damit der Energie von Dampf anzugeben. Diese
Bestimmung sollte dabei insbesondere in Naßdampfströmungssystemen
möglich sein.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch
die im Anspruch 1 angegebene Erfindung, hinsichtlich des
Verfahrens durch die im Anspruch 25 angegebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand weiterer Ansprüche.
Die Erfindung ist in einem industriellen Naßdampfverteilungssystem
anwendbar, um die Dampfqualität
an ausgewählten Punkten im System zu bestimmen und
zu überwachen. Diese Bestimmung ist genau, zuverlässig,
billig und einfach handhabbar.
Bei der Erfindung wird Naßdampf oder eine repräsentative
Probe davon gesammelt und durch einen Dichtemesser geleitet,
um die Rohdichte oder Masse pro Einheitsvolumen
des Naßdampfes zu bestimmen. Weiterhin wird die Temperatur
des Dampfes gemessen und es wird die Dampfdichte
oder Masse der Dampfphase bestimmt und aus diesen Meßwerten
wird die Dampfqualität ermittelt. Der Dampf wird
dazu durch ein durchgehendes Rohr oder eine Kammer geleitet,
wobei die Kammer ins Vibrieren gebracht wird und
die Grundfrequenz der vibrierenden Kammer bzw. des vibrierenden
Rohrs bestimmt wird. Die Rohdichte wird als
Funktion dieser Grundfrequenz ermittelt. Mittels eines
Computers werden die Temperatur und die Grundfrequenz
überwacht und werden die Dampfqualitätswerte berechnet
und ausgegeben und die Schwingungsfrequenzen werden geregelt.
Eine Verbesserung des Verfahrens sieht vor, das
Dampfrohr auf einen kleineren Durchmesser zu stauchen
oder zu reduzieren und den Flüssigkeitsfilm von der inneren
Oberfläche des Dampfrohres an der Engstelle abzustreifen,
um eine gleichmäßige Mischung von Dampf- und
Flüssigphasen am Probenentnahmeort zu erzielen.
Um diese und die anderen Ziele in Übereinstimmung mit
dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie hier dargestellt
und beschrieben, zu erzielen und um das Verfahren
nach der Erfindung auszuführen, sieht die Erfindung vor,
eine kontinuierliche Strömung durch einen Dichtemesser
und eine Temperatur-Sensoreinrichtung zu erzeugen, um
Massendichte- und Dampfdichte-Werte zu erhalten, die
notwendig sind, um die Dampfqualität zu bestimmen. Der
Dichtemesser kann zwei Röhren enthalten, die an gemeinsamen
Massenendknoten montiert sind, eine Magnetspule um
die Röhren in Schwingung zu versetzen und Dehnungsmeßstreifen
an einem der Röhren, um die Schwingungen zu
messen.
Ein Computer ist mit dem Temperatursensor und dem Dehnungsmeßstreifen
verbunden, um jene Meßwerte zu überwachen,
und mit einem Spulenerregungsregler, um die
Schwingungsfrequenz über ein Band zu verändern, das die
Grund- oder Resonanzfrequenz der Röhren und der Verbindungsstruktur
enthält, wenn der Naßdampf hindurchströmt.
Der Computer kann auch schnell die Dampfqualität und zugehörige
Daten errechnen und ausgeben.
Die Vorrichtung enthält weiterhin eine Entnahmevorrichtung
zum Ableiten einer repräsentativen Probe nach Naßdampf
aus einem Hauptdampfsystemrohr, um die Probe durch
die Dichtemesserkammern strömen zu lassen und sie in das
Dampfrohr zurückzuführen. Ein Reduzierrohr oder eine
Stauchkupplung und ein Filmabstreifer sind im Hauptdampfrohr
unmittelbar stromaufwärts von der Probenentnahmevorrichtung
angeordnet, um eine vollständige
Durchmischung der Flüssig- und Dampf-Phasen am Probenentnahmeort
zu begünstigen.
Die begleitenden Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung und dienen dazu, die Erfindung
und deren Grundlagen nachfolgend näher zu erläutern.
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Dampfqualitätsmessers
nach der vorliegenden Erfindung, wobei Teile
des Gehäuses weggebrochen sind, um Bauteile im Inneren
zu zeigen;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Dampfqualitätsmessers nach
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des
Dampfqualitätsmessers nach der vorliegenden Erfindung im
Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild des Steuerkreises des Dampfqualitätsmessers
nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines alternativen Steuerkreises
für den Dampfqualitätsmesser nach der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 6 ein einfaches mechanisches Schwingungssystem, das
zur Beschreibung der Betriebstheorie der Erfindung
dient;
Fig. 7 einen langgestreckten, tubusförmigen Behälter,
der zur Beschreibung der Betriebstheorie dieser Erfindung
verwendet wird und
Fig. 8 eine Darstellung eines langgestreckten tubusförmigen
Behälters, der in einzelne Sektionen unterteilt
ist, wobei Fig. 8 dazu dient, die Betriebstheorie der
Erfindung näher zu beschreiben.
Ein Dampfqualitätsmesser 10 nach der vorliegenden Erfindung
ist in Fig. 1 an einer Dampfströmungsleitung S in
einem typischen Dampfverteilungssystem angebaut dargestellt.
Um das Verfahren und die Vorrichtung nach dieser
Erfindung zur Bestimmung und Überwachung der Dampfqualität
und somit des Wärme- oder Energiegehaltes in einem
Naßdampfsystem, in dem eine zweiphasige Fluidströmung
angetroffen ist, zu verstehen, ist es hilfreich, ie
Theorie, die dieser Erfindung zugrunde liegt näher zu
beleuchten.
Wie weiter oben diskutiert worden ist, sind die Wärmeenergie
in der flüssigen Wasserphase und die Wärmeenergie
in der Wasserdampfphase wohlbekannte Funktionen der
Temperatur und der Massen dieser zwei Phasen. Die Dampfqualität
Q ist ein Ausdruck des Verhältnisses der Massen
der Flüssig- und der Dampfphase zueinander, so daß die
Gesamtwärmeenergie des Naßdampfes eine Funktion der
Dampfqualität Q ist. Wenn die Dampfqualität Q für einen
strömenden Naßdampf genau gemessen werden kann, dann
kann folglich die Wärmeenergie in der Naßdampfströmung
mit Hilfe der bekannten Enthalpie-Verhältnisse genau bestimmt
werden.
Die Dampfqualität Q für ein Volumen V o Naßdampf ist definiert
als das Massenverhältnis des in dem Volumen V o
enthaltenen Dampfes zur Gesamtmasse M t der Fluide in
diesem Volumen. Es ist daher:
Das Verfahren und die Vorrichtung nach dieser Erfindung
macht von dem Dichteverhältnis zwischen der Flüssig- und
der Dampfphase und der Massendichte des gesamten Fluides
in dem Volumen Gebrauch, um die Dampfqualität Q zu bestimmen.
Die Massendichte des Naßdampfes ist wie
folgt definiert:
Da die Gesamtmasse M t gleich der Summe der Masse des
Dampfes M v und der Masse der Flüssigkeit M L ist, gilt:
Das von jeder Phase eingenommene Volumen ist daher wichtig,
und das Verhältnis zwischen dem Volumen V v des Dampfes
und dem Gesamtvolumen V o kann ausgedrückt werden
als der "Leerbruchteil" α gemäß folgender Gleichung:
Da das Gesamtvolumen V o die Summe des Flüssigkeitsvolumens
V L und des Dampfvolumens V v ist, gilt:
und
Aus der Gleichung (4) ergibt sich:
so daß sich aus einer Kombination der Gleichungen (6)
und (7) ergibt:
Da die Dichte definiert ist als Masse pro
Einheitsvolumen, gilt:
Die Flüssigkeitsmasse M L und die Dampfmasse M v umgerechnet
in Dichte ergeben daher:
und auf das Gesamtvolumen V o bezogen:
und
Die Gleichungen (9) und (10) zeigen die Verhältnisse
und
Wenn man die Gleichungen (11) und (13) mit der Gleichung
(3) kombiniert, ergibt sich eine Definition der Massendichte
in Abhängigkeit von dem Lehrfaktor α wie
folgt:
Daher gilt
und der Lehrfaktor α, ausgedrückt in Dichtewerten ist:
Wenn man dann die Verhältnisse in den Gleichungen (9)
und (10) mit der Dampfqualität Q von Gleichung (1)
kombiniert, ergibt sich:
Wenn man schließlich die Gleichung (15) in die Gleichung
(16) einsetzt, um den Lehrfaktor zu beseitigen, ergibt
sich ein Ausdruck für die Dampfqualität Q der nur von
Dichtewerten abhängt, wie folgt:
Wenn die Flüssigkeitsdichte ρ L stets gleich groß ist im
Vergleich zur Dampfdichte p v , d. h. wenn ρ L »ρ v , dann
läßt sich eine sehr nützliche Vereinfachung der
Gleichung 17 wie folgt erzielen:
Das Ergebnis ist, daß die Dampfqualität Q im wesentlichen
als das Verhältnis der Dampfdichte ρ v zur Massen
oder Durchschnittsdichte ist.
