DE19521523A1 - Vorrichtung zum Gleichrichten einer Strömung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gleichrichten einer gestörten Rohrströ­ mung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums mit einem Gehäuse, das einen Eintritt, einen Austritt und einen Gleichrichterabschnitt aufweist, in dem Wände parallel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind, so daß sich Kanäle bilden.

In der Regel werden derartige Vorrichtungen, auch Strömungsgleichrichter genannt, dazu verwendet, die gestörte Rohrströmung eines strömungsfähigen Mediums gleichzurichten.

Durch eine Störungsstelle, z. B. durch einen Rohrbogen oder einen Druckregler, wird die Rohrströmung erheblich gestört. Vor dem Eintritt in eine stromab der Störungsstelle angeordnete Meßvorrichtung ist ein ungestörtes Strömungsprofil erforderlich, um eine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit zu vermeiden. Damit die Distanz zwischen der Störungsstelle und der Meßvorrichtung möglichst kurz gehal­ ten werden kann, wird zwischen Meßvorrichtung und Störungsstelle ein Strö­ mungsgleichrichter angeordnet.

Aus der ISO 5167-1 : 1991(E) sind fünf standardisierte Strömungsgleichrichter be­ kannt, die sich konstruktiv voneinander unterscheiden.

Unter Typ A wird ein Strömungsgleichrichter beschrieben, bei dem die Gleichrich­ tung mittels einer senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnete Lochplatte mit sich daran anschließenden Strömungskanälen erfolgt. Die Lochplatte weist für jeden Strömungskanal eine auf dessen Querschnitt abgestimmte Bohrung auf. Die Kanäle werden hierbei von sich orthogonal kreuzenden Wänden gebildet.

Typ D zeigt offenbart ebenfalls einen Gleichrichter mit sich orthogonal kreuzenden Wänden, wobei im Gegensatz zu Typ A keine Lochplatte vorgeschaltet ist. Der Ab­ stand zwischen allen Wänden ist gleich und wird durch ein bestimmtes Verhältnis zum Rohrleitungsdurchmesser festgelegt.

Die bekannten Konstruktionen haben den Nachteil, daß insbesondere im Hoch­ druckbereich die Anforderungen an die Homogenität des den Strömungsgleichrich­ ter verlassenden Mediums nicht erfüllt werden und somit die Genauigkeit einer anschließend angeordneten Meßvorrichtung beeinträchtigt wird. Weiterhin bewirken die bekannten Strömungsgleichrichter aufgrund ihrer relativ hohen Widerstands­ koeffizienten große Druckverluste und weisen teilweise beträchtliche Baulängen auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsgleichrichter zu schaffen, der eine Strömung mit einem hohen Maß an Homogenität gleichrichtet, gleichzeitig nur geringe Druckverluste erzeugt und sich durch eine kurze Baulänge auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart ausgebildet, daß sich stromab im Gehäuse mindestens ein weiterer Gleichrichterab­ schnitt anschließt, dessen ebenfalls parallel zur Strömungsrichtung ausgerichteten Wände versetzt zu den Wänden des benachbarten Gleichrichterabschnitts ange­ ordnet sind.

Die gestörte Rohrströmung wird beim Durchströmen der spaltförmigen Kanäle seg­ mentiert. Nach Verlassen des ersten Gleichrichterabschnittes trifft die bereits seg­ mentierte Rohrströmung auf die versetzt zu den Wänden des ersten Gleichrichter­ abschnitts angeordneten Wände des sich anschließenden Gleichrichterabschnitts, dessen Wände die segmentierte Rohrströmung erneut zerteilen. Dadurch bilden sich in den Kanälen des zweiten Gleichrichterabschnitts kleinere Strömungsseg­ mente mit lokaler homogener Mikrostruktur. Durch die Anordnung von mehr als zwei Gleichrichterabschnitten läßt sich die lokale Homogenität der einzelnen Strömungs­ segmente in den Kanälen noch vergrößern.

Die Anzahl der Wände in den einzelnen Gleichrichterabschnitten ist im wesentlichen in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des Gleichrichters festzulegen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die im Austritt zusammenströmenden kleinen Strömungssegmente gemeinsam ein in sich homogenes Strömungsprofil bilden. Mit einem erfindungsgemäß ausge­ bildeten Strömungsgleichrichter wird bereits bei geringer Baulänge ein hoher Grad an Homogenität erreicht und damit eine gute Gleichrichtwirkung erzielt.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Wände der Gleichrichterabschnitte austrittseitig Strömungsabrisse bewirken, die in erheblichem Maß zur Reduzierung der vom Gleichrichter verursachten Druckverluste sowie zum Abbau von Pulsation beitragen.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird eine besonders gute Gleichrichtwirkung erreicht, wenn die Wände der einzelnen Gleichrichterabschnitte radial versetzt zueinander angeordnet sind, vorzugsweise mit einem Winkelversatz von 90°.

