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Temperaturmeßeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Steigerung der Temperaturmeßgenauigkeit eines durch eine Hauptrohrleitung fließenden
Arbeitsmittels, wobei an diese Hauptrohrleitung eine Teilstrom-Abzweigung für das
Arbeitsmittel in Form einer besonderen, zur - Temperaturmessung dienenden Meßrohrleitung
gelegt ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zu Anfang und zu Ende
eines Abschnittes der verhältnismäßig dickwandigen Hauptrohrleitung die Enden eines
vorzugsweise gleich langen, mit einem Thermostaben versehenen sowie erforderlichenfalls
eine Einrichtung zum Ausgleich von Wärmedehnungen besitzenden Meßrohres angeschlossen
sind, das zum Zwecke eines besseren Wärmeüberganges eine verhältnismäßig geringere
Wandstärke als die Hauptrohrleitung hat und dessen Wandtemperatur die Meßgröße für
die Temperatur des Arbeitsmittels darstellt.
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Es ist üblich, zur Regelung z. B. der fterhitzungstemperatur an einem
Dampfkessel die Dampftemperatur jeweils im Sammelrohr zum oder vom tberhitzer zu
messen. Diese Messung wird oft in der Weise ausgeführt daß nicht die Dampf-
temperatur
direkt, sondern die Rohrwandtemperatur gemessen und für die Regelung als Impulsgröße
verwendet wird. Nun zeigen aber Theorie und Praxis übereinstimmend, daß bei Schwankungen
der Dampftemperatur die Temperatur der Rohrwandung diesen Schwankungen nur mit einer
gewissen zeitlichen Verzögerung folgt. Es läßt sich zeigen, daß diese Verzögerung
unter sonst gleichen Verhältnissen, z. B. insbesondere bei gleichem Druck und gleicher
Dampfgeschwindigkeit, im wesentlichen von der Rohrwanddicke abhängt. Die Größe der
durch die Wärmekapazität der Rohrwand verursachten Verzögerung kann nun z. B. bei
dickwandigen Rohrleitungen, wie sie bei den Sammelrohren von großen Kesseleinheiten
vorhanden sind, erhebliche Werte annehmen. Es ist einleuchtend, daß derartige Verzögerungen
sich bereits deutlich nachteilig auf die Güte des Regelvorganges auswirken können.
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Es ist auch bereits bekannt, ein engeres Meßrohr vor der weiteren
Speiseleitung eines Dampferzeugers abzuzweigen und diesem Meßrohr Regelimpulse zu
entnehmen. Da bei dieser bekannten Anordnung das Meßrohr in dem Feuerraum des Dampferzeugers
neben den die eigentlichen Heizflächen bildenden Rohren untergebracht ist, muß das
Meßrohr eine ausreichende und beträchtliche Wandstärke besitzen, um den im Feuerraum
herrschenden Temperaturen widerstehen zu können.
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Abgesehen davon, daß mit dieser bekannten Anordnung die Lösung einer
anderen Aufgabe, als sie der Erfindung zugrunde liegt, angestrebt wird, macht schon
allein die Dickwandigkeit dieses bekannten Meßrohres seine Anwendung für eine Vorrichtung
hinfällig, bei der es darauf ankommt, jede Verzögerung der Temperaturanzeige zwecks
Steigerung der Temperaturmeßgenauigkeit zu vermeiden.
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Die Erfindung weist einen Weg, um bei Rohrleitungen auch mit großer
Wanddicke von den Vorteilen, die im übrigen mit der Benutzung der Rohrwandtemperatur
als Meßgröße für die Temperaturregelung verbunden sind, Gebrauch machen zu können,
ohne dabei die vorstehend geschilderten unerwünschten Verzögerungen in Kauf nehmen
zu müssen. Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß zu Anfang und zu
Ende eines Abschnittes der verhältnismäßig dickwandigen Hauptrohrleitung die Enden
eines vorzugsweise gleich langen, mit einem Thermostaten versehenen sowie erforderlichenfalls
eine Einrichtung zum Ausgleich von Wärmedehnungen besitzenden Meßrohres angeschlossen
sind, das zum Zwecke eines besseren Wärmeüberganges eine verhältnismäßig geringere
Wandstärke als die Hauptrohrleitung hat und dessen Wandtemperatur die Meßgröße für
die Temperatur des Arbeitsmittels darstellt.
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Weitere Einzelheiten sind auch aus der nachstehenden Beschreibung
sowie aus der Zeichnung ersichtlich, in der die Wirkung einer Temperaturerhöhung
auf eine Rohrwand sowie drei Beispiele der erfindungsgemäß ausgebildeten Temperaturmeßeinrichtung
schematisch wiedergegeben sind.
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Fig. I zEt einen Längsschnitt durch einen Teil einer Rohrwand, während
in den Diagrammen I und 2 die Wirkung einer Temperaturänderung auf Dampf und Rohrwand
wiedergegeben ist. In den Fig. 2 bis 4 sind Temperaturmeßeinrichtungen dargestellt,
die ein zur Hauptrohrleitung vorwiegend parallel verlaufendes und mit einem Thermostaten
ausgerüstetes Meßrohr von wesentlich kleineren Abmessungen als das Hauptrohr aufweisen.
