CN112585440A - 具有减振功能的保护管 - Google Patents

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CN112585440A CN201980054420.9A CN201980054420A CN112585440A CN 112585440 A CN112585440 A CN 112585440A CN 201980054420 A CN201980054420 A CN 201980054420A CN 112585440 A CN112585440 A CN 112585440A
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亚当·德兰西
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Abstract

本发明涉及保护管(3)，其用于特别是密封地插入过程室(P)中，该过程室具有指向一个方向的流(F)，其具有：空心体(3.1)，该空心体在其下端部(3.2)封闭，在其上端部(3.3)具有用于插入温度传感器的开口(O)且在其上端部(3.3)具有用于密封在过程室(P)上的轮廓(3.4)。根据本发明，空心体(3.1)在内部是柱形的，空心体(3.1)的外轮廓(AK)向着封闭的下端部(3.2)变细并且至少局部地在外轮廓(AK)上设置有至少一个螺旋结构(3.5)和/或至少局部地在外轮廓(AK)中设置有至少一个螺旋结构(3.5)。本发明还涉及用于插入过程室(P)中的气体采样器(4)。

Description

具有减振功能的保护管
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的保护管，其用于密封地插入具有流的过程室中。
本发明还涉及一种根据权利要求22前序部分所述的气体采样器，其用于插入具有液流的过程室中。
背景技术
由现有技术普遍已知用于温度传感器的保护管和气体采样器，其中，保护管与温度传感器一起或者气体采样器密封地插入具有介质流的过程室中。
为了减振还众所周知的是：在主体的外侧上设置有所谓的螺旋线。这例如在US 3076 533 A普遍针对主体进行了说明，以及在US 4 991 976 A、GB 2 442 488 A、JP 3 126141 U和GB 2 433 122 A中针对保护管进行了说明。
在“R.D.Blevins：Flow-Induced Vibration；Krieger,Florida,2001(插图(a)，第18页)”中，在“ASME STS-1-2011”中和在“DIN EN 1993-3-2:2006”中也针对不同结构对这一点进行了说明。
此外，在“Fluids and Thermal Engineering”,日本期刊JSME第44卷，2001年第4版中和在“用于保护管、温度计保护管的ASME PTC 19.3TW-2016”中对保护管以及对该保护管的要求进行了说明。
发明内容
本发明的目的是：说明一种相对现有技术改进的保护管和相对现有技术改进的气体采样器。
根据本发明，所述目的利用具有在权利要求1中说明的特征的保护管得以实现。此外，所述目的根据本发明利用具有在权利要求22中说明的特征的气体采样器得以实现。
本发明的构造设计是从属权利要求的内容。
发明概述
用于特别是密封地插入具有指向一个方向的流的过程室中的保护管包括空心体，该空心体在其下端部上封闭、在其上端部上具有用于插入温度传感器的开口并且在其上端部上具有用于密封在过程室上的轮廓。
根据本发明，空心体的内表面优选具有柱形的形状和/或包括多个分别具有优选柱形形状的区段，其中，空心体的外轮廓的至少一个区段向着封闭的下端部变细。至少局部地在外轮廓上设置有至少一个螺旋结构和/或至少局部地在外轮廓中设置有至少一个螺旋结构。
术语保护管在下文用作温度传感器的保护罩，然而该保护管也可以设有开口或者沿着假想线设置有多个开口并且因此也可以用作用于气体采样(Gasprobenentnahme)的保护管或者用作气体采样器。所述假想线在此从气体采样器的下端部起向着上端部延伸，使得保护管构成为与牧笛类似、就是说类似于牧笛的外观。
换言之，保护管具有变细的基管，该基管在其顶端上具有的端部比在其根部上更细。此外，基管设计有优选柱形构造的孔或者具有多个直径不同的柱形区段的阶梯孔，用于插入一个或多个温度传感器。作为对变细的外轮廓的补充而设置的螺旋形结构有益地引起不规则的流分离
Figure BDA0002943552020000021
并且抑制或减少振动甚至跃起。
已经通过大量的试验和保护管的变化证明：首先变细的外轮廓与设置至少一个螺旋结构的组合导致保护管在几乎所有流体中和在几乎所有流的情况中的卓越的稳定性。
如果仍然出现振动，则这个振动显著衰减并且由于很小的振幅之故不会造成保护管断裂。
在此，保护管能够特别经济地制造。
例如由实心材料通过铣削、由管材或者通过将所述至少一个螺旋结构安装在预制的保护管上进行制造。螺旋结构在这种情况下既可以是右旋的、也可以是左旋的。也可以借助3D打印制造保护管。
在保护管的可能的构造设计中，空心体的外轮廓成形为锥状或者成形为局部锥状，或者外轮廓的直径至少局部向着封闭的下端部的方向非线性地减小。这样的锥状成形或者空心体外轮廓的直径的非线性减小一方面能够实现特别高的耐振动性并且另一方面能够实现特别简单和经济的制造。
