Technologischer Hintergrund

Patentiertes Messrohr

Normalerweise stellen minimale Durchflüsse die größten Herausforderungen an ein Durchflussmessgerät dar. Diese treten oftmals nachts auf, aber auch, wenn ein Rohrnetz zu groß dimensioniert wurde. Die Performance eines Messgerätes während der Minimaldurchflüsse kann durch eine Verjüngung der Nennweite verbessert werden. Die dadurch erhöhte Geschwindigkeit führt zu einer besseren Signalstärke und dadurch zu einem besseren Signal-Rausch Verhältnis.

Das Messrohr des WATERFLUX verfügt über eine glatte, konische Form mit innerer Reduzierung auf ein Rechteckprofil. Dadurch wird das Strömungsprofil einheitlich gestaltet und turbulente Schwankungen reduziert bzw. vermieden (Strömungsoptimierender Effekt). Der WATERFLUX wurde konstruiert, um eine exzellente Performance sowohl bei großen als auch bei kleinen Durchflüssen zu gewährleisten.

Keine Ein- und Auslaufstrecken

Für magnetisch- induktive Durchflussmessgeräte sind in der Regel gewisse Ein- und Auslaufstrecken einzuhalten, um die vom Hersteller angegebene Messgenauigkeit zu erreichen. Gestörte Strömungsprofile, wie sie etwa nach Rohrbögen oder Schiebern auftreten, beeinflussen das Messergebnis beachtlich und müssen durch lange Ein- und Auslaufstrecken homogenisiert werden.

Durch den rechteckigen Querschnitt des WATERFLUX wird eine Fließgeschwindigkeitserhöhung erreicht und das Stömungsprofil innerhalb des Magnetfeldes optimiert, unabhängig von der Einbaussituation des Messumformers. Somit kann auf gerade Ein- und Auslaufstrecken komplett verzichtet und der WATERFLUX praktisch überall eingebaut werden.

Vergleich der Strömungsprofile nach Rohrbögen

Die Physikalisch-technische Bundesanstalt (PTB) Berlin hat das Verhalten der unterschiedlichen Querschitte bei verschiedenen Strömungsprofilen untersucht. Das Strömungsprofil eines herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (MID mit rundem Querschnitt sowie das des neuen WATERFLUX mit strömungsoptimierendem Querschnitt nach einem Rohrbogen wurden gegenübergestellt.

Vergleich der Strömungsprofile nach Rohrbögen

a) Magnetisch-induktives Durchflussmessgeräte mit rundem Querschnitt

b) Strömungsprofil nach einem Rohrbogen

c) WATERFLUX mit rechteckigem Querschnitt

d) Strömungsprofil nach einem Rohrbogen

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass der strömungsprofiloptimierende Querschnitt des WATERFLUX mehrere Vorteile mit sich bringt: Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit führt zu einer besseren Signalstärke und somit zu einer genauen Messung auch bei minimalen Durchflüssen. Störungen des Strömungsprofils werden um 80% reduziert. Der durch die Einschnürung entstehende Druckverlust ist vernachlässigbar klein.

Höchste Messgenauigkeit

Höchste Messgenauigkeit

The high measuring accuracy (±0.2% of measurement ±0.5mm/s) together with excellent repeatability means that the flowmeter can also be used in custody transfer in accordance with OIML R-49 and MI-001. The zero point stability of the WATERFLUX is considerably better than simple process measuring equipment. As a result, the instrument can measure even minimal flow rates bidirectionally with a high accuracy and can therefore be used for detecting leaks and measuring leak flow volumes.

Geringer Druckverlust

Generell haben magnetisch-induktive Messgeräte keine im Messrohr beweglichen Teile, was Voraussetzung für einen geringen Druckverlust ist. Die patentierte Form des Messrohrs wurde beim WATERFLUX zudem speziell für geringen Druckverlust konzipiert: Gemäß der OIML-Richtline ist bei der Wassermessung ein Druckverlust von 630mbar bei einer Fließgeschwindigkeit von 8 m/s erlaubt. Der WATERFLUX unterbietet diesen Wert mit 500 mbar deutlich. Bei der für Wassernetzwerke üblichen Fließgeschwindigkeit von ca. 1 m/s liegt der Druckverlust des WATERFLUX bei < 10 mbar.

