VDI VDE 2640 Blatt 2-1981 Measurement of water flow in closed conduits velocity-area method.pdf

1、DK 621 .643.2 : 532.542 : 532.57.082.25532.575.56 : 681 .1 21 .843 (083.132) VDI/VDE-RICHTLINIEN November 1981VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DEUTSCHERELEKTROTECHNIKERNetzmessungen in StrmungsquerschnittenBestimmung des Wasserstromesin geschlossenen, ganz gefllten Leitungen mitKreis- oder Rechteck

2、querschnittVDI/VDE 2640Blatt 2Measurement of water flow in closed conduitsVelocity-area nnethodInhalt SeiteVorbemerkung 21 Allgemeines 21.1 Definition 21.2 Begriffe, Zeichen, Einheiten . 21.3 Meprinzip 21.4 Geltungsbereich 22 Mequerschnitt 32.1 Allgemeine Anforderungen 32.2 Querschnittsgre 43 Memeth

3、oden 43.1 Allgemeines 43.2 Allgemeine Richtlinien fr die Mepunktanordnung 43 .3 Allgemeine Richtlinien fr die Auswertung . . 63.4 Geschwindigkeitsverlauf in der Randzone. . . 73.5 Memethode mit graphischer Auswertung . . 73.6 Memethoden mit arithmetischer Auswertung 93.7 Einpunktmethode 12Inhaltlich

4、 berprft und unverndertweiterhin gltig: Februar 1999Seite4 Megerte und Zubehr 134.1 Allgemeines 134.2 Meflgel-Meeinrichtung 134.3 Staurohr-Meeinrichtung 145 Halterungen 155.1 Allgemeines 155.2 Meflgelhalterungen fr Kreisquerschnitte . 175 .3 Meflgelhalterungen fr Rechteckquerschnitte 195.4 Staurohrh

5、alterungen 216 Durchfhren der Messung 216.1 Vorgehen vor der Messung 216.2 Vorgehen whrend der Messung 216.3 Vorgehen nach der Messung 227 Streinflsse 227.1 Verdrngungseffekt 227.2 Turbulenz und Vibration 228 Meunsicherheit 228.1 Allgemeines 228.2 Richtwerte 23Schrifttum 23VDI/VDE-Gesellschaft Me- u

6、nd RegelungstechnikAusschu Netzmessungen in StrmungsquerschnittenVDI/VDE-Handbuch Metechnik IVDI-Handbuch EnergietechnikRegister-Nr. 3Register-Nr. 1Preisgr. 12B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 2

7、- VDI/VDE 2640 Blatt 2VorbemerkungDie Richtlinie VDI/VDE 2640 soll eine umfassende Darstellung der Messung verschiedener physikalischer Gren in ausgewhlten Punkten von durchstrmten Querschnitten geschlossener, ganz gefllter Leitungen und derAuswertung der dabei ermittelten Mewerte geben (Netzmessung

8、). Die Grundlagen dafr sind im Blatt 1 zusammengestellt. Darauf aufbauend werden in den nachfolgenden Blttern die Netzmessungen zum Bestimmen desVolumenstromes von Wasser und von Gasen sowie desMittelwertes der Temperatur usw. erlutert. Vorgesehensind zunchst:VDI/VDE 2640 Blatt 1 Netzmessungen in St

9、rmungsquerschnitten; AllgemeineRichtlinien und mathematischeMethoden (i. Vorb.)VDI/VDE 2640 Blatt 2 Bestimmung des Wasserstromes in geschlossenen, ganzgefllten Leitungen mit Kreisoder RechteckquerschnittVDI/VDE 2640 Blatt 3 Bestimmung des Gasstromes in Leitungen mit Kreis-,Kreisring- oder Rechteckqu

10、erschnittVDI/VDE 2640 Blatt 4 ; Bestimmung der mittlerenTemperatur in strmendenFlssigkeitenDas vorliegende Blatt 2 behandelt die Bestimmung desWasserstromes in Leitungen mit Kreis- oder Rechteckquerschnitt aus den an ausgewhlten Punkten eines Querschnittes mit Meflgeln oder Staurohren gemessenenGesc

11、hwindigkeiten. Von den dafr entwickelten Methodenwerden die z.Z. gebruchlichsten erlutert. Auf ihre allgemeinen Grundlagen wird im Hinblick auf Blatt 1 nursoweit eingegangen, wie dies fr das Verstndnis des dargestellten Stoffes erforderlich ist. Ausfhrlich wird dieMessung mit Meflgeln behandelt, die

12、 bei Netzmessungenin Leitungen mit groer lichter Weite wie sie beispielsweise in Wasserkraftanlagen und Khlwassersystementhermischer Kraftwerke in der Regel vorliegen heuteausschlielich angewendet wird. Besonderer Wert wirddabei auf Hinweise fr die praktische Durchfhrung solcherMessungen gelegt, da

13、hierzu in der entsprechenden internationalen Richtlinie 2 nur wenige Aussagen enthaltensind.An der Ausarbeitung des Blattes 2 haben mitgewirkt:Dr. rer. nat./?. Clauen, KemptenDipl.-Ing. G. Fischer, HeidenheimIng. gidA. R.Heil, MnchenDipl.-Ing. H. Lottermosery BremenDr.-Ing. H.P. Mller, HeidenheimDr.

