DE3908401A1 - Verfahren und einrichtung zum gleichrichten einer gestoerten stroemung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gleichrichten einer gestörten Rohrströmung eines Mediums durch Aufteilen der ge­ störten Rohrströmung in eine Mehrzahl von gradlinigen, langge­ streckten, im wesentlichen parallelen Stromfäden, wobei die Geschwindigkeit des Mediums in den Stromfäden größer als die in der Rohrströmung ist.

Derartige Verfahren werden dazu verwendet, die gestörte Rohr­ strömung eines strömungsfähigen Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, vor dem Eintritt in ein Drossel­ gerät gleichzurichten. Bei dem Drosselgerät handelt es sich in der Regel um ein Durchflußmeßgerät, beispielsweise eine Blen­ de, einen Turbinenradzähler, einen Wirbelzähler o. dgl. Die Genauigkeit der Durchflußmessung wird wesentlich von der Qua­ lität der Gleichrichtung bestimmt, wobei man bestrebt ist, das Meßgerät möglichst dicht hinter der letzten Störungsstelle der Strömung, beispielsweise hinter dem letzten Rohrkrümmer anzu­ ordnen. Das Gleichrichten der Strömung soll also auf möglichst kurzer Strecke erfolgen.

Es wurde gefunden, daß die bisher eingesetzten Verfahren unter der Voraussetzung praktikabler Längenverhältnisse hinsichtlich ihrer Gleichrichterwirkung zu wünschen übrig lassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches über einer kurzen Strecke einen gesteigerten Gleichrichtereffekt zu er­ zeugen vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Mediums in den Stromfäden um mindestens das 1,2-fache, vorzugsweise mehr als das 1,8-fache größer als die in der Rohrströmung ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine be­ trächtliche Geschwindigkeitserhöhung in den Stromfäden dazu geeignet ist, das naturgemäß inhomogene Geschwindigkeitsprofil der gestörten Rohrströmung wesentlich zu vergleichmäßigen. Im Gegensatz dazu war man bei den bisher bekannten Verfahren bestrebt, den summierten Strömungsquerschnitt der Stromfäden gegenüber dem Strömungsquerschnitt der gestörten Rohrströmung so wenig wie möglich zu vermindern. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Strömungsbeschleunigung den gewünschten Effekt erzielt, ohne daß unzulässige Druckver­ luste in Kauf genommen werden müßten. Die langgestreckten Stromfäden sorgen gleichzeitig dafür, daß in der Strömung ein gleichmäßiger Turbulenzgrad erzeugt wird. Das Verfahren nach der Erfindung ist in der Lage, eine gestörte Strömung auf kürzester Strecke optimal gleichzurichten.

Das Verfahren nach der Erfindung bietet die Möglichkeit, die gestörte Rohrströmung in eine vergleichsweise große Anzahl von Stromfäden mit entsprechend engem Einzelquerschnitt aufzutei­ len. Vorteilhafter ist es hingegen, die Anzahl der Stromfäden nur so groß zu wählen, wie es für die Erzielung des gewünsch­ ten gleichmäßigen Turbulenzgrades erforderlich ist, und dabei mit vergleichsweise großen Einzelquerschnitten zu arbeiten, da sich auf diese Weise sehr günstige Verhältnisse bezüglich des Druckverlustes ergeben.

In jedem Falle werden besonders günstige Ergebnisse dadurch erzielt, daß die Stromfäden durch einen Gleichrichterquer­ schnitt hindurchgeführt werden, der kleiner ist als ein von der gestörten Rohrströmung definierter Querschnitt. Die Strom­ fäden verlaufen also sehr dicht nebeneinander, wodurch der Druckverlust minimiert wird.

Die Form des Gleichrichterquerschnitts ist beliebig. Bevorzugt wählt man eine Außenkontur, die derjenigen des Querschnitts der gestörten Rohrströmung ähnlich, in aller Regel kreisförmig ist. Der Gleichrichterquerschnitt kann dabei die von der Außenkontur begrenzte Fläche vollständig ausfüllen; es kann sich aber auch lediglich um eine Ringfläche handeln, wobei deren Außenkontur kleiner oder größer sein kann also die des Querschnitts der gestörten Rohrströmung.

