DE19724167C2

DE19724167C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Meßwerts einer Zielmeßgröße einer Mehr-Phasen-Strömung

Info

Publication number: DE19724167C2
Application number: DE19724167A
Authority: DE
Inventors: Markus Eck; Peter Dipl Ing Geskes; Horst-Michael Dr Prasser; Norbert Dr Kossok; Peter Schuetz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Forschungszentrum Juelich GmbH; Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1997-06-07
Filing date: 1997-06-07
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2017-06-08
Also published as: DE19724167A1; US6236948B1; ES2150361B1; ES2150361A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermit teln eines Meßwerts einer Zielmeßgröße einer Mehr-Phasen- Strömung, insbesondere einer Zwei-Phasen-Strömung, bei dem ein Wert eines Druckes der Mehr-Phasen-Strömung als einer primären Meßgröße mittels einer Meßeinrichtung gemessen wird.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Meßwerts einer Zielmeßgröße einer Mehr- Phasen-Strömung, insbesondere einer Zwei-Phasen-Strömung, die eine Meßeinrichtung zum Messen eines Druckes der Mehr-Phasen- Strömung als einer primären Meßgröße umfaßt.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind bei spielsweise aus dem Artikel "Verbesserte Speisewasserregelung durch kompaktes Meßsystem zur Massenstrom- und Dampfgehalts bestimmung" von W. Kastner, C. Fischer und W. Krätzer, Erlangen, erschienen in der Zeitschrift BWK, Band 45 (1993), Heft Nr. 12, Seiten 510 bis 514, bekannt. Die genannte Druck schrift offenbart ein Meßsystem zum Ermitteln eines Meßwerts des Gesamtmassenstroms und eines Meßwerts des Dampfgehalts einer Wasser-Dampf-Strömung in einem Dampferzeuger, die eine Meßeinrichtung zum Messen eines Wirkdrucks der Wasser-Dampf- Strömung (ein Venturi-Rohr) und zusätzlich eine Meßeinrich tung zum Messen der Gemischdichte der Wasser-Dampf-Strömung (ein Gammadensitometer) umfaßt.

Bei diesem Meßsystem wird der momentane Dampfmassenanteil aus dem Momentanwert der mit dem Gammadensitometer gemessenen Gemischdichte und der Momentanwert des Gesamtmassenstroms aus dem Momentanwert des an dem Venturi-Rohr gemessenen Wirk drucks und dem Momentanwert der mit dem Gammadensitometer ge messenen Gemischdichte ermittelt.

Bei dem aus der genannten Druckschrift bekannten Meßvorrich tung und dem damit durchgeführten Meßverfahren ist von Nach teil, daß zur Ermittlung eines Meßwerts einer gewünschten Zielmeßgröße, nämlich des Gesamtmassenstroms, zwei primäre Meßgrößen, nämlich der Wirkdruck am Venturi-Rohr und die Ge mischdichte, mit zwei unterschiedlichen primären Meßeinrich tungen, nämlich einem Venturi-Rohr und einem Gammadensito meter, gemessen werden müssen. Die Notwendigkeit zweier pri märer Meßeinrichtungen erhöht den Platzbedarf der Meßvorrich tung, den erforderlichen Wartungsaufwand und die Kosten der Meßvorrichtung erheblich.

Außerdem ist das bei dem bekannten Meßsystem verwendete Gammadensitometer eine sehr teure und aufwendige Meßeinrich tung, die überdies, aufgrund der Verwendung radioaktiven Materials, besondere Sicherheitsvorkehrungen erforderlich macht.

Aus der US-Patentschrift 4,397,190 ist ein Verfahren zur Be stimmung von Strömungscharakteristika von Mehr-Phasen-Strö mungen bekannt, bei dem Druckdifferenzen zwischen längs der Strömungsrichtung der Mehr-Phasen-Strömung voneinander beab standeten Meßpunkten gemessen werden.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 25 sind aus der Druckschrift GB 2 221 042 A und aus der US-Patentschrift 5 051 922 bekannt.

Bei dem in diesen Druckschriften beschriebenen Verfahren wird der Wert eines Druckes einer Mehr-Phasen-Strömung mittels eines Meßrohrs gemessen, das an seinem Einlaß mit einem Strö mungsmischer versehen ist, um die Mehr-Phasen-Strömung zu ho mogenisieren. Am Auslaß des Meßrohrs ist ein weiterer Strö mungsmischer vorgesehen, um Einflüsse von stromabwärts des Meßrohrs gelegenen Punkten zu eliminieren. Die Druckmeßsen soren selbst werden innerhalb des Meßrohrs zwischen dem Ein laß-Strömungsmischer und dem Auslaß-Strömungsmischer zu bei den Seiten einer Blendenöffnung angeordnet, um den Druckab fall an der Blende zu messen.

Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, daß die Homogenisie rung der Mehr-Phasen-Strömung einen erheblichen konstruktiven Aufwand bedingt und die zur Homogenisierung und zur Ausschal tung von Störeinflüssen erforderlichen Strömungsmischer sowie die zur Druckmessung vorgesehene Blende einen hohen Druckver lust in der Mehr-Phasen-Strömung verursachen, so daß der von der Mehr-Phasen-Strömung zu überwindende Strömungswiderstand durch die verwendete Meßeinrichtung erheblich erhöht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 so zu ver bessern, daß eine zuverlässige Ermittlung des Meßwerts der Zielmeßgröße mit vergleichsweise geringem konstruktivem Auf wand ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 ge löst, wobei erfindungsgemäß der Druck der Mehr-Phasen-Strö mung an einer Stelle eines von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts eines horizontalen oder geneigten Rohrs gemessen wird, die im wesentlichen stets mit derselben Phase der Mehr-Phasen-Strömung in Kontakt steht.

Dadurch, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung an einer Stelle gemessen wird, die im wesentlichen stets mit derselben Phase der Mehr-Phasen-Strömung in Kontakt steht, wird ein einen bestimmten Strömungszustand der Mehr-Phasen-Strömung besonders gut charakterisierender zeitlicher Verlauf des als primäre Meßgröße gewählten Druckes erhalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jeder Zustand der Mehr-Phasen-Strömung durch das Fluktuationsmuster einer pri mären Meßgröße, also anhand deren zeitlichen Verlaufs, cha rakterisiert werden. Anhand des Fluktuationsmusters der pri mären Meßgröße können daher unterschiedliche Strömungszustän de der Mehr-Phasen-Strömung eindeutig voneinander unterschie den werden, während eine solche Unterscheidung anhand des je weiligen Durchschnittswerts der primären Meßgröße alleine nicht möglich wäre, da zu jedem Durchschnittswert der primä ren Meßgröße eine Vielzahl von Strömungszuständen existiert, die diesen Durchschnittswert aufweisen, so daß eine eindeu tige Zuordnung eines Durchschnittswerts der primären Meßgröße zu einem bestimmten Zustand der Mehr-Phasen-Strömung nicht möglich ist.

