DE3207239C2

DE3207239C2 - Fluiddurchströmter verästelter Rohrleitungsabschnitt

Info

Publication number: DE3207239C2
Application number: DE19823207239
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr.-Ing. 2300 Kiel Graßhoff
Original assignee: Individual
Current assignee: INGOLD MESSTECHNIK AG URDORF CH
Priority date: 1982-02-24
Filing date: 1982-02-24
Publication date: 1986-09-18
Also published as: DE3207239A1

Abstract

Es wird ein fluiddurchströmter Rohrleitungsabschnitt mit mehreren Ästen beschrieben, von denen wenigstens ein Ast nicht vom Hauptstrom erfaßt wird. Eine im Inneren des Rohrleitungsabschnitts angeordnete Leitvorrichtung halbiert den Fluidstrom derart, daß etwa eine Hälfte des Hauptstroms im wesentlichen ungestört durch den Rohrleitungsabschnitt hindurchströmt, während der restliche Teil des Hauptstroms über den an sich nicht vom Hauptstrom erfaßten Ast umgeleitet wird. Damit wird die Entstehung von Totzonen vermieden, was insbesondere bei der Reinigung solcher Rohrleitungssysteme mittels Spülfluid von erheblichem Vorteil ist.

Description

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währleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die angegebenen Maßnahmen werden auch in einem blind endenden Rohrleitungsstück strömungstechnische Totzonen vermieden. Unabhängig von der Länge des blind endenden Rohres ist eine eindeutige Flüssigkeitsbewegung im gesamten Bereich gewährleistet. Damit ist die Möglichkeit für den Einbau von Meßsonden gegeben, die aus Platzgründen in der Hauptleitung nicht montiert werden können und bisher in einem Bypass mit getrennten Zu- und Ableitungen eingebaut werden mußten.

Zum Reinigen ist eine Unimontage nicht mehr erforderlich. Es müssen keine Ventile angelüftet werden und störungsanfällige bewegliche Bauelemente befinden sich nicht mehr im Abzweigebereich der blind endenden Rohrleitung.

Die LTfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise er'äuterL Es zeigt

F i g. 1 einen T-förmigen Rohrabschnitt, in dem der Hauptstrom des Fluids unter einem rechten Winkel abgelenkt wird,

Fig.2 einen T-förmigen Rohrabschnitt, in dem der Hauptstrom geradlinig verläuft,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine relativ einfache Konstruktion der Leitvorrichtung,

F i g. 4 ein Diagramm in halblogarithmischer Darstellung, das den zeitlichen Verlauf von Konzentrationsänderungen im Totraum ohne und mit Verwendung einer Leitvorrichtung zeigt sowie

F i g. 5 ein in einen Teil der Leitvorrichtung integriertes Klappenventil in schematischer Darstellung.

Der T-förmige Rohrabschnitt besteht im wesentlichen aus drei Ästen 10,11 und 12. Der Hauptstrom tritt über den Ast 10 in den T-förmigen Rohrabschnitt ein und über den Ast 11 wieder aus. Im Ast 12 des Rohrleitungsabschnitts bildet sich normalerweise eine Totzone aus, in der nur sehr geringe bis gar keine Flüssigkeitsströmung stattfindet. Durch eine in den Ast 10, in den Ast 11 und darüber hinaus auch in den Ast 12 hineinragende Leitvorrichtung 13 wird dafür Sorge getragen, daß der hauptstrom zunächst einmal in zwei etwa gleich große Teilströme 14 und 15 aufgeteilt wird. Der Teilstrom 14 tritt praktisch ungehindert vom Asc 10 in den Ast 11 des Rohrleitungsabschnitts über. Der Teilstrom 15 wird jedoch durch die weit in den Ast 12 hineinragende Trennwand 16 der Leitvorrichtung 13 über den Ast 12 umgeleitet, so daß dir dort an sich entstehende Totraum zwangsweise ebenfalls in den Hauptstrom der Fluidbewegunp, eingezogen wird.

