DE102011079993A1

DE102011079993A1 - Strömungsgleichrichter

Info

Publication number: DE102011079993A1
Application number: DE102011079993A
Authority: DE
Inventors: Hanno Schultheis; Sascha Kamber
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Also published as: WO2013013924A1; EP2737218A1

Abstract

Strömungsgleichrichter umfassend eine Lochplatte (6) mit einer näherungsweise kreisförmigen Prallfläche, welche im Betriebszustand von einem Fluid angeströmt wird und welche einen Durchmesser D aufweist, welche Lochplatte (6) ein erstes Loch mit einem ersten Durchmesser d1 aufweist, wobei der Mittelpunkt des ersten Lochs (1) im Mittelpunkt der Lochplatte liegt, welche Lochplatte (6) zweite Löcher (2) mit einem zweiten Durchmesser d2 aufweist, wobei die Mittelpunkte der zweiten Löcher (2) auf einem ersten Lochkreis L1 um den Mittelpunkt der Lochplatte liegen, welche Lochplatte (6) dritte Löcher (3) mit einem dritten Durchmesser d3 aufweist, wobei die Mittelpunkte der dritten Löcher (3) auf einem zweiten Lochkreis 12 um den Mittelpunkt der Lochplatte liegen, welche Lochplatte (6) vierte Löcher (4) mit einem vierten Durchmesser d4 aufweist, wobei die Mittelpunkte der vierten Löcher (4) auf einem dritten Lochkreis 12 um den Mittelpunkt der Lochplatte liegen, welche Lochplatte (6) fünfte Löcher (5) mit einem fünften Durchmesser d5 aufweist, wobei die Mittelpunkte der fünften Löcher (5) auf einem vierten Lochkreis 14 um den Mittelpunkt der Lochplatte liegen, wobei gilt: L1 < L2 < L3 < L4 und d1 > d2 > d3 > d4 > d5 und 0,75·d3 < d4 und 1,75·L2 > L3.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungsgleichrichter, insbesondere eine Strömungsgleichrichterplatte umfassend eine Lochplatte (6) mit einer näherungsweise kreisförmigen Prallfläche, welche im Betriebszustand von einem Fluid angeströmt wird und welche einen Durchmesser D aufweist und welche mehrere Löcher mit verschiedenen Durchmessern aufweisen.
Strömungsgleichrichter sind seit langem bekannt, um eine Strömung in eine Strömung mit bekanntem Strömungsprofil zu überführen, beispielsweise aus der US 3,840,051 , der US 5,341,848 oder der US 5,529,093 . Bekannte Ausführungsformen werden auch in dem Aufsatz „A new concept of flow conditioner under test" von B. Mickan, G. Pereira, J. Wu und D. Dopheide gezeigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Strömungsgleichrichter bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der jeweils abhängigen Ansprüche wider.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Strömungsgleichrichter des Stands der Technik,
2 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichters.
In 1 ist ein verbreiteter Strömungsgleichrichter dargestellt. Er ist unter dem Namen „Laws Strömungsgleichrichter” bekannt geworden. Eine Lochplatte 6 weist Löcher 1, 2, 3 mit drei verschieden großen Lochdurchmessern auf. Das größte Loch ist in der Mitte der Lochplatte 6 angeordnet. Die anderen Löcher 2 und 3 sind auf zwei konzentrischen Lochkreisen angeordnet.