Aufgrund des Vergleichs des gemessenen Verlaufs der primären Meßgröße mit den vorher bestimmten Referenzverläufen der pri mären Meßgröße kann derjenige Referenzzustand der Mehr- Phasen-Strömung ermittelt werden, der am besten zu dem aktu ellen Strömungszustand paßt. Der diesem Referenzzustand zuge ordnete Referenzwert der Zielmeßgröße kommt dem aktuellen Wert der Zielmeßgröße am nächsten.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine hohe Flexibilität auf, da, unabhängig von der Art der primären Meßgröße, belie bige Zielmeßgrößen der Mehr-Phasen-Strömung ermittelbar sind, da die Messung der primären Meßgröße nicht unmittelbar zur Berechnung des Meßwerts der Zielmeßgröße herangezogen wird, sondern lediglich der Identifizierung des aktuellen Zustands der Mehr-Phasen-Strömung dient.

Ferner ist von Vorteil, daß zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens lediglich eine Meßeinrichtung zum Messen einer einzigen primären Meßgröße erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Überwachung von Strömungen in horizontalen oder geneigten Dampferzeugern oder bei der Öl- und Gasförderung in horizontalen oder geneigten Rohrabschnitten eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil resultiert daraus, daß ein Druck der Mehr-Phasen-Strömung als primäre Meßgröße gemessen wird, da Druckmeßeinrichtungen wenig aufwendig und wartungsarm realisierbar sowie weitgehend temperatur- und druckbeständig sind.

Der als primäre Meßgröße gemessene Druck der Mehr-Phasen- Strömung kann ein statischer Druck, ein Pitotdruck oder ein Staudruck der Mehr-Phasen-Strömung sein. Auch weitere Drücke oder Druckdifferenzen der Mehr-Phasen-Strömung kommen in Be tracht, beispielsweise der mittels eines Venturi-Rohrs be stimmte Wirkdruck der Strömung.

Die Verwendung eines Staudrucks der Mehr-Phasen-Strömung als primäre Meßgröße ist besonders bevorzugt, da aus dem Stau druck in einer Phase der Mehr-Phasen-Strömung unmittelbar auf die Strömungsgeschwindigkeit dieser Phase geschlossen werden kann. Es ist daher möglich, das korrekte Funktionieren des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überprüfen, indem die Strö mungsgeschwindigkeit der betreffenden Phase als Zielmeßgröße oder als eine von mehreren Zielmeßgrößen gewählt wird und der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Meßwert dieser Zielmeßgröße mit dem aus dem Durchschnittswert des Staudrucks in der betreffenden Phase ermittelten Meßwert ver glichen wird.

Handelt es sich bei der Mehr-Phasen-Strömung um eine Strö mung, die eine gasförmige und mindestens eine flüssige Phase umfaßt, so wird der als primäre Meßgröße gewählte Druck vor zugsweise in der flüssigen Phase gemessen.

Um den Druck im wesentlichen stets in einer Phase der Mehr- Phasen-Strömung messen zu können, die ein hohes spezifisches Gewicht aufweist, kann vorgesehen sein, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung im unteren Drittel, vorzugsweise nahe der tiefsten Stelle, des von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts des horizontalen oder geneigten Rohres gemessen wird.

Um andererseits den Druck der Mehr-Phasen-Strömung im wesent lichen stets in einer Phase der Mehr-Phasen-Strömung, die ein geringes spezifisches Gewicht aufweist, messen zu können, kann vorgesehen sein, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung im oberen Drittel, vorzugsweise nahe der höchsten Stelle, des von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts des horizontalen oder geneigten Rohres gemessen wird.

Der Vergleich des gemessenen Verlaufs der primären Meßgröße mit den Referenzverläufen der primären Meßgröße kann dadurch erfolgen, daß ein Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemes senen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße und jeweils einem der zeitlichen Referenzverläufe der primären Meßgröße ermittelt wird.

Der Meßwert der Zielmeßgröße kann dann gleich dem Referenz wert der Zielmeßgröße gesetzt werden, der demjenigen zeit lichen Referenzverlauf zugeordnet ist, welcher den höchsten Grad der Ähnlichkeit zu dem gemessenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße aufweist.

Alternativ hierzu kann, insbesondere, wenn nur wenige zeit liche Referenzverläufe der primären Meßgröße und denselben zugeordnete Referenzwerte der Zielmeßgröße zur Verfügung ste hen, vorgesehen sein, daß der Meßwert der Zielmeßgröße gleich einem gewichteten Mittel der Referenzwerte der Zielmeßgröße gesetzt wird, wobei das Gewicht jedes der Referenzwerte in Abhängigkeit von dem Grad der Ähnlichkeit zwischen dem ge messenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße und dem jenigen zeitlichen Referenzverlauf, dem der Referenzwert der Zielmeßgröße zugeordnet ist, bestimmt wird.

Der Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemessenen zeitlichen Verlauf und jeweils einem der zeitlichen Referenzverläufe der primären Meßgröße kann mittels eines geeigneten Mustererken nungsverfahrens ermittelt werden.

Insbesondere kann der Grad der Ähnlichkeit zwischen dem ge messenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße und einem der zeitlichen Referenzverläufe dadurch ermittelt werden, daß aus dem gemessenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße ein Meßwert einer Kenngröße und aus dem zeitlichen Referenz verlauf ein Referenzwert der Kenngröße ermittelt wird und ein Abstand des Meßwertes der Kenngröße von dem Referenzwert der Kenngröße bestimmt wird. Der Kehrwert des bestimmten Abstan des des Meßwertes der Kenngröße von dem Referenzwert der Kenngröße kann als quantitatives Maß für den Grad der Ähn lichkeit zwischen dem gemessenen Verlauf und dem jeweiligen Referenzverlauf der primären Meßgröße dienen.

In einfach gelagerten Fällen, wenn nur wenige Referenz zustände der Mehr-Phasen-Strömung voneinander zu unterschei den sind, kann es genügen, als Kenngröße eine skalare Größe, beispielsweise die Varianz der werte der primären Meßgröße, zu verwenden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jedoch als Kenngröße eine vektorielle Größe mit mehreren Komponenten verwendet, um eine Vielzahl mögli cher Referenzverläufe der primären Meßgröße charakterisieren und voneinander unterscheiden zu können.

Als Komponenten einer vektoriellen Kenngröße kommen alle Parameter in Betracht, die zur Beschreibung des Fluktuations musters der primären Meßgröße geeignet sind. Beispielsweise wäre es möglich, die Frequenz und/oder Amplitude von Extrem werten des zeitlichen Verlaufs der primären Meßgröße als Kom ponente der Kenngröße heranzuziehen.

Besonders bewährt hat es sich allerdings, wenn die Komponen ten der Kenngröße Parameter einer Anpaßfunktion sind, welche an den gemessenen zeitlichen Verlauf beziehungsweise den zeitlichen Referenzverlauf der primären Meßgröße angepaßt wird.

Diese Anpaßfunktion kann beispielsweise mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate an den gemessenen zeitlichen Verlauf beziehungsweise an den zeitlichen Referenzverlauf der primären Meßgröße angepaßt werden, was den Vorteil hat, daß für die Durchführung einer Anpassung mittels dieser Methode auf einem Meßrechner bereits fertige Programmpakete zur Ver fügung stehen.

