DE102007039537A1

DE102007039537A1 - Fluid e.g. water, flow leveler for use in flow measuring system, has fitting possessing fitting-cross section that is larger than downstream cross section and/or upstream cross section provided in upstream end of pipeline

Info

Publication number: DE102007039537A1
Application number: DE200710039537
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Többen; Jörg Riedel
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-02-26

Abstract

The leveler (12) has a pipeline (28) that directs a fluid (26) e.g. water. An fitting (34) in the pipeline levels fluid flow profile downstream to the fitting, and has an fitting-cross section (A2). An upstream end of the pipeline has an upstream cross section (A1) and a downstream cross section (A3). The fitting-cross section is larger than the downstream cross section and/or the upstream cross section. The fitting is provided with a flow electric rectifier. An independent claim is also included for a method for measuring flow of a fluid stream through a pipeline.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungsglätter für ein Fluid, insbesondere für eine Flüssigkeit, mit einer Rohrleitung zum Leiten des Fluids, einem Einbau in der Rohrleitung zum Glätten eines Strömungsprofils stromabwärts des Einbaus, wobei der Einbau einen Einbau-Querschnitt besitzt, einem stromaufwärtigen Ende der Rohrleitung, das einen stromaufwärtigen Querschnitt besitzt, und einem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung, das einen stromabwärtigen Querschnitt besitzt. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung.The The invention relates to a flow straightener for a fluid, especially for a liquid, with a pipeline for conducting the fluid, an installation in the Piping for smoothing a flow profile downstream the installation, the installation has a built-in cross section, an upstream one End of the pipeline, which has an upstream cross section, and a downstream end the pipeline, which has a downstream cross-section. According to one second aspect, the invention relates to a method for flow measurement a fluid flow through a pipeline.

Bei der Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass die Strömung des Fluidstroms stromaufwärts eines zur Messung vorgesehenen Durchflussmessgeräts nicht vollständig ausgebildet, sondern viel mehr gestört, das heißt asymmetrisch und drallbehaftet ausgebildet ist. Die gestörte Strömung kann auf verschiedene Ursachen zurückgeführt werden, beispielsweise auf die Rohrleitungsführung, auf Krümmungen und Biegungen oder auf die Einspeisung von Fluid über T-Stücke. Weiterhin können durch einen Einbau von Ventilen und/oder durch Veränderungen des Rohrquerschnitts asymmetrische und mit einem Drall behaftete Strömungsprofile entstehen. Diese gestörten Strömungsprofile führen bei fast allen bekannten und im Markt erhältlichen Durchflussmessgeräten zu einer unerwünschten Verfälschung des Messergebnisses.at the flow measurement of a fluid flow through a pipeline in general, assume that the flow of fluid flow upstream of a for measurement intended flowmeter not fully formed, but much more disturbed, this means is formed asymmetrically and twisty. The disturbed flow can be attributed to various causes, For example, on the piping, on curvatures and bends or on the supply of fluid via tees. Farther can through installation of valves and / or through modifications the tube cross-section asymmetric and twisted Flow profiles arise. These disturbed airfoils lead Almost all known and available in the market flowmeters to one undesirable adulteration the result of the measurement.

Durch Experimente und theoretische Überlegungen wurde herausgefunden, dass üblicherweise nach einer Rohrlänge, die dem fünfzig- bis einhundertfachen des Durchmessers des durchströmten Rohres entspricht, aus einer gestörten Strömung wieder eine Strömung mit einem nahezu vollständig symmetrisch ausgebildeten Strömungsprofil entsteht. In der Praxis lassen sich allerdings derartig lange Vorlauf- und Beruhigungsstrecken stromaufwärts eines Durchflussmessers selten realisieren.By Experiments and theoretical considerations It was found that usually after a pipe length, the fifty up to one hundred times the diameter of the flow-through pipe corresponds, from a disturbed Flow again a flow with a nearly completely symmetrical trained airfoil arises. In practice, however, such long flow and calming can be upstream of a Flow meter rarely realize.

Um die Störung des Strömungsprofils zu reduzieren, werden üblicherweise stromaufwärts des Durchflussmessers so genannte Strömungsglätter, wie beispielsweise Strömungsgleichrichter und/oder Strömungskonditionierer in die Rohrleitung eingebaut. Ein Strömungsgleichrichter weist üblicherweise Leit-/Führungsbleche auf, die in axialer Richtung der Rohrleitung ausgerichtet sind. Der Strömungsgleichrichter ist aber lediglich dazu geeignet, einen Drall in der Fluidströmung zu entfernen.Around the disorder of the airfoil to reduce, are usually upstream the flow meter so-called flow smoother, such as flow straightener and / or flow conditioners installed in the pipeline. A flow straightener usually has guide / guide plates on, which are aligned in the axial direction of the pipeline. The flow straightener but is only suitable to a swirl in the fluid flow remove.