在保护管的另外的可能的构造设计中，空心体外轮廓的上部区段没有结构、特别是螺旋结构。在此，上部区段是锥状的，或者其直径向着封闭的下端部的方向非线性地减小。空心体外轮廓的下部区段是柱形的并且包括至少一个设置在外轮廓上的螺旋结构和/或至少一个设置在外轮廓中的螺旋结构。这样的构造已经证明为特别耐振动。此外，上部区段没有结构促使：在这个区段设置在过程室的法兰接头中的情况中避免所谓的死区并且由此将输送的介质在该区段上的沉积降低到最小程度。此外，上部区段作为引导辅助部有利于将保护管插入过程室的相应的开口中，其中，由于没有结构之故避免了过程室和/或保护管的损伤，特别是还避免了通过材料切削产生切屑和随之造成的过程室异物污染。此外，由于仅仅局部设置有螺旋结构，在制造保护管时产生较小的材料消耗和费用支出。
在保护管的另外的可能的构造设计中，外轮廓的上部区段与下部柱形区段的长度比为1：2.0至1：3.5、特别是1：2.5至1：3.0。这样的构造已经证明为特别耐振动。此外，这样可以使保护管与法兰接头与过程室之间的尺寸比相匹配。
在保护管的另外的可能的构造设计中，外轮廓的上部区段和下部柱形区段无级地和/或在不构成边棱的情况下相互融为一体。这样的构造也已经证明为特别耐振动并且同时能够实现：仅仅小程度地影响过程室中的流。
在保护管的另外的可能的构造设计中，外轮廓的上部区段具有70mm至200mm、特别是95mm至120mm、特别是100mm的长度。在这样的尺寸中，保护管的出众之处在于特别高的机械稳定性。特别是能够实现对于确定振动激励的有利的稳定性并且保证保护管在其使用寿命期间无故障。
在保护管的另外的可能的构造设计中，外轮廓的上部区段相对中心轴线具有1°至7°、特别是2°至6°、特别是3°至5°的锥角。锥角的这种构造在流试验中已经表明是流特别稳定
Figure BDA0002943552020000041
且机械稳定。同时能够特别节省材料地和因此特别经济地制造保护管。
在保护管的另外的可能的构造设计中，空心体在其构造在其上端部上的根部上具有20mm至30mm的直径。因此在机械稳定性高的同时能够实现广泛的适用性。
在保护管的另外的可能的构造设计中，空心体在其构造在其下端部上的顶端上具有16mm至25mm、特别是19mm的直径。由于这个较小的直径之故，能够进行特别快的温度测量。
在保护管的另外的可能的构造设计中，空心体的上部区段没有所述至少一个螺旋结构并且具有100mm至125mm的长度。这样的长度已经表明在技术上和经济上都是特别有利的。此外，上部区段没有结构促使：在将这个区段设置在过程室的法兰接头中时避免所谓的死区并且因此将输送的介质在该区段上的沉积降低到最小程度。此外，上部区段作为引导辅助部用于将保护管插入过程室的相应的开口中，其中，由于没有结构之故避免了过程室和/或保护管的损伤，特别是还避免了通过材料切削产生切屑和随之造成的过程室异物污染。此外，由于仅仅局部设置有螺旋结构，在制造保护管时产生较小的材料消耗和费用支出。
在保护管的另外的可能的构造设计中，在上部区段与具有至少一个螺旋结构的下部区段之间设置有第三区段作为过渡区段，该过渡区段构造为锥状的或者其直径非线性减小。因此除了高耐振动性之外，还能够实现特别简单的、节省材料的和经济的制造。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构在多个部位中断。这样的构造已经证明为特别耐振动，因为由于中断之故实现了介质流的改善的涡流。此外，螺旋结构由于其切断之故能够以低的材料消耗和在使用金属铸造工艺和/或压铸工艺时更有利地制造。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构构造为三螺旋或四螺旋。这样的构造已经证明为特别耐振动。
在保护管的另外的可能的构造设计中，多个螺旋线的区段竖直错开地设置在空心体的外轮廓上。这样的构造已经证明为特别耐振动。
在保护管的另外的可能的构造设计中，螺旋线的竖直错开量对应于螺距除以螺旋线数量的值。这样的设置已经证明为对于介质流的涡流特别有效。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构由圆材成形和/或具有圆形横截面。在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺距结构具有方形的横截面，其中，所述至少一个螺旋结构的未与空心体连接的边棱是去毛刺的或是倒角的。作为替换方案或补充方案，在所述至少一个螺旋结构的贴靠在空心体上的边棱与空心体之间构造有径向过渡部。在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构具有梯形的横截面。在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构具有三角形的横截面。借助螺旋结构的各种不同的横截面，能够产生具体应用的功能。因为为了制造各种不同的横截面而使用不同的、具有不同程度成本的工具，所以通过对横截面与应用相关的调整能够优化费用支出并将材料消耗降低到最小程度。