2 veranschaulicht eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichters, welcher eine Lochplatte 6 mit einer näherungsweise kreisförmigen Prallfläche umfasst, in der Draufsicht und im Schnitt. Auch hier weist die Lochplatte 6 Löcher 1, 2, 3, 4, 5 auf konzentrischen Lochkreisen um den Mittelpunkt der Lochplatte 6 auf. Im Betrieb wird die Lochplatte 6 von einem Fluid angeströmt, welches die Löcher 1, 2, 3, 4, 5 durchdringt. Die Lochplatte 6 kann auf ihrem gesamten Durchmesser P angeströmt werden oder sie wird lediglich auf einem kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser D angeströmt, welcher die Prallfläche der Lochplatte 6 begrenzt. Durch den Durchmesser D ist somit der Mittelpunkt der Prallfläche festgelegt, welcher insbesondere auch der Mittelpunkt der Lochplatte 6 ist, wie hier gezeigt. Der Mittelpunkt und der Durchmesser D der Prallfläche sind nicht extra in die Figur einbeschrieben.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Lochplatte einen Durchmesser P von 150 mm auf. Sie ist geeignet, zwischen zwei Flansche zweier Rohre einer Rohrleitung eingebracht zu werden, wofür sie vier Bohrungen 7 auf einem weiteren Lochkreis K mit 125 mm mit jeweils einem Durchmesser B aufweist. Der Durchmesser D der Prallfläche der Lochplatte 6, also der Teil der Lochplatte 6, welcher vom Fluid, welches in der besagten Rohrleitung strömt, angeströmt wird, beträgt hier 54,5 mm. Er entspricht dem Innendurchmesser der Rohrleitung.
Das erste Loch 1 der Lochplatte 6 weist einen ersten Durchmesser d₁ auf, die zweiten Löcher 2 der Lochplatte 6 weisen jeweils einen zweiten Durchmesser d₂ auf, die dritten Löcher 3 der Lochplatte 6 weisen jeweils einen dritten Durchmesser d₃ auf, die vierten Löcher 4 der Lochplatte 6 weisen jeweils einen vierten Durchmesser d₄ auf, und die fünften Löcher 5 der Lochplatte 6 weisen jeweils einen fünften Durchmesser d₅ auf, wobei der Mittelpunkt des ersten Lochs 1 im Mittelpunkt der Prallfläche, welcher hier auch der Lochplatte 6 ist, liegt, wobei die Mittelpunkte der zweiten Löcher 2 auf einem ersten Lochkreis L₁ um den Mittelpunkt der Prallfläche liegen, wobei die Mittelpunkte der dritten Löcher 3 auf einem zweiten Lochkreis 12 um den Mittelpunkt der Prallfläche liegen, wobei die Mittelpunkte der vierten Löcher 4 auf einem dritten Lochkreis 13 um den Mittelpunkt der Prallfläche liegen, und wobei die Mittelpunkte der fünften Löcher 5 auf einem vierten Lochkreis 14 um den Mittelpunkt der Prallfläche liegen. Die Löcher 1, 2, 3, 4 und 5 sind dabei näherungsweise kreisrund. Auch die Durchmesser d₁, d₂, d₃, d₄ und d₅ sind nicht extra in der Figur bemaßt.
Das erste Loch 1 ist dabei größer als das zweite Loch 2 – es weist einen größeren Durchmesser d₁ auf. Die zweiten Löcher 2 weisen einen größeren Durchmesser d₂ als die dritten Löcher 3 auf, welche wiederum einen größeren Durchmesser d₃ als die vierten Löcher 4 aufweisen, wobei die vierten Löcher 4 wiederum größer sind als die fünften Löcher.
Für die Lochkreise gilt folgendes: der erste Lochkreis ist der Kleinste. Er weist somit den geringsten Durchmesser L₁ auf und liegt am nächsten zum Mittelpunkt der Prallfläche. Der vierte Lochkreis weist den größten Durchmesser 14 auf und liegt am weitesten entfernt vom Mittelpunkt der Prallfläche. Der zweite und der dritte Lochkreis liegen zwischen dem ersten und dem vierten Lochkreis. Sie weisen jeweils einen Durchmesser auf L₂ und L₃, welche jeweils kleiner als der Durchmesser L₄ des vierten Lochkreises und größer als der der Durchmesser L₁ des ersten Lochkreises sind, wobei der Durchmesser L₃ des dritten Lochkreises gleich groß oder größer ist, als der Durchmesser L₂ des zweiten Lochkreises. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist er größer und es gilt L₂ < L₃. Theoretisch liegt das erste Loch 1 ebenfalls auf einem fünften Lochkreis mit einem Durchmesser L₅ = 0.