Als Strömungskonditionierer kommen üblicherweise Lochplatten zum Einsatz, durch die das Fluid bei einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit auf der stromabwärtigen Seite verwirbelt wird. Auf Grund dieser turbulenten Strömung wird die Information des asymmetrischen Strömungsprofils größtenteils gelöscht, so dass nach einer bestimmten Beruhigungsstrecke sich wieder ein symmetrisches Strömungsprofil herausbildet. Die Strömungskonditionierer sind somit geeignet, neben dem Drall auch Asymmetrien in der Strömung zu entfernen. Dies führt allerdings zu einem erhöhten Druckabfall in dem Rohrleitungssystem, insbesondere wenn mehrere Strömungskonditionierer in der Rohrleitung hintereinander eingebaut sind.When A flow usually come Perforated plates are used, through which the fluid at a suitable flow rate on the downstream Page is swirled. Due to this turbulent flow is the information of the asymmetric flow profile largely deleted, so that after a certain calming section again symmetrical flow profile out forms. The flow conditioners are therefore suitable, in addition to the swirl and asymmetries in the flow too remove. this leads to however, to an increased Pressure drop in the piping system, especially when multiple flow conditioners are installed in the pipeline one behind the other.

Dies kann jedoch dazu führen, dass auf Grund des hohen Druckabfalls durch diese Einbauten der ursprünglich zur Verfügung stehende Durchflussbereich eines Rohrleitungssystems, beispielsweise eines Prüfstands mit Hochbehälter, zur Durchflussmessung, nicht vollständig ausgenutzt werden kann.This however, may cause that due to the high pressure drop through these internals the originally to disposal standing flow range of a piping system, for example a test bench with elevated tank, for flow measurement, can not be fully utilized.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässige Durchflussmessung eines strömenden Fluids mit kurzen Rohrleitungen und einem geringem Druckabfall zu ermöglichen.In front In this context, it is the object of the present invention a reliable one Flow measurement of a flowing To allow fluids with short pipelines and a low pressure drop.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Strömungsglätter, bei dem der Einbau-Querschnitt größer ist als der stromabwärtige Querschnitt und der stromaufwärtige Querschnitt. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zur Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung, mit den Schritten: (a) Verringern einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch Leiten des Fluids durch einen sich erweiternden Rohrleitungsabschnitt, (b) Glätten des Fluidstroms, (c) Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch Leiten des Fluids durch einen sich verengenden Rohrleitungsabschnitt und (d) Ermitteln des Durchflusses.The Invention solves the task by a generic flow straightener, wherein the installation cross-section is larger as the downstream cross section and the upstream Cross-section. According to one second aspect triggers the invention the problem by a method for flow measurement of a Fluid flow through a pipeline, comprising the steps of: (a) decreasing a flow velocity of the fluid by passing the fluid through an expanding one Pipe section, (b) smoothing the fluid flow, (c) increase the flow velocity of the fluid by passing the fluid through a narrowing fluid Pipe section and (d) Determining the flow.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass ein Fluidstrom, der ein gestörtes Strömungsprofil besitzt, durch den Einbau ein im Wesentlichen vollständig turbulent ausgebildetes, symmetrisches Strömungsprofil erhält. Beim Übergang von dem Einbau-Querschnitt auf den stromabwärtigen Querschnitt wird das symmetrische Strömungsprofil im Wesentlichen erzeugt, so dass ein Fluidstrom mit einem geglätteten Strömungsprofil erhalten wird. Ein hinter dem Strömungsglätter angeordnetes Durchflussmessgerät weist dann eine verbesserte Messgenauigkeit auf. Unter dem Strömungsprofil wird insbesondere die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Position in der Rohrleitung, jeweils auf konstanter Höhe relativ zu einer Längsrichtung der Rohrleitung, verstanden.Advantageous The invention relates to a fluid flow, which is a disturbed flow profile has, by incorporating a substantially completely turbulent trained, symmetrical flow profile receives. At the transition from the built-in cross section to the downstream cross section becomes the symmetrical flow profile essentially generates, so that a fluid flow with a smoothed flow profile is obtained. An arranged behind the flow straightener flowmeter has then improved measurement accuracy. Under the flow profile in particular, the distribution of the flow velocity in dependence from the position in the pipeline, each at a constant height relative to a longitudinal direction the pipeline, understood.

Vorteilhaft ist zudem, dass wegen des im Vergleich zum stromabwärtigen und zum stromaufwärtigen Querschnitt vergrößerten Einbau-Querschnitts über den Einbau nur ein vergleichsweise geringer Fluiddruck abfällt. Ein erfindungsgemäßer Strömungsglätter erreicht seine das Strömungsprofil glättende Wirkung, also ohne dass ein Prüfstand eine signifikante Einschränkung im zur Verfügung stehenden Durchflussbereich erfährt. Vorteilhaft ist zudem der einfache und kompakte Aufbau des Strömungsglätters, der zu geringen Herstellungskosten führt.Another advantage is that because of the compared to the downstream and upstream wächigen cross-section enlarged installation cross-section over the installation only a relatively low fluid pressure drops. A flow straightener according to the invention achieves its effect of smoothing the flow profile, that is to say without a test bench experiencing a significant restriction in the available flow range. Another advantage is the simple and compact construction of the flow smoother, which leads to low production costs.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Durchflussmessgerät jede Vorrichtung verstanden, die einen Messwert generiert, aus dem auf den Durchfluss geschlossen werden kann. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Messwert direkt den Durchfluss als Volumen bzw. Masse bzw. Stoffmenge pro Zeiteinheit angibt.in the Within the scope of the present description, under a flow meter, each device understood, which generates a reading from which to the flow can be closed. It is possible, but not necessary, that the measured value directly the flow as volume or mass or Quantity of substance per unit of time indicates.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Strömungsglätter einen Strömungsgleichrichter. Auf diese Weise wird ein im Wesentlichen drallfreier Fluidstrom erhalten. Alternativ oder additiv umfasst der Einbau zudem bevorzugt einen Strömungskonditionierer, beispielsweise eine Lochplatte, der so ausgebildet und angeordnet ist, dass Asymmetrien im Strömungsprofil des Fluids weitgehend entfernt werden. Das Glätten des Fluidstroms mit dem Strömungskonditionierer erfolgt dadurch, dass stromabwärts hinter dem Strömungskonditionierer eine vollständig turbulent ausgebildete Strömung erzeugt wird.In a preferred embodiment The flow smoother according to the invention comprises a flow rectifier. In this way, a substantially swirl-free fluid flow receive. Alternatively or additionally, the installation also preferably comprises one flow conditioner, For example, a perforated plate, which is formed and arranged is that asymmetries in the flow profile of the fluid are largely removed. Smoothing the fluid flow with the A flow done by being downstream behind the flow conditioner a complete one turbulent flow is produced.