Geringer Druckverlust
Rilsan® polymer coating

Rilsan® polymer coating

Rilsan -Polyamid 11- ist ein pulverförmiger, thermoplastischer Kunststoff, der auf der Grundlage des pflanzlichen Rizinusöls hergestellt wird. Er ermöglicht die Herstellung hochwertiger Beschichtungen, die einen wirksamen und nachhaltigen Schutz gegen bakterielles Wachstum bieten. Die Rilsan-Auskleidung des WATERFLUX-Messrohres ist extrem korrosions-, alterungs-und abrasionsbeständig. WATERFLUX ist deshalb lebensmitteltauglich nach KTW, DVGW sowie ACS und somit für Trinkwasser zugelassen.

Vielfältiges Energiekonzept für jeden Standort

Der batteriebetriebene WATERFLUX 3070 ist die ideale Lösung für getrennte Standorte in der Wasserindustrie, an denen kein Netzanschluss zur Verfügung steht. KROHNE hat eine spezielle Messwertaufnehmer-Konstruktion mit einer sehr geringen Leistungsaufnahme entwickelt, um eine außerordentlich lange Batterielebensdauer zu gewährleisten. Standardmäßig ist der IFC 070 Messumformer mit einem Batteriepack mit doppelter D-Lithiumzelle ausgestattet. Um die Batterielebensdauer zu verlängern, kann ein externes Batteriepack, der PowerBlock, mit einer doppelten-DD Lithiumzelle an den Messumformer angeschlossen werden.

Während eines eventuellen Batteriewechsels entsteht kein Datenverlust, da der Zählerstand intern gespeichert wird.

Durch den rechteckigen Querschnitt liegen die Magnetspulen im Vergleich zu kreisförmigen Querschnitten relativ nah beieinander und benötigen daher weniger Energie, um ein ausreichend starkes und homogenes Magnetfeld zu generieren.

Vergleich der Querschnitte

Vergleich der Querschnitte: Aufbau eines MID mit rundem Querschnitt, Aufbau des WATERFLUX

1= induzierte Spannung (proportional zur Durchflussgeschwindigkeit)

2= Elektroden

3= Magnetfeld

4= Erregerspule

Anstelle von Sattelspulen wurde ein Magnetkern mit einer kleinen runden Spule verwendet, bei der die Windungen sehr kurz sind und damit bei gleicher Magnetkraft einen niedrigeren ohmschen Widerstand bieten (siehe Abb.). Durch den daraus resultierenden niedrigen Stromverbrauch sowie die speziellen, nach Industriestandard entwickelten Batterien (in Bezug auf Leckströme und Temperatureinwirkung) kann eine langfristige, unabhängige Energieversorgung sichergestellt werden. Durch die spezielle geometrische Anordnung des Magnetkreises wird ebenfalls verhindert, dass eine Blindleistung bei der Magnetfelderzeugung erzeugt wird.

Die Batterielebensdauer ist abhängig von der Anzahl der integrierten Batterien sowie der eingestellten Messfrequenz (siehe Diagramm). Bei der standardmäßig eingestellten Messfrequenz von 1/15 Hz und einer Temperatur von ca. 25°C beträgt die Lebensdauer mit

  • 2 integrierten Batterien: 10 Jahre
  • Externem Batteriepack: 15 Jahre

Aufgrund des geringen Stromverbrauchs ist die Batterielebensdauer beim WATERFLUX bis zu 5 Mal höher als bei vergleichbaren Geräten.

Für Standorte, an denen ein Netzanschluss verfügbar ist, die Wasserversorger jedoch eine Notstromversorgung benötigen, um die kontinuierliche Messung sicherzustellen, steht für den WATERFLUX 3070 eine externe FlexPower-Einheit mit Schutzart IP68 zur Verfügung. Die Eingangsleistung für den KROHNE FlexPower kann durch den Anschluss an eine 110...230 V AC Stromversorgungsquelle geliefert werden. Bei Stromausfall übernimmt eine interne Batterie die Notstromversorgung des IFC 070 Messumformers. Um Energie zu sparen, schaltet der Zähler automatisch auf die stromsparende Batterie Notstromversorgung.

Solarenergie oder Windenergie können als Alternative für den Batteriebetrieb an Orten eingesetzt werden, an denen kein Netzanschluss verfügbar ist. Es besteht eine immer größere Marktnachfrage nach ökologischen Energiequellen wie Wind- und/oder Sonnenenergie. Zu diesem Zweck ist die FlexPower-Einheit mit einem speziellen Netzkabel für den Anschluss an eine 10...30 V DC Hilfsenergie ausgestattet.

