Ultraschall-Durchflussmessung für grosse Rohrleitungen und offene Kanäle (AFM)

Der Verbrauch von Wasser und seine präzise Messung wird in einer globalisierten Welt mit grossen Herausforderungen im Umgang mit natürlichen Ressourcen immer wichtiger. Auch die Prozessautomation und Trends wie «Industrie 4.0» sowie «Internet of Things» steigern die Anforderungen an Datenqualität und -granularität in den Bereichen Wasserkraft, Hydrologie, Abwasser, Versorgung und Industrie.

ABWASSER

Prozesskontrolle über Reinigung und Entsorgung.

Nicht nur die Versorgung der Menschen mit Trinkwasser ist eine bedeutende Aufgabe, sondern auch die Entsorgung und Reinigung von Abwasser.

Abwasser aus dem menschlichen Lebensbereich enthält eine Vielzahl von organischen Stoffen. Wurden diese früher direkt in den Boden oder in das nächstgelegene Gewässer geleitet, geht man heute bewusster und nachhaltiger damit um. So konnte die Schadstoffbelastung der Oberflächengewässer reduziert und der Sauerstoffgehalt im Wasser wieder gesteigert werden. Infolge der Aufbereitung von Abwasser konnten sich Wasserqualität und Natur vielerorts wieder regenerieren. Unsere Zivilisation ist ohne funktionsfähige Abwasseranlagen nicht mehr denkbar. Moderne Abwasseranlagen sind komplexe Systeme. Sie bestehen aus Kanälen zur Abwasserableitung, Einrichtungen zur Abwassersammlung und Kläranlagen.

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ARGUMENTATION

Betriebliche Gründe für Durchflussmessung bei Kläranlagen

Auf Kläranlagen werden Durchflussmessungen vor allem aus betrieblichen Gründen eingesetzt, so zur volumenabhängigen Steuerung einzelner Anlagenteile und zur Prozesssteuerung zum Beispiel bei der Dosierung von Zusatzmitteln. Zudem erfordern internationale Vorschriften, wie z. B. die EU-Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser eine kontinuierliche Überwachung von Abwassereinleitungen. Fehlerhafte Durchflussmessungen auf Kläranlagen können somit sowohl den Betrieb empfindlich beeinträchtigen, als auch rechtliche Konsequenzen nach sich ziehen.

IMPULS-DOPPLER SYSTEM

Stationäres Impuls-Doppler System – Typische Anwendung

Typ: Einschweisssensor

Nur für stationäres Q-EYE PSC MT bei teilgefülltem Rohr oder bei vollgefülltem Rohr

Mobiles Impuls-Doppler System

Typ: Maus

Für stationäres und portables Q-EYE PSC PRO portable mit teilgefülltem Rohr oder bei offenem Kanal

Download: Technische Daten Q-Eye-PSC

Q-EYE RADAR MT

Pulse-Wave FFT Technologie

Q-Eye Radar MT ist ein extrem vielseitig einsetzbares Durchflussmesssystem. Seine Einsatzbereiche umfassen Flüsse und offene Kanäle, teilgefüllte Rohre des kommunalen Abwassernetzes oder auch Regenüberläufe. Dank seiner kompakten Bauform und der berührungslosen Messung mit dem Medium gestaltet sich die Montage einfach und erleichtert die spätere Wartung.

Der Sensor ist leicht zu installieren, er eliminiert typische Wartungsarbeiten die bei anderen Sensoren entstehen können und ihre Mitarbeiter geraten
während der Installation nicht in Kontakt mit dem Messmedium. Das Q-Eye Radar portable kann seitens der GWF Technologies bereits mit einem externen Wasserstandssensor (Ultraschall, Radar, Drucksonde) ausgerüstet werden. Alternativ kann ein bereits vorhandener 4-20 mA Sensor weiterverwendet werden.

Download: Technische Daten Q-Eye-Radar

Vorteile berührungslose Messung

Vorteile der berührungslosen Messung

In einigen Anwendungsbereichen ist eine berührungslose Messung von grossem Vorteil. Radar und Wasserstandssensor vereint in einem System bieten diesen Vorteil im Bereich der Durchflussmessung in offenen Kanälen und im Abwasser. Während der Radarsensor mithilfe des Doppler-Effekts die Fliessgeschwindigkeit an der Wasseroberfläche feststellt, erfasst der Ultraschallsensor nach dem Laufzeitprinzip den Wasserstand.