14、-Ing. H. Roth, StuttgartAn der berarbeitung des Grndruckes zur Vorbereitungdes Weidruckes waren ferner beteiligt:Dr. rer. nat. B. Lammers, NordenhamDr.-Ing. G. Mollenkopf, Frankenthal.1 Allgemeines1.1 DefinitionIm vorliegenden Blatt wird die Bestimmung des Volumenstromes von Wasser behandelt, das in

15、 geschlossenen, ganzgefllten Leitungen mit gleichbleibendem Strmungszu-stand ) fliet. Die Leitungen knnen einen runden odereinen rechteckigen Querschnitt haben.Das Wasser soll ohne Schwebstoffbeimischungen und Luftoder Gaseinschlsse sein. Die Wassertemperatur mu innerhalb der fr die verwendeten Mege

16、rte zulssigen Grenzen liegen.1.2 Begriffe, Zeichen, EinheitenDie verwendeten Begriffe, Zeichen und Einheiten sind inder Tafel 1 zusammengestellt. Sie stimmen im wesentlichen mit den fr Netzmessungen mit Meflgeln inWasserstrmungen geltenden Empfehlungen der ISO,der lEC und den einschlgigen DIN-Normen

17、 berein2 bis 8.1.3 MeprinzipIn einem Strmungsquerschnitt (Mequerschnitt) mitbekannten Abmessungen werden in bestimmten Punktenmit Hilfe von Meflgeln oder Staurohren die Strmungsgeschwindigkeiten senkrecht zum Mequerschnitt gemessen (Netzmessung). Aus diesen Geschwindigkeiten wirdmittels geeigneter A

18、uswerteverfahren die mittlere Geschwindigkeit im Mequerschnitt bestimmt und durch Multiplikation mit der Querschnittsflche der Volumenstrom berechnet.Die Messung der Geschwindigkeiten soll vorzugweise inallen Punkten des Mequerschnittes gleichzeitig erfolgen.Sie kann auch nacheinander vorgenommen we

19、rden, wennwhrend des gesamten Mevorganges ein Strmungszustand gem Abschn. 1 .1 vorliegt oder bei grerenSchwankungen die gemessenen Geschwindigkeiten entsprechend dem zeitlichen Verlauf des Durchflusses mitausreichender Genauigkeit korrigiert werden (s. Abschn.3.1). In jedem Fall ist eine berprfung d

20、er Durchflukonstanz erforderlich (s. Abschn. 6.2).1.4 GeltungsbereichDas Blatt 2 dieser Richtlinie ist im wesentlichen auf dasFlgelmeverfahren abgestellt. Die Messung mit Staurohren wird mit Einschrnkung behandelt, da sie beiWasserstrmungen nur selten angewandt wird. Nichteingegangen wird auf den Ei

21、nsatz solcher Megerte, dievorzugsweise fr die Messung in kleinen Leitungsquerschnitten vorgesehen sind (z.B. fr Labormessungen) oderbei denen noch keine ausreichende Erfahrung fr Netzmessungen im Sinne dieser Richtlinie vorliegen (z.B.magnetisch-induktive Strmungssonden 39; 40).1) Ein gleichbleibend

22、er Strmungszustand im Sinne dieser Richtlinie liegt vor, wenn whrend des Mevorganges auftretende zeitliche Schwankungen der Geschwindigkeiten im Mequerschnitteine Verminderung der angestrebten Megenauigkeit nicht erwarten lassen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0

23、686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI/VDE 2640 Blatt 2 - 3 -Tafel 1. Begriffe, Zeichen, EinheitenBegriff Zeichen EinheitFlche des Mequerschnitts A m2Breite des Rechteckquerschnitts B mFlchenmastab bei der graphischen Auswertung mmDurchmesser des Meflgels mmDurchmesser

24、 des Staurohres mmDurchmesser des Kreisquerschnitts D mMeunsicherheit %Flchengewicht bei der Schwer-linienmethode und bei der Log-Linear-Methodebeim Rechteckquerschnitt 9Hhe des Rechteckquerschnitts H mGeschwindigkeitsprofilflche beider graphischen Auswertung v mmVerdrngu ngsf a ktor kv -Korrekturfa