Das Verfahren nach der Erfindung bietet die Möglichkeit, das Meßgerät direkt mit den Stromfäden zu beaufschlagen. Häufig hingegen ist es vorteilhafter, daß das Medium aus den Stromfä­ den in einen von einer Rohrströmung definierten Querschnitt hineingeführt wird der größer ist als der Gleichrichterquer­ schnitt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Strö­ mungsverzögerung die erzielte Gleichrichterwirkung nicht we­ sentlich beeinträchtigt und zwar auch dann nicht, wenn von einem ringförmigen Querschnitt auf einen kreisförmigen Quer­ schnitt übergegangen wird. Damit sind optimale Verhältnisse für die Anwendung der Erfindung auf eine Meßblende gegeben.

Vorteilhafterweise wird das Medium vor dem Eintritt in die Stromfäden beschleunigt. Auch dieses Merkmal ist geeignet, den unvermeidbaren Druckverlust zu minimieren. Dies gilt insbeson­ dere dann, wenn dabei die Beschleunigung des Mediums höchstens bis auf die in den Stromfäden vorgesehene Geschwindigkeit erfolgt, wenn also am Eintritt in die Stromfäden keine an­ schließende Verzögerung stattfindet.

Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Einrichtung zum Gleichrichten einer gestörten Rohrströmung eines Mediums mit einem Kanal, der einen Querschnitt für die gestörte Rohrströ­ mung begrenzt, und mit einem im Anschluß an den Kanal von dem Medium durchströmten Gleichrichter, der einen Gleichrichter­ querschnitt begrenzt, welcher durch im wesentlichen parallele, langgestreckte Wände in eine Mehrzahl von Querschnitten für gradlinige Stromfäden unterteilt ist, insbesondere zur Durch­ führung des vorstehend erläuterten Verfahrens.

Zur Optimierung der Gleichrichterwirkung bei günstigen Druck­ verlustverhältnissen auf kurzer Strecke ist diese Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter­ querschnitt kleiner ist als der Querschnitt für die gestörte Rohrströmung, und zwar vorzugsweise um mindestens das 1,2-fa­ che, insbesondere um mehr als das 1,8-fache. Dies führt zu einer das Geschwindigkeitsprofil homogenisierenden Strömungs­ beschleunigung unter Einsatz von Wänden mit minimaler Wand­ stärke, wodurch der Druckverlust gering gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist ferner gekennzeichnet durch einen im Anschluß an den Gleichrichter von dem Medium durchströmten Kanal, der einen Querschnitt für eine Rohrströ­ mung begrenzt, welcher größer ist als der Gleichrichterquer­ schnitt. Dadurch wird die Strömung hinter dem Gleichrichter wieder verzögert, und zwar überraschenderweise ohne wesentli­ che Beeinträchtigung des erzielten Gleichrichtereffektes. Der Querschnitt der gleichgerichteten Strömung kann also schwie­ rigkeitslos an das jeweils einzusetzende Meßgerät angepaßt werden, sofern letzteres nicht direkt mit den Stromfäden be­ aufschlagt werden soll.

Der Gleichrichterquerschnitt kann grundsätzlich bliebig ge­ wählt werden. Besonders vorteilhaft ist eine ringförmige, in der Regel kreisringförmige Ausbildung, bei der der Kern der gestörten Strömung auf den Außenbereich verteilt wird. Hierzu weist der Gleichrichter erfindungsgemäß einen in den Kanal für die gestörte Rohrströmung hineinragenden Zentralkörper auf. Dieser sorgt in vorteilhafter Weise dafür, daß die Strömungs­ beschleunigung bereits vor dem eigentlichen Eintritt in die Stromfäden stattfindet, und zwar unter Erzielung optimaler strömungstechnischer Verhältnisse, letzteres insbesondere dann, wenn der Zentralkörper anströmseitig eine gerundete Spitze aufweist.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal weist der Gleich­ richter eine gegenüber dem Kanal für die gestörte Strömung verjüngte Außenwand auf, und zwar unabhängig davon, ob der Gleichrichterquerschnitt kreisförmig oder ringförmig ausgebil­ det ist.

