DE69601215T2

DE69601215T2 - Verfahren zum konditionieren einer flüssigkeitsströmung und behandlungsvorrichtung einer flüssigkeitsströmung

Info

Publication number: DE69601215T2
Application number: DE69601215T
Authority: DE
Inventors: Philippe F-92170 Vanves Hocquet; Andrew John F-92160 Antony Parry
Original assignee: Schlumberger SA
Current assignee: Itron France SAS
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: RU2154202C2; FR2730278A1; EP0808425B1; EP0808425A1; DK0808425T3; TW295638B; DE69601215D1; AR001080A1; FR2730278B1; ES2127621T3; UA34499C2; WO1996024774A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Konditionierung einer Fluidströmung von einer ersten Zone zu einer zweiten Zone, die stromabwärts der ersten Zone angeordnet ist, sowie auf einen Fluidströmungskonditionierer, der dafür vorgesehen ist, in Bezug auf den Strömungssinn des Fluids stromaufwärts einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Volumenmenge des Fluids angeordnet zu werden.
Es ist bekannt, stromaufwärts einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Volumenmenge eines strömenden Fluids, die einen Meßblock aufweist, einen Strömungskonditionierer anzuordnen, um die Geschwindigkeitsverteilung in der Strömung zu vergleichmäßigen und die in dieser vorhandenen Wirbelstrukturen zu zerstören, so daß die Strömung am Eingang der Vorrichtung unabhängig davon, wie die Fließgeschwindigkeits- und Durchflußeigenschaften der Strömung am Eingang des Konditionierers sind, die gleichen Eigenschaften aufweist.
Ein Strömungskonditionierer ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn die Vorrichtung vom statischen Typ ist, d. h., daß der Meßblock der Vorrichtung keine bewegten Teile verwendet, wie bei den traditionellen Turbinen-, Schrauben- oder Membranvorrichtungen. Daher ist dann, wenn der Meßblock ein Fluidoszillator ist oder wenn der Meßblock einen Meßkanal und wenigstens zwei Ultraschall-Meßwandler aufweist, die zwischen sich und wenigstens auf einem Teil des Meßkanals eine Ultraschall- Meßstrecke definieren, ein Strömungskonditionierer oftmals unerläßlich.
Tatsächlich sind solche Vorrichtungen sehr empfindlich auf Störungen, die in der Fluidströmung stromaufwärts erzeugt werden, beispielsweise durch ein Ventil oder einen Bogen, sowie durch eine drehende Geschwindigkeitsstruktur, die sich durch die Strömung fortpflanzt und stark fehlerhafte Messungen verursacht.
Aus der britischen Patentanmeldung Nr. 2235064 ist ein Strömungskonditionierer bekannt, der die Form einer Platte aufweist, die in einer Rohrleitung stromaufwärts des Meßblocks angeordnet ist und die auf ihrer der Strömung zugewandten Fläche mit Lochungen versehen ist, deren Achsen parallel zu der Strömung liegen. Ein solchen Konditionierer zerstört die in der Strömung vorhandenen Wirbelstrukturen und vergleichmäßigt die Geschwindigkeitsverteilung in der Strömung.
Dennoch weist dieser Typ Konditionierer den Nachteil auf, die Druckverluste zu erhöhen, was dann nachteilig ist, wenn man wünscht, eine Volumenmenge des Fluids in Rohrleitungen mit geringen Durchmessern mit minimalem Druckverlust zu bestimmen.
Darüber hinaus erzeugt dieser Typ Konditionierer trotz alledem stromabwärts des Strömungskonditionierers Turbulenzen, die die Bestimmung der Volumenmenge des Fluids stören, und er verschmutzt im Laufe der Zeit.
Die Verschmutzung des Konditionierers führt unvermeidlicherweise zu einer Verminderung seiner Leistungsfähigkeit und zu einer Erhöhung der Druckverluste.
Um die in der Fluidströmung vorhandenen Wirbelstrukturen wirksam zu zerstören, muß dieser Typ Konditionierer darüber hinaus ausreichend weit stromaufwärts des Meßblocks angeordnet sein, wodurch sich Probleme bezüglich der Kompaktheit ergeben.
Ebenfalls ist ein weiterer Typ eines Strömungskonditionierers bekannt, der stromaufwärts eines Fluidoszillators angeordnet ist, wie er in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0503462 beschrieben ist, wobei der Fluidoszillator in Bezug auf eine Längssymmetrieebene symmetrisch angeordnet ist.