Glücklicherweise sind für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung die Dampfdichte ρ v und die Flüssigkeitsdichte
p L gut bekannte Funktionen der Temperatur T. Während die
genauen funktionellen Verhältnisse mathematisch komplex
sind, lassen sie sich doch durch Mikrocomputer, die eine
Realzeitmessung der Wasserdampfdichte ρ v und der Flüssigkeitsdichte
ρ L vorsehen, sehr leicht handhaben.
Die hauptsächliche Variable der Bestimmung der Dampfqualität
Q ist die Massendichte . Das besten Verfahren zur
Bestimmung der Massendichte besteht theoretisch darin,
ein Fluid bekannten Volumens zu wiegen. Leider können
die üblichen Wiegetechniken auf zweiphasige strömende
Fluide, wie beispielsweise Naßdampf, nicht erfolgreich
angewendet werden, es sei denn, unter ziemlich idealen
Laborbedingungen. Das Problem ist besonders dort schwierig,
wo solche Gewichtsmessungen an strömenden zweiphasigen
Fluiden versucht werden, wo die Phasenverteilungen
sich ständig ändern und wo die einzelnen Phasen sich mit
unterschiedlichen Geschwindigkeiten in dem System bewegen.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung lösen diese vorgenannten Probleme und schaffen
eine wirksame, genaue und relativ einfache effektive
Messung der Massendichte des strömenden zweiphasigen
Naßdampfes durch Anwendung der physikalischen Prinzipien
schwingender Stangen. Die vorliegende Erfindung enthält
daher eine Vibrationsdichtemesseranordnung zum Ermitteln
eines Massendichtewertes für die Verwendung zusammen mit
den Verhältnissen zwischen der Temperatur T der Dampfdichte
ρ v und der Flüssigkeitsdichte ρ L , um einen Wert
für die Dampfqualität Q daraus abzuleiten.
Ein einfaches Modell ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt
und besteht aus einem Behälter 110 der Masse M c ,
der ein Fluid 112 der Masse M f aufnimmt und der an einer
Feder 114 der Federkonstante K aufgehängt ist. Der Behälter
110 schwingt in einer einfachen harmonischen Bewegung.
eine direkte Anwendung des Newtonschen Gesetzes
auf ein solches einfaches harmonisches System zeigt, daß
die Schwingungsfrequenz f umgekehrt proportional zur
Quadratwurzel der Masse M c des Behälters 110 und der
Masse M f seines Flüssigkeitsgehalts 112 ist. Es gilt
demnach:
In Gleichung (2) ist die Massendichte wie folgt
definiert:
Wenn daher die Masse des gesamten Fluides M t in Gleichung
(3) das Äquivalenz der Masse M f des Fluides 112 im
Behälter 110 in Gleichung (19) ist, und man substituiert,
dann ergibt sich:
Zerlegt man die Gleichung (20) und löst man sie nach
der Massendichte auf, ergibt sich
Wenn man eine Variable A = K/V o und eine Variable B =
M c /V o definiert und in die Gleichung (21) einsetzt, dann
zeigt das Ergebnis einen Ausdruck für die Massendichte
als Funktion der Frequenz f wie folgt:
Die Gleichung (22) ist daher ein Grundgesetz, das einen
Vibrationsdichtemesser beschreibt. Da die Frequenz f mit
extremer Genauigkeit gemessen werden kann, ist es
äußerst attraktiv, dieses Verhältnis zu verwenden, um
die Dichte durch Frequenzmessung zu ermitteln. Um jedoch
von praktischem Wert zur Vermessung der Dichte eines
strömenden Fluides zu sein, ist ein Durchströmungsbehälter
beinahe wesentlich.
Zwecke dieser theoretischen Analyse dienen. In vereinfachtem
Sinn ist zum Vergleich mit dem mechanischen
Schwingungssystem nach Fig. 6 die Länge einer hohlen
Röhre 120 als aus einer Serie von einzelnen Behältern
122 anzusehen, die miteinander durch flexible Abschnitte
oder Bälge 124 verbunden sind, wie in Fig. 8 gezeigt.
Jeder Röhrenabschnitt 122 in Fig. 8 ist daher ein Analogon
zum Behälter 110 in Fig. 6, und jeder flexible Abschnitt
oder Balg 124 in Fig. 8 ist ein Analogon zur Feder
114 in Fig. 6. Jeder rohrförmige Behälter 122 in
Fig. 8, der von einem Balg 124 getragen wird, kann daher
eine einfache harmonische Bewegung ähnlich dem Behälter
110 ausführen, der gemäß Fig. 6 von einer Feder 114 getragen
wird. Im Gegensatz zu dem Einzelbehältermodell
nach Fig. 6 kann jedoch die Gesamtstruktur nach Fig. 8
in einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen
(harmonischen) und Schwingungsarten schwingen.
Gemäß einem mathematischen Modell, daß auf Infinitesimalrechnung
und Differentialgleichungen beruht, deren
Einzelheiten für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung
nicht erklärt zu werden brauchen, können die Größen
der Röhrenabschnittsbehälter 122 und der Bälge 124 vermindert
und ihre Anzahl ins Unendliche gesteigert werden,
obwohl sie mathematisch äquivalent der festen Länge
der Röhre 120 in Fig. 7 sind. An der vorgenannten Unendlichkeitsgrenze
ist das Modell in Fig. 8 daher mathematisch
identisch dem Modell in Fig. 7. Die Röhre 120 in
Fig. 7 wirkt daher wie die Bälge 124 in Fig. 8 und die
Feder in Fig. 6.
Obgleich es so erscheint, daß die Röhre 120 steif ist,
so ist sie doch in Wirklichkeit elastisch und biegt sich
unter einer Last in einer sehr gut vorhersehbaren Weise,
als dies die vertrautere Schraubenfeder 114 tut. Der
Hauptunterschied besteht darin, daß die Biegung der Röhre
120 sehr klein und für das menschliche Auge nicht
wahrnehmbar ist. Dieser Unterschied in der Größe der
Biegungen beeinflußt jedoch nicht die Gültigkeit der
mathematischen und physikalischen Gleichungen, die die
Schwingung oder Vibration der Röhre 120 beschreiben. Die
grundsätzlichen physikalischen Gesetze, die das dynamische
Verhalten des Einzelbehältermodells in Fig. 6
regieren, sind daher tatsächlich auch in Bezug auf das
Röhrenmodell nach Fig. 7 gültig. Die Massendichte des
Fluides in der Röhre hat daher einen direkten Einfluß
auf die Frequenz, mit der die Röhre 120 unter Last
schwingt. Speziell ist die Massendichte umgekehrt proportional
zum Quadrat der Frequenz, d. h. zu f 2, wie in
der Gleichung (22) gezeigt ist. Durch Messung der Resonanzfrequenz
f schwingenden Röhre 120 läßt sich daher
ein Wert für die Massendichte des Fluides in der Röhre
bestimmen. Wie oben erwähnt, kann die Frequenz f der
Schwingung sehr genau gemessen werden, so daß eine sehr
genaue Bestimmung der Massendichte durch Messung der
Resonanzfrequenz f der schwingenden Röhre 120 erhalten
werden kann.