HYDROLOGIE

Lange Messreihen als Datengrundlage.

Zahlreiche Flüsse durchschneiden die Landschaften, von kleinen Bächen bis hin zu grossen Strömen. Schon immer haben sich Menschen an Flüssen angesiedelt. Sauberes Wasser, die Möglichkeit, den Fluss als Transportmittel zu nutzen, die Erzeugung von Energie aus Wasserkraft und der landschaftliche Reiz waren hierfür die Gründe. Der Mensch nimmt aber auch immer grösseren Einfluss auf die Wassermenge und die Wasserqualität der Flüsse. In vielen Regionen ist die Wasserentnahme zur Bewässerung oder für die Trinkwassergewinnung die Ursache für fallende Wasserstände. Mehr als die Hälfte aller grossen Flüsse der Erde wurden im Laufe der Zeit stark verschmutzt. Beobachtungen von Wasserständen sind schon aus dem Altertum bekannt. Systematische Durchflussmessungen gehen bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts zurück. Die langen Messreihen dienen als Grundlage für z. B. für den Hochwasserschutz bzw. die Hochwasservorhersage und als Basisdaten für die Bemessung wasserbaulicher Konstruktionen.

In den letzten Jahren hat sich an zahlreichen hydrologischen Stationen die akustische Durchflussmessung etabliert. Mit dieser nahezu berührungslosen Technik werden Daten kontinuierlich erhoben und rund um die Uhr zur Verfügung gestellt.

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FLUVIUS TT ECM IE

Laufzeitsystem mit digitaler Signalverarbeitung

Der Anwendungsbereich von Fluvius TT erstreckt sich von kleinen Wasserläufen bis hin zu grossen Flüssen mit stark schwebstoffhaltigem Wasser. Bei der Ausbreitung einer akustischen Welle im Wasser wird ein Teil der Energie durch Reibung und Schwebstoffe gedämpft. Dieser Vorgang ist frequenzabhängig, je höher die Frequenz, desto grösser ist die Dämpfung. Für grosse Entfernungen sind daher tiefe Frequenzen zu verwenden, da sie ein wesentlich besseres Empfangssignal gewährleisten.

Download: Technische Daten Fluvius-TT

WANDLER

Wandler je nach Breite bzw. Schwebstoffgehalt

Der Einsatz der Wandler steht in direkter Abhängigkeit des Einsatzes im entsprechenden Medium. Je nach akustischer Länge (typische Kanalbreite) und Schwebstoffgehalt (in g/m3) muss das entsprechende Modell eingesetzt werden.

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KANÄLE

Hauptaufgabe Wasserverluste frühzeitig erkennen.

Kanäle sind künstlich errichtete Wasserläufe, die als Transportwege für die Schifffahrt, zur Be- und Entwässerung oder zur Kühlwasserentnahme bei Kraftwerken genutzt werden.

Eine weitere wichtige Nutzung ist der Transport von Wasser zur Trinkwasser Versorgung. Hier gilt es, Wasserverluste frühzeitig zu erkennen. Dabei ist es schwierig, kleine Leckagen mit schleichenden Verlusten aufzuspüren. Unsere Geräte messen präzise und zuverlässig und können geringste Wasserverluste detektieren. Entsprechende Massnahmen zur Behebung der Leckage können somit schnell eingeleitet werden, um lang anhaltende Wasserverluste zu verhindern.

Download: Technische Daten Kanalis-TT

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EINSTRECKEN-ANLAGE

Messung bei nahezu konstantem Wasserstand

In seiner einfachsten Variante arbeitet eine Anlage mit nur einem Paar Wandlern. Dabei wird vorausgesetzt, dass das Geschwindigkeitsprofil relativ stabil ist und nicht gravierend durch Änderungen zwischen Wasserstand und Durchfluss beeinflusst wird. Zusätzlich muss die Hauptströmung parallel zum Ufer verlaufen. Die Beziehung zwischen der gemessenen Geschwindigkeit und dem Durchfluss wird mit einer hydrometrischen Kalibrierung aufgestellt.