Ganz Entsprechendes gilt, wenn der Hauptstrom (anders als in Fig. 1 dargestellt) gemäß Fig. 2 an sich geradlinig verläuft. Ein Teilstrom 14 des Fluids fließt geradlinig vom Ast 10 zum Ast 11 des Rohrleitungsabschnitts. Der zweite Teilstrom 15 fließt wegen der eingebauten Leitvorrichtung 13 zwangsweise vom Ast 10 über den an sich einen Totraum darstellenden Ast 11. Dui'ch eine hinreichend weit in den Ast 12 hineinreichende Trennwand 16 werden Toträume im Ast 12 vermieden.

Abweichend von den Darstellungen in den Fig. 1 und 2 können Haupt- und Nebenäste auch unter anderen Winkeln als 90" verlaufet!.

Die für diesen Zweck erforderlichen Leitvorrichtungen 13 können sehr einfach aus zwei gebogenen Winkelblechen 17 bzw. 18 mit hinreichend großem Krümmungsradius hergestellt werden, die an zwei aneinar.-derstoßenden Schenkeln miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, werden. Die freibleibenden Schenkel der Winkelbleche 17 und 18 werden außenseitig mit einem Flachblech 19 abgedeckt und durch einen weiteren Schweißvorgang mit den außenliegenden

ίο Schenkeln der Winkeleisen 17 und 18 verbunden. Die so erhaltenen Leitvorrichtungen 13 können in einen seitlich mit einem entsprechenden Schlitz versehenen Rohrleitungsabschnitt eingesetzt und dann durch Verschweißung fest in diesen angeordnet werden. Damit ist ohne allzu großen Aufwand auch ein nachträglicher Einbau der Leitvorrichtungen 13 möglich.

Selbstverständlich können auch Rohrleitungsabschnitte mit entsprechender Leitvorrichtung gegossen werden.

Als Material können rostfreier Stahl, z.B. 1.4301, 1.4541, 1.4571, o.a. Verwendung finden. Das Material der Leitvorrichtung i3 wird vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff gewählt wie die Rohrleitung selbst.
Die Oberfläche der Leitvorrichtung wird dem Ver-Wendungsgebiet angepaßt werden, sie kann ggf auch poliert oder geschliffen sein. Im Molkereibereich beispielsweise werden im allgemeinen Mittenrauhwerte zwischen 0,1 und 0,4 μ (DIN 11 840) bevorzugt.

Um Ablösungswirbel, die den Strömungswiderstand erhöhen, zu vermeiden, werden die vom Fluid angeströmten bzw. umströmten Kanten strömungsgünstig geformt.

Die Stoßkante, in der die Schenkel des T-Stücks aufeinandertreffen, sollte einen Mindestradius von 10 mm nicht unterschreiten. Damit ist eine tot- und stauzonenfreie Umlenkung der Strömung sicher gewährleistet.

Die normalerweise im Hauptstrom befindlichen Schenkel der Leitvorrichtung 13 sollten eine Länge von mindestens etwa einem Rohrdurchmesser aufweisen.

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die ankommende Strömung im ungestörten Zustand geteilt wird und die bei len Teilströme sich im abführenden Zweig störungs-Irei wieder vereinigen können.

Der in den Totraum hineinragende Schenkel sollte so lang sein, daß der Abstand bis zum Totrohrende nicht mehr als einen Rohrdurchmesser beträgt. Unter dieser Voraussetzung ist eine Verwirbelung der umgelenkten Teilströmung zumindest in dem Maße gewährleistet, daß sich keine Totzonen bilden.

Die Leitvorrichtung 13 ist so zu gestalten, daß die notwendigerweise mit ihrem Einbau verbundene Erhöhung des Strömungswiderstandes in geringen Grenzen gehalten wird. Querschnittsveränderungen (Verengung oder Erweiterungen) sind zu vermeiden. Der in den Totraum hineinragende Schenkel 16 der Leitvorrichtung 33 kann auch eine schraubenförmige Verdri'lung aufweisen, um der umgelenkten Strömung einen zusätzlichen Rotationsdrall aufzuprägen. Damit sich keine Ablagerungen festsetzen können, ist der Einbau der Leitvorrichtung 13 in oen Rohrleitungsabschnitt selbstverständlich Sfjaltfrei vorzunehmen. Sofern nicht ohnehin der gesamte¹ Rohrleitungsabschnitt mit Leitvorrichtung 13 gegossen wird, bietet sich eine VersChweißung auf der gesamten Länge an.