Zu dem für die Anpaßfunktion verwendeten Ansatz wurden vorstehend noch keine näheren Angaben gemacht.

Wird eine Anpaßfunktion gewünscht, die sehr flexibel ist und eine gute Anpassung an nahezu beliebige zeitliche Verläufe der primären Meßgröße erlaubt, so kann eine Anpaßfunktion verwendet werden, deren Funktionswert zu einem Zeitpunkt t eine Linearkombination der Funktionswerte der Anpaßfunktion zu anderen Zeitpunkten darstellt, wobei die Koeffizienten der Funktionswerte der Anpaßfunktion zu den anderen Zeitpunkten die Komponenten der Kenngröße sind. Eine solche Anpaßfunktion wird als lineares Vorhersagemodell bezeichnet.

Die Anzahl der in der Linearkombination berücksichtigten an deren Zeitpunkte (und damit die Anzahl der Komponenten der Kenngröße) wird vorzugsweise so gewählt, daß der Funktions wert der Anpaßfunktion zu dem Zeitpunkt t eine Linearkombi nation der Funktionswerte der Anpaßfunktion zu mindestens fünf, insbesondere mindestens sieben, vorzugsweise elf an deren Zeitpunkten darstellt. Bevorzugt wird also ein lineares Vorhersagemodell mindestens fünfter, insbesondere mindestens siebter, vorzugsweise elfter Ordnung. Dadurch ist gewährlei stet, daß die vektorielle Kenngröße eine hinreichend hohe Dimension aufweist, um auch bei komplizierten Strömungsver hältnissen jeden Zustand der Mehr-Phasen-Strömung eindeutig charakterisieren zu können.

Um den erforderlichen Rechenaufwand zu begrenzen und den Ein fluß statistischer Fluktuationen auf den ermittelten Wert der Kenngröße möglichst niedrig zuhalten, sollte jedoch die An paßfunktion so gewählt werden, daß der Funktionswert der An paßfunktion zu dem Zeitpunkt t eine Linearkombination der Funktionswerte der Anpaßfunktion zu höchstens dreizehn an deren Zeitpunkten darstellt. Bevorzugt wird also ein lineares Vorhersagemodell höchstens dreizehnter Ordnung. In diesem Fall weist die Kenngröße höchstens dreizehn Komponenten auf.

Besonders geeignet ist ein solcher Ansatz für die Anpaßfunk tion, bei dem die anderen Zeitpunkte und der Zeitpunkt t äquidistant aufeinanderfolgen.

Über die Art und Weise, in der der Abstand zwischen dem Meß wert der Kenngröße und dem Referenzwert der Kenngröße ermit telt wird, wurden vorstehend noch keine näheren Angaben gemacht.

Eine einfache Methode zur Ermittlung dieses Abstands besteht darin, daß der Abstand zwischen dem Meßwert der Kenngröße und dem Referenzwert der Kenngröße über ein Abstandsmaß nach der euklidischen Metrik ermittelt wird.

Alternativ dazu kann der Abstand zwischen dem Meßwert der Kenngröße und dem Referenzwert der Kenngröße über ein Abstandsmaß nach der City-Block-Metrik, der Tschebyschew- Metrik oder der Cannberra-Metrik ermittelt werden.

Hierbei werden mit der City-Block-Metrik besonders gute Ergebnisse erzielt.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, können mittels des erfin dungsgemäßen Verfahrens, unabhängig von der Art der verwen deten primären Meßgröße, beliebige Zielmeßgrößen der Mehr- Phasen-Strömung ermittelt werden. Eine umfassende Information über den aktuellen Zustand der Mehr-Phasen-Strömung kann da durch erhalten werden, daß Meßwerte mehrerer Zielmeßgrößen ermittelt werden, indem jedem zeitlichen Referenzverlauf der primären Meßgröße Referenzwerte mehrerer Zielmeßgrößen zuge ordnet sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß eine der weiteren er mittelten Zielmeßgrößen eine Kontrollmeßgröße ist, deren ge mäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelter Meßwert zu Kontrollzwecken mit einem direkt aus der primären Meßgröße ermittelten Meßwert verglichen wird.

Vor einem ersten Meßvorgang müssen zunächst zeitliche Re ferenzverläufe der primären Meßgröße und die denselben zuge ordneten Referenzwerte der Zielmeßgröße bereitgestellt wer den.

Dies kann auf besonders einfache Weise durch einen sogenann ten Anlernvorgang erfolgen, bei dem jeweils ein Zustand der Mehr-Phasen-Strömung eingestellt, der zugehörige Zeitverlauf der primären Meßgröße aufgezeichnet und der zugehörige Re ferenzwert der Zielmeßgröße gemessen wird. Ein solcher An lernvorgang ist bei beliebig komplexen Strömungsverhältnissen der Mehr-Phasen-Strömung möglich, unabhängig davon, wie zu treffend diese Strömungsverhältnisse durch theoretische Mo delle beschreibbar sind.

In einfach gelagerten Fällen ist jedoch auch denkbar, daß zeitliche Referenzverläufe der primären Meßgröße und die den selben zugeordneten Referenzwerte der Zielmeßgrößen mittels theoretischer Berechnungen auf der Grundlage von Strömungs modellen oder mittels Computersimulationen der Mehr-Phasen- Strömung bereitgestellt werden.

Der Vergleich des gemessenen zeitlichen Verlaufs der primären Meßgröße mit den Referenzverläufen der primären Meßgröße kann mittels eines modernen Meßrechners in Sekundenbruchteilen durchgeführt werden, so daß die zum Ermitteln eines Meßwerts der Zielmeßgröße erforderliche Zeit im wesentlichen durch die Zeitdauer vorgegeben ist, während der der zeitliche Verlauf der primären Meßgröße gemessen werden muß, um ein hinreichend aussagekräftiges Fluktuationsmuster zu erhalten. Diese Zeit dauer liegt in der Regel im Bereich weniger Sekunden.

Da das erfindungsgemäße Verfahren somit zur kontinuierlichen zeitnahen Ermittlung von Meßwerten einer Zielmeßgröße der Mehr-Phasen-Strömung geeignet ist, kann dieses Verfahren ins besondere angewandt werden, um eine Flüssigkeitszufuhr in ein von einer Mehr-Phasen-Strömung durchströmtes Rohr, insbeson dere in ein Dampferzeugerrohr, in Abhängigkeit von einer Zielmeßgröße der Mehr-Phasen-Strömung zu regeln.

Dabei wird vorteilhafterweise als Zielmeßgröße ein Massen strom, insbesondere der Gesamtmassenstrom, der Mehr-Phasen- Strömung verwendet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrun de, eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Meßwerts einer Ziel meßgröße einer Mehr-Phasen-Strömung, insbesondere einer Zwei- Phasen-Strömung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von An spruch 25 so zu verbessern, daß eine zuverlässige Ermittlung des Meßwerts der Zielmeßgröße mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 25 ge löst, wobei erfindungsgemäß die Einrichtung zum Messen eines Drucks so ausgebildet und angeordnet ist, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung an einer Stelle eines von der Mehr-Pha sen-Strömung durchströmten Querschnitts eines horizontalen oder geneigten Rohrs meßbar ist, die im wesentlichen stets mit derselben Phase der Mehr-Phasen-Strömung in Kontakt steht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Durch führung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ver fahrens geeignet und bietet die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile.

