DE590790C

DE590790C - Sharp-edged reservoir rim for measuring flowing amounts of liquid, gas and steam

Info

Publication number: DE590790C
Application number: DEH113747D
Authority: DE
Original assignee: WILL HEINEN DIPL ING
Current assignee: WILL HEINEN DIPL ING
Priority date: 1927-11-04
Filing date: 1927-11-04
Publication date: 1934-01-13

Description

Scharfkantiger Staurand zur Messung strömender Flüssigkeits-, Gas- und Dampfmengen Die quantitative Messung strömender Dämpfe, Gase und Flüssigkeiten in Rohrleitungen mittels Stauränder, Düsen, Venturirohre oder anderer, den. genannten ähnlicher Druckminderungsgeräte beruht bekanntlich auf der Bestimmung der statischen Drücke in zwei beliebigen, zur Achse des Gerätes senkrecht stehenden, vor, in oder hinter diesem liegenden Querschnitten des strömenden Mittels. Aus der Größe des Druckunterschiedes ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit in einem bestimmten m,eßbaren Durchflußquerschnitt des Gerätes und damit die sekundliche bzw. stündliche Durchflußmenge des betreffenden Mediums. Menge und Druckunterschied stehen in einer durch die Gleichung gegebenen, für tropfbare flüssige Körper geltenden. Beziehung. Für Gase und Dämpfe dient als Ansatz der Ausdruck In beiden Gleichungen bedeuten plz und die statischen Drücke in der! Querschnitten I und II (in Richtung des Stromes gesehen), y1 und v1 das spezifische Gewicht bzw. das spezifische Volumen in Querschnitt I, g die Beschleunigung bei der Erdanziehung, F der kleinste Öffnungsquerschnitt des Durchflußgerätes und. G die sekundlich durch dieses strömende Menge. Der -Ausdruck k in der Gleichung b ist der Koeffizient der adiabatischen Expansion. Bei Benutzung vorstehender Gleichungen liegt '(in Stromrichtung gesehen) der mit dem Index i bezeichnete Querschnitt (in beliebiger Entfernung) vor dem kleinsten Öffnungsquerschnitt= F des Durchflußgerätes, der mit der -Bezeichnung -> versehene in oder hinter F. Der Durchflußbeiwert genannte Koeffizient K bzw. K' wird durch den Versuch durch Eichung aus den gegebenen Gleichungen bestimmt. Er berücksichtigt eine Reihe von Erscheinungen bei dem Strömungsvorgang, die physikalisch-methematisch nicht exakt formuliert werden. können, und schließt außerdem alle überhaupt nicht erfaßbaren und unbekannten Einflüsse in sich. Sein Wert schwankt zwischen o,6 und i; er ist in besonderem Maße durch die geometrische Gestalt der senkrecht und parallel zur Strömungsrichtung liegenden Querschnitte des Durchflußger ätes bedingt (Fig. i bis 4). Aber selbst bei geometrisch. ähnlichen Konstruktionen haben auf die Größe des Koeffizienten u. a. Einfluß: die Art und der Zustand des strömenden Mittels, das Verhältnis des engsten Öffnungsquerschnittes F zum Querschnitt der Leitung Fi, die Geschwindigkeit in diesem ,Querschnitt und dessen Größe, die konstruktive Gestaltung der Druckbestimmungsstellen sowie deren Lage und Entfernung vom engsten Öffnungsquerschnitt des Gerätes. Ein den Wert des Durcbflußbeiwertes wesentlich bestimmender Bestandteil ist der Kontrakfionsfaktor, der das Verhältnis des kleinsten Strahlquerschnittes F2 zum engsten bffnungsquerschnitt des Durchflußgerätes ausdrückt (Fig. 5). Kontraktion des strömenden Mittels liegt immer vor bei scharfkantigen und zylindrisch ausgebohrten Staurändern ohne konvergierenden Einlauf und kann bei Venturirohren und Düsen durch zu schroffen Querschnittsübergang und durch eine die Strahlablösung begünstigende Form der Einlaufflächen entstehen. Liegen die Ouerschnitte F und F. in einer Ebene und haben sie die gleiche Größe, so wird bei einem in dieser Ebene gemessenen und dieser zugeordneten Druck p, der Kontraktionsfalitor gleich i, und der Durchflußbeiwert K liegt nahe bei i. Da bei den in der neuzeitlichen Meßtechnik benutzten Venturirohren und Düsen einerseits die zum Erzielen eines wenig veränderlichen und nahe bei i liegenden Kontraktionsbeiwertes gemachten Voraussetzungen annähernd zutreffen, andererseits der durch die oben näher aufgeführten Verhältnisse bedingte Einfluß auf den Faktor K gegenüber dem der Kontraktion zurücktritt, bleibt auch der Durchflußkoeffizient K in weiten Grenzen annähernd konstant.