DE112004000840T5

DE112004000840T5 - Strömungskonditionierer

Info

Publication number: DE112004000840T5
Application number: DE112004000840T
Authority: DE
Inventors: James A. Haverhill Hill
Original assignee: Horiba Instruments Inc
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: WO2004102129A2; US6701963B1; JP4658059B2; WO2004102129A3; GB2417573B; JP2007534895A; GB2417573A; DE112004000840B4; GB0524916D0

Abstract

Strömungskonditionierer zur Anordnung in einer Leitung (20) zur Konditionierung einer hindurchtretenden Fluidströmung, mit einem Körper (10) aus einer Gruppe von Leitflügeln (12), die allgemein parallel zu Richtung der Fluidströmung angeordnet ist um eine Mehrzahl von Kammern zur effektiven Verringerung von Wirbeln größeren Ausmaßes zu schaffen, wobei die Leitflügel (12) Flächen mit Perforationen (14) aufweisen, um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und effektiv asymmetrische Strömung und Widerstand zu reduzieren.

Description

ERFINDUNGSHINTERGRUND
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Strömungskonditionierer. Strömungskonditionierer werden verwendet, um gleichmäßige Strömungsfeldverteilungen zu erzeugen und Vorrichtungen zur Handhabung von fließfähigen Medien und Strömungsmessgeräte vor den Einwirkungen instabiler oder verzerrter Strömungsfelder zu isolieren, welche in die Geräte eintreten.

Vorhandene Strömungskonditionierer sind typischerweise entweder eine dünne perforierte Platte, die senkrecht zur Strömungsrichtung angebracht ist, oder ein Stapel Rohre oder rechteckiger Kanäle, die mit der Strömung ausgerichtet sind. Beide dieser vorhandenen Strömungskonditioniertechniken sind hinsichtlich einer Reduzierung eines asymmetrischen Strömungsfeldes wirksam, aber sie sind dies auf Kosten eines hohen Druckabfalls quer über den Strömungskonditionierer. Diese vorhandenen Techniken verringern auch nicht wirksam ein Pulsieren in der Strömungsgeschwindigkeit oder einen hohen Grad an Verwirbelung im Strömungsfeld. Um den Druckabfall quer über ein Strömungskonditioniergerät auf ein Niveau zu verringern, das einen Systembetrieb nicht beeinträchtigt, sollte das Blockierverhältnis niedrig sein, z. B. unter 10%.

Der klassische Etolie-Wirbelbeseitiger ist eine Gruppierung von radialen Leitflächen parallel zur Strömung. Das klassische Etoliegerät besitzt ein niedriges Blockierverhältnis und verringert wirksam große Verwirbelungen in der Strömung. Jedoch verringert das klassische Etoliegerät nicht wirksam ein Pulsieren in der Strömungsgeschwindigkeit noch verringert das Gerät wirksam ein asymmetrisches Strömungsfeld. Ferner besitzt das klassische Etoliegerät einen zusätzlichen Nachteil insofern als es darin versagt, die Hysterese beim Übergang zwischen turbulenter und laminarer Strömung zu beseitigen oder die Länge der geradlinigen Leitung zu verringern, die erforderlich ist, um die Fließbedingungen sich voll entwickeln zu lassen.

Zusätzliche Hintergrundinformationen lassen sich in den U.S.Patenten Nr. 6 186 179; 5 959 216; 6 145 544; 5 762 197; 5 529 093 und 4 841 781 finden.

Aus den vorgenannten Gründen besteht ein Bedarf an einem verbesserten Strömungskonditionierer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungskonditionierer mit geringem Druckabfall und mit porösen axialen Leitblechen zu schaffen.

Bei Ausführung der Erfindung wird ein Strömungskonditionierer geschaffen. Der Strömungskonditionierer umfaßt einen Körper, der aus einer Gruppierung von Leitflügeln bzw. -platten oder Finnen aufgebaut ist, die allgemein parallel zur Richtung der Flüssigkeitsströmung angeordnet sind, um eine Mehrzahl von Kammern zu bilden. Die Leitflügel reduzieren effektiv starke Verwirbelungen in der Strömung. Um wirkungsvoll asymmetrische Strömung zu reduzieren, sind Poren oder Perforationen in den Flächen der Finnen ausgebildet worden. Diese Poren/Perforationen erlauben einen Druckausgleich zwischen den Kammern und verringern den Widerstand.