Insbesondere bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vor teil, daß zur Ermittlung von Meßwerten für beliebige Zielmeß größen der Mehr-Phasen-Strömung lediglich eine Meßeinrichtung zum Messen einer einzigen primären Meßgröße erforderlich ist.

Die Verarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann als speziell für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgebauter Schaltkreis aus diskreten elektroni schen Bauelementen oder als universell programmierbarer Meß rechner mit speziell für die Verwendung des Meßrechners in der erfindungsgemäßen Vorrichtung programmierter Software ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann der Meßrechner zu gleich auch die Speichereinheit zum Abspeichern eines gemes senen zeitlichen Verlaufs der primären Meßgröße und von je weils einem zeitlichen Referenzverlauf der primären Meßgröße zugeordneten Referenzwerten der Zielmeßgröße umfassen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich tung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 26 bis 34, de ren Vorteile bereits im Zusammenhang mit den bevorzugten Aus gestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wur den.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Meßwerts einer Zielmeßgröße einer Mehr-Phasen-Strömung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Regeln einer Flüssigkeitszufuhr in ein von einer Mehr-Phasen-Strö mung durchströmtes Rohr, insbesondere in ein Dampferzeuger rohr, in Abhängigkeit von einer Zielmeßgröße der Mehr-Phasen- Strömung.

Eine solche Regelungsvorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 35.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines solar beheizten Dampferzeugerrohrs mit einer Vor richtung zum Regeln einer Flüssigkeitszufuhr in das Dampferzeugerrohr;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch das Dampferzeugerrohr aus Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch das Dampferzeugerrohr aus Fig. 1, wobei eine das Dampferzeugerrohr durchströmende Zwei-Phasen- Strömung sich in einem Zustand mit hohem Dampfgehalt befindet;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 3, wobei die das Dampferzeugerrohr durchströmende Zwei-Phasen-Strömung sich in einem Zustand mit einem niedrigeren Dampfge halt als in Fig. 3 befindet;

Fig. 5 ein Schaubild, das einen dem in Fig. 3 darge stellten Zustand der Zwei-Phasen-Strömung zu geordneten zeitlichen Referenzverlauf des in der flüssigen Phase der Zwei-Phasen-Strömung gemessenen Staudrucks sowie einen dem in Fig. 4 dargestellten Zustand der Zwei-Phasen-Strö mung zugeordneten zeitlichen Referenzverlauf des in der flüssigen Phase der Zwei-Phasen- Strömung gemessenen Staudrucks enthält; und

Fig. 6 ein Schaubild, das einen gemessenen zeit lichen Verlauf des in der flüssigen Phase der Zwei-Phasen-Strömung gemessenen Staudrucks enthält.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Ein in Fig. 1 dargestellter, als Ganzes mit 100 bezeichneter solarbeheizter Dampferzeuger umfaßt einen Spiegel 102 mit in einer Längsrichtung konstantem, im wesentlichen parabelför migem Querschnitt, der von der Sonne 104 ausgesandte Licht strahlen 106 auf eine parallel zu der Längsrichtung des Spie gels 102 verlaufende Brennlinie 108 fokussiert.

Oberhalb des Spiegels 102 ist ein Dampferzeugerrohr 110 ange ordnet, dessen im wesentlichen horizontal ausgerichtete Mit telachse 111 mit der Brennlinie 108 des Spiegels 102 zusam menfällt.

Das Dampferzeugerrohr 110 ist an seinem hinteren Ende ge schlossen und über eine Flüssigkeitszuführöffnung mit einer Flüssigkeitszuführleitung 112 verbunden. In der Flüssigkeits zuführleitung 112 ist ein steuerbares Ventil 114, beispiels weise ein Magnetventil, angeordnet, auf das später näher ein gegangen werden wird.

An seinem (nicht dargestellten) vorderen Ende ist das Dampf erzeugerrohr 110 ebenfalls geschlossen und über eine Dampf austrittsöffnung mit einer Dampfabführleitung verbunden. Über die Dampfabführleitung kann der in dem Dampferzeugerrohr 110 erzeugte Dampf einer dampfbetriebenen Anlage, beispielsweise einer Turbine, oder einer dampfverbrauchenden Anlage, bei spielsweise einem chemischen Reaktor, zugeführt werden.

Die Mantelwand 115 des Dampferzeugerrohrs 110 wird an der un teren Scheitellinie 113 desselben von einer ersten Drucküber tragungsleitung 116 durchsetzt, deren innerhalb des Dampf erzeugerrohrs 110 angeordneter Bereich so gekrümmt ist, daß eine an dem Ende dieses Bereichs angeordnete Mündungsöffnung 118, an der die erste Druckübertragungsleitung 116 in das Innere des Dampferzeugerrohrs 110 mündet, im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 111 des Dampferzeugerrohrs 110 ausgerichtet ist (siehe Fig. 2).

An einem weiteren, außerhalb des Dampferzeugerrohrs 110 ange ordneten Ende ist die erste Druckübertragungsleitung 116 an einen Eingang eines Differenzdruckmessers 120 angeschlossen.

An einen weiteren Eingang des Differenzdruckmessers 120 ist ein Ende einer zweiten Druckübertragungsleitung 122 ange schlossen, die ebenfalls die Mantelwand des Dampferzeuger rohrs 110 an dessen unterer Scheitellinie 113 durchsetzt, je doch bereits auf der Innenseite der Mantelwand des Dampfer zeugerrohrs 110 in dasselbe mündet, so daß eine an dem dem Differenzdruckmesser 120 abgewandten Ende der zweiten Druck übertragungsleitung 122 angeordnete Mündungsöffnung 124 der zweiten Druckübertragungsleitung 122 im wesentlichen parallel zu der Mittelachse 111 des Dampferzeugerrohrs 110 ausgerich tet ist.

Der Differenzdruckmesser 120 ist über eine Meßsignalleitung 126 für elektrische Meßsignale mit einem Signaleingang eines Meßrechners 128 verbunden, welcher einen Speicher und eine Verarbeitungseinheit umfaßt.

Ein Steuersignalausgang des Meßrechners 128 ist über eine Steuersignalleitung 130 für elektrische Steuersignale mit einem Steuersignaleingang des steuerbaren Ventils 114 ver bunden.

Die erste Druckübertragungsleitung 116, die zweite Drucküber tragungsleitung 122, der Differenzdruckmesser 120, die Meß signalleitung 126 und der Meßrechner 128 bilden zusammen eine Vorrichtung 132 zum Ermitteln von Meßwerten von Zielmeßgrößen einer Zwei-Phasen-Strömung durch das Dampferzeugerrohr 110.

Zusammen mit der Steuersignalleitung 130 und dem steuerbaren Ventil 114 in der Flüssigkeitszuführleitung 112 bildet die Vorrichtung 132 eine Vorrichtung 134 zum Regeln der Flüssig keitszufuhr in das Dampferzeugerrohr 110.

Im Betriebszustand des Dampferzeugers 100 wird dem hinteren Ende des Dampferzeugerrohrs 110 über die Fiüssigkeitszuführ leitung 112 eine zu verdampfende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zugeführt.