- Die Charakteristik eines der Mengenmessung dienenden Durchflußgerätes ist seine Beiwertkurve, und deren Konstanz ist bestimmend für die Vielseitigkeit und Grenzen seiner Verwendung sowie maßgebend für die Genauigkeit der mit ihm zu erzielenden Messungen.Sharp-edged reservoir edge for measuring flowing liquid, gas and vapor quantities The quantitative measurement of flowing vapors, gases and liquids in pipelines using reservoir edges, nozzles, venturi tubes or other, the. As is known, the above-mentioned similar pressure reducing devices are based on the determination of the static pressures in any two cross-sections of the flowing medium, which are perpendicular to the axis of the device, in front of, in or behind it. The size of the pressure difference results in the flow velocity in a certain m, edible flow cross-section of the device and thus the second or hourly flow rate of the medium in question. The amount and the pressure difference are in one by the equation given, applicable to liquid bodies that can be dripped. Relationship. The expression is used as an approach for gases and vapors In both equations, plz and the static pressures in the! Cross-sections I and II (viewed in the direction of the flow), y1 and v1 the specific weight or the specific volume in cross-section I, g the acceleration due to gravity, F the smallest opening cross-section of the flow device and. G is the quantity flowing through this second. The expression k in equation b is the coefficient of adiabatic expansion. If the above equations are used, the cross-section marked with the index i (at any distance) lies in front of the smallest opening cross-section = F of the flow device (viewed in the direction of flow), the coefficient K given in or behind F. The flow coefficient called the flow coefficient or K 'is determined by the experiment by calibration from the given equations. It takes into account a number of phenomena in the flow process that are not precisely formulated physically and mathematically. can, and also includes all unrecognizable and unknown influences. Its value fluctuates between o, 6 and i; it is particularly due to the geometric shape of the perpendicular and parallel to the flow direction of the cross sections of the flow device (Fig. i to 4). But even with geometrical. Similar constructions have an influence on the size of the coefficient, among other things: the type and condition of the flowing medium, the ratio of the narrowest opening cross-section F to the cross-section of the line Fi, the speed in this, cross-section and its size, the structural design of the pressure determination points and their position and distance from the narrowest opening cross-section of the device. A component which essentially determines the value of the flow coefficient is the contraction factor, which expresses the ratio of the smallest jet cross-section F2 to the narrowest opening cross-section of the flow device (FIG. 5). Contraction of the flowing medium is always present in the case of sharp-edged and cylindrically drilled dam edges without converging inlet and can occur in venturi tubes and nozzles due to a too abrupt cross-sectional transition and a shape of the inlet surfaces that promotes jet detachment. If the cross sections F and F. lie in one plane and they are of the same size, then with a pressure p measured in this plane and assigned to it, the contraction factor is equal to i, and the flow coefficient K is close to i. Since with the venturi tubes and nozzles used in modern measurement technology, on the one hand, the conditions made to achieve a little changeable and close to i contraction coefficient almost apply, and on the other hand, the influence on the factor K caused by the conditions detailed above is less than that of the contraction also the flow coefficient K is approximately constant within wide limits. The characteristic of a flow device used for volume measurement is its coefficient curve, and its constancy is decisive for the versatility and limits of its use as well as decisive for the accuracy of the measurements to be achieved with it.