Um ein Ablösen der Strömung durch einen sich vom stromaufwärtigen Ende zum Einbau und vom Einbau zum stromabwärtigen Ende verändernden Querschnitt der Rohrleitungen zu vermindern oder zu unterdrücken, besitzt die Rohrleitung bevorzugt einen sich entlang ihrer Längsachse kontinuierlich verändernden Durchmesser. Unter dem Merkmal, dass sich der Durchmesser kontinuierlich verändert, ist insbesondere zu verstehen, dass sich der Innendurchmesser über eine Koordinate in Richtung der Längsachse (Längskoordinate) der Rohrleitung aufgetragen im mathematischen Sinne stetig verläuft. Besonders bevorzugt ist der Verlauf im mathematischen Sinne glatt.Around a detachment the flow through one from the upstream End for installation and changing from installation to downstream end Cross section of the pipes to reduce or suppress has the pipeline prefers one along its longitudinal axis continuously changing Diameter. Under the feature that the diameter is continuous changed is to be understood in particular that the inner diameter over a Coordinate in the direction of the longitudinal axis (Longitudinal coordinate) the pipeline applied in the mathematical sense runs steadily. Especially Preferably, the course is smooth in the mathematical sense.

Bei glatten Oberflächen haben sich als besonders geeignet Rohrleitungen herausgestellt, die einen Böschungswinkel von weniger als 4° besitzen. Der Böschungswinkel ist die Neigung der Kurve, die den Innendurchmesser über die Längskoordinate der Rohrleitung aufträgt. Wenn die Rohrleitung, was bevorzugt ist, abschnittsweise konisch ausgebildet ist, entspricht der Böschungswinkel einem halben Öffnungswinkel des Konus. Bei rauen Oberflächen und stark turbulenter Strömung genügen Böschungswinkel kleiner 7°. Für einen konusförmigen Abschnitt der Rohrleitung bedeutet das, dass der Konus einen Öffnungswinkel von 14° besitzt. In solchen Rohrleitungen entstehen besonders wenige Verwirbelungen.at smooth surfaces have proven to be particularly suitable pipelines, the one slope angle of less than 4 °. Of the angle of repose is the slope of the curve that exceeds the inner diameter over the longitudinal coordinate applying the pipeline. If the pipeline, which is preferred, partially conical is formed, the slope angle corresponds to half the opening angle of the cone. For rough surfaces and strongly turbulent flow suffice angle of repose less than 7 °. For one conical Section of the pipeline means that the cone has an opening angle of 14 °. In such pipelines are particularly few turbulence.

Um bei einem vorgegebenen Verhältnis zwischen Einbau-Querschnitt und stromaufwärtigem bzw. stromabwärtigen Querschnitt einen möglichst kurzen Strömungsglätter zu erhalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Durchmesser in mindestens einem Rohrleitungsabschnitt gegenüber einer Längsachse der Rohrleitung einen Böschungswinkel von mehr als 4° besitzt. In einem konusförmigen Rohrleitungsabschnitt beträgt der Öffnungswinkel des Konus dann mehr als 8°.Around at a given ratio between built-in cross section and upstream or downstream cross section as short as possible Flow smoother too obtained, it is preferably provided that the diameter in at least one Pipe section opposite a longitudinal axis the pipeline a slope angle of more than 4 °. In a cone-shaped Pipe section is the opening angle of the cone then more than 8 °.

Es ist besonders bevorzugt, dass der Einbau-Querschnitt mindestens das 1,5-fache des stromaufwärtigen Querschnitts und/oder des stromabwärtigen Querschnitts beträgt. Auf diese Weise wird der Druckabfall über dem Einbau, und damit der für das Glätten des Strömungsprofils des Fluids notwendige Energieaufwand, besonders effektiv verringert.It it is particularly preferred that the built-in cross section at least 1.5 times the upstream Cross-section and / or the downstream cross-section is. On this way, the pressure drop over the installation, and thus the smoothing of the airfoil the fluid necessary energy expenditure, particularly effectively reduced.

Um das Strömungsprofil des Fluids effektiv zu glätten, sollte sich stromabwärts hinter dem Einbau eine turbulente Strömung ausbilden. Voraussetzung hierfür wiederum ist, dass das Fluid mit einer von dem Einbau abhängigen Mindestgeschwindigkeit durch den Einbau strömt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass der Einbau-Querschnitt weniger als das Dreifache des stromaufwärtigen Querschnitts und/oder des stromabwärtigen Querschnitts beträgt.Around the flow profile effectively smoothing the fluid, should be downstream form a turbulent flow behind the installation. requirement therefor Again, the fluid is at a minimum rate dependent on installation flows through the installation. According to one preferred embodiment is therefore intended that the installation cross-section less than that Threefold of the upstream Cross-section and / or the downstream cross-section is.