Auf diese Flüssigkeit wird von der Mantelwand 115 des Dampf erzeugerrohrs 110, die sich durch Absorption der von dem Spiegel 102 zu dessen Brennlinie 108 hin reflektierten Sonnenstrahlung aufheizt, Wärme übertragen, so daß sich diese Flüssigkeit erhitzt und schließlich verdampft.

Der sich entwickelnde Dampf strömt im wesentlichen parallel zu der Mittelachse 111 des Dampferzeugerrohrs 110 zu der (nicht dargestellten) Dampfauslaßöffnung des Dampferzeuger rohrs 110 hin. Ein Teil des längs der Mittelachse 111 des Dampferzeugerrohrs 110 gerichteten Impulses des Dampfes wird dabei auf die noch nicht verdampfte Flüssigkeit übertragen, so daß auch diese Flüssigkeit im wesentlichen parallel zur Mittelachse 111 des Dampferzeugerrohrs 110 strömt und sich eine Zwei-Phasen-Strömung, umfassend eine flüssige Phase 136 und eine gasförmige Phase 138, durch das Dampferzeugerrohr 110 ausbildet, deren Strömungsrichtung 140 parallel zu der Mittelachse 111 des Dampferzeugerrohrs 110 ausgerichtet und in Fig. 1 durch den mit 140 bezeichneten Pfeil angegeben ist.

In Abhängigkeit von der zugeführten Heizleistung und von der zugeführten Flüssigkeitsmenge kann sich eine Vielzahl unter schiedlicher Zustände dieser Zwei-Phasen-Strömung durch das Dampferzeugerrohr 110 ausbilden, wobei jedem dieser Zustände bestimmte Werte von die Zwei-Phasen-Strömung beschreibenden physikalischen Größen zuzuordnen sind.

In Frage kommende physikalische Größen der Zwei-Phasen- Strömung sind beispielsweise der Gesamtmassenstrom durch einen Querschnitt des Dampferzeugerrohrs 110, der Flüssig keitsmassenstrom durch einen Querschnitt des Dampferzeuger rohrs 110, der Dampfmassenstrom durch einen Querschnitt des Dampferzeugerrohrs 110, die Strömungsgeschwindigkeit der flüssigen Phase 136 relativ zu dem Dampferzeugerrohr 110, die Strömungsgeschwindigkeit der gasförmigen Phase 138 relativ zu dem Dampferzeugerrohr 110, der Dampfmassenanteil an der durch das Dampferzeugerrohr 110 strömenden Gesamtmasse, der Dampf volumenanteil an dem Gesamtinnenvolumen des Dampferzeuger rohrs 110 oder ähnliches.

In Fig. 3 ist eine Momentaufnahme eines von der Zwei-Phasen- Strömung durchströmten Querschnitts des Dampferzeugerrohrs 110 dargestellt, wobei sich die Zwei-Phasen-Strömung in einem ersten Zustand befindet, in dem der Dampfvolumen- und der Dampfmassenanteil groß sind, die Strömungsgeschwindigkeit der gasförmigen Phase 138 vergleichsweise hoch (ungefähr 7 m/s) und der Gesamtmassenstrom durch einen Querschnitt des Dampf erzeugerrohrs 110 ebenfalls vergleichsweise hoch (ungefähr 75 g/s) ist. Die Phasengrenzfläche 142 zwischen der flüssigen Phase 136 und der gasförmigen Phase 138 weist in diesem Zu stand eine hohe Welligkeit auf.

In Fig. 4 ist ein weiterer Querschnitt durch die Zwei-Phasen- Strömung in dem Dampferzeugerrohr 110 dargestellt, wobei sich die Zwei-Phasen-Strömung in einem zweiten Zustand befindet, in dem der Dampfmassen- und Dampfvolumenanteil geringer sind als in dem in Fig. 3 dargestellten ersten Zustand und in dem die Strömungsgeschwindigkeit in der gasförmigen Phase 138 (ungefähr 1 m/s) und der Gesamtmassenstrom durch einen Quer schnitt des Dampferzeugerrohrs 110 (ungefähr 20 g/s) ver gleichsweise niedrig sind. Die Welligkeit der Phasengrenz fläche 142 ist in dem in Fig. 4 dargestellten zweiten Zustand der Zwei-Phasen-Strömung ebenfalls geringer als in dem in Fig. 3 dargestellten ersten Zustand.

Unter anderem aufgrund der stark unterschiedlichen Welligkeit der Phasengrenzfläche 142 in den beiden vorstehend beschrie benen Zuständen der Zwei-Phasen-Strömung sind diese Zustände auch deutlich anhand des zeitlichen Verlaufs der in der Zwei- Phasen-Strömung herrschenden Drücke unterscheidbar.

In Fig. 5 ist ein typischer Verlauf des Staudrucks p in der flüssigen Phase 136 der Zwei-Phasen-Strömung in Abhängigkeit von einer Meßzeit t für den in Fig. 3 dargestellten ersten Zustand (in durchgezogener Linie gezeichnet) und für den in Fig. 4 dargestellten zweiten Zustand (gebrochen gezeichnet) dargestellt. Der zeitliche Verlauf des Staudrucks in dem er sten Zustand wird im folgenden als erster Referenzverlauf 144 und der zeitliche Verlauf des Staudrucks in dem zweiten Zu stand wird im folgenden als zweiter Referenzverlauf 146 be zeichnet.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, unterscheiden sich der erste Referenzverlauf 144 und der zweite Referenzverlauf 146 deut lich hinsichtlich des Ausmaßes der Druckfluktuationen, der Häufigkeit und Amplitude von Druckspitzen, der zeitlichen Ab stände zwischen aufeinanderfolgenden Druckspitzen sowie der Schwankung des zeitlichen Abstandes zwischen aufeinanderfol genden Druckspitzen und so weiter. Aufgrund des Fluktuations musters des Staudrucks können daher die unterschiedlichen Strömungszustände der Zwei-Phasen-Strömung durch das Dampfer zeugerrohr 110 eindeutig voneinander unterschieden werden, während eine solche Unterscheidung anhand des jeweiligen Durchschnittswerts des Staudrucks alleine nicht möglich wäre, da zu jedem Durchschnittsstaudruck eine Vielzahl von Strö mungszuständen existiert, die diesen Durchschnittsstaudruck aufweisen, so daß eine eindeutige Zuordnung eines Durch schnittsstaudrucks zu einem bestimmten Zustand der Zwei- Phasen-Strömung nicht möglich ist.

Die Identifizierbarkeit der Zustände der Zwei-Phasen-Strömung anhand ihres Druck-Fluktuationsmusters kann mit den vorste hend beschriebenen Vorrichtungen 132 bzw. 134 für ein Verfah ren zum Ermitteln von Meßwerten von Zielmeßgrößen der Zwei- Phasen-Strömung in dem Dampferzeugerrohr 110 und ein Verfah ren zum Regeln der Flüssigkeitszufuhr in das Dampferzeuger rohr 110 wie folgt ausgenutzt werden:

Vor dem ersten Meß- oder Regelvorgang müssen zunächst hinrei chend viele Referenzverläufe des als primäre Meßgröße dienen den Staudrucks p in der flüssigen Phase 136 sowie diesen Re ferenzverläufen jeweils zugeordnete Referenzwerte der ge wünschten Zielmeßgröße oder der gewünschten Zielmeßgrößen, beispielsweise des Gesamtmassenstroms und des Dampfmassen anteils, bereitgestellt werden.