Schließlich betrifft die Erfindung einen Gleichrichter für eine gestörte Rohrströmung, der sich insbesondere zur Verwen­ dung im Zusammenhang mit der vorstehend diskutierten Einrich­ tung eignet. Dieser Gleichrichter ist erfindungsgemäß gekenn­ zeichnet durch einen mindestens an seinem stromauf gelegenen Ende geschlossenen Zentralkörper, der, verteilt über seinem Umfang, mit einer Mehrzahl von radialen, langgestreckten, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Wän­ den besetzt ist und an seinem stromab gelegenen einen Flansch trägt. Ein derartiger Gleichrichter kann als Einsatz in das Rohr der gestörten Rohrströmung eingefügt und mit letzterem verbunden werden, und zwar unter Erzielung der oben dargeleg­ ten Vorteile.

Dabei ist es aus strömungstechnischen Gründen vorteilhaft, daß der Zentralkörper stromaufwärts über die Wände vorsteht und anströmseitig eine gerundete Spitze aufweist. Das stromab gerichtete Ende kann offen sein, ist vorzugsweise jedoch ge­ schlossen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Längsschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2 durch eine erste Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 4 durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Die Einrichtung nach den Fig. 1 und 2 weist einen Kanal 1 auf, der eine gestörte Rohrströmung führt. An den Kanal 1 schließt sich ein Gleichrichter 2 an, der mit seinem stromab gelegenen Ende an einen Kanal 3 angeschlossen ist. Der Kanal 3 führt zu einer nicht dargestellten Drosseleinrichtung in Form eines Durchflußmeßgerätes.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Gleichrichter 2 im Durch­ messer gegenüber den Kanälen 1 und 3 eingezogen. Sein Gleich­ richterquerschnitt ist entsprechend vermindert.

Gemäß Fig. 2 ist der Gleichrichterquerschnitt in eine Mehrzahl von Querschnitten 4 für geradlinige, langgestreckte Strömungs­ fäden unterteilt, welche parallel zueinander verlaufen. Hierzu dient ein Gitter von rechtwinklig zueinander angeordneten Wänden 5 dünner Wandstärke.

Die Strömungsgeschwindigkeit der durch die Querschnitte 4 hindurchgehenden Stromfäden ist größer als die in den Kanälen 1 und 3. Dadurch ergibt sich neben der durch die Stromauftei­ lung bewirkte Vergleichmäßigung des Turbulenzgrades auf kurzer Strecke eine Homogenisierung des Geschwindigkeitsprofils, und zwar bei minimalem Druckverlust. Die Strömungsbeschleunigung erfolgt vor Eintritt in die Querschnitte 4.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 besitzt der Gleichrichter 2 dieselbe Außenkontur wie der die gestörte Rohrströmung begrenzende Kanal 1. Der Gleichrichter 2 weist einen Zentralkörper 6 auf, welcher mit einer Mehrzahl von radialen, langgetreckten Wänden 7 besetzt ist. Letztere bilden zusammen mit der Wand des Kanals und dem Zentralkörper 6 die Querschnitte 4 für die parallelen Strömungsfäden. Der Gleich­ richterquerschnitt ist im vorliegenden Fall ringförmig ausge­ bildet.

Der Zentralkörper 6 steht stromaufwärts über die Wände 7 vor, und zwar mit einer gerundeten Spitze 8. An seinem stromab gelegenen Ende trägt er zu seiner Befestigung unter Zwischen­ schaltung der Wände 7 einen Flansch 9.