Ein besonders einfach in ein Rohrleitungsnetz integrierbarer Strömungsglätter wird erhalten, wenn der stromabwärtige Querschnitt und der stromaufwärtige Querschnitt gleich groß sind. In diesem Fall kann der Strömungsglätter an beiden Enden gleiche Flansche aufweisen. Es ist zudem bevorzugt, dass der Einbau so ausgebildet ist, dass der Strömungsglätter in zwei Strömungsrichtungen betreibbar ist. Beispielsweise kann dazu der Einbau spiegelsymmetrisch bezüglich einer Querachse des Strömungsglätters aufgebaut sein. Besonders leicht zu handhaben ist der Strömungsglätter, wenn er rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ist.One particularly easy to be integrated into a pipeline network flow smoother get if the downstream Cross section and the upstream Cross section are the same size. In this case, the flow straightener can both ends have the same flanges. It is also preferred that the installation is designed so that the flow straightener in two flow directions is operable. For example, the installation can be mirror-symmetrical in terms of a transverse axis of the Strömungsglätters constructed be. Particularly easy to handle is the flow straightener when it is rotationally symmetric to its longitudinal axis is.

Der Strömungsglätter findet bevorzugt Verwendung in einem erfindungsgemäßen Durchflussmesssystem zur Durchflussmessung eines Fluids, das ein stromabwärts hinter dem Strömungsglätter angeordnetes Durchflussmessgerät besitzt. Vorteilhaft an diesem Durchflussmesssystem ist dessen verbesserte Messgenauigkeit. In anderen Worten bedeutet dies, dass zum Betreiben dieses Durchflussmesssystems im Vergleich zu bestehenden Durchflussmesssystemen eine verminderte Pumpleistung benötigt wird. Das erfindungsgemäße Durchflussmesssystem weist einen besonders geringen Druckverlust auf. Wird ein Hochbehälter zur Druckerzeugung verwendet, steht mit dem erfindungsgemäßen Strömungsglätter ein vergrößerter Durchflussmessbereich zur Verfügung.The flow straightener is preferably used in a flow measuring system according to the invention for measuring the flow rate of a fluid having a flow meter arranged downstream of the flow straightener. An advantage of this flow measuring system is its improved accuracy. In other words, this means that a reduced pump power is needed to operate this flow meter compared to existing flow meter systems. The flow measuring system according to the invention has a particularly low pressure loss. If a high tank for Druckerzeu used, is available with the flow straightener according to the invention an enlarged flow measuring range available.

Besonders bevorzugt ist die Durchflussmessvorrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Strömungsglätters und einem stromabwärtigen Durchflussmessgerätende des Durchflussmessgeräts weniger als das 30-fache des stromabwärtigen Querschnitts des Strömungsglätters beträgt. In anderen Worten beträgt eine Baulänge des Durchflussmesssystems weniger als das 30-fache des stromabwärtigen Querschnitts des Strömungsglätters. So geringe Baulängen führen bei herkömmlichen Durchflussmesssystemen nicht zu signifikanten Verbesserungen bei gestörten Strömungsprofilen, sind aber mit einem erfindungsgemäßen Strömungsglätter realisierbar.Especially Preferably, the flow measuring device is arranged so that a distance between the upstream end of the Strömungsglätters and a downstream one Flowmeter end of the flowmeter is less than 30 times the downstream cross-section of the flow smoother. In other words is a length of the flow measuring system less than 30 times the downstream cross section of the flow smoother. So small construction lengths to lead at conventional Flow measurement systems did not contribute to significant improvements disturbed Airfoils but can be realized with a flow straightener according to the invention.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigtin the Below are embodiments of the Invention with reference to the attached Drawings closer explained. It shows

1 ein erfindungsgemäßes Durchflussmesssystem mit einem Durchflussmessgerät und einem erfindungsgemäßen Strömungsglätter, 1 an inventive flow measuring system with a flow meter and a flow smoother according to the invention,

2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmesssystems, 2 a further embodiment of a flow measuring system according to the invention,

3 einen schematischen Querschnitt durch ein Teil eines erfindungsgemäßen Strömungsglätters, 3 a schematic cross-section through part of a Strömungsglätters invention,

4 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Strömungsglätter und 4 a schematic cross section through a flow straightener according to the invention and

5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsglätters. Die 5 a cross section through a further embodiment of a Strömungsglätters invention. The

6a und 6b zeigen Einbauten für erfindungsgemäße Strömungsglätter und die 6a and 6b show internals for flow smoothing and the invention

7a und 7b zeigen die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit von der radialen Koordinate für ein asymmetrisches bzw. ein symmetrisches Strömungsprofil. 7a and 7b show the dependence of the flow velocity on the radial coordinate for an asymmetric or a symmetrical flow profile.