Messung von Durchfluss, Druck und Temperatur mit einem einzigen Gerät

Beibehaltung der Wasserbilanz, Reduzierung der Pumpkosten, Drucküberwachung und Zoneneinteilung (District Metering Areas, DMA) sind Schlüsselaspekte für Wasserversorger in Trinkwasser- Versorgungsnetzwerken. Druck- und Durchflussdaten liefern wichtige Informationen für die Überwachung und den Betrieb von Netzwerken. Die Regelung des Druckniveaus ist für eine effiziente Beförderung und Versorgung von Trinkwasser sehr wichtig. Ein großer Druckabfall weist auf Leckagen hin. 

Die Sicherheit von Trinkwasser hat für Wasserversorger oberste Priorität. Die Temperaturregelung ist notwendig, da hohe Temperaturen eine Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellen und eine Spülung der Versorgungsnetze erforderlich machen. Sobald das Trinkwasser einen kritischen Wert erreicht, löst der WATERFLUX 3070 einen Alarm aus.

Der WATERFLUX 3070 ist der erste All-in-one-Wasserzähler zur gleichzeitigen Messung von Durchfluss, Druck und Temperatur mit einem einzigen Gerät. Der WATERFLUX 3000 Messwertaufnehmer ist mit einem integrierten Druck- und Temperatursensor ausgestattet.

  • Die Messwerte für Durchfluss, Druck und Temperatur können auf der Anzeige des IFC 070 und über Modbus RTU angezeigt werden.
  • Beim Überschreiten kritischer Grenzwerte für Druck und/ oder Temperatur kann ein Alarm am Statusausgang oder über Modbus ausgegeben werden.

Direkte unterirdische Installation

Dank seines zuverlässigen und wartungsfreien Betriebs und der robusten Konstruktion eignet sich der Messwertaufnehmer auch für die unterirdische Installation.

Der Erdeinbau bietet eine Reihe Vorteile. Damit sind größere Kosteneinsparungen möglich, da in diesem Fall kein Bezugsgefäß benötigt wird. Der Zähler besitzt weder bewegliche und verschleißanfällige Teile noch Teile, die ausfallen können, wodurch nur sehr wenig oder überhaupt kein Wartungsbedarf besteht. Optionen für die Verifikation vor Ort gewährleisten die Integrität des Zählers.

Alle Nennweiten eignen sich für die unterirdische Installation. Für den Schutz des Messwertaufnehmers ist eine spezielle Beschichtung für den Erdeinbau erhältlich. Die getrennte Ausführung des Messwertaufnehmers ist mit einer Anschlussdose aus Edelstahl in Schutzart IP68 ausgestattet.

Optionen für die Datenkommunikation

Unser Portfolio muss die Geschäftsprozesse der Kunden wie beispielsweise Zoneneinteilung (DMA) für die Wasserbilanz, Wasserentnahme, Druckmanagement und Einnahmenerhebung unterstützen. Für diese Zwecke benötigen die Wasserversorger mehr Messdaten, intelligente Daten, genaue Daten und Echtzeit Daten.
Der WATERFLUX 3070 liefert wichtige Daten wie Summe, Vorwärts- und Rückwärtsdurchfluss sowie Durchflüsse an kritischen Messstellen. Die aktuellen Werte für Druck und Temperatur werden über den integrierten Druck- und Temperatursensor zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus liefert der Sensor Statusinformationen über den Zähler und die Batterie.

Die Anzeige ist die Hauptdatenquelle für Zähler, die für die Abrechnung verwendet werden und dem eichpflichtigen Verkehr unterliegen (OIML R49, MI-001). Die Mess- und Zählerstatusdaten können über 2 Impulsausgänge oder 2 Statusausgänge oder aber über Modbus RTU RS 485 ausgegeben werden. Einfache Datenkommunikation benötigt eine einfache Schnittstelle zwischen dem WATERFLUX 3070 und einer Vielzahl von auf dem Markt gebräuchlichen Betriebsmitteln und Systemen für die Kommunikation.