Da die Dichten der Flüssigkeits- und der Dampfphasen
(p L ,ρ v ) aus der Temperatur T des Dampfes ermittelt
werden können, wie oben diskutiert worden ist, und die
Massendichte des Fluides nun aus der Resonanzfrequenz f
der Röhre 120 ermittelt werden kann, läßt sich aus der
Gleichung (18) die Qualität Q des Dampfes bestimmen. Die
Qualität Q von Naßdampf läßt sich daher durch
Überwachung der Dampftemperatur T und der Frequenz f
der resonanten Schwingung der Röhre 120 ermitteln.
Es ist wichtig zu erwähnen, daß die Wasserdampftemperatur
eine Funktion des Drucks bei gesättigtem Dampf ist.
Wenn die vorliegende Beschreibung der Erfindung hauptsächlich
Temperaturmessungen erläutert, um die Dampfdichte
ρ v zu bestimmen, so versteht sich daher doch, daß
eine solche Bestimmung auch mit Hilfe einer Druckmessung
möglich ist. Die Ausnutzung des Drucks zur Bestimmung
der Dampfdichte ρ v wird daher als äquivalent zur Messung
der Temperatur für diesen Zweck der Erfindung angesehen.
Einer der wichtigsten Vorteile der Anwendung einer Frequenzmessung
der Schwingung einer Durchflußröhre 120 bei
der Bestimmung der Dampfqualität Q ist die Ansprechgeschwindigkeit.
Wenn beispielsweise die Röhre 120 mit
etwa 4000 Hz schwingt, dann werden schnelle Veränderungen
der Masse der zweiphasigen Naßdampfströmung der Röhre
120 sofort in Änderungen der Resonanzfrequenz f umgesetzt,
die man mit großer Genauigkeit innerhalb von
Millisekunden ermitteln und messen kann.
Ein weiterer bedeutsamer Aspekt ist, daß aufgrund der
geringen Gesamtmasse des zweiphasigen Fluids in einem
Naßdampfsystem eine außerordentliche Empfindlichkeit zur
Ermittlung kleiner Änderungen in den Flüssigphase- Konzentrationen
erforderlich ist. Große Beschleunigungsfelder,
die in der schwingenden Röhre 120 vorhanden sind,
bedeuten, daß relativ große Kraftänderungen für kleine
Massenänderungen erzeugt werden. Je größer die Beschleunigung,
umso größer die Kraft. Kleine Änderungen in der
zweiphasigen Fluidmasse sind daher mit extremer Genauigkeit
ermittelbar, indem man die resultierenden, dramatischeren
Änderungen der Frequenz der schwingenden Röhre
120 mißt.
Im Anschluß an die obige theoretische Abhandlung der bei
der vorliegenden Erfindung ausgenutzten Prinzipien erscheint
es nun angebracht, das spezifische Verfahren und
die spezielle Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
die zur Ermittlung der Dampfqualität Q und damit
des Wärme- und Energiegehalts in einem Dampfsystem mit
zweiphasigem Naßdampf angewendet werden, zu erläutern.
Dieses Verfahren und die Vorrichtung nutzen die Grund-
oder harmonische Frequenz einer Röhre aus, durch die ein
zweiphasiges Fluid strömt, zusammen mit der Temperatur
des Fluids, um die Dampfqualität Q des Fluides zu ermitteln.
Die Dampfqualitätsmeßvorrichtung 10 nach der vorliegenden
Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 auf einer üblichen
Dampfsystemströmungsleitung S montiert dargestellt. Sie
besteht aus einem schwingenden Röhrendichtemesser 60,
der in einem zylindrischen Gehäuse 12 angeordnet ist.
Das zweiphasige Fluid aus der Dampfströmungsleitung S
wird dem Dichtemesser 60 duch das Standrohr 20 zugeführt,
das sich in das Innere der Dampfströmungsleitung
S erstreckt und darauf mit einer Überwurfkupplung 30 befestigt
ist. Ein Gehäuse 14 für die elektrischen Komponenten
ist mittels eines Rohrstutzens 16 an dem Gehäuse
12 angebracht.
In der Querschnittsdarstellung nach Fig. 3 erkennt man
den Aufbau und die funktionellen Merkmale des Dampfqualitätsmessers
10 nach der vorliegenden Erfindung in
seinen Einzelheiten. Der Dampfqualitätsmesser 10 verwendet
einen Dichtemesser 60 aus zwei hohlen Röhren 62, 72,
die an jedem Ende fest eingespannt sind. Die Dampfproben
aus der Dampfströmungsleitung S strömen ständig durch
diese Röhren 62 und 72. Die Röhren werden in ähnlicher
Weise, wie eine Stimmgabel, in Schwingung versetzt, was
eine Beschleunigungskraft auf sämtliche Materie hervorruft,
die innerhalb der Röhren 62 und 72 enthalten ist,
ohne Rücksicht darauf, ob sie eine Flüssigkeit, ein Gas
oder ein Feststoff ist. Jedes Massenpartikel innerhalb
der Röhren 62 und 72 übt daher seinerseits eine Kraft
aus, die proportional dem Produkt seiner Masse und der
Beschleunigung ist, d. h., Kraft = Masse × Beschleunigung,
gemäß den bekannten physikalischen Zusammenhängen.
Wenn die Gesamtmasse oder Massendichte innerhalb der
Röhren 62 und 72 steigt, fällt die Resonanzfrequenz dem
in der obigen Gleichung (22) definierten Verhältnis ab.
Die Konstanten A und B in der Gleichung (22) werden
durch Kalibrierung der Vorrichtung bestimmt. Die Messung
der Resonanzfrequenz der Röhren führt daher zu einer
Messung der Gesamtmasse oder Massendichte. Mittels einer
präzisen Messung der Dampftemperatur mittels einer Temperatursonde
94 bestimmt die Vorrichtung die Dampfdichte
oder Masse, die gegeben wäre, wenn die Röhren mit gesättigtem
Dampf gefüllt wären. Diese theoretische Dampfdichte
ist dieselbe für jeden Dampf, der in dem System
unter dieser Temperatur und diesem Druck vorhanden ist.
Die Dampfdichte ρ v des Dampfes in der zweiphasigen
Strömung wird ebenfalls durch die Temperatur- oder
Druckmessung bestimmt. Das Verhältnis der Dampfdichte
zur Massendichte des Naßdampfes ist die Dampfqualität Q.
Nimmt man daher vorwiegend auf Fig. 3 Bezug, besteht der
Dampfqualitätsmesser 10 aus einem zylindrischen Gehäuse
12, das an seinem oberen Ende von einer Deckplatte 18
und an seinem unteren Ende von einem Sockelblock 50 abgeschlossen
ist. Der Dichtemesser 60 nach der vorliegenden
Erfindung ist innerhalb dieses zylindrischen Gehäuses
12 angeordnet. Ein Rohrstutzen 16 erstreckt sich
durch die obere Deckplatte 18 und trägt ein zylindrisches
Gehäuse 14, das hauptsächlich dazu dient, die
elektronischen Komponenten des Dampfqualitätsmessers 10
aufzunehmen. Der Auslaßstecker 15 im Gehäuse 14 erleichtert
die Durchführung der notwendigen elektrischen Leitungen
(nicht dargestellt) zum Anschluß der elektronischen
Komponenten des Dampfqualitätsmessers an eine
Stromquelle sowie gegebenenfalls an eine äußere Steuer-
und Überwachungseinrichtung, die später noch im Detail
erläutert werden soll.
Die Dichtemesseranordnung 60 besteht im wesentlichen aus
zwei vertikalen parallelen Röhren 62, 72, die in dem Gehäuse
12 in gegenseitigem Abstand voneinander angeordnet
sind. Diese Röhren 62 und 72 sind fest in getrennten
Leitungen 52 und 56 im Sockelblock 50 montiert. Sie sind
weiterhin fest an ihrem oberen Ende in einem Überleitkopf
66 montiert, der eine Leitung 68 darin hat, die die
Röhre 62 mit der Röhre 72 verbindet. Diese Anordnung ist
dazu eingerichtet, eine Strömung eines zweiphasigen Naßdampfes
von dem Dampfströmungsrohr S nach oben durch die
Röhre 72, durch den Überleitkopf 66 und nach unten durch
die Röhre 72 und zurück in das Dampfströmungsrohr S zu
leiten, wie durch die Strömungspfeile in Fig. 3 dargestellt
ist.
