Das Messen von Luftgeschwindigkeiten in Ventilationsanlagen. Von Oskar Gerold, beratendem Ingenieur, Berlin. (Schluß von S. 279 d. Bd.) GEROLD: Das Messen von Luftgeschwindigkeiten in Ventilationsanlagen 2. Gasmengenmessung mittels Durchflußöffnungen. (Stauränder, Düsen.) Textabbildung Bd. 329, S. 292 Abb. 5. Textabbildung Bd. 329, S. 292 Abb. 6. Strömt die Luft innerhalb eines Rohres durch eine Querschnittsverengung, so bildet sich eine Druckdifferenz zwischen den Räumen vor und hinter der Verengung aus, welche zur Beschleunigung der Luft in der Verengung dient. Abb. 5 und 6 zeigen den ungefähren Stromlinienverlauf bei einem Staurand innerhalb und einer Düse am Ende einer Rohrleitung. Diese Druckdifferenz ist abhängig von unabänderlichen geometrischen Abmessungen der Querschnittsverengung und evtl. der Rohrleitung, von der Strömungsgeschwindigkeit und dem spezifischen Gewicht der Luft. Sie bildet demnach ein Maß der Strömungsgeschwindigkeit und der sekundlich durch den Querschnitt geflossenen Luftmenge. Für das durchgeflossene Luftvolumen gilt, kleine Drosseldrucke vorausgesetzt, eine Gleichung von der Form: V=k\,\sqrt{\frac{p_1-p_2}{s}}, wobei V das sekundlich durchgeflossene Luftvolumen in m3, p1 der statische Druck der Luft vor, p2 hinter der Verengung in g/cm2, s das spezifische Gewicht der Luft in g/cm3 ist. Die Konstante k hängt von der geometrischen Gestaltung des Staurandes, Düse usw. ab, bei Staurändern überdies von der Größe der Durchflußöffnung im Verhältnis zum Rohrdurchmesser. Die einfachste Durchflußöffnung ist die in Abb. 7 wiedergegebene ebene Drosselscheibe mit kreisförmiger scharfkantiger Oeffnung. Sie sind besonders bequem zwischen zwei Rohrflanschen einzubauen. Ein Düsenkörper von fast unveränderlicher Ausflußziffer ist der Staurand mit gut gerundeter Mündung (Abb. 8), der in der Normaldüse, die von Prof. Dr. Prandtl und Direktor Regenbogen entworfen wurde (Abb. 10), ihre zurzeit vollkommenste Form erhalten hat. Ist ein durch den Druckabfall bedingter Energieverlust unbedingt zu vermeiden, so wird die Meßdüse nach Abb. 9 ausgebildet, die als Venturidüse bekannt ist. Textabbildung Bd. 329, S. 293 Abb. 11 zeigt einen Meßkopf mit sieben wohlgerundeten Düsen für Belastungsversuche an Ventilatoren usw. Schwankungen der Temperatur und des Druckes um ±5 v. H. des der Rechnung zugrunde gelegten Wertes haben in der Volumen- und Geschwindigkeitsmessung einen Fehler von ± 2,5 v. H. zur Folge. Bei sehr genauen Messungen sind daher gleichzeitig Temperatur und Druck der strömenden Luft zu bestimmen. Diese Größen finden in dem korrigierten Wert von 5 (spezifisches Gewicht des betr. Gases oder der Luft) ihren Ausgleich, und zwar ist s=s_{0,760}\,\frac{273}{273+t}\,.\,\frac{p}{760}, wobei s0,760 das spezifische Gewicht der Luft bei 0° C und 760 mm Quecksilberdruck, p der statische Druck der Luft in mm Quecksilber, t die Temperatur der Luft in ° Celsius ist. Die Staurohrmessung dient in erster Linie der Geschwindigkeitsmessung strömender Luftmengen. Sie ist in den Fällen, wo die Anwendung der Durchflußöffnung ausgeschlossen ist, auch zur Ermittlung der geförderten Luftmenge durch netzweise Aufnahme der Geschwindigkeit über den Querschnitt geeignet. Die netzweise Aufnahme von Geschwindigkeiten ist unerläßlich, sobald die Geschwindigkeitsverteilung durch den Einbau von Drahtgittern (etwa 4 mm Maschenweite) und Rohrbündeln zum Geraderichten (Abb. 12) gleichförmig über den Querschnitt gemacht worden ist. Man verfährt hierbei so, daß man den Querschnitt in ungefähr flächengleiche Unterabteilungen zerlegt, in deren Mittelpunkt eine Messung vornimmt und den Mittelwert der gefundenen Geschwindigkeiten mit dem Kanalquerschnitt multipliziert. Spezielle Anwendungsgebiete sind: Prüfungen und Kontrollen an Ventilatoren, Exhaustoren, Ventilationsanlagen usw. Textabbildung Bd. 329, S. 293 Abb. 10. Die Methode der Durchflußöffnungen dient der unmittelbaren Volumenmessung strömender Luft. Sie ist für die dauernden Verbrauchsmessungen der Praxis für alle Temperaturen und Drucke besonders geeignet und gibt die zuverlässigsten Resultate. Der einfache, ebene Staurand wird dort Verwendung finden, wo ein kleiner Energieverlust der durch den Druckabfall bedingt ist, verschmerzt werden kann, Durchflußdüsen – Venturidüsen – dort, wo solche Verluste unbedingt zu vermeiden sind und höchste Meßgenauigkeit gefordert wird. Die Düsenmessung am Anfang oder Ende einer Rohrleitung ist mit Vorteil zur fortlaufenden Volumenmessung angesaugter Luftmengen, unter Zwischenschaltung großer Windkessel auch zur Bestimmung des volumetrischen Wirkungsgrades von Kolbenpumpen und Kolbenkompressoren zu verwenden, ferner zur Luftmengenmessung, wenn die Luft aus einer Rohrleitung in einen weiten Raum (Gasometer) einoder ausfließt. Textabbildung Bd. 329, S. 293 Abb. 11. Zum Messen des statischen Druckes im Innern einer geradlinig strömenden Luft dient der ringförmige Schlitz des Prandtl-Rosenmüller sehen Staurohrs, welcher eine Druckangabe sehr nahe gleich dem statischen liefert. Dieses Normalstaugerät ist daher als Einheitsgerät auch für die statische Druckmessung zu empfehlen. Bedingung für die richtige Angabe ist, daß die Strömung an der Meßstelle geradlinig und parallel der Achse des kleinen Staukörpers ist. Im gegenteiligen Falle ist das in Abb. 13 abgebildete Meßgerät zu empfehlen. In einer kleinen zylindrischen Büchse, deren Mantel eine Reihe von Schlitzen trägt, ist feine Drahtgase spiralig aufgewickelt eingeschoben. Der in das Innere tretende Luftstrom verliert durch Reibung an der Drahtgase seine kinetische Energie, so daß nur der statische Druck übrigbleibt, welcher durch ein Metallröhrchen nach außen geleitet wird. Textabbildung Bd. 329, S. 293 Abb. 12. Den verschiedenen Meßzwecken entsprechend sind einige Formen von Mikromanometern entstanden, welche Messungen von Drucken bis 0,01 mm W. S. herab gestatten. Diese hohe Empfindlichkeit wird dadurch erreicht, daß man das Meßrohr, an welchem die Ablesung des Flüssigkeitsstandes bewirkt wird, stark geneigt an einem weiten Gefäß (weiter Schenkel) anbringt. Durch die größere oder geringere Neigung des Meßrohres ist man praktisch in der Lage, jedes Uebersetzungsverhältnis, also jede Empfindlichkeit herzustellen. Abb. 14 zeigt eine schematische Skizze eines solchen Mikromanometers. Mit + und – sind die Stellen bezeichnet, an welche das Staurohr mit gleichem Vorzeichen anzuschließen ist. Bei starker Neigung des Meßrohres ist eine sehr genaue Horizontierung des Instrumentes erforderlich, um eineinmal festgelegtes Uebersetzungsverhältnis immer wieder leicht herstellen zu können. Zu diesem Zweck sind alle Mikromanometer mit kreuzweis angeordneten Röhrenlibellen und Stellschrauben versehen. Textabbildung Bd. 329, S. 294 Abb. 13. Die Meßröhren sind entweder schwenkbar angeordnet, um beliebige Uebersetzungsverhältnisse einstellen zu können, oder fest für nur eine festgelegte Empfindlichkeit. In Abb. 15 ist das Mikromanometer mit konstantem Nullpunkt des schwenkbaren Meßrohres nach Dr.