Diese Patentanmeldung beschreibt eine Meßvorrichtung mit einer ersten Kammer mit großen Abmessungen, in die die Fluidströmung senkrecht zur Symmetrieebene einmündet und die der Strömung eine plötzliche Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts bietet.
Die Vorrichtung weist für die Strömung auch einen Ausgang in Form eines konvergenten Teils auf, der in der Längssymmetrieebene angeordnet ist und mit einer zweiten Kammer in Verbindung steht, die den Fluidoszillator bildet.
Der Strömungskonditionierer weist eine halbkreisförmige Wandung auf, die in Bezug auf die Längssymmetrieebene symmetrisch ist und deren Konkavität gegenüber dem konvergenten Teil und den diesen umgebenden Wandungen angeordnet ist.
Der Strömungskonditionierer bildet mit den Wandungen, die den konvergenten Teil umgeben, zwei in Bezug auf die Längssymmetrieachse symmetrische Durchgänge, die aus einem ersten konvergenten Abschnitt und einem zweiten divergenten Abschnitt gebildet sind, der der Ort einer Rezirkulation der Fluidströmung ist. Jeder dieser Durchgänge empfängt einen Teil der Fluidströmung, beschleunigt diesen und verlangsamt diesen dann, bevor die zwei Teile sich mischen und in den konvergenten Teil gelangen.
Da der Eintritt der Strömung in die erste Kammer in Bezug auf die Längssymmetrieebene versetzt ist, teilt sich die in die Kammer mündende Strömung in Bezug auf die Längssymmetrieebene in asymmetrischer Weise. Bei großen Durchflüssen kann diese Asymmetrie der Strömung noch in dem Fluidoszillator vorhanden sein und folglich die Schwingungsfrequenz verändern, wodurch die Messung der Fluidvolumenmenge beeinflußt wird. Darüber hinaus verursacht das Vorhandensein eines divergenten Abschnitts in jedem der Durchgänge einen zusätzlichen Druckverlust in dem Strömungskonditionierer, der sich für bestimmte Anwendungen als nachteilig herausstellen kann.
Zudem ist ein Dokument FR 2 690 717 bekannt, das stromaufwärts eines Fluidoszillators eine Kammer beschreibt, die mit einem Eingang für die Fluidströmung versehen ist und ein Hindernis aufweist, das gegenüber dem Eingang angeordnet und entlang der Längsrichtung der Strömung stromlinienförmig ausgebildet ist. Das Hindernis weist gegenüber dem Eingang eine Prallfläche mit Querabmessungen auf, die kleiner sind als die Querabmessung des Eingangs, und auf die ein Teil der von dem Eingang herrührenden Strömung sich in Querrichtung aufteilt. Die aufgeteilte Strömung wird dann in Bezug auf die Längsrichtung der Strömung symmetrisch kanalisiert, beschleunigt und gemischt. Indessen ist ein solcher Strömungskonditionierer nicht vollständig zufriedenstellend, insbesondere dann, wenn die von dem Eingang herrührende Strömung eine starke Asymmetrie aufweist.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, eine Fluidströmung von einer ersten Zone zu einer zweiten Zone, die stromabwärts der ersten Zone angeordnet ist, zu konditionieren, wobei nur wenig Druckverlust erzeugt wird und am Eingang der zweiten Zone Strömungseigenschaften hergestellt werden, die unabhängig sind von den Strömungseigenschaften in der ersten Zone.
Die vorliegende Erfindung hat folglich ein Verfahren zur Konditionierung einer Fluidströmung von einer ersten Zone mit einem Eingang zu einer zweiten Zone, die stromabwärts der ersten Zone angeordnet ist, zum Gegenstand, wobei das Verfahren umfaßt:
- die von der ersten Zone ausgehende Strömung wird in einer Längsrichtung geleitet,
- die Strömung wird einer Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts unterworfen,
- die Strömung wird auf einer Prallfläche im wesentlichen quer zu der Längsrichtung der Strömung geteilt,
- die geteilte Strömung wird in Bezug auf die Längsrichtung der Strömung auf einer bestimmten Länge, von dem Ort der Teilung bis zu der zweiten Zone, symmetrisch kanalisiert, ohne sie zu verlangsamen,
- die geteilte Strömung wird auf wenigstens einem Teil der bestimmten Länge beschleunigt,
- die Strömung wird gemischt, um in der zweiten Zone eine konditionierte Fluidströmung zu erhalten. Gemäß der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche eine Querabmessung hat, die wenigstens gleich der Abmessung des Eingangs ist.