Damit sich die Strömung besser an die Wände anlegt ist es von Vorteil, wenn alle Wände eines jeweiligen Gleichrichterabschnittes im wesentlichen die gleiche Länge und den gleichen Abstand zum Eintritt hin aufweisen. Dieses verbessert den Gleich­ richteffekt und trägt zur Reduzierung der vom Strömungsgleichrichter verursachten Druck- bzw. Widerstandsverluste bei.

Die Anzahl der notwendigen Gleichrichterabschnitte ist in Abhängigkeit von den ört­ lichen Anforderungen zu bestimmen. Bei mehr als zwei Gleichrichterabschnitten hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Breite der Kanäle in einem Gleichrichterabschnitt konstant ist, sich jedoch stromab von einem zum anderen Gleichrichterabschnitt hin verringert, so daß die Breite der Kanäle beispielsweise im austrittseitigen Gleichrichterabschnitt nur noch halb so groß wie die im ersten Gleichrichterabschnitt ist, so daß die Rohrströmung in ständig kleiner werdende Strömungssegmente aufgeteilt wird.

Die Erfindung ist dadurch weitergebildet, daß die Wände des stromab zuletzt ange­ ordneten Gleichrichterabschnittes auf ihrer zum Austritt hin gerichteten Seite Aus­ sparungen aufweisen. Diese tragen erheblich zur Verringerung der Druckverluste bei. Überraschenderweise haben sich rechteckig oder quadratisch geformte Aus­ sparungen, die versetzt zu den Aussparungen in den benachbarten Wänden aus­ gebildet sind, als am effektivsten herausgestellt.

Um eine höhere Stabilität zu bewirken ist es von Vorteil, wenn die Wände eines Gleichrichterabschnittes mit den um 90° dazu versetzt angeordneten Wänden des sich anschließenden Gleichrichterabschnittes zum Beispiel durch eine Verzahnung miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere für den Einsatz in unter Hochdruck betriebenen Leitungssystemen von Vorteil.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal ist mindestens ein Gleichrichter­ abschnitt um die Rohrachse drehbar. Dadurch kann der Winkelversatz zwischen den Wänden zweier benachbarter Gleichrichterabschnitte jede beliebige Größe ein­ nehmen, wodurch sich der Strömungsgleichrichter optimal an die örtlichen Gege­ benheiten anpassen läßt. Zweckmäßigerweise ist mindestens ein Gleichrichterab­ schnitt als eine in das Gehäuse eingesteckte Hülse ausgebildet. Diese wird unter Verwendung von Dichtmitteln im Gehäuse oder zwischen Flanschverbindungen be­ festigt.

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombinationen der erfin­ dungsgemäßen Merkmale, die von den oben diskutierten Verknüpfungen abwei­ chen.

Die beigefügte Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen in einem Paßstück angeordneten Strömungsgleich­ richter mit vier Gleichrichterabschnitten.

Fig. 2 zeigt den eintrittseitig angeordneten Gleichrichterabschnitt 5a aus Fig. 1.

Fig. 3 zwei nacheinander angeordnete Gleichrichterabschnitte 5b und 5c aus Fig. 1.

Fig. 4 den austrittseitig angeordneten Gleichrichterabschnitt 5d aus Fig. 1.

Fig. 5 einen Schnitt durch einen in einem Paßstück angeordneten Strömungsgleich­ richter mit zwei Gleichrichterabschnitten 5a und 5b.

Fig. 6 den Schnitt A-A aus Fig. 5.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen zwei benachbarte Wände des austrittseitig angeordneten Gleichrichterabschnitts 5b in Fig. 5. Die Richtung der Strömung wird in den Fig. 1 und 5 jeweilig durch einen Pfeil angezeigt.

Fig. 1 zeigt ein Paßstück 1 mit einem Eintritt 7 und einem Austritt 8, in dem ein erfindungsgemäßer Strömungsgleichrichter 2 angeordnet ist. Das Paßstück 1 kann mittels beiderseitig angeordneter Flansche 3 mit einem nicht dargestellten Rohrlei­ tungssystem verbunden werden. Anstatt einer Flanschverbindung sind auch andere aus dem Rohrleitungsbau bekannte Verbindungsvorrichtungen wie z. B. Verschrau­ bungen denkbar.

Eine Wandung 4 des Paßstückes 1 ist soweit ausgefräst, daß der Strömungsgleich­ richter 2 innerhalb des Paßstückes 1 plaziert werden kann. Der Strömungsgleich­ richter 2 wird von vier gleichgroßen Gleichrichterabschnitten 5a; 5b; 5c; 5d gebildet, deren parallel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung ausgerichteten Wände 6a, 6b, 6c, 6d jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet sind.