Ganz ähnlich wie· bei den zuvor geschilderten T-förmigen Rohrabschnitt^ könnte auch bei einem im wesentlichen kreuzförmigen Rohrabschnitt eine Umleitung der Hauptströmung in die Toträume bewirkt wer-

Wie sich aus dem Diagramm gemäß Fig.4 ergibt, ist die Wirkung einer solchen Leitvorrichtung 13 ganz erheblich. Die beiden Kurven 20 und 21 zeigen den Konzentrationsverlauf im Totrohr in halblogarithmischer Darstellung in Abhängigkeit von der Zeit. Während gemäß der Kurve 20 ohne Vorhandensein einer Leitvorrichtung 13 nur eine sehr geringe Konzentrationsänderung in Abhängigkeit von der Zeit auftritt, ist die Konzentracionsänderung gemäß Kurve 21 bei Vorhandensein einer Leitvorrichtung 13 fast schlagartig. Die empirisch ermittelten Werte des Diagramms gemäß Fig.4 wurden bei einer Strömungsgeschwindigkeit im Hauptstrom von 1,0 m pro see vorgenommen. Die Tiefe des Totrohres betrug das Sechsfache des Rohrdurchmessers.

In zumindest eine der Flächen der Leitvorrichtung 13 kann ein um einen Durchmesser in der Rohrleitung drehbares Klappenventil 22 vorgesehen sein. Die Anordnung eines solchen Klappenventils 22 im an sich nicht vom Hauptstrom durchflossenen Totraum ermöglicht ein Austauschen von dort angeordneten Meßorganen 23 auch unter Beibehaltung des Fluidstroms. Das Klappenventil 22 erhält zu diesem Zweck eine mit der Querschnittsform des Rohres übereinstimmende Gestalt, so daß es mit an sich bekannten Mitteln in Querlage zur Hauptachse des Rohres eine sichere Abdichtung auch unter hohen Drücken des strömenden Mediums gewährleistet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Fluiddurchströmter Rchrleitungsabschnitt mit einer Leitvorrichtung (13) im Inneren des Rohrleitungsabschnitts, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ast (12) vorhanden ist, der nicht im Hauptstrom liegt, wobei die Leitvorrichtung (13) die Rohrquerschnitte derart in etwa halbiert, daß der Hauptstrom teilweise (14) praktisch ungehindert hindurchströmt und zum anderen Teil (15) zwangsweise über an sich nicht vom Hauptstrom erfaßte Äste (12) umgeleitet wird.

2. Rohrleitungsabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er T-förmige Gestalt hat

3. Rohrleitungsabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er kreuzförmige Gestalt hat.

4. Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) eme im wesentlichen mit einem Durchmesser des Rohrquerschniits zusammenfallende und sich in Hauptrichtung der Äste erstreckende Trennwand ist, die gleichzeitig hinreichend weit in den nicht vom Hauptstrom erfaßten Ast (12) hineinreicht.

5. Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche ! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) in den vom Hauptstrom durchflossenen Ästen (10,11) eine für eine weitgehend störungsfreie Trennung und Zusammenführung der Teilströme (14,15) ausreichende Länge aufweist.

6. Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) sich bis auf einen Restabschnitt von etwa der Länge eines Rohrdurchmessers über die gesamte Länge des nicht vom Hauptstrom erfaßten Astes (12) in diesen hinein erstreckt.

7. Rohrleitungsabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) im an sich nicht vom Hauptstrom erfaßten Ast (12) schraubenförmig verdrillt ist.

8. Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Leitvorrichtung (13) geschliffen oder poliertsind.

9. Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereichen die freien Kanten der Leitvorrichtung (13) zur Vermeidung von Ablösungswirbeln in an sich bekannter Weise strömungsgünstig gestaltet sind.

10. Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) aus zwei mit hinreichend großem Radius gebogenen und sich mit jeweils einem Schenkel berührenden Winkelstücken (17,18) besteht und daß die Außenseiten der beiden freien Schenkel durch Flachmaterial (19) abgedeckt sind.