Diese Bereitstellung erfolgt durch einen sogenannten Anlern vorgang, der wie folgt abläuft:

Ein gewünschter Strömungszustand der Zwei-Phasen-Strömung, der "angelernt" werden soll, wird durch geeignete Variation der die Zwei-Phasen-Strömung in dem Dampferzeugerrohr 110 beeinflussenden Parameter, beispielsweise der Flüssigkeits zufuhr, die mittels des steuerbaren Ventils 114 verändert werden kann, und der Heizleistung, die beispielsweise durch ein Verschwenken des Spiegels 102 relativ zu der Einfalls richtung der Sonnenstrahlen 106 verändert werden kann, einge stellt.

Das innerhalb des Dampferzeugerrohrs 110 angeordnete Ende der ersten Druckübertragungsleitung 116 wird von der flüssigen Phase 136 der Zwei-Phasen-Strömung im wesentlichen senkrecht zu deren Mündungsöffnung 118 angeströmt, so daß in der ersten Druckübertragungsleitung 116 der Pitotdruck der flüssigen Phase 136 herrscht.

Das in den Innenraum des Dampferzeugerrohrs 110 mündende Ende der zweiten Druckübertragungsleitung 122 wird von der flüs sigen Phase 136 der Zwei-Phasen-Strömung im wesentlichen parallel zu deren Mündungsöffnung 124 angeströmt, so daß in der zweiten Druckübertragungsleitung 122 der statische Druck der flüssigen Phase 136 herrscht.

Der Differenzdruckmesser 120 erzeugt ein elektrisches Signal, das der Differenz der Drücke, mit denen seine Eingänge beauf schlagt werden, entspricht. Da zumindest für näherungsweise reibungsfreie Strömungen näherungsweise inkompressibler Fluide gilt, das die Differenz zwischen dem Pitotdruck und dem statischen Druck des Fluids dessen Staudruck ist, ent spricht das von dem Differenzdruckmesser 120 erzeugte Signal dem Staudruck der flüssigen Phase 136 der Zwei-Phasen- Strömung.

Dieses elektrische Signal wird über die Meßsignalleitung 126 an den Meßrechner 128 übermittelt, von diesem mit einer Frequenz von beispielsweise 1 kHz bis 5 kHz während einer Meßzeit von beispielsweise 27 Sekunden abgetastet und in Form diskreter Datenpunkte in einem Speicher des Meßrechners 128 abgespeichert.

Ferner werden die dem eingestellten Zustand der Zwei-Phasen- Strömung zugeordneten Referenzwerte der gewünschten Zielmeß größen, beispielsweise des Gesamtmassenstroms und des Dampf massenanteils, mit einer herkömmlichen Meßmethode bestimmt und unter Zuordnung zu dem zugehörigen Referenzverlauf des Staudrucks im Speicher des Meßrechners 128 abgelegt.

Alternativ oder ergänzend hierzu können die Referenzwerte der Zielmeßgrößen auch aus den dem eingestellten Zustand der Zwei-Phasen-Strömung zugrundeliegenden Parametern, beispiels weise der Flüssigkeitszufuhr und der Heizleistung, anhand eines theoretischen Modells berechnet und im Speicher des Meßrechners 128 abgelegt werden.

Damit ist der Anlernschritt für den betreffenden Referenz zustand der Zwei-Phasen-Strömung abgeschlossen, und der An lernvorgang wird durch Einstellen eines weiteren Referenz zustandes fortgesetzt, bis eine hinreichende Anzahl von Referenzzuständen "angelernt" worden ist.

Ist ein solcher Anlernvorgang für einen baugleichen Dampf erzeuger bereits durchgeführt worden, so muß dieser Anlern vorgang nicht wiederholt werden. Vielmehr können die bereits ermittelten Referenzverläufe und die denselben zugeordneten Referenzwerte der Zielmeßgrößen einfach übernommen werden.

Zum Ermitteln von Meßwerten der gewünschten Zielmeßgrößen der Zwei-Phasen-Strömung während des Normalbetriebs des Dampfer zeugers wird wie folgt vorgegangen:

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird mittels des Dif ferenzdruckmessers 120 der zeitliche Verlauf des Staudrucks in der flüssigen Phase 136 der Zwei-Phasen-Strömung während einer Meßdauer von beispielsweise 6 Sekunden gemessen und im Speicher des Meßrechners 128 abgespeichert. Ein solcher ge messener Verlauf 148 des Staudrucks p in Abhängigkeit von einer Meßzeit t ist in Fig. 6 dargestellt.

Daraufhin wird der gemessene zeitliche Verlauf 148 des Stau drucks mit den gespeicherten zeitlichen Referenzverläufen des Staudrucks, beispielsweise 144 und 146, verglichen.

Zum Zwecke dieses Vergleichs wird eine Anpaßfunktion der Form

an den gemessenen zeitlichen Verlauf des Staudrucks p ange paßt, wobei t die Meßzeit, Δt eine konstante Zeitdifferenz und die Koeffizienten a_n die Komponenten eines Vektors a der Dimension k bezeichnen, der als Kenngröße für den zeitlichen Verlauf des Staudrucks dient.

Die Dimension k des Vektors a wird vorzugsweise zu mindestens 5 und höchstens 13 gewählt; besonders gute Ergebnisse lassen sich mit k = 11 erzielen.

Die Komponenten a_n des Vektors a stellen die Anpassungspara meter dar und werden beispielsweise nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt.

Durch Anpassung der oben angegebenen Anpaßfunktion an den ge messenen zeitlichen Verlauf des Staudrucks wird ein Meßwert a _Mder Kenngröße mit Komponenten a_M,n ermittelt.

In entsprechender Weise wird für jeden der gespeicherten Referenzverläufe des Staudrucks ein Referenzwert a _R der Kenn größe mit Komponenten a_R,n durch Anpassung der oben angegebe nen Anpaßfunktion an den jeweiligen Referenzverlauf ermit telt.

Diese Ermittlung der Referenzwerte a _R kann bereits während des Anlernvorgangs erfolgen und braucht dann nicht bei jedem Meß- oder Regelvorgang wiederholt zu werden.

In einem weiteren Schritt wird der Abstand des Meßwerts a _M der Kenngröße von den Referenzwerten a _R der Kenngröße ermit telt. Dieser Abstand d wird als euklidischer Abstand ermit telt nach der Formel

Alternativ dazu kann der Abstand d auch als Abstandsmaß nach der City-Block-Metrik ermittelt werden nach der Formel

Je kleiner der Abstand d zwischen dem Meßwert a _M der Kenn größe und einem Referenzwert a _R der Kenngröße ist, umso größer ist der Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemessenen zeitlichen Verlauf des Staudrucks und dem Referenzverlauf des Staudrucks, dem der betreffende Referenzwert a _R der Kenngröße zugeordnet ist.