25、ktor fr die Randzone kyvAnzahl der flchengleichen Teilflchen bei der Schwerlinien-anordnung der Mepunkte nDrehzahl des Meflgels s-lstatischer Druck st barGesamtdruck Px barVolumenstrom m3s-lMittelpunktabstand beimKreisquerschnitt r mRadius des Kreisquerschnitts R mWassergesch wi nd ig keit V msarith

26、metischer Mittelwert mehrerer Geschwindigkeiten V ms“mittlere Wassergeschwindigkeitim Mequerschnitt msBezugsgeschwindigkeit 0 msWandabstand y mAnzahl der Mepunkte imMequerschnitt z Anzahl der Mepunkte jeMegerade (ohne Mepunkt imQuerschnittsmittelpunkt) -relative (dimensionslose) Gren sind mit * geke

27、nnzeichnet.Eine Netzmessung mit Meflgeln kann in einem rechteckigen Mequerschnitt mit Seitenlngen von mindestens 0,8 m und in einem runden Mequerschnitt miteiner lichten Weite von mindestens 0,8 m durchgefhrtwerden. Bei kleineren Abmessungen kann das Meergebnis durch die von den Meflgeln nicht richt

28、ig erfateRandzone des Mequerschnittes unzulssig beeinflutwerden. Die zu messenden Strmungsgeschwindigkeitensollen im Kalibrierbereich der verwendeten Meflgelliegen, dessen obere Grenze in der Regel 8 ms betrgt.Bei Geschwindigkeiten unter 0,4 ms mu im allgemeinen mit einer erhhten Meunsicherheit gere

29、chnetwerden. Der Druck im Mequerschnitt mu so hoch sem,da an den Meflgeln keine Kavitation auftritt.Bei Netzmessungen mit Staurohren werden die zulssigenAbmessungen des Mequerschnittes nur durch die konstruktive Ausbildung der Meeinrichtung bestimmt. Beigrerer Eintauchtiefe neigen Staurohre zu Vibra

30、tion; insolchen Fllen ist deshalb eine besondere Tragkonstruktion (z.B. ein Megitter) vorzusehen. Wegen des quadratischen Zusammenhanges zwischen Staudruck und Strmungsgeschwindigkeit mu bei Geschwindigkeiten unter0,5 ms im allgemeinen mit einer erhhten Meunsicherheit gerechnet werden. Bei Flgelmess

31、ungen knnenStaurohre zum Messen der Geschwindigkeitsverteilung inder durch Flgelmessung nicht erfabaren Randzone eingesetzt werden.Bei Vorliegen gnstiger Mebedingungen und sorgfltigerDurchfhrung der Messungen unter Anwendung der mdieser Richtlinie behandelten Memethoden und Meeinrichtungen kann davo

32、n ausgegangen werden, da diezu erwartende Meunsicherheit die in Abschn.8.2 angegebenen Richtwerte nicht berschreitet.2 Mequerschnitt2.1 Allgemeine AnforderungenDer Mequerschnitt mu in einem geraden Abschnitt derLeitung liegen und senkrecht zur Leitungsachse bzw. zurHauptstrmungsrichtung angeordnet s

33、em. Seine Abmessungen mssen sich genau bestimmen lassen. Die Innenflche der Leitung soll n Bereich des Mequerschnittesmglichst glatt und gleichfrmig sein und darf keine Voroder Rcksprnge aufweisen. Bei RechteckquerschnittensoU die Hhe von Abschrgungen in.den Ecken 5 % derkleinen Seitenlnge des Quers

34、chnittes nicht berschreiten.Im ganzen Querschnitt soll eine gleichfrmige, mglichstachsparallele Strmung herrschen. RckStrmungen drfen nicht auftreten. Mglichst lange, strungsfreie, geradeEin- und Auslaufstrecken sind deshalb erwnscht. BeiRohrleitungen haben sich Emiaufstrecken vom 20fachenund Auslau

35、fstrecken vom Sfachen Wert des Rohrdurchmessers bei den blichen Streinflssen, wie z.B. hinterKrmmern, als ausreichend erwiesen. Steht eine gengendlange, gerade Leitungsstrecke nicht zur Verfgung, so istder Mequerschnitt so anzuordnen, da 2/3 der geradenStrecke vor und 1/3 hinter dem Mequerschnitt li

36、egt.Auch in sehr kurzen Leitungen knnen Netzmessungendurchgefhrt werden, wenn sichergestellt ist, da dieGeschwindigkeitsverteilung im Mequerschnitt ausreichend gleichfrmig ist.Bei Zweifel an der Brauchbarkeit des Mequerschnittessind Vorversuche durchzufhren, bei aufwendigen Meeinrichtungen knnen auc