Gemäß der Erfindung wird die in Längsrichtung geleitete Strömung einer Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts unterworfen und sie teilt sich auf der Prallfläche im wesentlichen senkrecht zu dieser Richtung, wodurch die mittlere Geschwindigkeit der Strömung entlang der Längsrichtung zu Null gemacht wird und diese gemäß dem Prinzip der Impulserhaltung in Querkomponenten transformiert wird.
Darüber hinaus erzeugt das Verfahren gemäß der Erfindung eine stationäre Verteilung der geteilten Strömung, um jede Schwingung der Strömung zu vermeiden. So ermöglicht es die Teilung, die in der Strömung vorhandenen Wirbelstrukturen zu zerstören und allgemein den Impuls der Strömung zu kontrollieren.
Die geteilte Fluidströmung wird dann in Bezug auf die Längsrichtung der Strömung auf einer bestimmten Länge vom Ort der Teilung bis zu der zweiten Zone symmetrisch kanalisiert. Auf wenigstens einem Teil dieser bestimmten Länge wird die Strömung in Bezug auf die Längsrichtung, die die Strömung vor ihrer Teilung hat, symmetrisch beschleunigt, um in dem Teil der Strömung eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung zu erhalten. Es ist insbesondere wichtig, daß die geteilte Strömung kanalisiert wird, ohne sie zu verlangsamen. Eine solche Verlangsamung kann beispielsweise durch eine Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts oder durch ein Hindernis in dem Durchgang der Strömung hervorgerufen werden.
Eine solche Verlangsamung würde einen Druckverlust verursachen und die Geschwindigkeitsverteilung in dem Teil der Strömung verändern, wodurch der Wirksamkeit der Fluidkonditionierung geschadet würde.
Die geteilte und beschleunigte Strömung tritt dann in eine Zone ein, die unmittelbar stromaufwärts der zweiten Zone angeordnet ist und die die Funktion hat, die geteilte Strömung zu mischen. Diese Zone ermöglicht es, das lokale Turbulenzniveau und die mittlere Geschwindigkeit jedes Teils der Strömung auf stabile Werte einzustellen, bevor die konditionierte Strömung in die zweite Zone eintritt.
Auch hier ist es sehr wichtig, daß die Strömung durch das Mischen nicht verlangsamt wird.
Gemäß einem Merkmal des Verfahrens kann man jeden Teil der Strömung unmittelbar stromabwärts der Teilungszone auf einem Teil der bestimmten Länge des Kanalisierungsschritts oder auf seiner ganzen Länge beschleunigen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal des Verfahrens wird die in Längsrichtung geleitete Fluidströmung einer plötzlichen Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts unterworfen, wodurch ein Rezirkulationsvorgang der Fluidströmung bei der Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts, unmittelbar stromabwärts der Teilungszone, erzeugt wird.
Dieser Rezirkulationsvorgang zieht einen Teil des Impulses der Fluidströmung vor ihrer Teilung auf der Prallfläche ab und trägt folglich dazu bei, die am Umfang der Strömung vorhandene Dynamik in kontrollierter Weise zu transformieren.
Überdies ist es vorteilhaft, jeden Teil der Strömung beim Auftreten des Rezirkulationsvorgangs der Strömung gleichzeitig zu beschleunigen.
Wenn man am Ort der Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts einen Rezirkulationsvorgang der Fluidströmung hervorruft, ermöglicht es die gleichzeitige Beschleunigung jedes Teils der Strömung beim Auftreten dieses Rezirkulationsvorgangs, den Vorgang zu stabilisieren.
Im Verlauf des Kanalisierungsschrittes ist es vorgesehen, jeden Teil der Strömung durch einen Bogen hindurchtreten zu lassen, der stromabwärts der Teilungszone angeordnet ist. Jeder Teil der Strömung kann im Bogen auch gleichzeitig beschleunigt werden.
Es ist auch möglich, die Wirksamkeit der Konditionierung dadurch zu verbessern, daß die Fluidströmung während des Mischungsschrittes beschleunigt wird. Die Konditionierung des Fluids gemäß der Erfindung bewirkt, daß der Strömung, die in die zweite Zone mündet, Eigenschaften zugewiesen werden, die unabhängig von denen der Strömung in der ersten Zone sind.