1 zeigt ein Durchflussmesssystem 10 mit einem Strömungsglätter 12 und einem Durchflussmessgerät 14. Der Strömungsglätter 12 ist mit einem stromaufwärtigen Flansch 16 an einem Rohrsystem 18 und mit einem stromabwärtigen Flansch 20 an dem Durchflussmessgerät 14 angeflanscht. Das Durchflussmessgerät 14 besitzt einen stromaufwärtigen Flansch 22 und einen stromabwärtigen Flansch 24. Mit letzterem ist es seinerseits an dem Rohrsystem 18 angeflanscht. Im Betrieb des Durchflussmesssystems 10 fließt Fluid 26, beispielsweise Wasser oder ein Mineralölpro dukt, in einer Strömungsrichtung R entlang einer Längsachse L des Durchflussmesssystems. 1 shows a flow measuring system 10 with a flow straightener 12 and a flow meter 14 , The flow straightener 12 is with an upstream flange 16 on a pipe system 18 and with a downstream flange 20 on the flowmeter 14 flanged. The flowmeter 14 has an upstream flange 22 and a downstream flange 24 , With the latter, it is in turn on the pipe system 18 flanged. During operation of the flowmeter 10 fluid flows 26 For example, water or a Mineralölpro product, in a flow direction R along a longitudinal axis L of the flow measuring system.

Der Strömungsglätter 12 umfasst eine Rohrleitung 28, die im vorliegenden Fall einen konusförmigen Aufweitungsabschnitt 30 und einen ebenfalls konusförmigen Verjüngungsabschnitt 32 umfasst, zwischen denen ein Einbau 34 angeordnet ist. Auch wenn der Einbau 34 sich teilweise radial weiter nach außen erstreckt als der Verjüngungsabschnitt 32 und der Aufweitungsabschnitt 30, wird dennoch davon gesprochen, dass der Einbau in der Rohrleitung angeordnet ist, da Fluid 26, das in der Rohrleitung 28 fließt, stets den Einbau 34 passiert.The flow straightener 12 includes a pipeline 28 , which in the present case a cone-shaped expansion section 30 and a likewise cone-shaped taper section 32 includes, between which an installation 34 is arranged. Even if the installation 34 partially extends radially further outward than the tapering section 32 and the expansion section 30 , it is still said that the installation is located in the pipeline, as fluid 26 that in the pipeline 28 flows, always the installation 34 happens.

Die Rohrleitung 28 besitzt an ihrem stromaufwärtigen Ende, das durch den stromaufwärtigen Flansch 16 gebildet ist, einen kreisförmigen stromaufwärtigen Querschnitt A₁ mit einem ersten Durchmesser d₁. In der Beschreibung wird unter einem Durchmesser, sofern nichts anderes explizit erwähnt ist, stets ein Innendurchmesser verstanden. Der Einbau 34 besitzt einen Einbau-Querschnitt A₂ und einen Einbau-Durchmesser d₂. An seinem durch den stromabwärtigen Flansch 20 gebildeten stromabwärtigen Ende besitzt die Rohrleitung 28 einen stromabwärtigen Querschnitt A₃, der mit dem stromauwärtigen Querschnitt A₁ übereinstimmt. Entsprechend ist der Durchmesser d₃ an dieser Stelle gleich dem Durchmesser d₁ des stromaufwärtigen Flansches 16.The pipeline 28 has at its upstream end that through the upstream flange 16 is formed, a circular upstream cross-section A ₁ with a first diameter d. ₁ In the description, a diameter, unless explicitly stated otherwise, always means an inner diameter. The installation 34 has a built-in cross-section A ₂ and a built-in diameter d ₂ . At his by the downstream flange 20 formed downstream end has the pipeline 28 a downstream cross section A ₃ , which coincides with the stromauwärtigen cross section A ₁ . Accordingly, the diameter d ₃ at this point is equal to the diameter d _{1 of} the upstream flange 16 ,

Der Erweiterungsabschnitt 30 ist konusförmig, so dass sein Durchmesser d, der über eine x-Achse aufgetragen werden kann, die sich entlang der Längsachse L erstreckt, mit wachsendem x linear zunimmt und gegenüber der Längsachse L einen Böschungswinkel α von 7° besitzt. Der Verjüngungsabschnitt 32 ist spiegelsymmetrisch zum Aufweitungsabschnitt 30 aufgebaut, so dass der Durchmesser d gegenüber der Längsachse L ebenfalls einen Böschungswinkel α von ebenfalls 7° besitzt. Die Außenkontur des Strömungsglätters 12 ist dabei rotationssymmetrisch zur Längsachse L.The extension section 30 is cone-shaped so that its diameter d, which can be plotted along an x-axis extending along the longitudinal axis L, increases linearly with increasing x and has a slope angle α of 7 ° with respect to the longitudinal axis L. The rejuvenation section 32 is mirror-symmetrical to the expansion section 30 constructed, so that the diameter d with respect to the longitudinal axis L also has a slope angle α of also 7 °. The outer contour of the flow smoother 12 is rotationally symmetric to the longitudinal axis L.

Das Durchflussmessgerät 14 ist sei Turbinenradzähler, es ist jedoch auch jedes sonstige Durchflussmessgerät einsetzbar, wie beispielsweise ein Coriolis-Messgerät oder ein Hall-Messgerät.The flowmeter 14 is Turbinenradzähler, but it is also any other flowmeter used, such as a Coriolis meter or a Hall meter.