-Ing. Berlowitz abgebildet, welches fast allen Anforderungen genügt. Mit A ist der mit einem besonderen Strahlungsschutz umgebene weite Schenkel bezeichnet, in welchem mittels eines Metallkonus die Meßröhre schwenkbar eingesetzt ist. Durch eine Feder wird der Konus sanft in seine Bohrung gedrückt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß der Nullpunkt des schwenkbaren Meßrohres unter Berücksichtigung der Kapillarerhebung durch die Drehachse des schwenkbaren Armes geht, so daß beim Einstellen verschiedener Uebersetzungen der Nullpunkt und Meniskus seine Lage unverändert beibehält. Nachfüllen von Sperrflüssigkeit beim Uebergang von starker Neigung zu geringer oder Absaugen beim Uebergang von kleinen zu großen Uebersetzungen, kommt in Wegfall, wodurch die Handhabung erleichtert wird. Textabbildung Bd. 329, S. 294 Abb. 14. Die Meßröhre ist beiderseitig in Metallfassungen gelagert und durch kleine Gummiringe abgedichtet. Der Gradbogen trägt zur Einstellung der verschiedenen Uebersetzungen entweder unmittelbar die Uebersetzung eingerissen oder eine Kreisbogenteilung in ½ °. Ein Nonius am Klemmrahmen gestattet Winkel von 5 zu 5' abzulesen. Die Füllung des Mikromanometers geschieht zweckmäßig durch den Ablaßhahn hindurch mittels eines Fülltrichters oder Flasche, welche durch Schlauch mit dem Ablaßhahn verbunden werden. Das Füllen und Ablassen von Sperrflüssigkeit wird durch Heben oder Senken des Fülltrichters bewirkt (Abb. 18). Auf dem Deckel des Instruments befinden sich die Schlauchtüllen zum Anschluß des Staurohres oder der später beschriebene Hahnkörper. Textabbildung Bd. 329, S. 294 Abb. 15. Die Mikromanometer mit festem Meßrohr mit nur einem Uebersetzungsverhältnis verwendet man als stationäre Instrumente zur Kontrolle für Lüftungsanlagen, wo sie an der Zentralschalttafel montiert werden (Abb. 16). Textabbildung Bd. 329, S. 294 Abb. 16. Die Meßskalen sind so eingerichtet, daß sie Druck und Geschwindigkeit abzulesen gestatten. Da der Nullpunkt durch Abdunsten sich etwas verschiebt, ist die Geschwindigkeitsskala innerhalb eines kleinen Intervalles verschiebbar. Da die Meßröhren für Neigung kleiner als 1: 25 sich nicht genügend gerad und kalibrisch herstellen lassen, sind diese durch Anlegen eines besonders durch Eichung gefundenen Maßstabes kompensiert. Die Teilung dieses kompensierten Maßstabes wird durch schräge Verbindung mit der gleichwertigen Teilung eines Millimeterstabes auf den letzten übertragen, an welchem ihrerseits die Geschwindigkeitsskala gleitet. Textabbildung Bd. 329, S. 294 Abb. 17. Bei dem Mikromanometer nach Dr. Rosenmüller (Abb. 16) sind zwei feste Meßröhren vorgesehen, deren Neigungen beliebig kombiniert werden können, zur Herstellung von zwei Meßbereichen. Das Instrument gestattet infolgedessen ohne jede Umstellung am Instrument, sowohl kleine als auch größere Geschwindigkeiten zu messen. Wird z.B. der Meßbereich des stärker geneigten Meßrohres überschritten, so erfolgt die Ablesung an der andern Meßröhre. Abb. 17 veranschaulicht schematisch den Vorgang. Textabbildung Bd. 329, S. 295 Abb. 18. Das Instrument ist aus diesem Grunde besonders für die Kontrolle von Ventilationsanlagen bestimmt, sowohl zum Messen der