Die vorliegende Erfindung hat auch einen Fluidströmungskonditionierer mit einem Eingang und einem Ausgang für die Fluidströmung zum Gegenstand, wobei der Konditionierer in Bezug auf eine Längssymmetrieebene (P), in der der Eingang und der Ausgang liegen, symmetrisch ist und folgendes aufweist:
- eine Kammer, die mit dem Eingang verbunden ist und die teilweise durch eine Prallfläche begrenzt ist, deren Richtung im wesentlichen in einer Querebene liegt und auf der sich die Strömung teilt, wobei die Prallfläche gegenüber dem Eingang angeordnet ist,
- Mittel zur Kanalisierung der geteilten Strömung bis zu dem Ausgang des Konditionierers, die wenigstens zwei Durchgänge für den Zulauf der geteilten Strömung bis zu einer Mischzone der geteilten Strömung aufweisen, die unmittelbar stromaufwärts des Ausgangs angeordnet ist, wobei die Mittel zur Kanalisierung wenigstens einen konvergenten Abschnitt aufweisen und die Strömung nicht verlangsamen,
wobei der Abstand zwischen dem Eingang des Konditionierers und der Prallfläche sowie die Abmessung des Querschnitts, der der Strömung in den Mitteln zur Kanalisierung zur Verfügung steht, in Bezug auf die Abmessung des Eingangs des Konditionierers in einer Weise gewählt sind, daß die Fluidströmung bis zu der Prallfläche eine Längsrichtung hat und in der Kammer nicht oszilliert. Gemäß der Erfindung ist der Konditionierer dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche eine Querabmessung hat, die wenigstens gleich der Abmessung des Eingangs ist. Dieser Konditionierer funktioniert in der vorstehend angedeuteten Weise. Dieser Konditionierer ermöglicht es, die Wirbelstrukturen zu zerstören und Ungleichmäßigkeiten zu entfernen, die in der Geschwindigkeitsverteilung der Strömung vorhanden sind.
Da der Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung in Bezug auf die Längssymmetrieebene symmetrisch ist und aufgrund des Vorhandenseins einer Mischzone, wird jeder Teil der Strömung einem beinahe gleichen Druckverlust unterworfen und verteilt sich daher in jedem Durchgang in im wesentlichen gleicher Weise, was dazu beiträgt, in jedem Teil der Strömung eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung zu erhalten.
Darüber hinaus tritt an dem Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung ein kontrollierter und in Bezug auf Konditionierer gemäß dem Stand der Technik geringer Druckverlust auf.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Mittel zur Kanalisierung wenigstens einen konvergenten Abschnitt aufweisen und die Strömung bis zum Ausgang des Konditionierers nicht verlangsamen, d. h., daß die geteilte Strömung wenigstens auf einem Teil der Länge der Mittel zur Kanalisierung beschleunigt wird, ist es möglich, in der Strömung eine Geschwindigkeitsverteilung zu erhalten, die in Stromabwärtsrichtung vergleichmäßigt ist. Die Tatsache, daß die Strömung beschleunigt wird, trägt einerseits zur Wirksamkeit des Konditionierers und andererseits zu seiner Kompaktheit bei.
Es ist auch möglich vorzusehen, daß die Strömung auf der ganzen Länge der Mittel zur Kanalisierung kontinuierlich beschleunigt wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann der konvergente Abschnitt direkt mit der Kammer verbunden sein, in die die Strömung mündet, so daß es möglich ist, die Geschwindigkeit der geteilten Strömung direkt nach ihrer Teilung zu erhöhen.
Die Mittel zur Kanalisierung weisen einen Abschnitt mit konstantem Durchgangsquerschnitt auf, der stromabwärts des konvergenten Abschnitts angeordnet ist und dazu dient, jeden Teil der Strömung zu dem Ausgang des Konditionierers hin zu kanalisieren.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Mittel zur Kanalisierung des Strömungskonditionierers einen konvergenten Abschnitt auf, der nicht direkt mit der Kammer verbunden ist.
Dieser konvergente Abschnitt kann in gleicher Weise an den Abschnitt angefügt werden, der direkt mit der Kammer verbunden ist, um die Zone des Durchgangs, auf der der Teil der Strömung beschleunigt wird, besser zu verteilen.