37、h Modellversuche vorgenommen werden. An Hand der Ergebnisse dieser Versucheist zu entscheiden, ob die Messungen in der vorgesehenenWeise durchgefhrt werden knnen, ob nderungen vor-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollectio

38、n - Stand 2016-11- 4 - VDI/VDE 2640 Blatt 2genommen werden mssen, vor allem ob zustzlicheMepunkte im Querschnitt vorzusehen sind oder durchEinbauten die Strmungsverhltnisse verbessert werdenknnen oder ob der Mequerschnitt zu verwerfen ist.Um sicherzustellen, da die Leitung im Bereich des Mequerschni

39、ttes den gestellten Anforderungen entsprechendausgefhrt wird, ist seine Lage schon bei der Projektierung der Leitung festzulegen.2.2 QuerschnittsgreDie Gre des Mequerschnittes mu mglichst genaubekannt sein. Seine Abmessungen sind durch Messung zubestimmen; Mae aus Konstruktionszeichnungen drfennicht

40、 verwendet werden.Bei einem Kreisquerschnitt ist die Querschnittsgre mitdem arithmetischen Mittelwert voA mindestens sechsunter gleichen Winkeln zueinander angeordneten Durchmessern zu berechnen, wobei die Durchmesser, die denMegeraden nach Abschn. 3.2.1 entsprechen, darin enthalten sein mssen. Unte

41、rscheidet sich einer der gemessenen Durchmesser vom arithmetischen Mittelwert ummehr als 0,5 %, so ist die Anzahl der zu messenden Durchmesser mindestens zu verdoppeln. Bei einem stark unrunden oder verformten Querschnitt wird empfohlen, eineVielzahl von Rohrradien von einem festgelegten Mittelpunkt

42、 (z.B. dem Mekreuzmittelpunkt) aus zu messenund daraus nach einer der bekannten Methoden die Flchedes Mequerschnittes zu berechnen.Bei einem Rechteckquerschnitt ist die Querschnittsgremit den arithmetischen Mittelwerten der Seitenlngenund mindestens fnf in gleichen Abstnden voneinanderbzw. von den B

43、egrenzungswnden gemessenen Breitenund Hhen zu berechnen. Sind in den Ecken Abschrgungen vorhanden, so sind diese entsprechend zu bercksichtigen. Weichen zwei aufeinander folgende Mewerteum mehr als 1 % voneinander ab, so ist die Anzahl der zumessenden Breiten bzw. Hhen mindestens zu verdoppeln.Sind

44、die Megeraden nach Abschn. 3.2.2 in den gemessenen Breiten und Hhen nicht enthalten, so sind ihreLngen zustzlich zu bestimmen.3 Memethoden3.1 AllgemeinesFr die Durchfhrung von Netzmessungen wurden verschiedene Memethoden entwickelt, die sich durch die Art derAuswertung und der darauf abgestimmten Me

45、punktanordnung voneinander unterscheiden. Sie sind im Blatt 1 dieserRichtlinie) ausfhrlich beschrieben. Im vorliegendenBlatt 2 werden nur Hinweise fr die praktische Anwendung der bei der Messung des Volumenstromes von Wasserbevorzugt angewendeten Methoden gegeben.2) Verweise auf andere Bltter der Ri

46、chtlinie VDI/VDE 2640werden anschlieend nur mit (s. Bl.l) usw. gekennzeichnet.Sowohl fr Kreis- als auch fr Rechteckquerschnitte werden Memethoden mit graphischer Auswertung und solchemit arithmetischer Auswertung behandelt. Bei der graphischen Auswertung wird die mittlere Geschwindigkeit imMequersch

47、nitt aus den Geschwindigkeitsprofilen ermittelt, die sich bei einer graphischen Darstellung der gemessenen Geschwindigkeiten ber den Megeraden ergeben. DieGre der Profilflchen wird dabei durch Planimetrierenoder numerische Integration bestimmt. Eine graphischeDarstellung der Mewerte ist besonders be

48、i einem gestrten Geschwindigkeitsprofil unerllich. Bei der arithmetischen Auswertung wird die mittlere Geschwindigkeit imMequerschnitt als arithmetisches Mittel der in bestimmten Mepunkten gemessenen Geschwindigkeiten berechnet. Die einfache Anwendung dieses Verfahrens macht esbesonders fr solche Flle geeignet, wo auf eine rascheAuswertung Wert gelegt wird.Werden die Geschwindigkeiten in allen Mepunkten desMequerschnittes nicht gleichzeitig gemessen, so mss