Diese Dichtemesseranordnung 60 enthält weiterhin eine
Magnetspule 80, die auf einer Konsole 88 zwischen den
Röhren 62 und 72 montiert ist. Diese Magnetspule besteht
aus einem metallischen Kern 62 und einem Satz Drahtwicklungen
84, die in einem Spulenkörper 86 um den Kern 82
angeordnet sind. Ein Paar Dehnungsmeßstreifen 90 und 92,
vorzugsweise vom Spulentyp, sind am oberen Ende der Röhre
62 befestigt, und ein Temperatursensor 94 ist in dem
Überleitkopf 66 angeordnet, um die Temperatur des durch
die darin befindliche Leitung 68 strömenden zweiphasigen
Fluides zu messen.
Die Dichtemesserröhren 62 und 72 sind durch das Standrohr
20 mit der Dampfströmungsleitung S verbunden. Das
Standrohr 20 ist einzig dazu vorgesehen, kontinuierlich
eine repräsentative Probe des zweiphasigen Fluides, das
durch die Dampfleitung S strömt, aufzufangen. Diese Probe
soll die durchschnittliche Dampfqualität genau wiedergeben.
Das Standrohr erzeugt auch eine sehr starke
Turbulenz und damit eine Durchmischung der Dampfflüssigkeits-
und Dampfphasen in der Probe. Die Dampfprobe
fließt kontinuierlich durch die Dichtemesserröhren 72
und 62 und kehrt dann zu dem Dampfströmungsrohr S zurück.
Wie man am besten aus Fig. 3 ersieht, ist das Standrohr
20 in Form einer doppelwandigen Rohranordnung ausgebildet,
bestehend aus einem äußeren Rohr 22 und einem inneren
Rohr 26 kleineren Durchmessers, das konzentrisch
in dem äußeren Rohr angeordnet ist. Das innere Rohr ist
von ausreichend kleinem Durchmesser, um einen ringförmigen
Zwischenraum 24 zwischen dem äußeren Rohr 22 und dem
inneren Rohr 26 auszubilden. Ein oberer Verschluß 44
verschließt und dichtet das obere Ende des ringförmigen
Zwischenraums 24 gegenüber dem Innenraum 28 des inneren
Rohrs 26 an dessen oberem Ende ab. Ein bodenseitiger
Verschluß 46 ist weiterhin am unteren Ende des inneren
Rohres 26 angeordnet, um dieses Ende zu verschließen.
Die innere Strömungsleitung 28 des inneren Rohres 26 ist
in Fluidströmungsbeziehung mit der Leitung 56 benachbart
dem unteren Ende der Röhre 72 ausgerichtet. Der ringförmige
Zwischenraum 72 ist in Fluidströmungsbeziehung zur
Leitung 52 über ein in geeigneter Weise angeordnetes
Loch 48 nahe dem oberen Ende des äußeren Rohres 22.
Eine Mehrzahl von Einlaßlöchern 38 durch das unteren Ende
des äußeren Rohres 22 sind über kleine Querröhren 39
mit dem Inneren 28 des inneren Rohres 26 verbunden. Diese
Einlaßlöcher 38 sind über den Querschnitt des Dampfströmungsrohres
verteilt, um den inneren Rohr 26 eine
repräsentative Probe der zweiphasigen Fluidströmung in
dem Dampfströmungsrohr S zuzuführen. Das zugeführte
zweiphasige Fluid fließt dann durch das innere Rohr 26
nach oben in die erste Dichtemesserröhre 72. Von der
ersten Dichtemesserröhre 72 strömt das Fluid durch die
Leitung 68 in dem Überleitkopf 66 und dann nach unten
durch die zweite Dichtemesserröhre 62 wie durch die
Strömungspfeile in Fig. 3 dargestellt ist. Das zweiphasige
Fluid fließt dann weiterhin nach unten aus dem unteren
Ende der zweiten Dichtemesserröhre 62 aus und
durch die Leitung 52 und dann in den ringförmigen Zwischenraum
24. Von dort tritt das zweiphasige Fluid durch
die Öffnung 40 am unteren Ende des ringförmigen Zwischenraums
24 aus und gelangt in die Hauptströmung des
durch das Dampfrohr S strömenden Fluids zurück.
Es ist angebracht, an dieser Stelle zu erwähnen, daß die
Strömungsrichtung durch den Dichtemesser umgekehrt werden
könnte, so daß der Dampf durch den ringförmigen Zwischenraum
24 nach oben strömt, dann zunächst durch die
Röhre 62 und dann durch die Röhre 72 und schließlich
durch das innere Rohr 26 ausfließt. Die Abgabe des Fluides
am unteren Ende 40 oder 46, je nach Ausführungsart,
in die Hauptströmung des Dampfes hat zur Wirkung, daß
die Fluidströmung durch den Dichtemesser 60 unter Verwendung
der bekannten Wirkungen der Bernoullischen Gesetze
aufrechterhalten wird, um die Dampfprobe durch den
Dichtemesser 60 zu ziehen.
Das Standrohr 20 kann an dem Dampfströmungsrohr S in jeder
bekannten Weise befestigt werden. In der gezeigten
Darstellung ist ein Verbinder vom Überwurfmutter- und
Klemmtyp gezeigt, bestehend aus einer konischen Hülse
32, die an dem Dampfströmungsrohr S angeschweißt ist.
Eine innen konisch ausgeführte Überwurfmutter 34 ist auf
die Hülse 32 aufgeschraubt und klemmt das äußere Rohr 22
des Standrohrs 20 darin fest und zieht eine Dichtung 36,
die um das äußere Rohr 22 angeordnet ist, fest.
Diese Anordnung eines kontinuierlichen Strömungsprobennehmers,
wie oben beschrieben, dient dazu, eine isothermische
Probe einer zweiphasigen Fluidströmung aufzunehmen,
die in ihren Eigenschaften hinsichtlich der Zusammensetzung
und der Temperatur denen der Hauptdampfströmung
in dem Rohr S entspricht. Um die Genauigkeit und
Gleichmäßigkeit der Probe zu verbessern, ist es hilfreich,
die Strömung zuvor so aufzubereiten, daß sich
eine gleichförmige Mischung zwischen der Flüssigkeits-
und der Dampfphase in dem Hauptdampfrohr S an derjenigen
Stelle ergibt, wo die Dampfprobe genommen wird.
Eine andere wesentliche Komponente dieser Erfindung ist
daher die Drosselstelle und der Filmabstreifer, wie in
dem Hauptdampfrohr S in Fig. 3 gezeigt. Die Hauptdampfströmung
wird zunächst durch das Rohrreduzierstück oder
Einschnürkupplung 130 gedrosselt, durch das der Innendurchmesser
der Hauptströmungsleitung S verringert wird.
Der Filmabstreifer 132 ist an dem Ende kleinen Durchmessers
der Einschnürung 130 angeordnet. Der Filmabstreifer
hat die Form eines Ringes, der an der inneren Oberfläche
des Dampfrohres S angeordnet ist. Seine Innenfläche 134
ist verrundet und konvergiert nach innen in Richtung auf
sein stromabwärtiges Ende. Dieser Aufbau streift die
flüssige Filmphase ab und verteilt sie, die üblicherweise
der inneren Oberfläche des Dampfrohres S folgt. Dieser
Film wird von der Rohroberfläche abgehoben und in
die Hauptdampfströmung in der Mitte des Rohres S eingeleitet,
wo er vollständig mit dem Rest des Dampfes vermischt
wird.
