CN100483078C - 用于对一股流体流进行整流的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在一个管道段(1)内对一股流体流进行整流的组件。在管道段内在整流装置(2)的上游设有一个节流环(5)，使得在整流装置的入流区域内的流动断面收缩。节流环(5)到整流装置(2)的轴向距离t根据下面关系式确定大小：0＜t＜E，其中E为流体流的收缩部分的指向下游的轴向延伸长度。节流环(5)安装在整流装置(2)的前面改善整流效果。

Description

用于对一股流体流进行整流的组件
技术领域
本发明涉及一种用于对一股流体流进行整流的组件，包括一个在一个管道段内的整流装置。
背景技术
在几种气体流量测量仪例如涡轮气体计量表中，测量结果的精确性强烈地取决于输入端的流动断面(
Figure C200480023501D0003191241QIETU
)的性质。测量仪的校准在一个不受干扰的、基本上完全展开的流动断面中进行。因此一个尽可能不受干扰的流动断面对于在应用设备中的精确测量结果是重要的前提条件。
整流装置可以安装到一个管道内或者作为一个测量仪的组成部分。
实际中经常在干扰的设备构件例如弯管或压力调节器后面，只有短的流入段可供使用。出于这个原因，在测量仪内部或者分开地在其上游需要一个开头所述类型的用于整理流动断面的组件。
另外，整流装置的有效性例如对于涡轮气体计量表量化地定义在EN12261中。在这儿根据两个标准化的预干扰类型区分成一个弱的预干扰和一个强的预干扰，并且由预干扰确定测量仪的相应的最小距离，以便与不受干扰的校准过程相比较遵守一个最大允许的测量误差。
用于形成预干扰的试验结构产生流动断面干扰的两个重要特征，更确切地说是一种带有涡流与偏心位置相结合的非对称性。
外面的整流装置的不同结构是已知的。孔板-管束-或径向叶片(星形(Etoile))-整流器属于此类，它们描述在EN ISO 5167中。这些已知的整流装置经常对于两种干扰分量不是足够有效的；有时候它们还产生一个非常高的压力损失。对于集成到气体流量测量仪中的整流装置同样适用。在此介入本发明。
发明内容
本发明的目的是，实现不同干扰分量的有效整流，并且在这种情况下仅仅引起一个较小的压力损失。
从开头所述类型的组件出发，为了解决所述的目的本发明规定，在管道段内在整流装置的上游设有一个节流环，使得在整流装置的入流区域内的流动断面收缩，并且节流环到整流装置的距离t根据下面关系式确定大小：
0<t<E，
其中E为流体流的收缩部分的指向下游的轴向延伸长度。
节流环具有一个最佳的到整流装置的距离t，该距离取决于整流装置的实施方式。
当距离t太小时，流体流在整流装置内部由于筋、管、孔等被分成一些分流，并且在它们之间不再平衡。由此首先非对称性直到从整流装置流出还不充分地整流。
当距离t太大时，在整流装置中尤其是不能充分利用旋转加速，并且从而主要对涡流分量影响较小。
当在两个极限位置0和E之间的距离t最佳时，按本发明组件的整流的总效果上升到最大。节流环在整个圆周上在流体流内产生一个指向通流断面中心的径向分量。因此对于旋转对称分布的轴向速度，质量流暂时朝中心集中，并且在隔板下游也保持对称性。当轴向速度非对称分布时，在较高的流动速度的区域内出现一个较大的、指向中心的径向分量。由此质量流的重心向中间推移，并且非对称性下降。
同时隔板强迫涡流到总体较小的回转轨道上，这对于涡流整流是有利的。因为涡流的角动量得到保持，涡流的切向分量与收缩成比例地增大。由此在涡流分量内的动能以一个平方函数上升，其结果是，旋转能量的明显较高的耗散和相应更有效的整流。
此外当流体流流入到后面的整流装置内时改变流入角度。
轴向分量随着管直径的收缩成平方增大。因此在提高切向分量的同时流入角度的正切随着管直径的收缩成比例地减小。
虽然这单独考虑起来对涡流整流不利的，但是通过明显提高的耗散得到更多补偿。
节流环具有一个轴向宽度b，该宽度优选小于伸入到流体流内的高度h(h＝(D-d)/2，其中D：节流环的外直径，d：节流环的内直径)。
但是宽度b也可以大于节流环的高度h。
在一种优选的实施方式中规定，节流环的节流直径和/或与整流装置之间的轴向距离与整流装置的结构形式和构造相协调，从而提高整流效率和/或减少在整流中的压力损失或者整流装置的结构费用。优化过程优选根据经验来进行。
作为替代或者作为补充，与在一种半球形状情况下相比，排挤体的圆周随着轴向流动方向以较小的程度逐渐增大。由此被强迫到较小的回转轨道上的涡流更长地保持在靠近轴线的区域内，在那里两个筋的切向距离或者一根旋转线的割线较短。因此通常还改善了涡流整流。
本发明的有利的进一步拓展在从属权利要求中给出。
附图说明
下面借助于在附图中示意地示出的实施例详细解释本发明。其中：
图1示意地示出一个按本发明的用于对一股流体流进行整流的组件的一个第一实施例，其中导筋的入流边在管道的一个径向平面内延伸，该径向平面与排挤体的半球形球冠的顶点对齐。
图2示意地示出一个按本发明的用于对一股流体流进行整流的组件的一个第二实施例，其中导筋的入流边在管道的一个径向平面内延伸，该径向平面设置在排挤体的半球形球冠的顶点的上游。
图3示意地示出一个按本发明的用于对一股流体流进行整流的组件的一个第三实施例，其中整流装置的排挤体的形状不同于按图1和图2的实施例中的形状。
图4集成在同一壳体内的一个构成为涡轮气体计量表的气体流量测量仪与按实施例(图1)的整流组件的组合体的轴向剖面图。
具体实施方式
图1示意地示出一个管道段1和一个按本发明第一实施例的整流装置2。整流装置2具有一个排挤体3和一些环绕排挤体分布的径向筋4。排挤体3构成为具有连接的圆筒的半球形球冠。筋4的指向上游的入流边41在管道1的一个径向平面内延伸，该径向平面与半球形球冠的顶点31基本上对齐。
一个节流环5在管道段内设置在整流装置2的上游，使得流动断面在整流装置2的入流区域内收缩。节流环5与入流边41的距离为t。距离t的大小使得节流环能最佳地影响入流。节流环的轴向宽度b在本实施例中小于节流环径向伸入到流体流内的高度h。节流环5的高度h用管道段的内直径D和节流环的内直径d由下面关系式得到：h＝(D-d)/2。
然而也可能的是，节流环5的高度h小于宽度b。同样可能的是，只要在整流装置2的入流区域内的流动断面收缩，距离t就选择得较大。
在图2中示出按本发明的组件的一个第二实施例。该实施例与图1中的实施例的区别在于，在管道的一个径向平面内的径向筋4′的入流边41′设置在排挤体3′的顶点31′的上游距离为s处。在被节流环5收缩的流体流碰到位于下游的排挤体3′之前先碰到整流装置2′的筋4′。因此在收缩的流体流被排挤体3′偏转到远离轴线的流动轨道上之前，它先经过径向筋4′的靠近轴线作用的一段较长的流动路径。该组件根据流体流的干扰的不同情况对整流过程产生有利的作用。
在图3中示出按本发明的组件的一个第三实施例。它与按图1的实施例的区别在于排挤体3″的球冠的形状。球冠在本实施例中具有一个旋转对称的形状，该形状的圆周与在一种半球形状情况下相比以较小的程度逐渐增大。旋转对称的球冠部分的曲率从中心轴线6开始沿着流动方向随着旋转对称的球冠部分的直径的逐渐增大而逐渐减小。因此收缩的流体流在排挤体3″的作用下在一段更长的流动路径上也保持在靠近轴线的区域内。在那儿沿着圆周方向绕着中心轴线6更窄的径向筋4″能进一步改善流体流的涡流整流过程。
整流装置2″也能设计成使排挤体3″具有所述的形状，然而径向筋4″的入流边41″在管道的一个径向平面内设置在排挤体3″的顶点31″的上游距离为s处。
图4示出一个由一个流体流量测量仪7、整流装置2和节流环5构成的组合体的轴向剖面图。所有所述部件集成在一个壳体13内。流体流量测量仪7是一种涡轮气体计量表并且具有一个涡轮8、一个流出通道9和一个计数机构10。在壳体13内设有两个以中心轴线6为中心的内圆筒11、12，其中位于上游的内圆筒11容纳带有部件4、3的整流装置2和节流环5，而位于下游的内圆筒12容纳涡轮气体计量表7的部件。壳体13通过法兰连接与一个位于上游的流入段14连接。
在本发明的范畴内可以有大量的变型方案。
整流装置和节流环也可以与流量测量仪分开地设置在一个管道段内。此外管道段不必构成为单件式的。一个沿着轴向和径向多件式的结构同样是可能的。
关于流入段也可能是不同的结构，例如构成为弯管。
筋4、4′、4″的入流边41、41′、41″不必位于一个径向平面内，而是可以有一个相对于轴线6弯曲或者倾斜的走向。
按本发明的组件也可以在使用其他整流装置的情况下使用。