在保护管的另外的可能的构造设计中，空心体以其上端部与法兰连接或者具有连接在该上端部上的法兰。在此，空心体向着法兰利用半径或轮廓扩大。特别是上部盘状区段称为法兰，所述上部盘状区段成形或焊接在保护管的上端部上或者共同构造为均质的构件并且与空心体构造为整体的并且用于相对具有流体的过程室密封。然而，另外的连接几何结构和密封几何结构如螺纹、焊接面或夹紧凸缘(Klemmbund)也是可能的。
在保护管的另外的可能的构造设计中，外轮廓在空心体的上部三分之一中径向扩大。因此能够实现保护管在机械上特别稳定的构造。
在保护管的另外的可能的构造设计中，外轮廓在空心体的下部三分之一中呈对数变细。这个呈对数变细在材料投入特别小的同时形成保护管的特别高的机械稳定性。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构的材料厚度相当于空心体在螺旋结构的相应位置上具有的直径或者在空心体的其它位置上具有的直径的0.1倍至0.15倍。材料厚度的这个变化除了流影响的优化之外同样导致材料减少和成本降低。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构的斜度向着空心体的上端部增加。这样的构造在流试验中已经证明为特别适于特殊用途并且产生保护管的高耐振动性。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构的材料厚度向着空心体的上端部减小。这种构造在流试验中也已经证明为特别适于特殊用途并且产生保护管的高耐振动性。
在保护管的另外的可能的构造设计中，所述至少一个螺旋结构的高度增加的量为空心体变细的一半。因此实现了保护管表面的扩大，其结果是介质与温度传感器之间的热传递得到改善。因此即使在温度动态波动的情况中也能够进行特别快速且准确的温度测量。此外，在具有腐蚀作用的介质的情况中能够实现螺旋结构直到达到最小高度为止的高稳定性和长耐用性。
在保护管的另外的可能的构造设计中，构造在空心体的下端部上的顶端具有削平的平面，该平面能够特别快速地以低成本制造。
在保护管的另外的可能的构造设计中，两根螺旋线环绕空心体延伸，其中，螺旋线中的一根螺旋线具有负螺距，并且两根螺旋线的螺距的值优选是相同的。因此实现了介质流的特别好的涡流，由此实现了保护管的特别高的振动衰减和特别高的使用寿命。
使用本发明实施形式的工艺以保护管的高耐磨性和耐热性为前提。这样，保护管插入的介质常常具有磨蚀作用或者是腐蚀性的。为了延长保护管的使用寿命，可以为保护管包覆耐介质的覆盖层。在此，在保护管的另外的可能的构造设计中规定：空心体和所述至少一个螺旋结构涂覆有耐化学腐蚀的塑料。这个覆盖层防止保护管和螺旋结构的化学分解。塑料包括例如CTFE(三氟氯乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PDE(磷酸二酯酶)、CFA和/或PFA(可溶性聚四氟乙烯)。
作为替换方案或补充方案，在保护管的另外的可能的构造设计中，空心体和所述至少一个螺旋结构涂覆有金属合金和/或特殊材料、特别是耐腐蚀的镍基合金或蒙乃尔合金或钴铬基的硬质合金、也称为钨铬钴合金或者由其制成。镍基合金在此可以具有各种不同的成分、然而包括镍作为主要成分和铬作为最重要的次要成分。作为补充方案，可以含有下列元素：铁、钼、铌、钴、锰、铜、铝、钛、硅、碳、硫、磷或硼。蒙乃尔合金是镍铜合金且包括大约65％的镍、33％的铜和2％的具有高抗拉强度的铁。
例如利用由钴和铬构成的合金或者利用钴铬钼合金进行包覆。螺旋结构可以由这样的合金制成并且通过焊接或其它材料锁合连接安装在保护管上。也可能的是：在一道制造工序中、例如在深冲法或挤压法中将保护管与螺旋结构一起制造。
在可能的构造设计中，保护管由金属制成。金属可以是包括铬、镍、钼和/或锰的合金。在此，铬含量例如在13重量百分比(缩写：重量％)至20重量％的范围内。镍含量例如在9重量％至15重量％的范围内。钼含量例如在1重量％至4重量％的范围内。
为了进一步改善保护管的性能、特别是实现尽可能高的耐介质性，除了标准材料诸如优质钢SS316之外，也可以使用原材料，在该原材料中添加了另外的耐介质的金属、诸如钛或镍。然而基础材料也可以是合金、诸如耐腐蚀的镍基合金或蒙乃尔合金或钴铬基的硬质合金。
用于插入具有指向一个方向的流的过程室中的气体采样器包括空心体，该空心体在其下端部是敞开的并且在其上端部包括用于提取气体简要的开口。
根据本发明，空心体的内表面具有柱形的形状和/或包括多个分别具有优选柱形形状的区段，其中，空心体的外轮廓的至少一个区段向着敞开的下端部变细。此外，至少局部地在外轮廓上设置有至少一个螺旋结构和/或至少局部地在外轮廓中设置有至少一个螺旋结构。
作为对变细的外轮廓的补充而设置的螺旋形结构有益地产生不规则的流分离并且抑制或减少振动甚至跃起。
通过大量的试验和气体采样器的变化已经证明：首先至少局部变细的外轮廓与设置至少一个螺旋结构的组合导致气体采样器在几乎所有流体中和在几乎所有流情况中的卓越的稳定性。
如果仍然产生振动，那么这个振动得到显著衰减并且由于很小的振幅之故不会造成气体采样器断裂。
在此，气体采样器能够特别经济地制造。
例如由实心材料通过铣削、由管材或通过将所述至少一个螺旋结构安装在预制的气体采样器上进行制造。螺旋结构在这种情况下既可以是右旋的、也可以是左旋的。