Es ist vorteilhaft, obgleich nicht als zwingend notwendig
anzusehen, die innere verrundete Oberfläche 134 des
Filmabsteifers in Form eines Segmentes eines parabolischen
Drehkörpers zu gestalten, wie in Fig. 3, zum Teil
gestrichelt, dargestellt ist. Die Einlaßöffnungen des
die Probe nehmenden Standrohres 20 sind dann vorzugsweise
in der Ebene des Scheitels 138 der parabolischen Verlängerung
136 der inneren Oberfälche 134 des Ringes 132
gelegen, wo die Mischungsgleichmäßigkeit optimal ist.
Auf diese Weise kann eine noch gleichmäßigere Probe des
zweiphasigen Dampfes erhalten werden.
Das zylindrische Gehäuse 12, die obere Platte 18 und der
Sockel 50 bilden eine geschlossene Kammer um den Dichtemesser.
Diese Kammer kann evakuiert sein, um den Dichtemesser
weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur
und von Druckverhältnissen um die Vorrichtung 10 arbeiten
zu lassen.
Die Betriebsweise des Dampfqualitätsmessers nach der
vorliegenden Erfindung wird am besten unter Bezugnahme
auf die Fig. 3 und 4 erläutert, von denen Fig. 4 ein
Blockschaltbild der Steuerschaltung des Dampfqualitätsmessers
zeigt. Wie oben beschrieben, wird eine repräsentative
Probe der zweiphasigen Fluidströmung aus der
Dampfleitung S durch die Vielzahl der Löcher 38 in dem
Standrohr 20 abgeleitet. Diese repräsentative Probe des
zweiphasigen Fluides strömt von dort durch die erste
Dichtemesserröhre 72 nach oben und dann durch die zweite
Dichtemesserröhre 62 nach unten. Wenn das Fluid durch
die Röhren 62 und 72 strömt, betreibt und erregt die
Spulentreiberelektronik 106 die Magnetspule 80 mit einem
Schwingstrom. Die Folge davon ist, daß die Magnetspule
80 an den metallischen Dichtemesserröhren 62 und 72 eine
Schwingbewegung hervorruft. Die Amplitude und die Frequenz
der Schwingung der Röhre 62 wird durch die Dehnungsmeßstreifen
90 und 92 ermittelt. Der Dehnungsmeßstreifenausgang
ist einem Computer 100 zugeführt.
Gleichzeitig mißt die Temperatursonde in der Leitung
68 im Überleitkopf die Temperatur des dort hindurchfließenden
Fluids. Der Ausgang der Temperatursonde
wird ebenfalls dem Computer 100 zugeführt.
Es ist wichtig, in den Fig. 3 und 4 zu bemerken, daß die
zwei Röhren 62 und 72 an ihren jeweiligen unteren Enden
64 und 74 an einem gemeinsamen Sockelblock 50 verankert
sind. In gleicher Weise sind sie an ihren jeweiligen
oberen Enden 63 und 73 an dem gemeinsamen Überleitkopf
66 befestigt. Beide Befestigungselemente sind Massenkörper.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der
Dichtemesser 60 vollständig symmetrisch aufgebaut ist,
mit einem gemeinsamen Knoten an jedem Ende beider Röhren.
Die Folge davon ist, daß das gesamte Dichtemessersystem
60 vollständig symmetrisch ausbalanciert ist, so
daß keine Störungen in der Grund- oder Resonanzfrequenz
des Systems auftritt, die sonst aus einer asymmetrischen
Anordnung resultieren könnte, und der Aufbau ist im wesentlichen
in seiner Funktion isothermisch. Das wirkliche
Ergebnis ist daher eine Ausmittelung des
Schwingungseffekt zwischen den zwei Röhren 62 und 72,
was zu einer extrem genauen Grundfrequenzmessung als
Funktion der Massendichte des durch die Röhren
fließenden Fluids führt. Asymmetrische Anordnungen
würden weniger genaue Ergebnisse liefern.
Es sei weiterhin hervorgehoben, daß in der beschriebenen
Ausführungsform eine Magnetspule als bevorzugtes Instrument
zur Schwingungserregung der metallischen Röhren
verwendet wird, daß jedoch ebenso auch andere Verfahren
zur Schwingungserregung der Röhren verwendet werden können.
Beispielsweise könnten die Röhren von einer Schlageinrichtung
angeschlagen werden oder es könnte ein
Breitbandgeräusch in der Umgebung der Röhren erzeugt
werden, das auf die Röhren überkoppelt. Letztgenannte
zwei Verfahren wären beispielsweise dort besonders wirksam,
wo nichtmetallische Röhren verwendet werden. Das
grundsätzliche Merkmal, das bei dieser Erfindung verwendet
wird, besteht darin, daß auf die Röhren in irgendeiner
Weise Energie übertragen wird, die eine Schwingung
der Röhren hervorruft und daß die Grund- oder Resonanzfrequenz
des Systems ermittelt wird. Die Grundfrequenz
wird dann mit der Temperatur des Fluides zusammen ausgewertet,
um die Dampfqualität zu bestimmen.
Wie in der obigen theoretischen Abhandlung erläutert,
ist die Grund- oder Resonanzfrequenz f der Röhre eine
Funktion der Masse des durch die Röhren 62 und 72 strömenden
Fluides. Bei einem Prototyp eines Dichtemessers,
wie er in Fig. 3 gezeigt ist, liegt die Grund- oder Resonanzfrequenz
der Röhre beispielsweise zwischen 2700 Hz
für eine mit flüssigem Wasser gefüllte Röhre und bei etwa
4500 Hz für eine evakuierte Röhre. Bei der Ausführungsform,
die in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Computer
100 daher mit der Spulentreiberelektronik 106 derart
verbunden, daß der Computer die Frequenz des durch die
Magnetspule 80 erzeugten Feldes beeinflussen kann.
Bei der Inbetriebsetzung wird der Computer so programmiert,
daß er die Magnetspule 80 veranlaßt, die Röhren
62 und 72 über das gesamte Frequenzband zwischen 2700 Hz
und 4500 Hz in Schwingung zu bringen. Wenn die Schwingungsfrequenz
über diesen Frequenzbereich von 2700 Hz
bis 4500 Hz variiert wird, dann beobachten die Dehnungsmeßstreifen
92 ständig die Schwingungsfrequenz der Röhre
und die Amplitude der Schwingung.
Entsprechend der physikalischen Gesetze, die das System
regieren, haben die Schwingungen der Röhre eine maximale
Auslenkung, wenn die Magnetspule 80 das System mit der
Grund- oder Resonanzfrequenz der Dichtemesserröhren 62
und 72 sowie der Verbindungsstruktur erregt. Der
Dehnungsmeßstreifenausgang kann eine Vielzahl von Formen
haben, je nach speziell verwendeter Art des Dehnungsmeßstreifens.
Üblicherweise gibt jedoch ein Dehnungsmeßstreifen
in Form einer Spannung ab. Wenn die Röhren 62
und 72 und die Verbindungsstruktur derselben daher bei
der Grund- oder Resonanzfrequenz dieses Gesamtsystems
schwingen, dann ist die Ausgansspannung des Dehnungsmeßstreifens
maximal. Da der Dehnungsmeßstreifenausgang
gewöhnlich analog ist, ist es notwendig, den Digitalrechner
100 mit einem Eingangsmodul auszurüsten, der in der
Lage ist, Analogsignale entgegenzunehmen und sie in digitale
Signale umzuwandeln, die von dem Rechner verarbeitet
werden können. Die gleiche Fähigkeit wird gewöhnlich
für die Eingabe des Temperatursignals von der Temperatursonde
94 verlangt, die ebenfalls gewöhnlich eine
analoge Spannung veränderliche Größe in Abhängigkeit
von der von der Sonde ermittelten Temperatur abgibt.