Durchflußgeräte, die eine Messung des verminderten Drucks in oder in unmittelbarer Nähe des engsten öffnungs- bzw. des kleinsten Strahlquerschnittes ermöglichen, sind bei Venturirohren, deren Abarten, ferner bei Düsen und düsenähnlichen Konstruktionen mit verschieden stark abgerundeten Einlauf-und Auslaufkanten bekannC(Fig. i, z und 3).Flow devices that allow a measurement of the reduced pressure in or in the immediate vicinity of the narrowest opening or the smallest jet cross-section allow, are with Venturi tubes, their variants, furthermore with nozzles and nozzle-like Constructions with differently rounded inlet and outlet edges are known (Fig. i, z and 3).

Bei scharfkantigen Staurändern dagegen ist die Anordnung der Druckbestimmungsstelle auf der Mantelfläche der Durchflußöffnung selbst und im engsten Öffnungsquerschnitt (zur Messung des verminderten Drucks unbekannt. Unter scharfkantigen Staurändern sind solche Einschnürorgane (Durchflußgeräte Fig. 4a und b) zu verstehen, durch die eine Plötzliche Verringerung (unter einem Winkel von go°) des Rohrleitungsquerschnittes F, auf den engsten Durchflußquerschnitt F ohne konvergierenden übergang erfolgt. Das eine Scheibe bildende Durchflaßgerät erweitert sich unmittelbar hinter dein Beginn (in Richtung des Stromes gesehen) der engsten Durchflußöffnung unter einem allseitig zur Achse des Gerätes geneigten Winkel von 45 bis 6o°, derart, daß die durch die konische Ausdrehung gebildete Rotationsfläche mit der Stirnseite des Durchflußorgans eine scharfe Kante bildet, die zur Vermeidung einer Gradbildung leicht gebrochen ist.In the case of sharp-edged jam edges, on the other hand, the arrangement of the pressure determination point is on the outer surface of the flow opening itself and in the narrowest opening cross-section (unknown for the measurement of the reduced pressure are such constricting organs (flow devices Fig. 4a and b) to be understood by a sudden decrease (at an angle of go °) of the pipe cross-section F, takes place on the narrowest flow area F without a converging transition. The flow device forming a disk expands immediately behind your Beginning (seen in the direction of the flow) of the narrowest flow opening under one on all sides to the axis of the device inclined angle of 45 to 60 °, such that the The surface of revolution formed by the conical recess with the end face of the flow organ forms a sharp edge, which is easily broken to avoid a ridge formation is.

Bei den bis heute verwendeten scharfkantigen Staurändern liegen die zur Bestimmung der Drücke p1 und p2 erforderlichen Anbohrungen entweder in den Winkeln zwischen Leitung und Staurand (Fig.4a) oder auf den Stauflächen, die dein Strom zu- oder diesem abgekehrt sind (Fig. 4b). Fig. 5 zeigt den Verlauf der Strömung in einem scharfkantigen Staurand. Engster Drosselquerschnitt F, kleinster Strömungsdurchschnitt F2 und die Ebene der Druckbestimmungsstelle II liegen nicht zusammen und verändern ihren Abstand unter anderem z. B. mit der Menge des durch das Gerät strömenden Mittels. Die an der Stelle II gemessenen Drücke sind durch Wirbel und andere unkontrollierbare Erscheinungen beeinflußt und geben nicht den Druck p2, der im engsten Stromquerschnitt F2 herrscht und der für die M:engenbereclmung nach Gleichung a oder b maßgebend ist. Der Kontraktionsfäktor ist bei dieser Art von Druckmessung ein stark veränderlicher, dabei nicht berechenbarer Bestandteil des Koeffizienten K, dessen eindeutige Bestimmung ohnehin schwieriger ist als die des Koeffizienten von Venturirohren und Düsen.The sharp-edged storage edges that have been used to this day are the To determine the pressures p1 and p2, the required drilling is either in the angles between the line and the storage edge (Fig. 4a) or on the storage areas that your electricity towards or away from this (Fig. 4b). Fig. 5 shows the course of the flow in a sharp-edged storage edge. Narrowest throttle cross-section F, smallest flow average F2 and the level of the pressure determination point II do not lie together and change their distance among other things z. B. with the amount of medium flowing through the device. The pressures measured at point II are uncontrollable due to eddies and others Phenomena influences and do not give the pressure p2, which is in the narrowest flow cross-section F2 prevails and that for the M: restriction calculation according to equation a or b is decisive is. In this type of pressure measurement, the contraction factor is a highly variable, not calculable part of the coefficient K, its unambiguous determination is more difficult than that of the coefficient of venturis and nozzles anyway.

Es ist ferner eine Kombination eines Pitotrohres mit einem scharfkantigen Staurand bekannt, bei dem die Schlitze des Saugrohres 6 in der Ebene des kleinsten Durchflußquerschnittes, und zwar nahezu in der Mitte des freien Durchfiußquersehnittes liegen. Es ist auch schon angegeben, daß man den Saugdruck auf der Stauscheibe selbst in der Nähe des inneren Randes der Durchflußöffnung abnehmen könnte, wobei jedoch an die Austrittsseite der Durebflußöffnung gedacht ist, die bei einem scharfkantigen Staurand nicht mehr in die Ebene des kleinsten Durchflußquerschnittes fällt.It is also a combination of a pitot tube with a sharp-edged one Storage edge known, in which the slots of the suction tube 6 in the plane of the smallest Flow cross section, almost in the middle of the free flow cross section lie. It has also already been stated that the suction pressure is applied to the baffle itself could decrease in the vicinity of the inner edge of the flow opening, however is thought of the exit side of the flow opening, which is the case with a sharp-edged Reservoir edge no longer falls into the plane of the smallest flow cross-section.

Die Nachteile bezüglich der Druckmessung bei den vorstehend beschriebenen scharfkantigen Staurändern fallen bei der Konstruktion, die die Erfindung darstellt, weg.The disadvantages related to pressure measurement in those described above sharp-edged storage edges fall in the construction that represents the invention, path.