在气体采样器的可能的构造设计中，空心体的外轮廓成形为锥状的或者成形为局部锥状的，或者外轮廓的直径至少局部向着敞开的下端部的方向非线性地减小。空心体的外轮廓的这种锥状形状或者外轮廓直径的非线性减小一方面能够实现特别高的耐振动性并且另一方面能够实现特别简单和经济的制造。
在气体采样器的另外的可能的构造设计中，空心体外轮廓在空心体的上部三分之一中呈凹状弯曲，并且因此其出众之处在于特别高的机械稳定性和小的流动阻力。
在气体采样器的另外的可能的构造设计中，空心体外轮廓的上部区段没有结构、特别是螺旋结构。在此，外轮廓的上部区段是锥状的，或者该外轮廓的直径至少局部向着敞开的下端部的方向非线性地减小。空心体外轮廓的下部区段是柱形的并且包括至少一个设置在外轮廓上的螺旋结构和/或至少一个设置在外轮廓中的螺旋结构。这样的构造已经证明为特别耐振动的。
在气体采样器的另外的可能的构造设计中，空心体除了其下部开口和温度传感器之外，可以类似地具有与前面在可能的构造设计中针对保护管说明的相同的特征和优点。
附图说明
下面借助附图详细阐述本发明的实施例。
附图中：
图1示意性示出了根据现有技术的长形主体；
图2示意性示出了根据现有技术的保护管；
图3A示意性示出了保护管的剖视图；
图3B示意性示出了图3A所示剖视图的放大的局部；
图4A示意性示出了保护管的半透明视图；
图4B示意性示出了气体采样器的半透明视图；
图4C示意性示出了保护管的半透明视图；
图4D示意性示出了保护管的横截面的局部；
图4E至4G示意性示出了保护管的横截面；
图5A至5F示意性示出了保护管的纵剖面的局部；
图6A至6E示意性示出了保护管的纵剖面的局部；
图6F至6H示意性示出了保护管在螺旋结构的区域中的纵剖面的放大的局部；
图7示意性示出了系统的剖视图，该系统具有过程室和伸入该过程室中的保护管；
图8示意性示出了气体采样器的透视图；
图9A至9C示意性示出了保护管；
图9D示意性示出了保护管的半透明视图；
图9E示意性示出了保护管的部分剖面；
图9F示意性示出了图9E所示保护管的横剖视图；
图10A示意性示出了气体采样器的局部的透视图；
图10B示意性示出了保护管；
图10C示意性示出了保护管的局部；
图11A示意性示出了保护管的局部的透视图；
图11B至11D示意性示出了保护管的横剖视图；
图12A至12D示意性示出了保护管的横剖视图。
相互对应的部件在所有附图中标注相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术中的“R.D.Blevins:Flow-Induced Vibration；Krieger，Florida,2001(插图(a)，第18页)”的长形主体1。该长形主体1包括一个柱形的实心体1.1和三个螺旋结构1.2至1.4，这些螺旋结构将实心体1.1包围并且设置在该实心体上、例如涂覆在该实心体上。
图2示出了根据现有技术中的US 4 991 976 A的用于温度传感器的保护管2。
保护管2构造为用于密封地插入图7详细示出的、具有流F的过程室P中并且包括空心体2.1，该空心体在其下端部2.2封闭并且在其上端部2.3具有未详细示出的、用于插入温度传感器的开口。此外，在上端部2.3上构造有用于相对过程室P密封的轮廓2.4、在所示出的实施例中是法兰。作为补充方案，保护管2包括螺旋结构2.5，该螺旋结构设置、例如涂覆在空心体2.1的外轮廓上。
图3A示出了根据本发明的保护管3的一可能的实施例的剖视图。图3B示出了图3A示出的剖视图的放大的局部。
保护管3构造为用于密封地插入图7详细示出的、具有流F的过程室P中并且包括空心体3.1，该空心体在其下端部3.2封闭并且在其上端部3.3具有用于插入未示出的温度传感器的开口O。
此外，在上端部3.3上构造有用于相对过程室P密封的轮廓3.4、在所示出的实施例中是法兰。轮廓3.4在此具有直径DF。
作为补充方案，保护管3包括螺旋结构3.5，该螺旋结构涂覆在空心体3.1的外轮廓AK上或者从这个空心体上凸起地与这个空心体构造为一起。在此，螺旋结构3.5具有正方形的横截面。
空心体3.1的内部构造为柱形的。空心体3.1的外轮廓向着封闭的下端部3.2变细。变细部例如构造为锥状的。该变细部也可以通过外轮廓AK的直径向着封闭的下端部3.2的方向至少局部非线性地缩小得以实现。
例如空心体3.1在其上端部3.3、也称为保护管3的根部具有约20mm至50mm、特别是25mm的直径DQ，并且在其顶端、就是说下端部3.2具有约12mm至30mm、特别是16至19mm的直径DV。
在保护管3的可能的构造设计中，空心体3.1的上部区段A、也称为上部颈段构造为没有结构、特别是没有螺旋结构3.5。例如上部区段A具有约50mm至250mm或90mm至125mm、特别是100mm至125mm的长度L1。
设置有螺旋结构3.5的下部区段B具有例如200mm至300mm或500mm的长度L2，或者在将保护管3应用在大口径的输气管道中的情况中具有高达1400mm的长度。
长度L1与长度L2的长度比为例如1：2或1：3，或者为了特殊用途更小。
正方形构造的横截面的螺旋结构具有例如2.5mm的边长S。
在可能的构造设计中，边长S以保护管3的根部为起点延伸到其顶端。
例如螺旋结构的边长S和由此材料厚度根据下列公式对应于空心体3.1在螺旋结构3.5的相应位置上的直径的0.1倍至0.15倍：
S＝0.1...0.15*D (1)