Daher ist davon auszugehen, daß dem aktuellen Zustand der Zwei-Phasen-Strömung derjenige Referenzzustand am ehesten entspricht, dessen Referenzwert der Kenngröße den geringsten Abstand von dem Meßwert der Kenngröße aufweist. Folglich stellen auch die diesem Referenzzustand zugeordneten Refe renzwerte der Zielmeßgrößen die beste Annäherung an die aktu ellen Werte dieser Zielmeßgrößen dar. Daher werden die ge suchten Meßwerte der gewünschten Zielmeßgrößen, beispiels weise des Gesamtmassenstroms und des Dampfmassenanteils, gleich den Referenzwerten dieser Zielmeßgrößen gesetzt, die demjenigen Referenzzeitverlauf zugeordnet sind, dessen Refe renzwert a _R der Kenngröße den geringsten Abstand d von dem Meßwert a _M der Kenngröße aufweist.

Da der in Fig. 6 dargestellte gemessene zeitliche Verlauf 148 des Staudrucks dem in Fig. 5 in durchgezogener Linie darge stellten ersten Referenzverlauf 144 ähnlicher ist als dem in Fig. 5 in gebrochener Linie dargestellten zweiten Referenz verlauf 146, würde also beispielsweise der Meßwert des Ge samtmassenstroms gleich dem dem ersten Referenzverlauf 144 zugeordneten Referenzwert des Gesamtmassenstroms (75 g/s) gesetzt werden.

Anzumerken ist, daß die Beschränkung auf nur zwei Referenz verläufe 144, 146 in Fig. 5 lediglich der Veranschaulichung dient. In der Regel wird eine deutlich größere Anzahl von Referenzverläufen bereitgestellt werden, um eine höhere Auf lösung des Meßverfahrens zu erreichen.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ist es auch möglich, den Meßwert der gesuchten Zielmeßgröße gleich einem gewichteten Mittel der Referenzwerte der Ziel meßgröße zu setzen, wobei das Gewicht jedes der Referenzwerte der Zielmeßgröße in Abhängigkeit von dem Abstand d zwischen dem Meßwert a _M, der Kenngröße und dem Referenzwert a _R der Kenngröße desjenigen Referenzverlaufs, dem der betreffende Referenzwert der Zielmeßgröße zugeordnet ist, zu bestimmen ist.

Insbesondere kann das Gewicht, mit dem ein Referenzwert der Zielmeßgröße in das gewichtete Mittel eingeht, reziprok zu dem jeweiligen Abstand d gewählt werden.

Der auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltene Meßwert der Zielmeßgröße kann zur Regelung der Flüssigkeitszufuhr in das Dampferzeugerrohr 110 verwendet werden.

Wird beispielsweise der Gesamtmassenstrom als Zielmeßgröße verwendet und liegt der ermittelte Meßwert des Gesamtmassen stroms oberhalb eines vorgegebenen Sollwertes, so wird von dem Meßrechner 128 über die Steuersignalleitung 130 ein Steuersignal an das steuerbare Ventil 114 ausgegeben, welches ein Schließen des steuerbaren Ventils 114 bewirkt, so daß die Flüssigkeitszufuhr in das Dampferzeugerrohr 110 gedrosselt und in der Folge der Gesamtmassenstrom durch das Dampferzeu gerrohr 110 verringert wird.

Liegt andererseits der erhaltene Meßwert des Gesamtmassen stroms unterhalb des vorgegebenen Sollwerts, so gibt der Meß rechner 128 über die Steuersignalleitung 130 ein Steuersignal an das steuerbare Ventil 114 aus, welches ein Öffnen des steuerbaren Ventils 114 bewirkt, so daß die Flüssigkeits zufuhr in das Dampferzeugerrohr 110 gesteigert und in der Folge der Gesamtmassenstrom durch das Dampferzeugerrohr 110 erhöht wird.

In entsprechender Weise kann die Flüssigkeitszufuhr in das Dampferzeugerrohr 110 geregelt werden, wenn als Zielmeßgröße der Dampfmassenanteil der Zwei-Phasen-Strömung verwendet wird. In diesem Fall kann insbesondere ein Austrocknen des Flüssigkeitsfilms in dem Dampferzeugerrohr 110 auf einfache Weise verhindert werden, indem dann, wenn der erhaltene Meß wert des Dampfmassenanteils nahe bei 100% liegt, vom Meß rechner 128 ein Steuersignal an das steuerbare Ventil 114 ausgegeben wird, welches ein Öffnen des steuerbaren Ventils 114 und damit eine Erhöhung der Flüssigkeitszufuhr in das Dampferzeugerrohr 110 bewirkt.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln eines Meßwerts einer Zielmeß größe einer Mehr-Phasen-Strömung, insbesondere einer Zwei-Phasen-Strömung, bei dem ein Wert eines Druckes der Mehr-Phasen-Strömung als einer primären Meßgröße mittels einer Meßeinrichtung gemessen wird, wobei