Erfindungsgemäß erfüllen die Durchmesser d₃ und d₄ der dritten und vierten Löcher 3 und 4 und die Durchmesser L₂ und L₃ des zweiten und dritten Lochkreises weitere Bedingungen: 0,75·d₃ < d₄ und 1,75·L₂ > L₃.
In dem hier skizzierten Ausführungsbeispiel umfasst die Lochplatte 6 genau achtzehn fünfte Löcher 5, jeweils sechs vierte, dritte und zweite Löcher 4, 3, 2 und ein erstes Loch 1 mit D = 54,5 mm und L₁ = 20 mm und L₂ = 33 mm und L₃ = 36 mm und 14 = 48 mm und d₁ = 9 mm und d₂ = 8 mm und d₃ = 7,5 mm und d₄ = 6 mm und d₅ = 4 mm. Zusätzlich beträgt die Dicke T der Lochplatte 6 10 mm (T = 10 mm). Es existieren drei erste Geraden durch den Mittelpunkt des ersten Lochs und durch die Mittelpunkte zweier zweiter, vierter und fünfter Löcher. Bei den gezeichneten sechs dritten Löchern existieren auch drei zweite Geraden durch den Mittelpunkt des ersten Lochs und durch die Mittelpunkte zweier dritter Löcher, mit Winkeln von 30° zu den ersten Geraden. Zueinander weisen die zweiten Geraden wiederum einen Winkel von 60° auf, genau wie die ersten Geraden. Alle Geraden durch die Mittelpunkte der jeweils einzelnen Löcher und durch den Mittelpunkt der Prallfläche der Lochplatte 6 weisen gleiche Winkel zueinander auf. Es könnte auch von einer Gleichverteilung gesprochen werden.
Gemäß mehreren, voneinander unabhängigen, jedoch miteinander kombinierbaren Weiterbildungen der Erfindung gilt hingegen allgemein: 0,25·D < L₁ < 0,50·D und/oder 0,50·D < L₂ < 0,75·D und/oder 0,55·D < L₃ < 0,80·D und/oder 0,75·D < L₄ < 1·D und/oder 0,15·D < d₁ < 0,18·D und/oder 0,13·D < d₂ < 0,16·D und/oder 0,12·D < d₃ < 0,15·D und/oder 0,09·D < d₄ < 0,13·D und/oder 0,06·D < d₅ < 0,09·D und/oder 0,15·D < T < 0,25·D; mit 25 mm < D < 250 mm folglich: 3,75 mm < d₁ < 45 mm und/oder 3,25 mm < d₂ < 40 mm und/oder 3 mm < d₃ < 37,5 mm und/oder 2,25 mm < d₄ < 32,5 mm und/oder 1,5 mm < d₅ < 22,5 mm und/oder 6,25 mm < L₁ < 125 mm und/oder 12,5 mm < L₂ < 187,5 mm und/oder 13,75 mm < L₃ < 200 mm und/oder 18,75 mm < L₄ < 250 mm und/oder 3 mm < T < 62,5 mm. D kann auch bis zu 1500 mm betragen.
Einem Ausführungsbeispiel der Erfindung folgend gilt: 0,34·D < L₁ < 0,39·D und/oder 0,58·D < L₂ < 0,63·D und/oder 0,63·D < L₃ < 0,68·D und/oder 0,86·D < L₄ < 0,91·D und/oder 0,16·D < d₁ < 0,17·D und/oder 0,14·D < d₂ < 0,15·D und/oder 0,13·D < d₃ < 0,14·D und/oder 0,10·D < d₄ < 0,12·D und/oder 0,07·D < d₅ < 0,08·D und/oder 0,17·D < T < 0,20·D.
Eine weitergebildete Lochplatte 6 weist folgende relative Maße auf: 0,34·D < L₁ < 0,39·D und 0,58·D < L₂ < 0,63·D und 0,63·D < L₃ < 0,68·D und 0,86·D < L₄ < 0,91·D und 0,16·D < d₁ < 0,17·D und 0,14·D < d₂ < 0,15·D und 0,13·D < d₃ < 0,14·D und 0,10·D < d₄ < 0,12·D und 0,07·D < d₅ < 0,08·D. Für die Dicke T der Lochplatte 6 gilt dann: 0,182·D < T < 0,184·D. Mit D = 54,5 mm ergeben sich die oben genannten Maße der Lochplatte 6 aus 2.