其中：D＝空心体3.1的直径。
图4A示出了呈锥状变细的保护管3。
图4B示出了气体采样器4，该气体采样器包括空心体4.1，该空心体在其下端部4.2上为了气体采样是敞开的并且在其上端部4.3具有用于提取气体检样的开口O。
此外，在上端部4.3上构造有用于相对过程室P密封的轮廓4.4、在所示出的实施例中是法兰。
作为补充方案，气体采样器4包括螺旋结构4.5，该螺旋结构涂覆在空心体4.1的外轮廓AK上，或者从这个空心体上凸起地与这个空心体构造在一起。
空心体4.1在内部构造为柱形的。空心体4.1的外轮廓向着开放的下端部4.2变细。变细部例如构造为锥状的。该变细部也可以通过外轮廓AK的直径向着开放的下端部4.2的方向至少局部非线性地缩小得以实现。
作为补充方案，空心体4.1沿着假想线可以包括多个用于气体采样的开口O1至On。所述假想线在此从气体采样器4的下端部4.2起延伸到上端部4.3，使得空心体4.1构成为与牧笛类似、就是说与牧笛的外观类似。
气体采样器4的另外的性能与对图3A和3B的说明类似。
图4C示出了变细的保护管3，其中，变细部以保护管3的根部为起点以向着顶端呈对数增加的半径进行。这就是说，变细部通过外轮廓AK直径向着封闭的下端部3.2的方向的非线性缩小得以实现。
图4D示出了保护管3的横截面的局部，螺旋结构3.5在与空心体3.1接界的底部上以半径转入这个底部中，并且背离空心体3.1的上部边棱以例如0.1mm的半径倒角。
特别是锐边在流试验中已经证明为有利的，然而在装配中应该避免受伤，所以这些锐边例如在0.1mm的范围内倒角。
图4E和4F示出保护管3的横截面。与图3A示出的实施例不同，螺旋结构3.5构造为三螺旋(图4E)或四螺旋(图4F)。
图4G示出了保护管3的横截面，其具有构造为三螺旋的螺旋结构3.5，该螺旋结构具有大幅倒圆的上部边棱。
在此，空心体3.1的柱形的内部区段具有直径D1，空心体3.1的外轮廓AK具有直径D2，而将螺旋结构3.5包围的圆具有直径D3。
例如根据以下等式得出这个包络的直径D3：
D3＝(2*0.12*D2)+D2。 (2)
图5示出了呈锥状变细的、具有螺旋结构3.5的保护管3的一半剖视图，其中边长S、就是说螺旋结构3.5的材料厚度，就是说从空心体3.1的外轮廓AK出发在径向上螺旋结构3.5的高度从保护管3的顶端起向着该保护管3的根部的方向减小。
图5B示出了呈锥状变细的、具有螺旋结构3.5的保护管3的一半剖视图，其中，与图5A中示出的保护管3不同，螺旋结构3.5的直径D3在其设置的整个长度上是恒定不变的。
在保护管3的可能的构造设计中，例如通过保护管3在车床上制造而形成的上部退刀区段A具有用于夹紧在夹盘中和用于焊入例如构造为法兰的轮廓3.4中的外径并且没有螺旋结构3.5。在此，区段A具有毛坯件的最大直径DV，该直径保持完全未加工的并且这样生成较粗的套管段。
图5C示出了呈锥状变细的、具有螺旋结构3.5的保护管3的一半剖视图，其中与图5A示出的保护管3不同，边长S、就是说螺旋结构3.5的材料厚度、就是说从空心体3.1的外轮廓AK出发在径向上螺旋结构3.5的高度在其设置的整个长度上是恒定不变的，然而螺旋结构3.5的各螺旋线之间的间距d、d’向着保护管3的根部的方向减小。
在保护管3的可能的构造设计中，例如由于保护管3在车床上制造而形成的上部退刀区段A具有用于夹紧在夹盘中和用于焊入例如构造为法兰的轮廓3.4中的外径并且没有螺旋结构3.5。
图5D示出了呈锥状变细的、具有螺旋结构3.5的保护管3的一半剖视图，所述螺旋结构具有保持不变的圆形横截面并且作为圆形线材焊接在空心体3.1的外轮廓AK上。
图5E示出了变细的保护管3的一半剖视图，其中，空心体3.1的外轮廓AK具有升高的曲线走向，该曲线走向具有向着保护管3的根部变小的半径，并且区段X设计为柱形的或者仅仅略呈锥状。在这种情况下，至少局部通过外轮廓AK的直径向着封闭的下端部3.2的方向非线性地缩小实现变细。
图5F示出了变细的、具有向着保护管3的根部呈对数上升的曲线走向的保护管3的一半剖视图，其中，螺旋结构3.5具有半圆形的横截面。这就是说，通过外轮廓AK的直径向着封闭的下端部3.2的方向非线性地缩小实现变细。
在上述实施方式中的出发点是：保护管3完全通过切削加工成形。也可能的是：至少空心体3.1与螺旋结构3.5共同利用深冲法或者挤压法制成。轮廓3.4也可以与空心体3.1共同构成为均质的构件或者后续例如通过焊接紧固在该空心体上。
在保护管3的下面的实施方式中，同样可以完全通过切削加工使空心体3.1成形。可能的是：事先将相应的螺旋结构3.5预成形，并且然后将其例如通过焊接涂覆到空心体3.1的外轮廓AK上。轮廓3.4也可以与空心体3.1共同构成为均质的构件或者后续例如通过焊接紧固在该空心体上。
图6A至6E分别示出了具有不同造型的螺旋结构3.5的保护管3的一半纵剖面。
在此，保护管3在图6A中具有横截面为圆形的螺旋结构3.5、在图6B中具有横截面为正方形的螺旋结构3.5、在图6C中具有横截面为梯形的螺旋结构3.5、在图6D中具有横截面为三角形的螺旋结构3.5并且在图6E中具有横截面为倒圆的螺旋结构3.5。
图6F至6H示出了保护管3在螺旋结构3.5的区域中的纵剖面的放大的局部，其中，保护管3根据图6F具有横截面为半圆形的螺旋结构3.5、根据图6G具有横截面为大幅倒圆的螺旋结构3.5并且根据图6H具有横截面为大幅倒圆的螺旋结构3.5。