Der Strömungsglätter 12 besitzt eine Einbaulänge E, die von dem stromaufwärtigen Flansch 16 zum stromabwärtigen Flansch 20 verläuft und die weniger als das 25-fache des Durchmessers d₁ am stromaufwärtigen Flansch 16 beträgt.The flow straightener 12 has an installation length E, that of the upstream flange 16 to the downstream flange 20 runs and less than 25 times the diameter d ₁ at the upstream flange 16 is.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Durchflussmesssystems 10, bei dem der Strömungsglätter 12 zwischen dem Aufweitungsabschnitt 30 und dem Verjüngungsabschnitt 32 einen zylinderförmigen Mittelabschnitt 36 besitzt. Beispielsweise kann es sich bei dem Rohr des Rohrsystems 18 um ein Rohr mit der Nennweite DN50 handeln. In diesem Fall ist der Mittelabschnitt 36 beispielsweise durch ein Rohr mit der Nennweite DN100 gebildet. Der Einbau 34 ist in dieser Ausführungsform zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Einbauteil 34.1, das zwischen dem Aufteilungsabschnitt 30 und dem Mittelabschnitt 36 angeordnet ist, und ein zweites Einbauteil 34.2, das zwischen dem Mittelabschnitt 36 und dem Verjüngungsabschnitt 32 angeordnet ist. 2 shows an alternative embodiment of the flow measuring system 10 in which the flow smoother 12 between the widening section 30 and the rejuvenation section 32 a cylindrical central portion 36 has. For example, it may be in the pipe of the pipe system 18 to trade a pipe with nominal diameter DN50. In this case, the middle section 36 formed, for example, by a pipe with the nominal diameter DN100. The installation 34 is formed in two parts in this embodiment and comprises a first built-in part 34.1 that between the splitting section 30 and the middle section 36 is arranged, and a second built-in part 34.2 that between the middle section 36 and the rejuvenation section 32 is arranged.

Sowohl bei dem Durchflussmesssystem nach 1 als auch nach 2 ist das Durchflussmessgerät 14 jeweils unmittelbar an den Strömungsglätter 12 angeflanscht. Es handelt sich hierbei um eine bevorzugte Ausführungsform. Es ist jedoch auch möglich, zwischen beiden ein unter Umständen längeres Rohrstück vorzusehen.Both in the flowmeter after 1 as well as after 2 is the flowmeter 14 each directly to the flow straightener 12 flanged. This is a preferred embodiment. However, it is also possible to provide a longer pipe section between the two under certain circumstances.

3 zeigt eine schematische Ansicht des Strömungsglätters 12, die die stetige Erweiterung des Durchmessers d entlang der x-Achse zeigt und an Hand derer der verminderte Druckverlust unter Zuhilfenahme der Kontinuitätsgleichung erläutert wird. Über dem Einbau 34 in Form einer Lochscheibe fällt ein Fluiddruck p von einem stromaufwärtigen Wert p₁, der unmittelbar vor dem Einbau 34 herrscht, auf einen niedrigeren Fluiddruck p₂ unmittelbar hinter dem Einbau 34 ab, da der Einbau 34 dem Fluid 26 einen Strömungswiderstand entgegensetzt. Der Strömungswiderstand bewirkt eine in Strömungsrichtung R wirkende Kraft F_W auf den Einbau 34, die (nach Newton) proportional zum Quadrat einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids ist und proportional zu einem Druckverlust p_v über dem Einbau 34 ist, das heißt es gilt: pv ~ Fw ~ v2. (1) 3 shows a schematic view of the Strömungsglätters 12 which shows the continuous expansion of the diameter d along the x-axis and on the basis of which the reduced pressure loss is explained with the aid of the continuity equation. Above the installation 34 in the form of a perforated disc, a fluid pressure p falls from an upstream value p ₁ immediately before installation 34 prevails, to a lower fluid pressure p ₂ immediately after installation 34 since the installation 34 the fluid 26 opposes a flow resistance. The flow resistance causes acting in the flow direction R force F _W on the installation 34 , which is (according to Newton) proportional to the square of a mean flow velocity v of the fluid and proportional to a pressure drop p _v above the installation 34 is, that means: p v ~ F w ~ v 2 , (1)

Der Strömungswiderstand für das strömende Fluid in der Rohrleitung 28 verringert sich also, wenn die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v sinkt.The flow resistance for the flowing fluid in the pipeline 28 decreases as the mean flow velocity v decreases.

Mit Hilfe der Kontinuitätsgleichung lässt sich für ein inkompressibles Fluid, wie beispielsweise Wasser, nachvollziehen, dass sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v₂ im Bereich des Einbaus gegenüber der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v₁ im Bereich des stromaufwärtigen Flansches 16 mit dem Durchmesser d₁ um das Verhältnis d₁ ²/d₂ ² verringert. Gemäß der Kontinuitätsgleichung gilt v1A1 = v2A2 (2) ⇔ v2 = (A1/A2)v1, (3) v2 = (d1 2/d2 2)v1. (4) Using the equation of continuity, for an incompressible fluid, such as water, it can be understood that the mean flow velocity v ₂ in the region of the installation is opposite the average flow velocity v ₁ in the region of the upstream flange 16 reduced with the diameter d ₁ by the ratio d ₁ ² / d ₂ ² . According to the continuity equation applies v 1 A 1 = v 2 A 2 (2) ⇔ v 2 = (A 1 / A 2 ) v 1 , (3) v 2 = (i 1 2 / d 2 2 ) v 1 , (4)