Nach der Erfindung (Fig. 6) ist die Bestimmungsstelle für den verminderten Druck p. auf der die Durchflußöffnung des Staurandes bildenden Mantelfläche in bzw. in die unmittelbare Nähe des engsten, scharfkantigen Staurandquerschnittes verlegt. Die Abnahmestelle für den Druck ist in bekannter Weise als kreisförmiger Spalt ausgebildet, der sich im Innern der Drosselscheibe zu einer ringförmigen Druckkammer D erweitert. Durch eine oder mehrere Anbohrungen a wird die Druckkammer D mit dem Druckanzeigegerät verbunden. Das die Druckkammer und den Spalt bildende Ringblech b wird gegen den Flansch A abgedichtet und auf diesen aufgeschraubt.According to the invention (Fig. 6) the determination point for the reduced pressure is p. laid on the lateral surface forming the throughflow opening of the reservoir edge in or in the immediate vicinity of the narrowest, sharp-edged reservoir edge cross-section. The take-off point for the pressure is designed in a known manner as a circular gap which widens into an annular pressure chamber D inside the throttle plate. The pressure chamber D is connected to the pressure display device through one or more drill holes a. The annular plate b forming the pressure chamber and the gap is sealed against the flange A and screwed onto it.

Die Vorteile der beschriebenen Anordnung der Bestimmungsstelle für den Druck p2 sind nach vorstehend gemachten Ausführungen offensichtlich. Sie sollen nachfolgend noch einmal kurz zusammengefaßt werden: Durch Messung des Druckes in einer dem kleinsten Durchflußquerschnitt des scharfkantigen Staurandes unmittelbar benachbarten Ebene, und zwar aüfäder die Durchflußöffnung des Staurandes bildenden Mantelfläche, wird der dem Strahlquerschnitt dieser Ebene zugeordnete Druck p2 exakter bestimmt als bei den Messungen, die mit Hilfe der bisher bekannten Anordnungen der Druckbestimmungsstelle vorgenommen werden; denn der Meßquerschnitt wird vom Strahl fast vollkommen ausgefüllt, und der Einfluß von Wirbeln und anderen unkontrollierbaren Erscheinungen ist gering. Außerdem haben der Strahlquerschnitt in der Meßebene und engster Durchflußquerschnitt des Staurandes selbst bei ungünstigsten Strömungsverhältnissen fast gleiche Größe. Der Kontraktionskoeffizient hat also stets einen von i wenig abweichenden Wert, so daß der Durchflußkoeffizient K in weiten Grenzen relativ konstant bleibt. Die Konstanz des Beiwertes K eines scharfkantigen Staurandes ist aber ein Maß für die Genauigkeit der mit diesem Gerät zu erzielenden Angaben. .The advantages of the described arrangement of the destination for the pressure p2 are evident from the statements made above. You should briefly summarized below: By measuring the pressure in one of the smallest flow cross-section of the sharp-edged reservoir edge directly adjacent level, namely aüfäder forming the flow opening of the reservoir edge Lateral surface, the pressure p2 assigned to the jet cross-section of this plane becomes more exact determined than with the measurements made with the help of the previously known arrangements of the Pressure determination point are made; because the measuring cross-section is from the beam almost completely filled, and the influence of vertebrae and other uncontrollable Appearances is minor. In addition, the beam cross-section in the measuring plane and Narrowest flow cross-section of the reservoir edge even with the most unfavorable flow conditions almost the same size. The contraction coefficient always has one of i little different value, so that the flow coefficient K is relatively constant within wide limits remain. However, the constancy of the coefficient K of a sharp-edged storage edge is a Measure of the accuracy of the information to be achieved with this device. .

Auf Grund von etwa 2000 Versuchen konnten die hinsichtlich der Konstanz des Durchflußbeiwertes K' gestellten Erwartungen bestätigt und die Eignung der aus theoretischen Erwägungen abgeleiteten Staurandkonstruktion gemäß der Erfindung nachgewiesen werden.On the basis of around 2000 attempts, they were able to determine the constancy of the flow coefficient K 'confirmed expectations and the suitability of the theoretical considerations derived storage edge construction according to the invention demonstrated will.

Claims

PATENT ANSPRIUCII Storage edge with the narrowest passage cross-section forming sharp-edged inlet opening and one widening towards the downstream side Outlet opening for measuring flowing gas, liquid and steam quantities which is the take-off point for the reduced pressure in or in the immediate vicinity of the the throughflow opening of the circumferential surface forming the reservoir edge lies, characterized in that that the point for determining the reduced pressure in or in the immediate Is close to the smallest flow cross-section of the reservoir edge.