图7示出了系统5的剖视图，其具有管形的过程室P和伸入该过程室P中的和呈锥状变细的保护管3。
在此，保护管3具有构造为法兰的轮廓3.4，保护管3借助该轮廓能够不透介质地紧固在过程室P的法兰接头5.1上。
法兰接头5.1、也称为支架(stand off)或喷嘴(nozzle)，在直径DSt为1.5”或2”的情况中具有4”至8”的高度h。
在高度h的区域中，保护管3、就是说空心体3.1的外轮廓AK在长度L1上在区段A中至少基本上或者绝大部分保持没有螺旋结构3.5并且以其设置有螺旋结构3.5的下部区段B以长度L2伸到过程室P的中间三分之一中，该过程室具有直径Di。保护管3的顶端在这种情况下优选伸入到管形的过程室P的中心或中间三分之一中。
保护管3的根部上的直径DQ为例如1”，其中，保护管3在其下端部3.2上、就是说在顶端上具有3/4”的直径DV。用于容纳温度传感器的内孔具有例如0.26”的直径DB。
图8示出了变细的气体采样器4、也称为套管针(Quill-Style)的透视图，其中，螺旋结构4.5包括多条相互搭接的螺旋线。就是说，多条螺旋线的区段竖直错开地设置在空心体4.1的外轮廓AK上。
图9A至9F示出了保护管3的不同实施方式。
在此根据图9A，锥状的上部区段A以梯级转入柱形的下部区段B中。
根据图9B，柱形的上部区段A借助锥状的和构造为过渡区段的区段C转入柱形的下部区段B中。在此，柱形的上部区域A特别是毛坯件的区段的最大直径DV，该区段保持未加工并且这样构成上部接管段。
根据图9C，锥状的上部区段A借助锥状的和构造为过渡区段的另外的区段C转入柱形的下部区段B中。
根据图9D，特别是在法兰状的上部轮廓3.4上构造有凸缘3.6，从该凸缘出发到上部区段A上进行半径过渡，该上部区段的变细通过外轮廓AK的直径向着封闭的下端部3.2的方向非线性地缩小构成。上部区段A与柱形的下部区段B之间的过渡特别是无级地和不构成边棱的情况下设计为圆滑的过渡或者以未详细示出的方式设计有半径过渡。在可能的替换构造设计中，上部区段A构造为锥状的。
用于温度传感器的内孔构造为柱形的或者梯级状柱形的，其中，这个内孔也可以设计有梯级。特别是在下部区段中多个梯级也是可能的，其中，位于下端部3.2上的顶端具有削平的平面。然而作为替换方案，顶端也可以是图9A至9C示出的球形顶端或其它顶端。
图9E示意性示出了保护管3的可能实施例的部分剖面。图9F示意性示出了这个保护管3的横剖视图。
保护管3包括空心体3.1，该空心体在其下端部3.2封闭、在其上端部具有用于插入温度传感器的开口O并且在其上端部3.3具有构造为法兰的、用于密封在过程室P上的轮廓3.4。法兰例如与保护管3构造为整体的或者之后紧固、例如焊接在上端部上。在可能的构造设计中，设置有用于将开口O封闭的封闭元件3.7。
在此，空心体3.1在内部柱形的，并且该空心体3.1的外轮廓AK向着封闭的下端部3.2变细。空心体3.1在其构造在上端部3.3上的根部上具有20mm至30mm的直径并且在其构造在下端部3.2上的顶端上具有16mm至25mm、特别是19mm的直径。
此外，在法兰状的上部轮廓3.4上构造有凸缘3.6，从该凸缘出发到空心体3.1的锥状的上部区段A上完成半径过渡。半径过渡具有例如2.5mm的半径。
空心体3.1的外轮廓AK的上部区段A构造为锥状的并且没有结构、特别是没有螺旋结构3.5。在此，外轮廓AK的锥状的上部区段A相对中心轴线具有1°至7°、特别是2°至6°、特别是3°至5°的锥角。
保护管3的下部区段B构造为柱形的，其中，在空心体3.1的外轮廓AK上在下部区段B中设置有螺旋结构3.5。
螺旋结构3.5构造为所谓的三螺旋，其中，螺旋结构3.5的各条螺线、就是说各条螺旋线3.5.1至3.5.3彼此错开120°。螺旋线3.5.1至3.5.3在此具有矩形的横截面，该横截面具有限定其高度的边长SH和限定其宽度的边长SW。
螺旋线3.5.1至3.5.3在与空心体3.1接界的底部上以半径转入这个底部中，并且背离空心体3.1的上部边棱以例如0.1mm的半径倒角。
锥状的上部区段A与柱形的下部区段B之间的过渡特别是无级地且在不构成边棱的情况中设计为圆滑的过渡或者以未详细示出的方式设计有半径过渡。
图10A示出了气体采样器4的局部的透视图，其具有中断的螺旋结构4.5。该螺旋结构4.5例如通过将连续的螺旋结构3.5切断得以实现。
图10B示出了保护管3的局部的透视图，其具有中断的螺旋结构3.5。该螺旋结构3.5例如通过在外轮廓AK上构造或设置多个螺旋元件得以实现。
图10C示出了保护管3的一个局部的透视图，其具有中断的螺旋结构3.5。该螺旋结构3.5例如通过将连续的螺旋结构3.5切断得以实现。
图11A示出了保护管3的一个局部，其具有构造为三螺旋的螺旋结构3.5。与前面附图示出的、具有螺旋结构3.5、4.5的保护管3或气体采样器4不同，螺旋结构3.5当前并非涂覆在空心体3.1、4.1上或者从该空心体上向外突起地与这个空心体一起构成整体的组成部分，而是置入空心体3.1的外轮廓AK中。
在此，螺旋结构3.1具有三角形的横截面，可以根据对流F的期望影响按照图11B至11C不同地选择其夹角α。
与螺旋结构3.5的所示三角形横截面不同，这个螺旋结构也可以不同地具有图12A至12D所示的其它横截面，例如梯形横截面(图12A)、正方形横截面(图12B)、具有大开口的倒圆的横截面(图12C)或具有较小开口的倒圆的横截面(图12D)。