Dabei ist A₁ der stromaufwärtige Querschnitt und A₂ der Einbau-Querschnitt. Da sich der Einbau 34 in Form der Lochplatte 38 in einem Bereich befindet, in dem die Strömungsgeschwindigkeit v geringer ist, ist die Kraft F_w überproportional kleiner. Ist beispielsweise d₂ doppelt so groß wie d₁, so ist A₂/A₁ = 4 und damit v₂ = v₁/4. Mit Gleichung (1) ergibt sich pv ~ Fw ~ v2 2 = (d1 2/d2 2)2v1 2 = 1/16 v1 2. (5) Here, A _{1 is} the upstream cross section and A _{2 is} the installation cross section. As the installation 34 in the form of the perforated plate 38 In a region in which the flow velocity v is lower, the force F _{w is} disproportionately smaller. For example, if d ₂ twice as large as d _1, then A ₂ / A ₁ = 4 and v ₂ = v _1/4. Equation (1) yields p v ~ F w ~ v 2 2 = (i 1 2 / d 2 2 ) 2 v 1 2 = 1/16 v 1 2 , (5)

Wird der Einbau-Querschnitt also viermal so groß gewählt wie der stromaufwärtige Querschnitt, reduziert sich der Strömungswiderstand auf ein Sechzehntel.Becomes the built-in cross-section thus chosen four times as large as the upstream cross-section, reduced the flow resistance to a sixteenth.

4 zeigt einen Querschnitt durch den Strömungsglätter 12 gemäß 1. Es ist zu erkennen, dass der Durchmesser d₃ im Bereich des stromabwärtigen Flansches 20 dem Durchmesser d₁ im Bereich des stromaufwärtigen Flansches 16 entspricht. 4 shows a cross section through the flow straightener 12 according to 1 , It can be seen that the diameter d ₃ in the region of the downstream flange 20 the diameter d ₁ in the region of the upstream flange 16 equivalent.

5 zeigt einen Querschnitt durch den Strömungsglätter 12 gemäß 2, der zwei Lochplatten 38.1 und 38.2 umfasst, die voneinander beabstandet in dem Mittelabschnitt 36 angeordnet sind. 5 shows a cross section through the flow straightener 12 according to 2 , the two perforated plates 38.1 and 38.2 includes, spaced from each other in the central portion 36 are arranged.

6a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lochplatte 38 mit einem Einbau-Durchmesser d₂ in der mehrere, etwa gleichartige Bohrungen 40.1, 40.2, ... in einer vierzählig symmetrischen Anordnung angebracht sind. 6a shows an embodiment of a perforated plate 38 with an installation diameter d ₂ in the several, approximately identical holes 40.1 . 40.2 , ... are mounted in a fourfold symmetrical arrangement.

6b zeigt eine alternative Lochplatte 38, die ebenfalls den Einbau-Durchmesser d₂ aufweist und neben Bohrungen 40.1, 40.2, ... auch mehrere ovale Löcher 42.1, 42.2, ... besitzt. 6b shows an alternative perforated plate 38 , which also has the installation diameter d ₂ and next to holes 40.1 . 40.2 , ... also several oval holes 42.1 . 42.2 , ... owns.

7a zeigt die Abhängigkeit der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v im Bereich des stromaufwärtigen Flansches 16 (vergleiche 4) in Abhängigkeit von der radialen Koordinate r, die den Abstand vom Rohrmittelpunkt angibt. Es ist zu erkennen, dass die Strömungsgeschwindigkeit v₁ abseits der Mitte der Rohrleitung 28 am höchsten ist und dann näherungsweise parabelförmig zum Rand hin bis auf null abfällt. Ein derartiges Strömungsprofil ist zur Durchflussmessung wenig geeignet. Es ist anzumerken, dass bei asymmetrischen Strömungsprofilen, wie sie vor dem Einbau 34 vorliegen können, die Strömungsgeschwindigkeit nicht nur von der radialen Koordinate r, sondern auch von der Winkelkoordinate φ abhängt. Zur Vereinfachung ist das in 7a nicht gezeigt. 7a shows the dependence of the mean flow velocity v in the region of the upstream flange 16 (see 4 ) as a function of the radial coordinate r, which indicates the distance from the center of the pipe. It can be seen that the flow velocity v _{1 is} off the middle of the pipeline 28 is highest and then drops approximately parabolic to the edge down to zero. Such a flow profile is less suitable for flow measurement. It should be noted that in asymmetric flow profiles, as before installation 34 may be present, the flow rate depends not only on the radial coordinate r, but also on the angular coordinate φ. For simplicity, this is in 7a Not shown.

7b zeigt die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit v₃ im Bereich des stromabwärtigen Flansches 20, also nach dem Einbau 34 und nach Verjüngung des Durchmessers d der Rohrleitung 28 auf den stromabwärtigen Durchmesser d₃. Es ist zu erkennen, dass das Strömungsprofil im Wesentlichen „kastenförmig" verläuft, das heißt, dass die Strömungsgeschwindigkeit v₃ über einen weiten Bereich im Wesentlichen konstant ist. Die Strömungsgeschwindigkeit im Rohrmittelpunkt v im Rohr mittelpunkt ist zudem kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit v max / 1 vor dem Einbau 34 (vergleiche 7a). Eine Durchflussmessung an einem Fluidstrom mit einem Strömungsprofil gemäß 7b ist für die oben genannten Durchflussmesser mit einer deutlich höheren Genauigkeit durchführbar als an einem Fluidstrom mit dem Strömungsprofil gemäß 7a. 7b shows the dependence of the flow velocity v ₃ in the region of the downstream flange 20 So after installation 34 and after rejuvenation of the diameter d of the pipeline 28 to the downstream diameter d ₃ . It can be seen that the flow profile is essentially "box-shaped", that is to say that the flow velocity v _{3 is} essentially constant over a wide range The flow velocity in the center of the tube v in the tube center is also smaller than the flow velocity v max / 1 before installation 34 (see 7a ). A flow measurement on a fluid flow with a flow profile according to 7b is feasible for the above-mentioned flow meter with a much higher accuracy than on a fluid flow with the flow profile according to 7a ,

Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie 1 zeigt, Fluid 26 durch das Durchflussmesssystem 10 geleitet und mit dem Durchflussmesser 14 wird der Durchfluss gemessen. So erhaltene Messwerte werden beispielsweise auf einem nicht eingezeichneten Display angezeigt oder per Datenübertragung an eine Messwerterfassungssteuerung übermittelt.For carrying out a method according to the invention, such 1 shows, fluid 26 through the flowmeter 10 directed and with the flow meter 14 the flow is measured. Measured values obtained in this way are displayed, for example, on a display (not shown) or transmitted via data transmission to a measured value acquisition control.

1010: DurchflussmesssystemFlow Monitoring System
1212: Strömungsglätterflow smoother
1414: DurchflussmessgerätFlowmeter
1616: stromaufwärtiger Flanschupstream flange
1818: Rohrsystempipe system
2020: stromabwärtiger Flanschdownstream flange
2222: stromaufwärtiger Flanschupstream flange
2424: stromabwärtiger Flanschdownstream flange
2626: Fluidfluid
2828: Rohrleitungpipeline
3030: Aufweitungsabschnittexpansion section
3232: Verjüngungsabschnitttapered section
3434: Einbauinstallation
3636: Mittelabschnittmidsection
3838: Lochplatteperforated plate
4040: Bohrungdrilling
4242: Lochhole
A₁ A ₁: stromaufwärtiger Querschnittupstream section
A₂ A ₂: Einbau-QuerschnittBuilt-in cross-section
A₃ A ₃: stromabwärtiger Querschnittdownstream section
αα: Böschungswinkelangle of repose
dd: Durchmesserdiameter
Ee: Einbaulängeinstallation length
F_w F _w: Kraftforce
LL: Längsachselongitudinal axis
pp: Fluiddruckfluid pressure
p_v p _v: Druckverlust über dem Einbau WinkelkoordinatePressure loss above the Installation angle coordinate
φφ: Winkelkoordinateangular
RR: Strömungsrichtungflow direction
rr: Koordinate senkrecht zur Längsachsecoordinate perpendicular to the longitudinal axis
vv: Strömungsgeschwindigkeit des Fluidsflow rate of the fluid
xx: Koordinate in Richtung der Längsachsecoordinate in the direction of the longitudinal axis

Claims

Flow smoother for a fluid ( 26 ), in particular a liquid, with (a) a pipeline ( 28 ) for conducting the fluid ( 26 ), (b) an installation ( 34 ) in the pipeline ( 28 ) for smoothing a flow profile downstream of the installation ( 34 ), (c) the installation ( 34 ) has a built-in cross section (A ₂ ), (d) an upstream end of the pipeline ( 28 ) having an upstream cross section (A ₁ ), and (e) a downstream end of the pipeline (A) 28 ) having a downstream cross section (A ₃ ), characterized in that the installation cross section (A ₂ ) is greater than the downstream section (A ₃ ) and / or as the upstream section (A ₁ ).

Flow smoother according to one of claims 1, characterized in that the installation ( 34 ) comprises a flow straightener.

Flow smoother according to one of claims 1 to 2, characterized in that the installation ( 34 ) a flow conditioner, in particular one or more perforated plates ( 38 ).

Flow smoother according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pipeline ( 28 ) has a continuously changing diameter (d).

Flow smoother according to claim 4, characterized in that the diameter (d) relative to a longitudinal axis (L) of the pipeline ( 28 ) has a slope angle (α) of less than 7 °, in particular less than 4 °.

Flow smoother according to claim 4 or 5, characterized in that the diameter (d) in at least one pipe section ( 30 . 32 ) relative to the longitudinal axis (L) of the pipeline ( 28 ) has a slope angle (α) of more than 4 °.

Flow smoother according to one of claims 1 to 6, characterized in that the installation cross section (A ₂ ) is more than 1.5 times the upstream cross section (A ₁ ) and / or the downstream cross section (A ₃ ).

Flow smoother according to one of claims 1 to 7, characterized in that the installation cross section (A ₂ ) is less than three times the upstream cross section (A ₁ ) and / or the downstream cross section (A ₃ ).

Flow straightener according to one of claims 1 to 8, characterized by an insertion length (E) of less than thirty times the upstream cross-section (A ₁ ).

Flow meter for flow measurement with (a) a flow meter ( 14 ) and (b) at least one flow smoother ( 12 ) according to one of claims 1 to 9, upstream of the flow meter ( 14 ) is seconded.

Method for measuring the flow of fluid through a pipeline ( 28 ), comprising the steps of: (a) reducing a mean flow velocity (v) of the fluid ( 26 ) by passing the fluid ( 26 ) by a widening pipe section ( 30 (b) smoothing the fluid flow, (c) increasing the mean flow velocity (v) of the fluid ( 26 ) by passing the fluid ( 26 ) by a narrowing pipe section ( 32 ) and (d) determining a flow rate or a flow rate proportional measurement.

Method according to claim 11, characterized in that that the fluid flow is smoothed by means of a flow straightener.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that the fluid flow by means of a flow conditioner ( 38 ) is smoothed.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized that the fluid stream is a liquid stream is.