1. ein zeitlicher Verlauf der primären Meßgröße gemes sen wird,
2. der gemessene zeitliche Verlauf der primären Meß größe mit zeitlichen Referenzverläufen der primären Meßgröße, denen jeweils ein Referenzwert der Ziel meßgröße zugeordnet ist, verglichen wird und
3. in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs des gemessenen Verlaufs der primären Meßgröße mit den Referenzverläufen der primären Meßgröße der Meßwert der Zielmeßgröße aus den Referenzwerten der Zielmeß größe ermittelt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung an einer Stelle eines von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts eines horizontalen oder geneigten Rohrs gemessen wird, die im wesentlichen stets mit derselben Phase der Mehr- Phasen-Strömung in Kontakt steht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein statischer Druck der Mehr-Phasen-Strömung als pri märe Meßgröße gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pitotdruck der Mehr-Phasen-Strömung als primäre Meß größe gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Staudruck der Mehr-Phasen-Strömung als primäre Meß größe gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung im unteren Drittel, vorzugsweise nahe der tiefsten Stelle, des von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts des horizontalen oder geneigten Rohrs gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Mehr-Phasen-Strömung im oberen Drittel, vorzugsweise nahe der höchsten Stelle, des von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts des horizontalen oder geneigten Rohrs gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemessenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße und jeweils einem der zeitlichen Referenzverläufe der primä ren Meßgröße ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert der Zielmeßgröße gleich dem Referenzwert der Zielmeßgröße gesetzt wird, der demjenigen zeitlichen Re ferenzverlauf zugeordnet ist, welcher den höchsten Grad der Ähnlichkeit zu dem gemessenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert der Zielmeßgröße gleich einem gewichteten Mittel der Referenzwerte der Zielmeßgröße gesetzt wird, wobei das Gewicht jedes der Referenzwerte in Abhängig keit von dem Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemes senen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße und dem jenigen zeitlichen Referenzverlauf, dem der Referenzwert der Zielmeßgröße zugeordnet ist, bestimmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemessenen zeitlichen Verlauf der primären Meßgröße und einem der zeitlichen Referenzverläufe dadurch ermittelt wird, daß aus dem gemessenen zeitlichen Verlauf der pri mären Meßgröße ein Meßwert einer Kenngröße und aus dem zeitlichen Referenzverlauf hin Referenzwert der Kenn größe ermittelt wird und ein Abstand des Meßwertes der Kenngröße von dem Referenzwert der Kenngröße bestimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße eine skalare Größe verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße eine vektorielle Größe mit mehreren Kompo nenten verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der Kenngröße Parameter einer Anpaßfunk tion sind, welche an den gemessenen zeitlichen Verlauf beziehungsweise den zeitlichen Referenzverlauf der pri mären Meßgröße angepaßt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßfunktion mittels der Methode der kleinsten Feh lerquadrate an den gemessenen zeitlichen Verlauf bezie hungsweise an den zeitlichen Referenzverlauf der primä ren Meßgröße angepaßt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anpaßfunktion verwendet wird, deren Funktionswert zu einem Zeitpunkt t eine Linearkom bination der Funktionswerte der Anpaßfunktion zu anderen Zeitpunkten darstellt, wobei die Koeffizienten der Funk tionswerte der Anpaßfunktion zu den anderen Zeitpunkten die Komponenten der Kenngröße sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionswert der Anpaßfunktion zu dem Zeitpunkt t eine Linearkombination der Funktionswerte der Anpaßfunk tion zu mindestens 5, insbesondere mindestens 7, vor zugsweise 11 anderen Zeitpunkten darstellt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionswert der Anpaßfunktion zu dem Zeitpunkt t eine Linearkombination der Funktionswerte der Anpaßfunk tion zu höchstens 13 anderen Zeitpunkten darstellt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Zeitpunkte und der Zeit punkt t äquidistant aufeinanderfolgen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Meßwert der Kenngröße und dem Referenzwert der Kenngröße über ein Abstandsmaß nach der euklidischen Metrik ermittelt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Meßwert der Kenngröße und dem Referenzwert der Kenngröße über ein Abstandsmaß nach der City-Block-Metrik ermittelt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwerte mehrerer Zielmeßgrößen er mittelt werden, indem jedem zeitlichen Referenzverlauf der primären Meßgröße Referenzwerte mehrerer Zielmeß größen zugeordnet sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, daß die zeitlichen Referenzverläufe der primären Meßgröße und die denselben zugeordneten Refe renzwerte der Zielmeßgröße dadurch bereitgestellt wer den, daß jeweils ein Zustand der Mehr-Phasen-Strömung eingestellt, der zugehörige Zeitverlauf der primären Meßgröße aufgezeichnet und der zugehörige Referenzwert der Zielmeßgröße gemessen wird.

23. Verfahren zum Regeln einer Flüssigkeitszufuhr in ein von einer Mehr-Phasen-Strömung durchströmtes Rohr, insbeson dere in ein horizontales oder geneigtes Dampferzeuger rohr, in Abhängigkeit von einer Zielmeßgröße der Mehr- Phasen-Strömung, wobei ein Meßwert der Zielmeßgröße durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 ermittelt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Zielmeßgröße ein Massenstrom, insbesondere der Gesamtmassenstrom, der Mehr-Phasen-Strömung verwendet wird.

25. Vorrichtung zum Ermitteln eines Meßwerts einer Zielmeß größe einer Mehr-Phasen-Strömung, insbesondere einer Zwei-Phasen-Strömung, umfassend eine Einrichtung (116, 120, 122) zum Messen eines Druckes der Mehr-Phasen- Strömung als einer primären Meßgröße, wobei die Vorrich tung (132)

1. eine Speichereinheit zum Abspeichern eines gemes senen zeitlichen Verlaufs der primären Meßgröße (148) und von jeweils einem zeitlichen Referenzver lauf (144, 146) der primären Meßgröße zugeordneten Referenzwerten der Zielmeßgröße und
2. eine Verarbeitungseinheit zum Vergleichen des gemes senen zeitlichen Verlaufs (148) der primären Meß größe mit den zeitlichen Referenzverläufen (144, 146) der primären Meßgröße und zum Ermitteln des Meßwertes der Zielmeßgröße aus den Referenzwerten der Zielmeßgröße in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs des gemessenen zeitlichen Verlaufs (148) der primären Meßgröße mit den zeitlichen Refe renzverläufen (144, 146) der primären Meßgröße

umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (116, 120, 122) zum Messen eines Drucks so ausgebildet und angeordnet ist, daß der Druck der Mehr-Phasen- Strömung an einer Stelle eines von der Mehr-Phasen- Strömung durchströmten Querschnitts eines horizontalen oder geneigten Rohrs meßbar ist, die im wesentlichen stets mit derselben Phase (136) der Mehr-Phasen-Strömung in Kontakt steht.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Messen eines statischen Druckes der Mehr-Phasen-Strömung umfaßt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Messen eines Pitotdrucks der Mehr-Phasen-Strömung umfaßt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (132) eine Einrichtung (116, 120, 122) zum Messen eines Staudrucks der Mehr-Phasen-Strö mung umfaßt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (116, 120, 122) zum Messen eines Drucks so angeordnet ist, daß der Druck der Mehr-Phasen- Strömung im unteren Drittel, vorzugsweise nahe der tief sten Stelle, des von der Mehr-Phasen-Strömung durch strömten Querschnitts des horizontalen oder geneigten Rohres meßbar ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Messen eines Drucks so angeord net ist, daß ein Druck der Mehr-Phasen-Strömung im obeen Drittel, vorzugsweise nahe der höchsten Stelle, des von der Mehr-Phasen-Strömung durchströmten Querschnitts des horizontalen oder geneigten Rohres meßbar ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Verarbeitungseinheit ein Grad der Ähnlichkeit zwischen dem gemessenen zeitlichen Verlauf (148) der primären Meßgröße und jeweils einem der zeitlichen Referenzverläufe (144, 146) der primären Meßgröße ermittelbar ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Verarbeitungseinheit aus dem gemessenen zeitlichen Verlauf (148) der primären Meßgröße ein Meß wert einer Kenngröße und aus dem zeitlichen Referenzver lauf (144, 146) der primären Meßgröße ein Referenzwert einer Kenngröße ermittelbar, und ein Abstand des Meßwer tes der Kenngröße von dem Referenzwert der Kenngröße be stimmbar ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Verarbeitungseinheit eine Anpaßfunktion an den gemessenen zeitlichen Verlauf (148) beziehungs weise den zeitlichen Referenzverlauf (144, 146) der pri mären Meßgröße anpaßbar ist, wobei die Parameter der An paßfunktion den Komponenten einer vektoriellen Kenngröße entsprechen.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinheit jedem zeit lichen Referenzverlauf (144, 146) der primären Meßgröße Referenzwerte mehrerer Zielmeßgrößen zuordenbar sind.

35. Vorrichtung zum Regeln einer Flüssigkeitszufuhr in ein von einer Mehr-Phasen-Strömung durchströmtes Rohr, ins besondere in ein horizontales oder geneigtes Dampferzeu gerrohr, in Abhängigkeit von einer Zielmeßgröße der Mehr-Phasen-Strömung, umfassend eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Meßwerts der Zielmeßgröße nach einem der Ansprüche 25 bis 34.