Die vier Gleichrichterabschnitte 5a; 5b; 5c; 5d weisen Wände 6a; 6b; 6c; 6d gleicher axialer Länge auf, die vorteilhafterweise dünnwandig ausgebildet sind. Sie lassen sich beispielsweise aus gewalzten Stahlblech fertigen. Die in einem geringen Ab­ stand zueinander angeordneten Wände 6 bilden zusammen mit einem Gehäuse 10 spaltförmige Kanäle 17. Der Abstand zwischen den Wänden eines Gleichrichterab­ schnitts bestimmt die Breite der Kanäle 17. Diese ist innerhalb eines jeden Gleich­ richterabschnittes 5a; 5b; 5c; 5d konstant. Die Breite der Kanäle 17 ist im eintrittsei­ tig angeordneten Gleichrichterabschnitt 5a am größten und verringert sich stromab von einem zum anderen Gleichrichterabschnitt 5b; 5c; 5d.

Fig. 2 zeigt den eintrittseitig angeordneten Gleichrichterabschnitt 5a. Zur Verbesse­ rung der Stabilität sind die vertikal angeordneten Wände 6a eintrittseitig mit drei um 90° versetzt angeordneten Stützblechen 9a in bekannter und allgemein üblicher
Weise verzahnt, indem die mit Einschnitten 19 versehenen Stützbleche 9a in die ebenfalls mit Einschnitten 19 versehenen Wände 6 des Gleichrichterabschnittes hineinragen.

Fig. 3 zeigt die Wände 6b; 6c der stromab an zweiter und dritter Stelle angeordne­ ten Gleichrichterabschnitte 5b; 5c. In beiden Gleichrichterabschnitten ist der Abstand der Wände 6 zueinander konstant, wobei der Abstand der horizontal ausgerichteten Wände 6b des zweiten Gleichrichterabschnitt 5b größer ist als der Abstand zwischen den vertikal ausgerichteten Wänden 6c im benachbarten dritten Abschnitt 5c.

Der austrittseitig angeordnete Gleichrichterabschnitt 5d wird in Fig. 4 gezeigt. Zur Verbesserung der Stabilität sind dessen vertikal angeordneten Wände 6d austritt­ seitig mit drei um 90° versetzt angeordneten Stützblechen 9b verzahnt.

Zur Erhöhung der Stabilität ist es von Vorteil, wenn die Wände 6a; 6b; 6c; 6d der einzelnen Gleichrichterabschnitte 5a; 5b; 5c; 5d entsprechend der Darstellung in Fig. 1 in vorstehend genannter Weise miteinander verzahnt werden. Dadurch wird eine hohe Stabilität erreicht, so daß sich der Strömungsgleichrichter 2 insbesondere für den Einsatz in unter Hochdruck betriebenen Leitungssystemen eignet.

Vorteilhafterweise sind alle Wände 6a; 6b; 6c; 6d mit dem Gehäuse 10 fest verbun­ den. Neben der Verbesserung′ der Stabilität wird dadurch eine Verminderung von Strömungsgeräuschen erreicht.

Der Strömungsgleichrichter 2 ist in allgemein bekannter Weise mittels einer in das Paßstück 1 eingeschobenen zylinderförmigen Hülse 11 befestigt, indem diese das Gehäuse 10 sowie die austrittseitigen Stützbleche 9b gegen einen am Ende der Ausfräsung 15 angeordneten Gummiring 16 drückt. Die Hülse 11 ist so ausgebildet, daß deren freie Querschnittsfläche der des nicht ausgefrästen Teils 14 des Paß­ stückes 1 entspricht.

Durch einen hier nicht dargestellten Distanzring, der sich beispielsweise zwischen dem Gummiring 16 und dem Ende der Ausfräsung 15 angeordnet wird, läßt sich der Strömungsgleichrichter 2 exakt im Gehäuse positionieren und somit optimal an die örtlichen Gegebenheiten anpassen. Außerdem lassen sich durch einen Distanzring Fertigungsungenauigkeiten ausgleichen.