Modbus-Kommunikation

BatteriebetriebFlexPower (Netzanschluss)
  • 2 Pulse- + 2 Statusausgänge
  • Optionale energiesparende Modbus-Kommunikation für den Anschluss an ein GSM/GPRS-Modul
  • 2 Pulse- + 2 Statusausgänge
  • Hochleistungsfähige Modbus-Kommunikation für den Anschluss beispielsweise an eine SPS

Der WATERFLUX 3070 kann unter Verwendung des Modbus RTU-Protokolls über RS485 kommunizieren. Eine Add-on-Karte für das Modbus-Modul ist in das IP68 Messumformergehäuse integriert. Die Wahl fiel auf Modbus, da es sich um ein ausgereiftes, vielseitiges und weithin akzeptiertes Protokoll handelt, das sich problemlos in andere Kommunikationssysteme integrieren lässt. Es liefert eine Standardlösung, um alle verfügbaren Daten des IFC 070 Messumformers zu übermitteln.

Der WATERFLUX 3070 besitzt zwei RS 485 Modbus RTU-Schnittstellenoptionen: eine energiesparende (batteriebetriebene) und eine hochleistungsfähige (netzgespeiste) Modbus-Option. Die energiesparende (nicht isolierte) Modbus-Version ist einzigartig auf dem Markt und eignet sich für die Datenkommunikation zwischen der batteriebetriebenen Ausführung des WATERFLUX 3070 und einem batteriebetriebenen GPRS Datenlogger-Modul. Im Falle des WATERFLUX 3070 mit FlexPower (netzgespeister Wasserzähler) kann die hochleistungsfähige (nicht isolierte) Modbus-Option für die Datenkommunikation mit Systemen für die Prozessautomatisierung (SCADA, DCS, SPS) bestellt werden.

GSM/GPRS liefert Informationen aus der ganzen Welt

Großwasserzähler werden oft über ein großflächiges Gebiet und an weit entlegenen Messstellen oder in unterirdischen Brunnenstuben oder an Übergabestellen installiert, die schwer zu erreichen sind. Die einzigartige batteriebetriebene Modbus-Option mit niedrigem Stromverbrauch ist mit einem dedizierten Chipsatz für eine lange Lebensdauer ausgestattet und kann an eine batteriebetriebene GSM/GPRS Datenlogger-Einheit angeschlossen werden, um eine Komplettlösung für getrennte Standorte zu liefern.

Über seine Ausgänge kann der WATERFLUX 3070 an eine Vielzahl von Datenloggern und Betriebsmitteln für die getrennte Kommunikation unterschiedlicher Marken angeschlossen werden, die Impulse und/oder Modbus unterstützen. Dies wurde bereits mit den folgenden ausgewählten Anbietern getestet:

  • Datawatt
  • Jiaxing HgDao
  • Lacroix Sofrel
  • Metasphere
  • Primayer

Webbasiertes Daten-Hosting

Die Daten können über eine dedizierte Webseite angezeigt oder für die weitere Analyse exportiert werden. Die Vorteile: eine hundertprozentig sichere Datenbank und vertraulicher Zugriff auf die Daten, die Handhabung eines SCADA-Systems wird überflüssig und die Darstellung der Daten kann vom Endanwender nach Bedarf konfiguriert werden. Darüber hinaus kann das PC-basierte Daten-Hosting verwendet werden.

Eine Vielzahl von erfassten Daten steht zur Verfügung, darunter:

  • Trendkurven mit Statistiken und Ausdruck
  • Datenlisten (Zähler, Durchfluss, tägliche/wöchentliche/ monatliche Berichte, Messungen, Alarme etc.)
  • In Excel exportierte Daten
  • Automatische Alarme, die an eine dedizierte E-Mail-Adresse gesendet werden
  • Versand der Daten an einen dedizierten FTP-Server

Langfristige Zuverlässigkeit und vereinfachte Installation

In einer Welt, in der Wasser immer knapper wird, ist Trinkwasser eine wertvolle Ressource. Die Durchflussmessung von Trinkwasser muss sehr genau sein, da sie die Grundlage für ein effizientes Management der Wasserversorgungsnetze und die Abrechnung des Wasserverbrauchs ist.

Jedes einzelne Durchflussmessgerät wird standardmäßig vor dem Versand nasskalibriert. Optional ist auch die Verifikation nach Standards für den eichpflichtigen Verkehr (OIML R49, MI-001) erhältlich. KROHNE betreibt eine große Anzahl Kalibriereinrichtungen, einschließlich der weltweit größten und genauesten volumetrischen Kalibrieranlage.