Claims (8)

1.一种用于在一个管道段(1)内对一股流体流进行整流的组件，该管道段安装有一个整流装置(2、2′、2″)，其特征在于：整流装置(2、2′、2″)具有一个旋转对称于流入段的中心轴线(6)设置的排挤体(3、3′、3″)和多个分布在排挤体圆周上的径向筋(4、4′、4″)，并且所述径向筋具有一些设置在排挤体的顶点(31、31′、31″)上游的入流边(41、41′)，在管道段内在整流装置(2、2′、2″)的上游设有一个节流环(5)，使得在整流装置的入流区域内的流动断面收缩，并且节流环(5)到整流装置(2、2′、2″)的轴向距离t根据下面关系式确定大小：
0<t<E，
其中E为流体流的收缩部分的指向下游的轴向延伸长度。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：节流环(5)具有一个轴向宽度b，该宽度小于节流环的径向伸入到流体流内的高度h。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：节流环(5)具有一个轴向宽度b，该宽度大于节流环的径向伸入到流体流内的高度h。
4.根据权利要求1至3之一所述的组件，其特征在于：整流装置(2、2′、2″)作为整理流体流的构件设置在一个流体流量测量仪(7)的测量位置之前。
5.根据权利要求1至3之一所述的组件，其特征在于：所述流体流量测量仪是一个气体流量测量仪。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于：整流装置(2、2′、2″)集成到流体流量测量仪(7)内。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于：整流装置(2、2′、2″)构成为星形整流器。
8.根据权利要求1至3之一所述的组件，其特征在于：与在一种半球形状情况下相比，排挤体(3、3′、3″)的圆周随着轴向流动方向以较小的程度逐渐增大。
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