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Strömungsprofilmessungen im Hydrodynamischen Prüffeld

10.10.2006

Eine hohe Qualität eines Durchflussprüfstandes bestimmt sich nicht allein durch eine niedrige Messunsicherheit. Vielmehr gehören auch stabile und reproduzierbare Strömungsbedingungen am Einbauort des Prüflings dazu. Mit Hilfe einer speziell für einen solchen Zweck entwickelten LDA-Messeinheit wurden erste Profilmessungen im Hydrodynamischen Prüffeld durchgeführt.

Sowohl bei Prüfung bzw. Kalibrierung wie auch beim späteren Einsatz unterliegen Mengen- und Durchflussmessgeräte teilweise extremen Beeinflussungen durch die am Einbauort existierende Geschwindigkeitsverteilung des zu messenden Flüssigkeitsstroms. Die unterschiedlichen Messgerätebauarten reagieren natürlich auch unterschiedlich auf bestimmte Störungen im Strömungsprofil. Werden Turbinenzähler z.B. unmittelbar nach Rohrkrümmern eingesetzt, können Messfehler von mehreren Prozent auftreten. Nach nur teilweise geschlossenen Absperrarmaturen können die resultierenden Abweichungen bis zu 30% oder 40% betragen. Dies gilt natürlich nicht nur im Falle der Anwendung der Geräte, sondern ebenso für messtechnische Prüfungen, Eichungen und Kalibrierungen auf den Prüfständen.

Der für das Hydrodynamische Prüffeld (HDP) erbrachte Nachweis einer erweiterten Messunsicherheit von 0,02% ermöglicht also noch keine umfassende Aussage über die Qualität der Weitergabe der Einheit.

Gemeinsam mit den Firmen ILA GmbH und OPTOLUTION GmbH wurden zahlreiche Strömungsprofilmessungen an der Einbaustelle der Prüflinge des HDP vorgenommen. Die Bilder 1a und 1b zeigen das radiale Profil der axialen Geschwindigkeit in einer Rohrleitung DN 50 mm bei einem Volumendurchfluss von 54 m³/h. Dargestellt ist jeweils die lokale Fluidgeschwindigkeit v bezogen auf die mittlere Geschwindigkeit vvol durch den Rohrquerschnitt. Zu sehen ist ein nahezu ideales, voll entwickeltes turbulentes Strömungsprofil ohne Deformation, d.h. dass der Prüfling unter diesen Bedingungen ungestört kalibriert oder messtechnisch untersucht werden kann.

Die Untersuchungen werden fortgesetzt, um entsprechende Anforderungen an die Strömungsbedingungen in Prüfständen zu erarbeiten und damit eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Vergleichbarkeit dieser Prüfstände zu schaffen. Die verwendete LDA-Messanordnung, bestehend aus einem variablen Rohrpassstück mit Fenster und dem traversierbaren Laser ist in Bild 2 dargestellt.

Radiales Profil der axialen Geschwindigkeit an der Einbaustelle des Prüflings im Hydrodynamischen Prüffeld (Rohrleitung DN 50 mm, Volumendurchfluss 54 m³/h); x/R, y/R auf den Nennwert des Rohradius normierte Koordinaten; v/v_vol lokale Fluidgeschwindigkeit v bezogen auf die mittlere Geschwindigkeit v_vol durch den Rohrquerschnitt a) dreidimensional, b) radial zur Rohrachse

Bild 1: Radiales Profil der axialen Geschwindigkeit an der Einbaustelle des Prüflings im Hydrodynamischen Prüffeld (Rohrleitung DN 50 mm, Volumendurchfluss 54 m³/h); x/R, y/R auf den Nennwert des Rohradius normierte Koordinaten; v/vvol lokale Fluidgeschwindigkeit v bezogen auf die mittlere Geschwindigkeit vvol durch den Rohrquerschnitt a) dreidimensional, b) radial zur Rohrachse

Verwendete LDA-Messanordnung

Bild 2: Verwendete LDA-Messanordnung

Ansprechpartner:

Gudrun Wendt, FB 1.5, gudrun.wendt@ptb.de