KREUZSTRECKEN-ANLAGE

Messung mit Querströmungen

In Flüssen ist nahezu immer eine Querströmung vorhanden, deren Stärke hauptsächlich von der Geometrie und einer Oberstrom liegenden Flusskrümmung abhängt. Da die Querströmung nicht zum Durchfluss beiträgt, jedoch die Messung mit nur einem Paar Wandlern beeinflusst, muss ein zweites Paar installiert werden. Durch die kreuzweise Anordnung von vier Wandlern wird die Messung weitgehend unabhängig von sich verändernden Strömungswinkeln.

MEHREBENEN-ANLAGE

Messung bei starker Schwankung des Wasserspiegels

Eine noch differenziertere Durchflussmessung ist mit Anlagen in mehreren Ebenen möglich. Dabei wird der gesamte Messquerschnitt mit mehreren übereinander angeordneten Messstrecken erfasst. Eine hydrometrische Kalibrierung ist nicht erforderlich. Dieser Typ von Anlagen wird eingesetzt, wenn der Wasserspiegel stark schwankt, Rückströmereignisse auftreten oder die vertikale Geschwindigkeitsverteilung von der theoretischen signifikant abweicht.

WASSERKRAFT

Den Treibstoff Wasser optimal nutzen.

Wasserkraft ist eine wichtige Energiequelle, die zur Stromversorgung der Erdbevölkerung beiträgt. Wasserkraftwerke liefern heute knapp 3,5 Prozent der weltweit erzeugten elektrischen Energie. Ihr Anteil an der Stromgewinnung aus erneuerbaren Ressourcen beträgt 18 Prozent. In Zukunft wird sich ihr Anteil weiter erhöhen, weil die Ressourcen an fossilen Brennstoffen endlich sind.

Die elektrische Leistung eines Wasserkraftwerkes hängt im Wesentlichen vom nutzbaren Höhenunterschied zwischen dem oberen Speicher und dem unteren Becken, bzw. dem Durchfluss, ab. Ihn gilt es kontinuierlich zu messen, um den «Treibstoff» Wasser optimal zu nutzen.

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DUCTUS TT ECM IE

Laufzeitsystem mit digitaler Signalverarbeitung

Bei Rohren mit einem Durchmesser von mehr als einem halben Meter hat sich die akustische Durchflussmessung als zuverlässiges Messverfahren fest etabliert. So ist die Messung in mehreren Ebenen eine Methode, die nach internationaler Norm ohne Kalibrierung zur Bestimmung des Wirkungsgrades einer Turbine bei Abnahmemessungen zugelassen ist. Fest installierte Anlagen bilden die Grundlage für eine Überwachung des Wirkungsgrades und damit die Möglichkeit, eine Verschlechterung direkt zu erkennen. Revisionen können so frühzeitig eingeleitet werden.

Download: Technische Daten Ductus-TT

WANDLER

Unterschiedliche Wandler – je nach Anforderung

Ist das Rohr nicht von aussen zugänglich, werden die Wandler direkt von innen an der Rohrwand installiert. Der Wandler selbst kann in der Montageeinheit gedreht und so optimal ausgerichtet werden. Ist das Rohr von aussen frei zugänglich, werden zur Aufnahme der Wandler entweder Stutzen angeschweisst oder direkt Gewinde in die Rohrwand geschnitten.

Beispiel: Vier Messebenen gemäss IEC 41 / ASME PTC 18

CLAMP-ON TECHNIK

Die Vorteile der Clamp-On Technik

Bei einem Durchflussmessgerät mit Clamp-On Wandlern ist es möglich den Durchfluss in Rohrleitungen einfach von aussen zu messen. Die Wandler werden mit geringem technischen Aufwand und ohne Prozessunterbrechung an der Rohrleitung installiert. Rotationssymmetrische Strömungsprofile können mit nur einer akustischen Strecke gemessen werden; nicht symmetrische Profile erfordern den Einsatz mehrerer Strecken.

Beispiel:  Clamp-On mit zwei akustischen Strecken.

WASSERVERSORGUNG

Rohrleitungen und Pipelines im Auge behalten.