Dank seiner freien Messstrecke ist der WATERFLUX Messwertaufnehmer konventionellen mechanischen Wasserzählern in Bezug auf Druckverlust und Langzeitstabilität weit überlegen. Der WATERFLUX 3070 führt automatische Selbsttests durch, einschließlich der Kontrolle der Integrität von Hardware und Software sowie der Berechnung der verbleibenden Batterielebensdauer. Wenn notwendig, können Warnungen und Fehlermeldungen auf der Anzeige, über die Statusausgänge oder Modbus angezeigt werden.

Mit dem OPTICHECK lässt sich über eine Inline-Prüfung sicherstellen, dass die installierten magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte spezifikationsgemäß funktionieren. Nachdem vor Ort eine Verbindung mit dem Tool hergestellt wurde, sammelt es Messdaten, um sicherzustellen, dass die Leistung des Durchflussmessgeräts jederzeit innerhalb von 1% der Werkskalibrierung liegt. Für jedes Durchflussmessgerät kann ein Hardcopy-Verifikationsbericht gedruckt werden.

Der WATERFLUX vereinfacht die Installation und minimiert die Wartung

Wasserzähler sind über ein großflächiges Gebiet verteilt und befinden sich oft an schwer zugänglichen Standorten wie beispielsweise:

  • Abgelegene Wassergewinnungsbrunnen
  • Fernwasserversorgungsnetze
  • Schächte unter stark befahrenen Straßen
  • Kleine, schmale oder überflutete Schächte
  • Kellergeschosse von Gebäuden

Der WATERFLUX 3070 bietet zahlreiche Eigenschaften und Vorteile, die die technische Planung unter verschiedenen Bedingungen vereinfachen:

  • Vielfältiges Energiekonzept für jeden Standort
  • Nennweitenbereich an Batterien von DN25 bis DN600
  • Kompaktes und getrenntes Messumformergehäuse
  • Kürzere gerade Strecken (0D Einlaufstrecke, 0D Auslaufstrecke) für Standorte auf engstem Raum
  • Erdeinbau an Orten, an denen kein Messschacht erforderlich ist

Um die Kosten unter Kontrolle zu halten, sind eine einfache Installation und möglichst wenige Besuche vor Ort Voraussetzung für Wasserversorger.
Für eine problemlose Installation vor Ort bietet der WATERFLUX 3070:

  • Batteriebetrieb (optional), ohne elektrische Kabel vor Ort
  • Plug & Play MiL-Steckverbinder, die den Bedarf an Kabeln vor Ort noch weiter reduzieren
  • Eine standardmäßige Referenzelektrode, die Erdungsringe überflüssig macht
  • Kompakte Ausführung mit geringem Gewicht
  • Installation ohne Filter oder Siebe

Um die Besuche vor Ort auf ein Minimum zu reduzieren, besitzt der WATERFLUX 3070:

  • Eine robuste Konstruktion ohne Einbauten im Durchfluss für eine langfristige Zuverlässigkeit
  • Eine manipulationssichere Bauart
  • Batterien mit langer Lebensdauer
  • Ein Spektrum an Kommunikationsschnittstellen, um die Notwendigkeit zur manuellen Datenerfassung zu Reduzieren

Einbau in Schächten

Wasserzähler werden für die Überwachung und Kontrolle in Wasserversorgungsnetzen von der Wasseraufbereitungsanlage bis zum Kunden verwendet. Die Zähler werden oft in Schächten unterirdisch installiert.

Die Installation eines WATERFLUX 3070 bietet eine Reihe großer Vorteile im Vergleich zu mechanischen Wasserzählern, da dieser Zähler keine vor- und nachgelagerten Rohre und auch keine zusätzlichen Betriebsmittel wie Siebe, Filter oder Absperrventile mit Bypass erfordert.

Alles, was im Schacht benötigt wird, ist der Messwertaufnehmer selbst, was deutlich niedrigere Installationskosten bedeutet. Ein (kompakter oder getrennter) Messumformer und ein optionaler Datenlogger/eine optionale GPRS-Einheit können entweder im Schacht oder überirdisch installiert werden. Überirdisch werden der getrennte Messumformer und der Datenlogger/die GPRS-Einheit normalerweise an einem Pfosten oder in einem Schaltschrank positioniert.

Dank der wartungsfreien Ausführung ist auch eine deutliche Reduzierung der Wartungskosten möglich. Der Messwertaufnehmer muss zwecks Nachkalibrierung nicht von der Leitung entfernt werden. Für die Überprüfung der Integrität von Messwertaufnehmer, Transmitter und Transmitterkabel steht der OPTICHECK zur Verfügung.