Auf einem detaillierteren Niveau umfaßt die vorliegende Erfindung die Anordnung der Leitflügel auf eine radiale Weise, wobei sich vorzugsweise jeder Leitflügel von einer zentralen Achse aus radial erstreckt. Der Strömungskonditionierer kann so wenig wie nur drei Leitflügel besitzen. Die Porosität der Leitflügel reicht von 35% bis 70%. Die Perforationen können in jedweder Form ausgeführt werden, beispielsweise kreisförmig, oval, diamantförmig, rechteckig oder dreieckig und in jedweder Orientierung bezüglich der die Leitflügel bildenden Platten. Die Löcher im Leitflügel können in der Ebene des Leitflügels liegen oder eine kleine Eindrückung aufweisen, wo sie aus der Platte bzw. dem Blatt ausgestanzt worden sind.

Bei bevorzugten Ausführungsformen bringt eine leichte Verengung der Querschnittsfläche an Eingang und Ausgang des Strömungskonditionierers das Volumen dazwischen dazu, ein akustischer Choke zu sein, um dem Pulsieren entgegenzuwirken. Eine ins Auge gefaßte Implementierung dieses Merkmals verwendet eine kreisförmige Platte an jedem Ende der Leitflügelgruppierung. Die Kreisplatten werden an den ausgebildeten Scheitelpunkten der Leitflügel platziert, wenn die Leitflügel radial angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Aufrauen der Kreisplatten längs ihres Umfangs die Erzeugung von Mikrowirbeln verstärken, die einen stabilen und wiederholbaren Übergang zwischen den turbulenten und laminaren Strömungszuständen verursachen. Die Kreisplatten (oder Ringe) wirken als Turbulenzauslöser und Mikrowirbelabstreifer und können geschlossen, perforiert oder ringförmig sein.

Für Anwendungen mit sehr geringem Druckabfall können die Kreisplatten so klein sein wie 1/6 des Durchmessers der die Flüssigkeit führenden Leitung. Für andere Anwendungen, für die ein Choke von 25% akzeptabel ist, kann der Durchmesser der Scheibe so groß wie 1/2 des Durchmessers der Leitung sein.

Ferner sind bei der Ausführung der Erfindung verschiedene Strömungskonditionierer in Kombination mit Leitungen zur Reduzierung von Wirbeln und asymmetrischer Strömung vorgesehen. Die Kombinationen verwenden verschiedene Merkmale, wie sie oben beschrieben wurden.

Die mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile sind zahlreich. Beispielsweise beseitigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf wirksame Weise größere Wirbel in der Strömung, reduzieren Pulsation in der Strömungsgeschwindigkeit, reduzieren asymmetrische Strömungsfelder und vergrößern die Geschwindigkeitsstufe der Strömungsentwicklung von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung.