Darüber hinaus weisen die einzelnen Löcher einen Abstand zueinander auf, der mindestens 0,001·D, insbesondere mindestens 0,1 mm, gemäß einer Ausgestaltung gar mindestens 0,5 mm beträgt. Die Abstände bemessen sich zwischen zwei, das jeweilige Loch begrenzenden Lochrändern. Hier in 2 sind mit a12 und a23 die Abstände zwischen zwei benachbarten ersten und zweiten Löchern und zwei benachbarten zweiten und dritten Löchern angedeutet. Hier gilt a12 < a23. Sämtliche Löcher überschneiden sich somit nicht. Ein Abstand der Mittelpunkte zweier Löcher beträgt somit zumindest die Hälfte der Summe aus deren jeweiligen Durchmessern addiert mit 0,001·D.
Wie für den Strömungsgleichrichter gemäß der Figur, weist eine Weiterbildung der Erfindung eine Gerade durch den Mittelpunkt der Prallfläche und durch den Mittelpunkt eines dritten Lochs 3 mit einem Winkel von 10° bis 50°, insbesondere mit einem Winkel von genau 30°, zu einer Geraden durch den Mittelpunkt der Prallfläche und durch den Mittelpunkt eines benachbarten vierten Lochs 4 auf. Zusätzlich oder alternativ dazu sind die jeweiligen Löcher 1, 2, 3, 4 und 5 symmetrisch um den Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche auf der Lochplatte 6 angeordnet. Die zweiten Löcher liegen beispielsweise hexagonal dicht gepackt um das erste Loch auf dem zweiten Lochkreis.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weisen die Löcher 1, 2, 3, 4 und 5 der Lochplatte 6 jeweils eine Fase auf. Die Löcher sind scharfkantig, können jedoch auch ein- oder beidseitig angefast sein. beispielsweise mittels eines Kegelsenkers. Die Größe der Fase kann abhängig vom jeweiligen Lochdurchmesser gewählt sein oder ist für alle Löcher 1, 2, 3, 4 und 5 konstant.
Die Weiterbildungen sind einer Weiterbildung der Erfindung gemäß so zusammengestellt, insbesondere sind die oben genannten Maße so gewählt, dass eine Durchtrittsfläche durch die Prallfläche, gebildet durch die Löcher, in einem Verhältnis größer 0,5 zur Prallfläche steht.
Ein erfindungsgemäßer Strömungsgleichrichters wird z. B. stromaufwärts vor einem Durchflussmessgerät, insbesondere ein Durchflussmessgerät der industriellen Prozessmesstechnik, beispielsweise ein Thermischer Massenstrommesser, in eine Rohrleitung eingesetzt. Diese Verwendung ist beispielsweise zur Verringerung einer so genannten Einlauflänge vor dem Durchflussmessgerät, z. B. nach einer Krümmung der Rohrleitung, also stromabwärts einer Krümmung der Rohrleitung, sinnvoll. Die Länge der Strecke parallel zur Hauptströmungsrichtung des Fluids in der Rohrleitung, meistens entlang der Rohrleitungslängsachse, zwischen dem Strömungsgleichrichter und dem Durchflussmessgerät beträgt dann beispielsweise weniger als 3·D. Die gleichermaßen bemessene Länge der Strecke zwischen dem Ende der Rohrkrümmung und des Strömungsgleichrichters beträgt beispielsweise weniger als 5·D. Besonders geeignet sind erfindungsgemäße Strömungsgleichrichter bei Strömungen im laminaren, transistenten und turbulenten Bereich, insbesondere für Gase.