Luftgeschwindigkeiten in den Verteilungsleitungen als auch an den Ventilatoren. Für weniger feine Messungen benutzt man das Mikromanometer Abb. 18, jedoch nur für feste Montierung. Es eignet sich recht gut zum Messen kleiner Druckunterschiede, z.B. des Druckgefälles an Stoffiltern (+ 0 bis 40 mm WS). Die Staurohre usw. werden zweckmäßig unter Zwischenschaltung eines Hahnkörpers an die Mikromanometer angeschlossen, um bequem den Nullpunkt einstellen und kontrollieren zu können, und um Geschwindigkeiten, statische oder Gesamtdrücke messen zu können. In Abb. 19 ist ein Hahnkörper abgebildet, welcher gestattet, das Mikromanometer zur Nullpunkteinstellung an die freie Atmosphäre zu legen (Stellung O), den dynamischen (Stellung 2) und den statischen oder den Gesamtdruck (Stellung 1 und 3) zu messen, seien die beiden letzteren größer (Stellung 1) oder kleiner (Stellung 3) als Barometerstand. Textabbildung Bd. 329, S. 295 Abb. 19. Nach den Erfahrungen des vorher genannten Ausschusses ist es zweckmäßig, nicht den für Leistungsmessungen wichtigen Gesamtdruck, sondern den statischen Druck zu messen. Dieser Hahnkörper wird auch nur mit den Stellungen O und 2 ausgeführt. Eine besondere Vorrichtung an diesen Hähnen dient dem Ausgleich schnell verlaufender statischer Druckschwankungen. Tritt eine solche ein, so pflanzt sich bei den beschriebenen Einschenkelmanometern diese Schwankung auf die Meßröhre unmittelbar fort, am zweiten Schenkel wird sie durch den Luftraum über der Sperrflüssigkeit stark gedämpft. Es tritt ein Schwingen des Meniskus ein. Um dies zu vermeiden ist der Hahnkörper mit einem Hohlkörper versehen, der dem engen Schenkel vorgeschaltet wird, und dessen Volumen dem des weiten Schenkels entspricht. Gelangen jetzt beim Messen von Geschwindigkeiten sehn eil verlaufende Schwankungen des statischen Druckes an das Mikromanometer, so erfahren dieselben auch am Meßrohrschenkel eine Dämpfung, und zwar in dem gleichen Maße, wie dies am weiten Schenkel stattfindet. An beiden Schenkeln wächst oder fällt der Druck in gleicher Weise, so daß keine verschiebenden Kräfte auftreten und eine ruhige Einstellung des Meniskus bewirkt wird. In Abb. 20 ist ein schematischer Schnitt des Hahnkörpers gegeben. Textabbildung Bd. 329, S. 295 Abb. 20. Ein weiterer Hilfsapparat dient als Linienwähler für mehrere Meßstellen mit nur einem gemeinschaftlichen Mikromanometer. Abb. 21 zeigt einen solchen für eine Schalttafel zum Anschluß von sechs Staurohren.Sämtliche Apparate werden von der Firma G. Rosenmüller, Dresden- N., hergestellt. Die Anschlußröhren liegen verdeckt an der Rückseite der Schalttafel, nur die Scheibe mit Handrad und Weiser ist von der. Vorderseite sichtbar. Seine Verwendung ist nur in Verbindung mit stationären Mikromanometern besonders zu empfehlen. Textabbildung Bd. 329, S. 295 Abb. 21. Linienwähler zum Anschluß mehrerer Staurohre an ein Mikromanometer Zu beachten ist noch, daß Geschwindigkeitsmessungen mit Staurohr sowie Volumenmessungen mittels Durchflußöffnungen in unmittelbarer Nähe von Krümmern, vor oder hinter stärkeren Richtungsänderungen und plötzlichen Querschnittserweiterungen nicht auszuführen sind. Sämtliche Leitungen sind auf Dichtigkeit zu prüfen. Für den Fall der Druckmessung in Luft von anderem Raumgewicht als atmosphärische Luft, ist auch auf die Wirkung von Höhenunterschieden zwischen Druckentnahmestelle und Manometer Rücksicht zu nehmen.