Die obige Aufgabe und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Einzelbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich aufscheinen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 bis 3 illustrieren eine erste Ausführungsform des Strömungskonditionierers nach der vorliegenden Erfindung;
Die 4 bis 6 illustrieren eine zweite Ausführungsform einen Strömungskonditionierers nach der vorliegenden Erfindung;
7 illustriert einen Strömungskonditionierer in Kombination mit einer Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung.
EINZELBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 bis 3 verdeutlichen eine erste Ausführungsform eines Strömungskonditioniergeräts. Der Strömungskonditionierer ist für die Platzierung innerhalb einer Leitung zwecks Konditionierung eines Flüssigkeitsstroms durch dieselbe bestimmt und besitzt einen Körper 10. Der Körper 10 ist aus einer Gruppe von Leitflächen 12 zusammengesetzt, die allgemein parallel zur Richtung der Flüssigkeitsströmung und in radialer Weise angeordnet sind, wobei jede Leitfläche 12 sich radial von einer Mittelachse erstreckt. Die Leitflächen 12 erzeugen eine Mehrzahl von Kammern, um wirksam Wirbel großen Ausmaßes in der Strömung zu verringern. Die Leitflächen 12 besitzen Oberflächen mit Perforationen 14, um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und wirksam asymmetrisches Fließen und den Widerstand zu verringern. Die drei Leitflächen 12 besitzen Oberflächen mit einer Porosität zwischen 35% und 70%.
Die 4 bis 6 verdeutlichen eine zweite Ausführungsform eines Strömungskonditioniergeräts. Es wurden identische Bezugszeichen zur Bezeichnung identischer Teile aus den 1 bis 3 verwendet. In den 4 bis 6 ist der Körper 10 so konfiguriert, daß er eine leichte Verengung der Durchflussquerschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers erzeugt. Die Verengungen machen das Volumen zwischen Eingang und Ausgang zu einem akustischen Choke. Insbesondere umfaßt der Körper 10 jeweils eine Platte 16, 18 an jedem Ende der Leitflächengruppierung, um die Verengungen zu formen. Die Platten 16, 18 sind kreisförmig und haben raue Ränder, um die Erzeugung von Mikrowirbeln zu verstärken.
In 7 ist eine zweite Ausführungsform des Strömungskonditioniergeräts in einer Leitung 20 aufgenommen gezeigt. Die Flüssigkeitsströmung von einer Quelle wird konditioniert, wenn sie auf ihrem Weg zu Geräten zur Flüssigkeitsbehandlung oder Strömungsmessung den Strömungskonditionierkörper 10 passiert. Poren/Perforationen 14 in den Oberflächen der Leitflächen bzw. -flügel 12 verringern asymmetrische Strömung. Die Platten 16, 18 erzeugen eine leichte Verengung der Querschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers, um durch Nutzbarmachung des Volumens zwischen dem Eingang und dem Ausgang als eines akustischen Chokes der Pulsation entgegenzuwirken. Die aufgerauten Ränder längs der Umfänge der Kreisplatten 16, 18 vergrößern die Produktion von Mikrowirbeln, die einen stabilen und wiederholbaren Übergang zwischen turbulenten und laminaren Strömungszuständen erzeugen.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung reduzieren auf wirksame Weise große Wirbel in der Strömung, reduzieren Pulsation in der Strömungsgeschwindigkeit, reduzieren ein asymmetrisches Strömungsfeld und vergrößern die Geschwindigkeitsstufe der Strömungsentwicklung von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung. Diese Ausführungsformen sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen verwendbar, wo immer der Wunsch besteht, einen Fluidstrom zu konditionieren, um gleichmäßige Strömungsfeldverteilungen zu schaffen und Fluidbehandlungsgeräte und Strömungsmessgeräte von den Einflüssen unstabiler oder verzerrter Strömungsfelder, die in die Geräte eintreten, zu isolieren. Die vorliegende Erfindung erfasst einen Strömungskonditionierer, der einen Körper besitzt, der aus einer Gruppe von Leitflächen zusammengesetzt ist, die Oberflächen mit Perforationen aufweisen. Bevorzugte Ausführungsformen schließen speziellere Merkmale ein, wie beispielsweise Leitoberflächen mit einer Porosität im Bereich von 35% bis 70%, Eingangs- und Ausgangsverengungen zur Schaffung eines akustischen Chokes, und die Verwendung von Platten mit aufgerauten Rändern zur Bildung der Verengungen.
Auch wenn Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, so ist doch nicht beabsichtigt, durch diese Ausführungsformen sämtliche möglichen Formen der Erfindung darzustellen und zu beschreiben. Vielmehr bilden die in der Beschreibung verwendeten Worte solche der Beschreibung und nicht solche der Beschränkung und es ist zu verstehen, daß verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Strömungskonditionierer umfaßt einen Körper (10) aus einer Gruppe von Leitflügeln (12), die allgemein parallel zu Richtung der Fluidströmung angeordnet sind. Die Leitflügel (12) schaffen eine Mehrzahl von Kammern zur effektiven Verringerung von Wirbeln größeren Ausmaßes in der Strömung. Die Leitflügel (12) besitzen Flächen mit Perforationen (14), um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und effektiv asymmetrische Strömung und Widerstand zu reduzieren. Weitere bevorzugte Merkmal umfassen einen akustischen Choke, erzeugt durch eine Verengung der Strömungsquerschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers mittels kreisförmiger Platten (16, 18). Die Platten (16, 18) weisen raue Ränder auf, um die Erzeugung von Mikrowirbeln zu verstärken.