Wie oben beschrieben, wird durch Betrieb der Magnetspule
in einem Frequenzband, das von 2700 Hz für flüssiges
Wasser bis 4500 Hz für eine evakuierte Röhre reicht und
durch Überwachung der Schwingungsamplitude der vibrierenden
Röhre mit Hilfe des Dehnungsmeßstreifens die
Grund- oder Resonanzfrequenz der Dichtemesserröhren 62
und 72 und der Verbindungsstruktur mit dem zweiphasigen
Fluid, das durch diese Anordnung hindurchfließt, sehr
schnell ermittelt. Wie oben erwähnt, ist die Änderung
der Grund- oder Resonanzfrequenz in Bezug auf eine Änderung
der Dichte im durch das System fließenden Fluid extrem
empfindlich und einfach zu messen, so daß jegliche
Dichteänderung in dem durch die Anordnung fließenden
Fluid fast sofort sehr genau ermittelt werden kann, indem
die Änderung der Grund- oder harmonischen Frequenz
des Dichtemesseraufbau 60 ermittelt wird.
Es hat sich bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform
als günstig herausgestellt, den Computer so zu programmieren,
daß er die Frequenz, mit der die Magnetspule
erregt wird, innerhalb des vorgesehenen Frequenzbandes
sehr schnell ändert, und daß vorzugsweise vier Durchläufe
des Frequenzbandes pro Sekunde ausgeführt werden. Es
hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Computer
so zu steuern, daß das Frequenzband, innerhalb dem
die Erregerfrequenz der Magnetspule 80 gewobbelt wird,
einzuengen, wenn die Grund- oder harmonische Frequenz
des Systems ermittelt wird.
Selbstverständlich ist das Ausmaß, auf das das Frequenzband
eingeengt wird und die Geschwindigkeit, mit der
diese Bandeinengung ausgeführt wird, eine Sache der jeweiligen
Ausführungsart der Vorrichtung. Es hat sich jedoch
erwiesen, daß sobald die Grund- oder harmonische
Frequenz des Systems ermittelt worden ist, das Band fast
augenblicklich auf eine Breite von 20 Hz vermindert werden
kann, was etwa 10 Hz zu beiden Seiten der Grundfrequenz
des Systems abdeckt. Dieses 20-Hz-Band wird daher
ständig verändet und nachjustiert, wenn die Grundfrequenz,
d. h. die Dichte des Fluides, das durch die Röhren
strömt, sich ändert.
Im Falle, daß sich eine schnelle, hohe Größenänderung
der Fluiddichte ergeben sollte, so daß die Grundfrequenz
schneller aus dem vorgenannten 20 Hz-Band auswandert als
mit vier Durchläufen des Frequenzbandes pro Sekunde ermittelt
werden kann, wird der Rechner so programmiert,
daß er die Bandbreite wieder bis auf die Grenzen von
2700 Hz für flüssiges Wasser und 4500 Hz für eine evakuierte
Röhre verbreitert. Wenn diese maximale Frequenzband
wieder durchwobbelt wird, dann läßt sich die Grundfrequenz
des Systems sehr schnell ermitteln, so daß das
Frequenzband wieder auf den 20 Hz breiten Bereich um die
nun herrschende Grundfrequenz eingestellt werden kann.
Unter Verwendung dieser Daten der Grundfrequenz des
schwingenden Systems, die eine Funktion der Massendichte
ist, wie oben beschrieben, in Verbindung mit der Temperatur
des durch das System fließenden Fluides, die eine
Funktion der Dampfdichte des Systems ist, wie oben beschrieben,
läßt sich die Dampfdichte Q entsprechend der
mathematischen Zusammenhänge nach der obenbeschriebenen
Weise errechnen.
Tatsächlich sollten mehrere Einstellungen von Systemvariablen
und Konstanten beim Kalibrieren und Beschreiben
des Systems in Betracht gezogen werden, um genauere Ergebnisse
oder Ausgaben zu erhalten. Beispielsweise können
die Werte der Konstanten A und B in der Gleichung
(22) empirisch ermittelt werden, wenn das System kalibriert
wird. Sie sind Funktionen des physikalischen Aufbaus,
der Dimensionen und der Massen speziellen benutzten
Systems und verändern sich normalerweise nicht, wenn
sie einmal eingestellt sind.
Die oben beschrieben Temperatursonde 94 ist vorzugsweise
ein Platin-Temperatursensor, dessen elektrischer Widerstand
sich mit der Dampftemperatur ändert. Solche Widerstandsänderungen
kann man in Form von Spannungsänderungen
auf der Grundlage des ohm'schen Gesetzes messen. Die
herrschende Temperatur kann dann mathematisch in C-Graden
aus dem Widerstand ermittelt werden. Die Temperatur
in Grad C kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden.
wobei T = Temperatur in Grad C, a = -6,01882200000E-7,
b = 3,8101882200E-3 und c = 1-Widerstand/1000).
In der bevorzugten, oben beschriebenen Ausführungsform
wird ein spulenartiger Dehnungsmeßstreifen verwendet, um
die Frequenz und die Amplitude der Schwingungen der Röhre
zu messen. Diese Art von Dehnungsmeßstreifen verwendet
die Trägertechnik zur Erregung eines Brückenkreises,
um die Ausgangsspannung zu verändern. Der Spannungsausgang
wird dann durch einen Verstärkerkreis 103 verstärkt
und dem Computer 100 zugeführt, um die obigen Berechnungen
auszuführen.
Sobald die Temperatur des Dampfes ermittelt ist, können
die Dampfdichte ρ v und die Flüssigkeitsdichte ρ L aus
einer Standardtabelle der Sättigungsdampfcharakteristika
erhalten werden.
Es ist auch bekannt, daß die Schwingungscharakteristika
der Dichtemesseraufbaus 60 sich mit Temperaturänderungen
sehr stark ändern. Es ist daher zur Erzielung genauerer
Resultate wünschenswert, die jeweilige Frequenz des
Dichtemessers hinsichtlich solcher Temperaturänderungen
zu kompensieren. Solche Kompensation kann mathematisch
gemäß der folgenden Gleichung ausgeführt werden.
wobei f c die temperaturkompensierte Frequenz, f d die jeweils
gemessene Dichtemesserfrequenz, b 2 eine Konstante,
die eine Funktion der Temperatur ist, T o eine Standard-
oder Grundtemperatur für Kalibrierzwecke und T die Temperatur,
wie oben bestimmt, ist. Die Massendichte kann
dann aus der Gleichung (22) ermittelt werden und die
Dampfqualität Q ergibt sich sehr genau aus der Gleichung
(18).
Da die Dampfqualität Q effektiv ein Verhältnis der Masse
oder der Dichte des Dampfes zur Gesamtmasse oder Massendichte
an dem Punkt der Probennahme zu jedem Zeitpunkt
ist, kann die augenblickliche Energie der zweiphasigen
Naßdampfströmung gewünschtenfalls aus den entsprechenden
Enthalpien der Dampf- und Flüssigphasen ermittelt werden,
die Funktionen der Temperatur sind, wie der Fachmann
weiß.
Solche Energieberechnungen sind im wesentlichen mathematische
Operationen und sind daher nicht Teil der vorliegenden
Erfindung. Ein Computer kann jedoch so programmiert
sein, daß er solche Berechnungen sehr schnell und
gleichzeitig mit seinen Überwachungsfunktionen ausführt
und er kann die Energieströmung zusammen mit den Dampfqualitätsdaten
über eine konventionelle Datenausgabeeinrichtung
104, beispielsweise einen Printer, ausgeben.
Auf diese Weise läßt sich die Dampfqualität eines zweiphasigen
Naßdampfsystems unter Verwendung des Dampfqualitätsmessers
10 und unter Anwendung des Verfahrens nach
der Erfindung kontinuierlich an jedem gewünschten Punkt
in dem Dampfströmungs-Verteilungssystem überwachen, so
daß man eine ständige Übersicht und eine durchgehende,
genaue Aufzeichnung der verteilten und an die verschiedenen
Benutzer gelieferten Wärmemenge aufzeichnen kann.
Eine alternative Ausführungsform ist in dem Blockschaltbild
nach Fig. 5 dargestellt. Dieses System ist ähnlich
jenem nach Fig. 4 mit der Ausnahme, daß ein elektronischer
Oszillatorkreis 108 zwischen den Dehnungsmeßstreifen
90 und 92 und der Spulentreiberelektronik angeordnet
ist. Bei dieser Anordnung sucht das System automatisch
die Grundfrequenz des Schwingungssystems und betreibt
gleichzeitig die Magnetspule mit der Grundfrequenz.