此外，对于保护管3和气体采样器4的所有示出的实施例来说，为了进一步稳定保护管3或气体采样器4或者为了提高其强度，可以将在表面中导入材料应力用于改善抗振强度。为此优选在上部区段A中通过固定滚轧(Festrollen)或喷丸处理或通过其它平整方法或者还通过所谓的激光喷丸将表面压实。这已证实有利于提高保护管3或者气体采样器4的稳定性。这个压实在蚀刻的显微照片中能够得到证明并且在表面上也能够通过改变的结构看出。
在保护管3和气体采样器4的另外的可能的构造设计中，空心体除了下部开口和温度传感器不同之外可以类似地具有与前面在可能的构造设计中针对气体采样器4或者保护管3说明的特征和优点相同的特征和优点。
本发明并不局限于上述详细的实施例。在后续的权利要求中可以对其进行改动。同样从属权利要求中的各个观点可以相互组合。
附图标记列表
1 主体
1.1 实心体
1.2 螺旋结构
1.3 螺旋结构
1.4 螺旋结构
2 保护管
2.1 空心体
2.2 下端部
2.3 上端部
2.4 轮廓
2.5 螺旋结构
3 保护管
3.1 空心体
3.2 下端部
3.3 上端部
3.4 轮廓
3.5 螺旋结构
3.5.1 螺旋线
3.5.2 螺旋线
3.5.3 螺旋线
3.6 凸缘
3.7 封闭元件
4 气体采样器
4.1 空心体
4.2 下端部
4.3 上端部
4.4 轮廓
4.5 螺旋结构
5 系统
A 区段
AK 外轮廓
B 区段
C 区段
D1 直径
D2 直径
D3 直径
DB 直径
DF 直径
DI 直径
DQ 直径
DSt 直径
DV 直径
d 间距
d’ 间距
F 流
h 高度
L1 长度
L2 长度
O 开口
O1至On 开口
P 过程室
S 边长
SH 边长
SW 边长
X 区段
α 夹角

Claims (25)

1.保护管(3)，其用于特别是密封地插入过程室(P)中，该过程室具有指向一个方向的流(F)，该保护管具有：空心体(3.1)，该空心体
-在其下端部(3.2)封闭，
-在其上端部(3.3)具有用于插入温度传感器的开口(O)，和
-在其上端部(3.3)具有用于密封在过程室(P)上的轮廓(3.4)，
其特征在于：
-所述空心体(3.1)的内表面优选具有柱形的形状和/或包括多个分别具有优选柱形形状的区段，
-所述空心体(3.1)的外轮廓(AK)的至少一个区段向着所述封闭的下端部(3.2)变细，并且
-至少局部地在所述外轮廓(AK)上设置有至少一个螺旋结构(3.5)，和/或至少局部地在所述外轮廓(AK)中设置有至少一个螺旋结构(3.5)。
2.根据权利要求1所述的保护管(3)，其特征在于：所述空心体(3.1)的外轮廓(AK)成形为锥状的或者成形为局部锥状的，或者所述外轮廓(AK)的直径至少局部向着封闭的下端部(3.2)的方向非线性地减小。
3.根据权利要求1或2所述的保护管(3)，其特征在于：
-所述空心体(3.1)的外轮廓(AK)的上部区段(A)没有螺旋结构(3.5)并且是锥状的，或者其直径向着所述封闭的下端部(3.2)的方向非线性地减小，并且
-所述空心体(3.1)的外轮廓(AK)的下部区段(B)是柱形的并且包括至少一个设置在所述外轮廓(AK)上的螺旋结构(3.5)和/或至少一个设置在所述外轮廓(AK)中的螺旋结构(3.5)。
4.根据权利要求3所述的保护管(3)，其特征在于：所述外轮廓(AK)的上部区段(A)与柱形的下部区段(B)的长度比为1：2.0至1：3.5、特别是1：2.5至1：3.0。
5.根据权利要求3或4所述的保护管(3)，其特征在于：所述外轮廓(AK)的上部区段(A)和柱形的下部区段(B)无级地和/或在不构成边棱的情况下相互融为一体。
6.根据权利要求3至5之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述外轮廓(AK)的上部区段(A)具有70mm至200mm、特别是95mm至120mm、特别是100mm的长度。
7.根据权利要求3至6之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述外轮廓(AK)的上部区段(A)相对中心轴线具有1°至7°、特别是2°至6°、特别是3°至5°的锥角。
8.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：
-所述空心体(3.1)在其构造在其上端部(3.3)上的根部上具有20mm至30mm的直径，和/或
-所述空心体(3.1)在其构造在其下端部(3.2)上的顶端上具有16mm至25mm、特别是19mm的直径。
9.根据权利要求3至8之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述空心体(3.1)的上部区段(A)没有所述至少一个螺旋结构(3.5)并且具有100mm至125mm的长度。
10.根据权利要求3至9之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：在所述空心体(3.1)的上部区段(A)与所述空心体(3.1)的具有至少一个螺旋结构(3.5)的下部区段(B)之间设置有另外的区段(C)，该另外的区段构造为锥状的过渡区段或者直径非线性减小的过渡区段。