Claims

Strömungskonditionierer zur Anordnung in einer Leitung (20) zur Konditionierung einer hindurchtretenden Fluidströmung, mit einem Körper (10) aus einer Gruppe von Leitflügeln (12), die allgemein parallel zu Richtung der Fluidströmung angeordnet ist um eine Mehrzahl von Kammern zur effektiven Verringerung von Wirbeln größeren Ausmaßes zu schaffen, wobei die Leitflügel (12) Flächen mit Perforationen (14) aufweisen, um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und effektiv asymmetrische Strömung und Widerstand zu reduzieren.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügel (12) auf eine radiale Weise angeordnet sind, wobei sich jeder Leitflügel (12) radial von einer Mittelachse weg erstreckt.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß genau drei Leitflügel (12) vorhanden sind.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügelflächen jeweils eine Porosität im Bereich von 35% bis 70% aufweisen.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) derart ausgebildet ist, daß er eine leichte Verengung der Strömungsquerschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers erzeugt, um ein Volumen zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu veranlassen, ein akustischer Choke zu sein.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) zur Bildung der Restriktionen an jedem Ende der Leitflügelgruppe eine Platte (16, 18) besitzt.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) kreisförmig sind.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) raue Ränder aufweisen, um die Produktion von Mikrowirbeln zu erhöhen.
Strömungskonditionierer zur Anordnung in einer Leitung (20) zur Konditionierung einer hindurchtretenden Fluidströmung, mit einem Körper (10) aus einer Gruppe von Leitflügeln (12), die allgemein parallel zu Richtung der Fluidströmung angeordnet ist um eine Mehrzahl von Kammern zur effektiven Verringerung von Wirbeln größeren Ausmaßes zu schaffen, wobei die Leitflügel (12) Flächen mit Perforationen (14) aufweisen, um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und effektiv asymmetrische Strömung und Widerstand zu reduzieren, jeder Leitflügel (12) auf eine radiale Weise angeordnet ist, wobei sich jeder Leitflügel (12) sich radial von einer Mittelachse weg erstreckt, und wobei die Leitflügelflächen jeweils eine Porosität im Bereich von 35% bis 70% aufweisen.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß genau drei Leitflügel (12) vorhanden sind.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) derart ausgebildet ist, daß er eine leichte Verengung der Strömungsquerschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers erzeugt, um ein Volumen zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu veranlassen, ein akustischer Choke zu sein.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) zur Bildung der Restriktionen an jedem Ende der Leitflügelgruppe eine Platte (16, 18) besitzt.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) kreisförmig sind.
Strömungskonditionierer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) raue Ränder aufweisen, um die Produktion von Mikrowirbeln zu erhöhen.
In Kombination mit einer Leitung (20) die Verbesserung, welche umfaßt: einen Strömungskonditionierer, der in der Leitung (20) zur Konditionierung einer hindurchtretenden Fluidströmung platziert ist, wobei der Strömungskonditionierer einen Körper (10) aus einer Gruppe von Leitflügeln (12) besitzt, die allgemein parallel zu Richtung der Fluidströmung angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Kammern zur effektiven Verringerung von Wirbeln größeren Ausmaßes zu schaffen, wobei die Leitflügel (12) Flächen mit Perforationen (14) aufweisen, um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und effektiv asymmetrische Strömung und Widerstand zu reduzieren.
Die Kombination nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügel (12) auf eine radiale Weise angeordnet sind, wobei sich jeder Leitflügel (12) radial von einer Mittelachse weg erstreckt.
Die Kombination nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß genau drei Leitflügel (12) vorhanden sind.
Die Kombination nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügelflächen jeweils eine Porosität im Bereich von 35% bis 70% aufweisen.
Die Kombination nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) derart ausgebildet ist, daß er eine leichte Verengung der Strömungsquerschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers erzeugt, um ein Volumen zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu veranlassen, ein akustischer Choke zu sein.
Die Kombination nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) zur Bildung der Restriktionen an jedem Ende der Leitflügelgruppe eine Platte (16, 18) besitzt.
Die Kombination nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) kreisförmig sind.
Die Kombination nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) raue Ränder aufweisen, um die Produktion von Mikrowirbeln zu erhöhen.
In Kombination mit einer Leitung (20) die Verbesserung, welche umfaßt: einen Strömungskonditionierer, der in der Leitung (20) zur Konditionierung einer hindurchtretenden Fluidströmung platziert ist, wobei der Strömungskonditionierer einen Körper (10) aus einer Gruppe von Leitflügeln (12) besitzt, die allgemein parallel zu Richtung der Fluidströmung angeordnet ist um eine Mehrzahl von Kammern zur effektiven Verringerung von Wirbeln größeren Ausmaßes zu schaffen, wobei die Leitflügel (12) Flächen mit Perforationen (14) aufweisen, um eine Druckregelung zwischen den Kammern zu erlauben und effektiv asymmetrische Strömung und Widerstand zu reduzieren, jeder Leitflügel (12) auf eine radiale Weise angeordnet ist, wobei sich jeder Leitflügel (12) radial von einer Mittelachse weg erstreckt, und wobei die Leitflügelflächen jeweils eine Porosität im Bereich von 35% bis 70% aufweisen.
Die Kombination nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß genau drei Leitflügel (12) vorhanden sind.
Die Kombination nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) derart ausgebildet ist, daß er eine leichte Verengung der Strömungsquerschnittsfläche am Eingang und am Ausgang des Strömungskonditionierers erzeugt, um ein Volumen zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu veranlassen, ein akustischer Choke zu sein.
Die Kombination nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) zur Bildung der Restriktionen an jedem Ende der Leitflügelgruppe eine Platte (16, 18) besitzt.
Die Kombination nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) kreisförmig sind.
Die Kombination nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (16, 18) raue Ränder aufweisen, um die Produktion von Mikrowirbeln zu erhöhen.