Die Stromfäden vereinigen sich hinter dem Gleichrichter 2, wobei sich die Strömungsgeschwindigkeit wieder vermindert, ohne daß die erzielte Gleichrichtung verlorenginge. Damit sind optimale Voraussetzungen dafür gegeben, eine Durchflußmeßblen­ de im Kanal 3 anzuordnen.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen können die Querschnitte 4 für die Stromfäden auch von nebeneinanderlie­ genden Rohren gebildet werden, die den Gleichrichterquer­ schnitt durchsetzen. Ferner besteht die Möglichkeit, den ring­ förmigen Gleichrichterquerschnitt mit einer Außenkontur zu versehen, die gegenüber dem Kanal für die gestörte Strömung aufgeweitet oder eingezogen ist. Der Zentralkörper kann an seinem stromab gelegenen Ende offen sein. Gegebenenfalls wird das Durchflußmeßgerät nicht an den Kanal 3, sondern direkt an den Gleichrichter 2 angeschlossen.

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombina­ tionen der beanspruchten Merkmale, die von der beiliegenden Anspruchsfassung abweichen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Gleichrichten einer gestörten Rohrströmung eines Mediums durch Aufteilen der gestörten Rohrströmung in eine Mehrzahl von gradlinigen, langgestreckten, im wesentli­ chen parallelen Stromfäden, wobei die Geschwindigkeit des Mediums in den Stromfäden größer als die in der Rohrströmung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Mediums in den Stromfäden um min­ destens das 1,2-fache, vorzugsweise mehr als das 1,8-fache größer als die in der Rohrströmung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfäden durch einen Gleichrichterquerschnitt hindurch­ geführt werden, der kleiner ist als ein von der gestörten Rohrströmung definierter Querschnitt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus den Stromfäden in einen von einer Rohrströmung definierten Querschnitt hineingeführt wird, der größer ist als der Gleichrichterquerschnitt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Medium vor dem Eintritt in die Stromfä­ den beschleunigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des Mediums höchstens bis auf die in den Stromfäden vorgesehene Geschwindigkeit erfolgt.

6. Einrichtung zum Gleichrichten einer gestörten Rohrströ­ mung eines Mediums mit einem Kanal (1), der einen Querschnitt für die gestörte Rohrströmung begrenzt, und mit einem im An­ schluß an den Kanal von dem Medium durchströmten Gleichrichter (2) der einen Gleichrichterquerschnitt begrenzt, welcher durch im wesentlichen parallele, langgestreckte Wände (5; 7) in eine Mehrzahl von Querschnitten (4) für gradlinige Stromfä­ den unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleich­ richterquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt für die gestörte Rohrströmung.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterquerschnitt um mindestens das 1,2-fache, vorzugsweise um mehr als das 1,8-fache kleiner ist als der Querschnitt für die gestörte Rohrströmung.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen im Anschluß an den Gleichrichter (2) von dem Medium durchströmten Kanal (3), der einen Querschnitt für eine Rohr­ strömung begrenzt, welcher größer ist als der Gleichrichter­ querschnitt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterquerschnitt ringförmig ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (2) einen in den Kanal (1) für die gestörte Rohrströmung hineinragenden Zentralkörper (6) aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (6) anströmseitig eine gerundete Spitze (8) aufweist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (2) eine gegenüber dem Kanal (1) für die gestörte Strömung verjüngte Außenwand auf­ weist.

13. Gleichrichter (2) für eine gestörte Rohrströmung, gekenn­ zeichnet durch einen mindestens an seinem stromauf gelegenen Ende geschlossenen Zentralkörper (6), der, verteilt über sei­ nem Umfang, mit einer Mehrzahl von radialen, langgestreckten, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Wänden (7) besetzt ist und an seinem stromab gelegenen Ende einen Flansch (9) trägt.

14. Gleichrichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (6) stromaufwärts über die Wände (7) vorsteht.

15. Gleichrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (6) stirnseitig eine gerundete Spitze (8) aufweist.