11.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述至少一个螺旋结构(3.5)在多个部位中断。
12.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述至少一个螺旋结构(3.5)构造为三螺旋或四螺旋。
13.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：多个螺旋线的区段竖直错开地设置在所述空心体(3.1)的外轮廓(AK)上。
14.根据权利要求14所述的保护管(3)，其特征在于：所述螺旋线的竖直错开对应于螺距除以螺旋线数量的值。
15.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述至少一个螺旋结构(3.5)
-由圆材成形和/或具有圆形横截面，或者
-具有方形的横截面并且所述至少一个螺旋结构(3.5)的未与所述空心体(3.1)连接的边棱是去毛刺的或倒角的，和/或在所述至少一个螺旋结构(3.5)的贴靠在所述空心体(3.1)上的边棱与所述空心体(3.1)之间构造有径向过渡，或者
-具有梯形的横截面，
-具有三角形的横截面。
16.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：
-所述空心体(3.1)以其上端部(3.3)与法兰连接，或者与所述上端部(3.3)连接地具有法兰并且向着该法兰以半径或轮廓扩大，和/或
-所述外轮廓(AK)在所述空心体(3.1)的上部三分之一中径向扩大，和/或
-所述外轮廓(AK)在所述空心体(3.1)的下部三分之一中呈对数变细。
17.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：所述至少一个螺旋结构(3.5)的材料厚度相当于所述空心体(3.1)在螺旋结构(3.5)的相应位置上具有的直径的或者在所述空心体(3.1)的其它位置上具有的直径的0.1倍至0.15倍。
18.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：
-所述至少一个螺旋结构(3.5)的斜度向着所述空心体(3.1)的上端部(3.3)增大，和/或
-所述至少一个螺旋结构(3.5)的材料厚度向着所述空心体(3.1)的上端部(3.3)减小，和/或
-所述至少一个螺旋结构(3.5)的高度向着空心体(3.1)的下端部(3.2)增加的量为该空心体(3.1)的变细的一半。
19.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：构成所述空心体(3.1)的下端部(3.2)的顶端具有削平的平面。
20.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：
-两根螺旋线环绕所述空心体(3.1)，
-螺旋线之一具有正螺距，
-螺旋线之一具有负螺距，并且
-两根螺旋线的螺距的值特别是相同的。
21.根据前述权利要求之任一项所述的保护管(3)，其特征在于：
-所述空心体(3.1)和所述至少一个螺旋结构(3.5)覆盖有耐化学腐蚀的塑料，和/或
-所述空心体(3.1)和所述至少一个螺旋结构(3.5)覆盖有金属合金和/或特殊材料、特别是耐腐蚀的镍基合金或蒙乃尔合金或钴铬基的硬质合金或者由其制成，和/或
-所述空心体(3.1)和所述至少一个螺旋结构(3.5)由具有特别是13重量％至重量20％的铬和9重量％至15重量％的镍和1重量％至4重量％的钼的金属合金构成。
22.气体采样器(4)，其用于插入具有指向一个方向的流(F)的过程室(P)中，该气体采样器具有空心体(4.1)，该空心体
-在其下端部(4.2)敞开，并且
-在其上端部(4.3)包括用于提取气体检样的开口(O)，
其特征在于：
-所述空心体(4.1)的内表面优选具有柱形的形状和/或包括多个分别具有优选柱形形状的区段，
-空心体(4.1)的外轮廓(AK)的至少一个区段向着敞开的下端部(4.2)变细，并且
-至少局部地在所述外轮廓(AK)上设置有至少一个螺旋结构(4.5)和/或至少局部地在所述外轮廓(AK)中设置有至少一个螺旋结构(4.5)。
23.根据权利要求22所述的气体采样器(4)，其特征在于：所述空心体(4.1)的外轮廓(AK)成形为锥状的或者成形为局部锥状的，或者所述外轮廓(AK)的直径至少局部向着敞开的下端部(4.2)的方向非线性地减小。
24.根据权利要求23所述的气体采样器(4)，其特征在于：所述空心体(4.1)的外轮廓(AK)在该空心体(4.1)的上部三分之一中呈凹状弯曲。
25.根据权利要求22至24之任一项所述的气体采样器(4)，其特征在于：
-所述空心体(4.1)的外轮廓(AK)的上部区段(A)没有螺旋结构(4.5)并且是锥状的，或者其直径向着所述敞开的下端部(4.2)的方向非线性地减小，并且
-所述空心体(4.1)的外轮廓(AK)的下部区段(B)是柱形的并且包括至少一个设置在所述外轮廓(AK)上的螺旋结构(4.5)和/或至少一个设置在所述外轮廓(AK)中的螺旋结构(4.5)。
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