Der Dehnungsmeßstreifenausgang ist weiterhin dem
Computer 100 zugeführt, um die Grundfrequenz des Systems
zu überwachen und nutzbar zu machen.
Claims (42)
1. Vorrichtung zum Bestimmen der Dampfqualität von Naßdampf,
der in einer Dampfleitung strömt, gekennzeichnet
durch
einen Dichtemesser (60), der mit der Dampfleitung (S) verbunden ist, um die Massendichte des in der Dampfleitung (S) strömenden Naßdampfes zu messen;
eine Temperaturmeßeinrichtung (94), die mit der Dampfleitung (S) verbunden ist, um die Temperatur des in der Dampfleitung (S) strömenden Naßdampfes zu messen; und
einen Rechner (100), der mit dem Dichtemesser (60) und dem Temperaturmesser (94) verbunden ist, um schnell die Dampfqualität des Naßdampfes aus der gemessenen Massendichte und der gemessenen Temperatur zu errechnen.
einen Dichtemesser (60), der mit der Dampfleitung (S) verbunden ist, um die Massendichte des in der Dampfleitung (S) strömenden Naßdampfes zu messen;
eine Temperaturmeßeinrichtung (94), die mit der Dampfleitung (S) verbunden ist, um die Temperatur des in der Dampfleitung (S) strömenden Naßdampfes zu messen; und
einen Rechner (100), der mit dem Dichtemesser (60) und dem Temperaturmesser (94) verbunden ist, um schnell die Dampfqualität des Naßdampfes aus der gemessenen Massendichte und der gemessenen Temperatur zu errechnen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtemesser (60) eine Durchströmungskammer
(62, 72) zur kontinuierlichen Hindurchleitung einer Strömung
aus Naßdampf enthält, weiterhin eine Schwingungserzeugungseinrichtung
(80) aufweist, um die Kammer
(62, 72) zum Schwingen zu bringen, und eine Schwingungsmeßeinrichtung
(90, 92) aufweist, um die Frequenz der
Schwingung der Schwingungskammer (62, 72) zu messen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
Schwingungsmeßeinrichtungen (90, 92) zum Messen der Amplitude
der Schwingung der Schwingungskammer (62, 72).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
einen Computer (10) zum Überwachen und Messen der Resonanzfrequenz
der Schwingungskammer (62, 72) und zum Bestimmen
der Massendichte des Naßdampfes aus der Resonanzfrequenz.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungserzeugungseinrichtung eine Treibereinrichtung
(106) zum Antreiben des Schwingungserzeugers
(80) mit unterschiedlichen Frequenzen aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
einen Rechner (100) zum Steuern der Treibereinrichtung
(106), um die Frequenz des Schwingungserzeugers (80)
über ein Frequenzband zu verschieben, das die Resonanzfrequenz
der Kammer (62, 72) enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwingungserzeuger eine Magnetspule (80) enthält,
die zur Schwingungserregung der Kammer (62, 72)
vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchströmungskammer zwei zylindrische Röhren
(62, 72) aufweist, die jeweils steif an dem einen Ende
(63, 73) mit einer gemeinsamen ersten Masse (66) und am
entgegengesetzten Ende (64, 74) mit einer gemeinsamen
zweiten Masse (50) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei zylindrischen Röhren (62, 72) aus demselben
Material bestehen und im wesentlichen gleiche Länge,
gleichen Durchmesser und gleiche Dicke aufweisen und im
wesentlichen parallel im Abstand zueinander angeordnet
sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Masse (66) eine Leitung (68) aufweist, die
sich durch sie hindurcherstreckt und die entsprechenden
einen Enden (63, 73) der zwei Röhren (62, 72)
fluidisch miteinander verbindet und daß die zweite Masse
(50) Leitungen (52, 56) darin aufweist, um die Dampfströmung
in die Kammer (62, 72) einzuleiten und daraus
wieder auszuleiten.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Probennehmer (20), der mit dem Dichtemesser (60)
verbunden ist, um kontinuierlich aus der Dampfströmung
eine Probenströmung aufzunehmen und abzuzweigen und diese
in den Dichtemesser (60) zu leiten und daraus in die
Dampfleitung (S) rückzuführen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Probennehmer (20) ein erstes Rohr (22) aufweist,
das sich quer durch die Dampfsystemleitung (S)
erstreckt und das eine Mehrzahl von Einlaßöffnungen (38)
darin aufweist, die in die Dampfströmung in der Leitung
(S) gerichtet sind und gleichmäßig über den Querschnitt
der Leitung (S) verteilt angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch
ein zweites Rohr (28) kleineren Durchmessers als das
erste Rohr (22), das in dem ersten Rohr (22) angeordnet
ist, wobei der Innenraum von einem der ersten und zweiten
Rohre (22, 28) mit den Einlaßöffnungen (38) verbunden
sind, um das Probenfluid dem Dichtemesser (60) zuzuleiten,
und der Innenraum des anderen der ersten und
zweiten Rohre (22, 28) mit dem Dichtemesser (60) verbunden
ist und eine Auslaßöffnung (40) in der Leitung (S)
aufweist, um die Probe aus dem Dichtemesser (60) in die
Strömungsleitung (S) zurückzuleiten.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch
eine Filmabstreifeinrichtung (132) in der Leitung (S)
dicht stromaufwärts vor dem Probennehmer (20), um Flüssigkeit
von der Innenwand der Leitung (S) abzustreifen
und in die Dampfströmung in die Mitte der Leitung (S) zu
leiten, um eine Durchmischung der Flüssig- und Dampfphase
des Naßdampfes zu erzielen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filmabstreifeinrichtung einen ringförmigen
Kragen (132) aufweist, der um die Innenwand der Leitung
(S) angeordnet ist und eine Innenfläche (134) aufweist,
die nach innen gegen die stromabwärtige Seite geneigt
ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Oberfläche (134) des Kragens die Gestalt
eines Segments eine parabolischen Drehkörpers
(136) aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstreifer (132) und der Probennehmer (20)
voneinander einen solchen Abstand aufweisen, daß der
Probennehmer (20) etwa im Scheitel (138) der parabolischen
Verlängerung (136) der Innenseite des Kragens
(132) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch
eine Reduziereinrichtung (130) in der Leitung (S) stromaufwärts
von dem Kragen (132) zum Vermindern des Durchmessers
der Leitung (S), um die Naßdampfströmung darin
in den Kragen (132) zu konvergieren.
19. Vorrichtung zum Messen der Massendichte eines
strömenden zweiphasigen Fluides, gekennzeichnet,
durch
zwei parallele Röhren (62, 72), die jeweils ein erstes Ende (63, 73) und ein zweites Ende (64, 74) aufweisen, wobei die ersten Enden (63, 73) der entsprechenden Röhren (62, 72) einander benachbart sind und die zweiten Enden (64, 74) der entsprechenden Röhren (62, 72) einander benachbart sind;
erste gemeinsame Masseneinrichtungen (66), die an den ersten Enden (63, 73) der Röhren (62, 72) angeordnet sind, um einen gemeinsamen ersten Knoten für die ersten Enden (63, 73) der Röhren (62, 72) zu bilden, wobei die ersten Enden (63, 73) der Röhren (62, 72) steif in der ersten gemeinsamen Masseneinrichtung (66) verankert sind;
eine zweite gemeinsame Masseneinrichtung (50), die an den zweiten Enden (64, 74) der Röhren (62, 72) angeordnet ist, um einen gemeinsamen zweiten Knoten für die zweiten Enden (64, 74) der Röhren (62, 72) zu bilden, wobei die zweiten Enden (64, 74) der Röhren (62, 72) steif in der zweiten gemeinsamen Masseneinrichtung (50) verankert sind;
eine mit den Röhren (62, 72) verbundene Leitung (68), um das strömende zweiphasige Fluid durch die Röhren (62, 72) zu leiten;
eine Schwingungserzeugungseinrichtung (80) benachbart den Röhren (62, 72), um die Röhren (62, 72) in Schwingung zu versetzen, während das zweiphasige Fluid durch die Röhren (62, 72) strömt; und
eine Schwingungseinrichtung (94), die den Röhren (62, 72) zugeordnet ist, um die Schwingungsfrequenz der Röhren (62, 72) zu messen.