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In Fig. I ist ein Schnitt durch die Wand einer Rohrleitung von der
Dicke s dargestellt. Der in der Rohrleitung befindliche und mit Pfeilen angedeutete
Dampf soll die Temperatur Td und die Rohrwand die Temperatur Tr besitzen. Unter
der Voraussetzung, daß sich die Dampftemperatur sprunghaft ändert, wie es in dem
Diagramm I an gedeutet ist, ergibt sich angenähert ein Verlauf der mittleren Rohrwandtemperatur,
wie er in dem Diagramm 2 gezeigt ist. Man erkennt aus diesem Diagramm, daß die Rohrwandtemperatur
sich der Dampftemperatur nur allmählich angleicht. Die Zeit, die für diese Angleichung
benötigt wird, kann durch die sogenannte ZeitkonstanteZr charakterisiert werden.
Diese Zeitkonstante ist unter sonst vergleichbaren Bedingungen in erster Annäherung
der Rohrwandstärke proportional. So beträgt die ZeitkonstanteZr etwa g Sekunden
im Falle eines vom Hochdruckdampf durchströmten Rohres mit den Abmessungen 76 X
6 mm und bereits etwa 27 Sekunden bei einem Rohr mit den Abmessungen 2I6 X I8 mm.
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In den Fig. 2 bis 4 ist ein Teil einer Rohrleitung I dargestellt,
die von einem z. B. flüssigen oder gasförmigen Arbeitsmittel in Pfeilrichtung durchströmt
ist. An das Rohrstück sind die beiden Enden eines parallel angeordneten Meßrohres
2 von wesentlich kleineren Abmessungen angeschlossen. Das Meßrohr ist mit einem
Thermostaten 3 ausgerüstet, der die Wandtemperatur des Meßrohres überwacht.
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Wesentlich für genaue Meßergebnisse ist nun, daß für eine ausreichende
und kräftige Durchströmung des Meßrohres mit dem Arbeitsmittel gesorgt wird.
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Dies kann nach Fig. 2 dadurch erreicht werden, daß das Meßrohr vor
einer Querschnittsverengung, die z.B. aus dem Drosselorgan 4 bestehen kann, von
der Rohrleitung I abgezweigt und nach der Querschnittsverengung wieder in die Rohrleitung
I eingeführt wird. Eine andere Lösung ist in Fig. 3 gezeigt, in welcher der Austritt
des Arbeitsmittels aus dem Meßrohr in die Stelle des engsten Querschnitts einer
den Strömungsquerschnitt der Rohrleitung I einschufirenden Venturidüse 5 einmündet.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung wird das Arbeitsmittel unter
der Wirkung des Staudruckes durch das Meßrohr getrieben. Zu diesem Zweck ist hier
das für den Eintritt des zu messenden Arbeitsmittels bestimmte Ende des Meßrohres
in die vom Arbeitsmittel durchströmte Rohrleitung 1 in das Innere dieser Rohrleitung
hineinverlegt, wobei die Eintrittsöffnung des Meßrohres der Strömungsrichtung des
Arbeitsmittels in der Rohrleitung entgegengerichtet ist.
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Die kleine Wandstärke des Meßrohres ermöglicht es, ohne wesentliche
Verzögerung schnell und einwandfrei Temperaturschwankungen des Arbeitsmittels, auch
wenn es dickwandige Rohre durchströmt, mittels des Thermostaten anzuzeigen. Zur
Sicherstellung eines ausreichenden Durchströmens des Arbeitsmittels durch das Meßrohr
empfiehlt es sich, das Meßrohr vor einer Querschnittsverengung der Rohrleitung abzuzweigen
und an der Querschnittsverengung oder hinter dieser wieder in die Rohrleitung einzuführen.
Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn das für den Eintritt des zu messenden
Arbeitsmittels bestimmte Ende des Meßrohres in die vom Arbeitsmittel durchströmte
Rohrleitung hineinragt und seine Öffnung der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels
in dieser Rohrleitung entgegengerichtet ist. Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen
Temperaturmeßeinrichtungen ist natürlich darauf zu achten, daß infolge der kleinen
Wandstärke des Meßrohres Temperaturunterschiede zwischen Hauptrohrlei tung und Meßrohr
auftreten und daher ein Ausgleich der etwa entstebenden Wärmedehnungen möglich sein
muß. Wo eine Ausführung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, nicht genügt, kann die Wärmedehnung
z. B. durch einen in Fig. 3 dargestellten Ausgleichsbogen 6 oder durch den in Fig.
4 gezeigten Metallbalg-Dehnungsausgleicher 7 aufgenommen werden. Die erfindungsgemäßen
Temperaturmeßeinrichtungen lassen sich bei zweckentsprechender Ausführung vorteilhaft
nicht nur für die lediglich als Beispiel erwähnte Überhitzerregelung in Dampferzeugungsanlagen,
sondern auch für alle anderen Aufgaben der Temperaturüberwachung von gasförmigen
oder flüssigen Medien verwenden, die Rohrleitungen oder Behälter durchströmen.