11. Rohrleitungsabschnitt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) aus miteinander verschweißten Metallteilen besteht.

i2.;Rohrleitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, !dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil der Leitvorrichtung (13) ein um einen Durchmesser in der Rohrleitung drehbares Klappenventil (22) vorhanden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen fluiddurchströmten Rohrleitungsabschnitt gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Rohrleitungsabschnitt ist grundsätzlich bereits aus der DE-W11 201 XII/47f 1954 bekannt

Beim Betrieb von Rohrleitungen ist es in vielen Anwendungsfällen erforderlich, eine im Normalfall nicht durchströmte, blind oder an einem Absperrorgan endende Rohrleitungsabzweigung in den Fluidstrom mit einzubeziehen, um so für eine Ausspülung von Fluidresten, für eine Entfernung von Verunreinigungen oder aber auch für eine kontinuierliche Fluidbeaufschlagung einer Meßsonde oder ähnliches zu sorgen.

In den industriellen Anwendungsgebieten, in denen produktführende Leitungssysteme in hygienisch einwandfreiem Zustand zu halten sind, stellen blind endende Rohrleitungsabzweigungen Problemzonen dar. Solche blind endenden Rohrleitungsabzweigungen sind jedoch nicht ganz zu vermeiden. So ist in vielen Fäiien, in denen chemische oder physikalische Messungen im Produktstrom durchzuführen sind, der mit der Rohrwandung der durchströmten Hauptleitung bündige Einbau von Meßsonden aus mannigfaltigen Gründen nicht möglich.

In den somit nicht verzichtbaren blind endenden Rohrleitungsabzweigungen bilden sich strörnungstechnische Toträume, in denen sich Sedimente einer feststoffhaltigen Flüssigkeil absetzen oder die bei Reinigungen zwischen zwei Produktionszyklen oder auch während der laufenden Produktion nicht bzw. nur unvollkommen erfaßi werden. In solchen Fällen ist eine aus wirtschaftlichen Gründen erwünschte Reinigung ohne Demontage (CIP — cleaning in place) nicht möglich.

Aus Untersuchungen zum Strömungsverhalten in Totrohren (Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte, 32 (1980), Seiten 273 bis 298; European j. Appl. Microbio!. Biotechno!. 8, (1979), Seiten 119 bis 124; Lebensmittelwissensch. u. Technologie 11, (1978), Seiten 330 bis 332; ZFL Zeitschrift für Lebensmitteltechnologie und Verfahrenstechnik 32 (1381), Se-.tJn 117 bis 121) ist es bekannt, daß die Flüssigkeitsbewegung in einem nicht kontinuierlich durchströmten, blind endenden Rohrstück mit zunehmender Rohrtiefe abrupt auf Bruchteile ihrer Intensität im Mündungsbereich abfällt. Bei einem Tiefen-/Durchmesser-Verhältnis von ca. 5,0 beträgt die Flüssigkeitsbewegung nur noch ca. 1 % der Fließgeschwindigkeit der an der Totrohrmündung vorbeifließenden Hauptströmung.

Dieser empirisch lange bekannten und durch neuere systematische Untersuchungen belegten Tatsache wird in der Technik dadurch begegnet, daß die Toträume möglichst kurz bemessen werden (maximal 2 χ Durchmesser) oder aufwendige Ventil- und Rohrleitungsschaltungen, beispielsweise Bypass-Schaltungen, zusätzlich montiert werden, mit denen eine zeitweilige Durchströmung gewährleistet werden kann.

Die erste der beiden Lösungen ist aus konstruktionstechnischen Gründen oft nicht möglich. Die zuletzt genannte Lösung ist sehr kostenaufwendig und beinhaltet nicht unerhebliche Unsicherheiten bei technischen Störungen.

; Diese Probleme sind an sich bereits seit langem bekannt (Lebensm.-Wiss. u.-Technol. 11, Seiten 330—332 (1978); Bundesanstalt f. Milchforschung, Kiel, Jahresbericht 1981, B 41,2.2).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine kontinuierliche Durchströmung auch der Toträume ge-