zwei parallele Röhren (62, 72), die jeweils ein erstes Ende (63, 73) und ein zweites Ende (64, 74) aufweisen, wobei die ersten Enden (63, 73) der entsprechenden Röhren (62, 72) einander benachbart sind und die zweiten Enden (64, 74) der entsprechenden Röhren (62, 72) einander benachbart sind;
erste gemeinsame Masseneinrichtungen (66), die an den ersten Enden (63, 73) der Röhren (62, 72) angeordnet sind, um einen gemeinsamen ersten Knoten für die ersten Enden (63, 73) der Röhren (62, 72) zu bilden, wobei die ersten Enden (63, 73) der Röhren (62, 72) steif in der ersten gemeinsamen Masseneinrichtung (66) verankert sind;
eine zweite gemeinsame Masseneinrichtung (50), die an den zweiten Enden (64, 74) der Röhren (62, 72) angeordnet ist, um einen gemeinsamen zweiten Knoten für die zweiten Enden (64, 74) der Röhren (62, 72) zu bilden, wobei die zweiten Enden (64, 74) der Röhren (62, 72) steif in der zweiten gemeinsamen Masseneinrichtung (50) verankert sind;
eine mit den Röhren (62, 72) verbundene Leitung (68), um das strömende zweiphasige Fluid durch die Röhren (62, 72) zu leiten;
eine Schwingungserzeugungseinrichtung (80) benachbart den Röhren (62, 72), um die Röhren (62, 72) in Schwingung zu versetzen, während das zweiphasige Fluid durch die Röhren (62, 72) strömt; und
eine Schwingungseinrichtung (94), die den Röhren (62, 72) zugeordnet ist, um die Schwingungsfrequenz der Röhren (62, 72) zu messen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch
einen Rechner (100), der mit der Schwingungseinrichtung
(94) verbunden ist, um die Resonanzfrequenz
der Röhren (62, 72) zu ermitteln und zu überwachen, um
schnell die Massendichte des zweiphasigen Fluides zu
berechnen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitung eine erste Strömungsleitung (28)
enthält, die das erste Ende der einen der Röhren (62,
72) mit einer Zweiphasenfluidquelle (S) verbindet, weiterhin
eine zweite Strömungsleitung (68) aufweist, die
die entsprechenden zweiten Enden der genannten Röhren
(62, 72) zusammen in Fluidverbindung zueinander bringt
und eine dritte Fluidleitung (22) aufweist, die das
erste Ende der anderen Röhre mit einer Abgabestelle für
das Fluid verbindet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Fluidleitung (22) das erste Ende der
anderen Röhre mit der Zweiphasenfluidquelle (S) zur Abgabe
darin verbindet.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Strömungsleitung (68) sich durch die
zweite gemeinsame Masseneinrichtung (66) erstreckt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei parallelen Röhren (62, 72) und die genannten
ersten und zweiten Masseneinrichtungen (50, 66)
so gestaltet und in der Größe gemessen sind, daß sie
eine symmetrische Einheit in Bezug auf Masse und Abmessung
bilden.
25. Verfahren zum Bestimmen der Dampfqualität eines
strömenden zweiphasigen Naßdampfes, gekennzeichnet durch
folgende Schritte:
Durchleiten des Naßdampfes durch eine Kammer;
Versetzen der Kammer in Schwingungen;
Messen der Resonanzfrequenz der Kammer mit dem darin enthaltenen Naßdampf und Bestimmen der Massendichte des Naßdampfes als Funktion der Resonanzfrequenz der schwingenden Kammer;
Messen der Naßdampftemperatur in der Kammer und Bestimmen der Dampfdichte als Funktion der Temperatur, und Bestimmen der Dampfqualität als ein Verhältnis der Dampfdichte zur Massendichte des Naßdampfes.
Durchleiten des Naßdampfes durch eine Kammer;
Versetzen der Kammer in Schwingungen;
Messen der Resonanzfrequenz der Kammer mit dem darin enthaltenen Naßdampf und Bestimmen der Massendichte des Naßdampfes als Funktion der Resonanzfrequenz der schwingenden Kammer;
Messen der Naßdampftemperatur in der Kammer und Bestimmen der Dampfdichte als Funktion der Temperatur, und Bestimmen der Dampfqualität als ein Verhältnis der Dampfdichte zur Massendichte des Naßdampfes.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer durch Erregen eines Elektromagneten, der
der Kammer benachbart angeordnet ist, mit einem
Schwingstrom in Schwingung versetzt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Kammer durch Erzeugen eines Breitbandgeräusches
in der Nähe der Kammer zum Schwingen
anregt.
28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer durch Anschlagen der Kammer mit einem Gegenstand
zum Schwingen angeregt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromagnet mit einem Band von Frequenzen erregt
wird, das innerhalb seiner Grenzen die Resonanzfrequenz
der Kammer enthält.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß das Frequenzband der Erregerschwingungen eine untere
Frequenzgrenze hat, die durch die Resonanzfrequenz der
Kammer im evakuierten Zustand derselben bestimmt ist,
und eine obere Frequenzgrenze hat, die durch die Resonanzfrequenz
der mit Wasser völlig gefüllen Kammer bestimmt
ist.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß das Frequenzband der Erregerschwingungen auf ein
schmaleres Band um die jeweiliges Resonanzfrequenz der
vom Naßdampf durchströmten Kammer eingeengt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenzbandgrenzen in Schritten nach oben und
unten entsprechend Änderungen in der Resonanzfrequenz
der von Naßdampf durchströmten Kammer verschoben werden,
um die Resonanzfrequenz in der Mitte des Bandes zu halten.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,
daß das Frequenzband der Erregerschwingungen auf die unteren
und oberen Grenzfrequenzen ausgedehnt wird, wenn
sich die Resonanzfrequenz der Kammer aus dem schmal gemachten
Band bewegt.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungsfrequenz über das Frequenzband mit
einer Geschwindigkeit von viermal pro Sekunde (mit einer
Frequenz von 4 Hz) gewobbelt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromagnet mit der Resonanzfrequenz der vom
Naßdampf durchströmten Kammer erregt wird.
36. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß der Naßdampf durch eine Kammer geleitet wird, die
aus zwei benachbarten Röhren besteht, deren jeweilige
Enden jeweils in gemeinsamen, Schwingungsknoten ausbildenden
Massenkörpern verankert sind.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet,
daß die Resonanzfrequenz der Kammer dadurch gemessen
wird, daß eine Dehnungsstreifenwicklung an einer der
Röhren befestigt wird und das Ausgangssignal der Dehnungsmeßstreifenwicklung
einem Computer zugeführt wird,
um die Schwingungscharakteristik der Kammer zu überwachen
und die Resonanzfrequenz zu ermitteln.
38. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß eine repräsentative Probe des in einem Dampfrohr
strömenden Heißdampfes aufgenommen und die Probe durch
die Kammer geleitet wird.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einlaßleitung quer durch den Querschnitt des
Dampfrohres mit eine Vielzahl von Öffnungen darin angeordnet
wird, welche Öffnungen in die Dampfströmung gerichtet
und über den Querschnitt des Dampfrohres verteilt
werden.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet,
daß ein ringförmiger Kragen mit einer geneigten Oberfläche
im Inneren des Rohres unmittelbar stromaufwärts vom
Einlaß angeordnet wird, wobei die geneigte innere Oberfläche
gegen die Mitte des Rohres konvergiert.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Oberfläche des Kragens in Form eines Segments
eines parabolischen Drehkörpers gestaltet wird und
der Kragen in einem solchen Abstand stromaufwärts von
dem Einlaß angeordnet wird, daß der Scheitel der parabolischen
Fortsetzung der Oberfläche des Kragens mit dem
Ort des Einlasses zusammenfällt.
42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dampfrohr unmittelbar stromaufwärts von dem Kragen
auf einen geringeren Durchmesser reduziert wird.
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