Obwohl es genügend Wasser auf der Erde gibt und es nicht verbraucht, sondern nur gebraucht wird, beginnt besonders Trinkwasser für den menschlichen Bedarf knapp zu werden. Die ungleiche regionale Verteilung von Wasser auf den verschiedenen Erdteilen, die steigende Bevölkerungsdichte sowie die Übernutzung und Verschmutzung von Süsswasservorräten sind Ursachen für eine zunehmende Trinkwasserknappheit. In Zukunft werden überall auf der Erde vermehrt Trinkwasserpipelines gebaut, um den steigenden Trinkwasserbedarf decken zu können. Hier sind Durchflussmessungen unverzichtbar, um grosse und verzweigte Rohrnetze sicher und effizient zu betreiben.

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DAS PRODUKT – «REVISION»

Das Messsystem «ReVision»

Das Produkt «ReVision» ist ein Durchflussmessgerät zur Verbrauchsdaten-Erfassung im Trinkwassernetz, welches in bereits bestehende Rohrleitungen integriert werden kann. Es erweitert die Produktfamilie der GWF Technologies im Bereich der Mess- und Regeltechnik. ReVision arbeitet nach dem Laufzeit-Differenzprinzip.

Die digitale Signalverarbeitung ermöglicht die Ermittlung kleinster Zeitunterschiede, d.h. selbst kleinste Mengen werden genau erfasst. Installationseffekte z. B. hinter einem 90°-Krümmer werden durch patentierte Korrekturen der gestörten Geschwindigkeitsprofile berücksichtigt. Die üblichen langen Rohrstrecken vor und nach dem Messgerät entfallen. Der Einbau eines Gleichrichters ist nicht notwendig.

Download: Technische Daten Revision

DAS KONZEPT

Einbaubedingungen in Voraus parametriert

Baulich begrenzte Gebäude zwingen zur Konstruktion komplexer Rohrleitungen mit einer Vielzahl von Bögen und Abzweigungen. Nur in den seltensten Fällen stehen gerade Rohrstrecken zur Verfügung, die für den Einbau üblicher Durchflussmessgeräte zwingend notwendig sind. Die Strömung muss vollentwickelt und ungestört sein. Bis heute werden bei den Herstellern bzw. bei den entsprechenden Prüfstellen die Durchflussmessgeräte im Allgemeinen unter diesen idealen Strömungsbedingungen kalibriert.

Damit ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse bei der Kalibrierung auf den späteren Installationsort mit gestörten Geschwindigkeitsprofilen nicht immer gewährleistet. Zwar eliminiert eine Messung in mehreren parallelen Ebenen die Messunsicherheit signifikant, um aber noch genauer messen zu können, verfolgt GWF Technologies mit dem Produkt ReVision ein absolut neues Konzept.

Bei der Inbetriebnahme werden zunächst die Einbaubedingung im Gerät parametriert (z. B. 2 DN hinter einem 90°-Bogen). Im Messbetrieb erfassen dann die unterschiedlichen Messebenen das gestörte Geschwindigkeitsprofil. Abschliessend stützt sich die Integration des Volumenstroms auf numerisch simulierte Gewichtungsfaktoren, die wiederum auf den parametrierten Einbaubedingungen basieren. Untersuchungen bei unabhängigen Prüfstellen haben die hohe Messgenauigkeit bestätigt.

Beispiel: Messung nach einer 90°-Krümmung

CLAMP-ON WANDLER

«ReVision» mit Clamp-On Wandlern kombiniert

Eine Messung mit «ReVision» und Clamp-On Wandlern ist nicht invasiv und ermöglicht eine präzise Durchflussmessung in Rohrleitungen von aussen auf dem Rohr. Die Wandler werden mit geringem technischen Aufwand und ohne Prozessunterbrechung an der Rohrleitung installiert.

Wandlerentnahme ohne Betriebsunterbrechung

Die Wandler sind mittels Kugelhahn quer zur Strömungsrichtung montiert und können auf einfache Weise zu Wartungszwecken oder Reparatur im laufenden Betrieb ausgetauscht werden. 

ÜBERBLICK

Wir messen überall.