Bezugszeichenliste

1: Erstes Loch
2: Zweites Loch
3: Drittes Loch
4: Viertes Loch
5: Fünftes Loch
6: Lochplatte
7: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3840051 [0002]
US 5341848 [0002]
US 5529093 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„A new concept of flow conditioner under test” von B. Mickan, G. Pereira, J. Wu und D. Dopheide [0002]

Claims

Strömungsgleichrichter umfassend eine Lochplatte (6) mit einer näherungsweise kreisförmigen Prallfläche, welche im Betriebszustand von einem Fluid angeströmt wird und welche einen Durchmesser D aufweist, welche Lochplatte (6) ein erstes Loch mit einem ersten Durchmesser d₁ aufweist, wobei der Mittelpunkt des ersten Lochs (1) im Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche liegt, welche Lochplatte (6) zweite Löcher (2) mit einem zweiten Durchmesser d₂ aufweist, wobei die Mittelpunkte der zweiten Löcher (2) auf einem ersten Lochkreis L₁ um den Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche liegen, welche Lochplatte (6) dritte Löcher (3) mit einem dritten Durchmesser d₃ aufweist, wobei die Mittelpunkte der dritten Löcher (3) auf einem zweiten Lochkreis L₂ um den Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche liegen, welche Lochplatte (6) vierte Löcher (4) mit einem vierten Durchmesser d₄ aufweist, wobei die Mittelpunkte der vierten Löcher (4) auf einem dritten Lochkreis L₃ um den Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche liegen, welche Lochplatte (6) fünfte Löcher (5) mit einem fünften Durchmesser d₅ aufweist, wobei die Mittelpunkte der fünften Löcher (5) auf einem vierten Lochkreis L₄ um den Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche liegen, wobei gilt: L₁ < L₂ ≤ L₃ < L₄ und d₁ > d₂ > d₃ > d₄ > d₅ und 0,75·d₃ < d₄ und 1,75·L₂ > L₃.
Strömungsgleichrichter nach Anspruch 1, wobei gilt: 0,15·D < d₁ < 0,18·D und/oder 0,13·D < d₂ < 0,16·D und/oder 0,12·D < d₃ < 0,15·D und/oder 0,09·D < d₄ < 0,13·D und/oder 0,06·D < d₅ < 0,09·D.
Strömungsgleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei gilt: 0,25·D < L₁ < 0,50·D und/oder 0,50·D < L₂ < 0,75·D und/oder 0,55·D < L₃ < 0,80·D und/oder 0,75·D < L₄ < 1·D.
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand zwischen dem Mittelpunkt eines ersten und dem Mittelpunkt eines zweiten Lochs zumindest d₁/2 + d₂/2 + 0,001·D beträgt und zwischen dem Mittelpunkt eines zweiten und dem Mittelpunkt eines dritten Lochs zumindest d₂/2 + d₃/2 + 0,001·D und zwischen dem Mittelpunkt eines dritten und dem Mittelpunkt eines vierten Lochs zumindest d₃/2 + d₄/2 + 0,001·D und zwischen dem Mittelpunkt eines vierten und dem Mittelpunkt eines fünften Lochs zumindest d₄/2 + d₅/2 + 0,001·D.
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für die Dicke T der Lochplatte (6) gilt: 0,15·D < T < 0,25·D.
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei gilt: 25 mm < D < 1500 mm,
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anzahl an zweiten Löchern (2) gleich groß ist wie die Anzahl an dritten Löchern (3) und wie die Anzahl an vierten Löchern (4).
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Gerade durch den Mittelpunkt des Lochkreises und durch den Mittelpunkt eines dritten Lochs (3) einen Winkel von 10° bis 50° zu einer Geraden durch den Mittelpunkt des Lochkreises und durch den Mittelpunkt eines benachbarten vierten Lochs (4) aufweist.
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die jeweiligen Löcher (1, 2, 3, 4, 5) symmetrisch um den Mittelpunkt der kreisförmigen Prallfläche auf der Lochplatte (6) angeordnet sind.
Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Löcher (1, 2, 3, 4, 5) der Lochplatte (6) jeweils eine Fase aufweisen.
Verwendung eines Strömungsgleichrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Strömungsgleichrichter stromaufwärts vor einem Durchflussmessgerät in einer Rohrleitung eingesetzt wird.
Verwendung eines Strömungsgleichrichters nach Anspruch 11, wobei der Strömungsgleichrichter stromabwärts einer Krümmung der Rohrleitung eingesetzt wird.