In einer weiteren Ausführung wird in Fig. 5 ein in einem Paßstück 1 angeordneter Strömungsgleichrichter 2 mit zwei in Strömungsrichtung unterschiedlich langen Gleichrichterabschnitten 5a; 5b gezeigt, deren um 90° zueinander versetzten Wänden 6a; 6b miteinander verzahnt sind. Im Eintritt und im Austritt sind jeweils drei um 90° zu den Wänden 6a bzw. 6b versetzte Stützbleche 9a bzw. 9b angeordnet. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Strömungsgleichrichter 2 variiert in beiden Gleichrichterabschnitten 5a, 5b die Breite der Kanäle 17, wobei diese in der Mitte am geringsten ist. Mit einem derart ausgebildeten Strömungsgleichrichter 2 wird bereits eine hohe Gleichrichtwirkung erreicht. Weitere Vorteile sind, daß ein derartiger Strömungsgleichrichter 2 nur geringe Druckverluste verursacht und sich mit geringem Fertigungsaufwand herstellen läßt
Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen Ansichten von zwei benachbarten Wänden aus Fig. 5. Die Blickrichtung wird durch den Pfeil B in Fig. 5 angezeigt. Beide Wände 6b weisen eintrittseitig Einschnitte 19 und austrittseitig Aussparungen 18 auf. Die Einschnitte 19 dienen der Verzahnung mit den nicht dargestellten Wänden 6a des angrenzen­ den Gleichrichterabschnitts 5a. Die Aussparungen 18 sind rechteckig ausgebildet und in den beiden gezeigten sowie allen anderen Wänden 6b des Gleichrichterab­ schnitts 5b gleich groß. Sie sind von Wand 6 zu Wand 6 und quer zur Strömungsrich­ tung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz eine Aussparungsbreite beträgt.

Durch die Aussparungen 18 läßt sich das Abrißverhalten der Strömung derart beeinflussen, daß eine Reduzierung von Druckverlusten bewirkt wird.

Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So können die nacheinander angeordneten Gleichrichterabschnitte in axialer Rich­ tung unterschiedliche Längen aufweisen. Außerdem können zwischen den gleichlangen Wänden der einzelnen Gleichrichterabschnitte parallel dazu ausgerich­ tete Zwischenwände angeordnet werden, die sich in Strömungsrichtung lediglich über einen Teilbereich des Gleichrichterabschnitts erstrecken. Auch das Einbringen von Öffnungen in den Wänden ist denkbar.

Die Gleichrichtwirkung des Strömungsgleichrichters läßt sich verbessern, indem die eintrittseitigen Kanten der Wände 6 angespitzt oder abgeschrägt werden. Auch eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit der Wände 6 kann zur Verbesserung der Gleich­ richtwirkung beitragen.

Die Aussparungen sind nicht auf rechteckige oder quadratische Formen beschränkt, sondern können beispielsweise auch dreieckig, trapez- oder halbkreisförmig aus­ gebildet werden.

Bezugszeichenliste

1 Paßstück
2 Strömungsgleichrichter
3 Flansch
4 Wandung Paßstück
5a 1. Gleichrichterabschnitt
5b 2. Gleichrichterabschnitt
5c 3. Gleichrichterabschnitt
5d 4. Gleichrichterabschnitt
6a Wände im 1. Gleichrichterabschnitt
6b Wände im 2. Gleichrichterabschnitt
6c Wände im 3. Gleichrichterabschnitt
6d Wände im 4. Gleichrichterabschnitt
7 Eintritt
8 Austritt
9a Stützbleche im Eintritt
9b Stützbleche im Austritt
10 Gehäuse
11 Hülse
14 Durchmesser Paßstück
15 Ausfräsung im Paßstück
16 Gummiring
17 Kanal
18 Aussparung
19 Einschnitt

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Gleichrichten einer gestörten Rohrströmung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums mit einem Gehäuse (10), das einen Eintritt (7), einen Austritt (8) und einen Gleichrichterabschnitt (5a) aufweist, in dem Wände (6a) paral­ lel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind, so daß sich Kanäle (17) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß sich stromab im Gehäuse (10) mindestens ein weiterer Gleichrichterabschnitt (5b) anschließt, dessen ebenfalls parallel zur Strömungsrichtung ausgerichteten Wände (6b) versetzt zu den Wänden (6a) des benachbarten Gleichrichterabschnitts (5a) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (6a; 6b; 6c; 6d) der einzelnen Gleichrichterabschnitte (5a; 5b; 5c; 5d) jeweils radial zueinander versetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wände (6) eines jeweiligen Gleichrichterabschnittes (5) im wesentlichen die gleiche Länge und den gleichen Abstand zum Eintritt (7) hin aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Wänden (6) eines Gleichrichterabschnitts (5) und somit die Breite der Kanäle (17) konstant ist, sich jedoch stromab von einem zum anderen Gleichrichterabschnitt (5) hin verringert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (6d) des stromab zuletzt angeordneten Gleichrichterabschnittes (5d) auf ihrer zum Austritt (8) hin gerichteten Seite Aussparungen (18) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (18) eine rechteckige oder quadratische Form aufweisen und versetzt zu den Aussparungen (18) in den benachbarten Wänden (6d) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (6a) eines Gleichrichterabschnittes (5a) mit den um 90° dazu versetzt angeordneten Wänden (6b) des sich anschließenden Gleichrichterabschnittes (5b) verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gleichrichterabschnitt (5) um die Rohrachse drehbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gleichrichterabschnitt (5) als eine Hülse (11) ausgebildet ist und diese unter Verwendung von Dichtmitteln in einem Paßstück (1) befestigt ist.