Die Herausforderungen im Umgang mit natürlichen Ressourcen werden immer komplexer und wichtiger. Zur Lösung dieser Herausforderungen wurde im Jahr 2018 die GWF Technologies GmbH mit Sitz in Kaufbeuren gegründet. Die Unternehmung kann dabei auf die 120 jährige Erfahrung der Muttergesellschaft GWF MessSysteme AG mit Sitz in Luzern (CH) in den Bereichen Durchfluss- und Versorgungsmessung sowie ein weitreichendes Produkt- und IP-Portfolio zurückgreifen.

Bild: Bürogebäude in Kaufbeuren

PRODUKTERWEITERUNG AKUSTISCHE DURCHFLUSSMESSUNG

Akustische Durchflussmessung

Bei unseren Produkten und Lösungen setzen wir auf akustische Messprinzipen und können auf einen reichen Erfahrungsschatz im Einsatz dieser Technologie in unterschiedlichsten Anwendungen zurückgreifen. Unsere Produkte und Lösungen bestechen dabei durch höchste Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit sowie ausgezeichnete Fertigungsqualität.

Wir verfügen über proprietäre IP und Patente und investieren viel in die Weiterentwicklung unseres Portfolios. Wir lösen auch individuelle Herausforderungen rund um das Thema Durchflussmessung durch kompetente Produktion von Kleinserien- und kundenspezifischen Produkten. Auf den folgenden Seiten können Sie unsere Produkte und Leistungen kennen lernen. Kontaktieren Sie uns – wir freuen uns auf den Austausch mit Ihnen über das Zukunftsthema «Wasser» und die gemeinsame Zusammenarbeit.

EINSATZGEBIETE

Weltweit und in verschiedensten Branchen

In dieser Produktübersicht beschreiben wir die vielfältigen Einsatzgebiete unserer Geräte. Sie sehen, wie wir schon heute viele Aufgaben mit der akustischen Durchflussmessung souverän lösen. Sie ist hochaktuell und steht erst am Anfang einer rasanten Entwicklung. Unsere Messgeräte kommen überall dort zum Einsatz, wo Wasser fliesst. Ob in Flüssen, in Kanälen oder in Rohrleitungen – wir messen überall.

Laufzeit-Differenz-Verfahren

Bewegt sich Schall durch Wasser sind Druckschwankungen messbar. Sie wandern als Schallwellen durch das Gewässer, den Kanal oder das Rohr. Mit unseren Geräten ist es möglich, diese Ultraschallwellen zu messen. Je nach Messverfahren bestimmen wir die Laufzeit der Wellen mit und gegen die Strömung.

Doppler-Verfahren

Bei einem anderen Verfahren nutzen wir den Doppler-Effekt. Dabei registrieren unsere Geräte die Änderung der Frequenz an im Strom reflektierenden Partikeln.

SERVICE

Fach- und Sachkompetenz an der Messstelle

Dem Mitarbeiter steht die Erleichterung ins Gesicht geschrieben. Das ist wohl der schönste Moment eines Projektingenieurs. Die enge Terminvorgabe wurde eingehalten und es hat alles geklappt! Die Arbeit der vergangenen zwei Wochen hat sich ausgezahlt. Die in einer Wasserkraftanlage installierte Ultraschall-Durchflussmessanlage hat die Prüfung bestanden.

Unsere Service-Abteilung verfügt über eine ausgezeichnete fachliche Kompetenz, um weltweit eine komplette Palette an Dienstleistungen für unsere Produkte anzubieten. Zu unserem Personal gehören Service-Techniker, Elektroniker, Projektingenieure und Schulungspersonal. Sie begleiten unsere Kunden in allen Bereichen der Projektabwicklung bis hin zur schlüsselfertigen Installation.

Unsere Produkte sind überwiegend kundenspezifisch. Wir schauen uns vor Ort die Aufgabenstellung an und unterbreiten eine detailliert ausgearbeitete Lösung. Alternativ dazu steht Ihnen unser Fachwissen per Telefon-Support zur Verfügung.

REFERENZEN

Weltweit im Einsatz

Wir haben in verschiedenen Ländern Installationen nach Kundenwunsch und Nutzen geplant, installiert und in Betrieb genommen. Dabei gehörte auch die technische Schulung des Kunden dazu.

Eine Liste von Beispielen sehen Sie hier: Referenz-Liste

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