Die Mittel zur Kanalisierung der geteilten Strömung weisen wenigstens einen Bogen auf, um insbesondere das Ausrichten des entsprechenden Teils der Strömung zu dem Ausgang des Konditionierers hin zu ermöglichen.
Es ist vorteilhaft vorzusehen, daß der Bogen in einen konvergenten Abschnitt eingeschlossen ist, um die Kompaktheit des Strömungskonditionierers gemäß der Erfindung zu erhöhen. Die Mittel zur Kanalisierung können beispielsweise zwei Bogen mit umgekehrten Konkavitäten und sogar mehr als zwei Bogen aufweisen.
Die Anordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Bogen hat einen geringeren Raumbedarf als die mit einem einzigen Bogen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß die Kammer der von dem Eingang ausgehenden Fluidströmung eine plötzliche Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts zur Verfügung stellt, wodurch ein Rezirkulationsvorgang der Fluidströmung bei der Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts erzeugt wird, wie zuvor erläutert wurde.
Dieses Merkmal steigert die Wirksamkeit des Strömungskonditionierers gemäß der Erfindung.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist folgendes vorgesehen:
- Der Abstand zwischen dem Eingang des Konditionierers und der Prallfläche ist kleiner als das 4-fache des Durchmessers des Eingangs, und der minimale Durchgangsquerschnitt der Mittel zur Kanalisierung ist kleiner als der Querschnitt des Eingangs,
- der minimale Durchgangsquerschnitt der Mittel zur Kanalisierung ist wenigstens gleich dem Doppelten des Durchgangsquerschnitts des Ausgangs des Konditionierers,
- die Abmessung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Konditionierers liegt zwischen dem 1-fachen und dem 5-fachen des Durchmessers des Durchgangs des Eingangs des Konditionierers,
- die transversale Abmessung des Konditionierers liegt zwischen dem 1,5-fachen und dem 5-fachen des Durchmessers des Durchgangs des Eingangs des Konditionierers. Diese Abmessung ermöglicht es, den Rezirkulationsvorgang der Strömung, der bei der plötzlichen Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts entsteht, zu stabilisieren,
- der Konditionierer hat eine Einfassung, die den Eingang und den Ausgang des Konditionierers verbindet, und ein Hindernis, das in der Mitte der Einfassung angeordnet ist,
- das Hindernis ist mit einer Stirnfläche versehen, die wenigstens teilweise die Prallfläche des Konditionierers bildet,
- der Eingang und der Ausgang des Konditionierers fluchten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist folgendes vorgesehen:
- die Einfassung und das Hindernis haben jeweils eine innere Fläche und eine äußere Fläche, die zwischen sich die zwei seitlichen Durchgänge bilden, die das Hindernis umgeben,
- das Hindernis ist aus einem zentralen Körper und zwei seitlichen Abschnitten gebildet, die sich in Bezug auf die Längssymmetrieebene P ausgehend von dem zentralen Körper in der Hauptsache in einer Querrichtung erstrecken,
- jeder seitliche Abschnitt definiert mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung einen ersten Bogen für den jeweiligen Teil der Strömung sowie einen konvergenten Abschnitt, der direkt mit der Kammer verbunden ist und den Bogen einschließt,
- jeder seitliche Abschnitt ist beispielsweise keulenförmig,
- jede Keule weist ausgehend von dem zentralen Körper eine konisch erweiterte Form auf, die durch ein Ende mit konvexer äußerer Fläche abgeschlossen ist,
- die äußere konvexe Fläche hat eine kreisförmige Kontur mit einem Radius R1, der zwischen dem 0,1- und dem 3,5-fachen des Durchmessers des Eingangs des Konditionierers liegt,
- der Teil der Einfassung, der der konvexen äußeren Fläche jedes seitlichen Abschnitts gegenüberliegt, weist eine konkave innere Fläche auf,
- die innere konkave Fläche hat eine kreisförmige Kontur mit einem Radius R2, der zwischen dem 0,3- und dem 4-fachen des Durchmessers des Eingangs des Konditionierers liegt,
- die jeweiligen Kreise mit den Radien R1 bzw. R2 haben jeweils einen Mittelpunkt O1 bzw. 02, wobei die Mittelpunkte O1 und 02 auf einer zu der Längssymmetrieebene P parallelen und zu der Stirnfläche des Hindernisses senkrechten Gerade liegen und um einen Abstand voneinander entfernt sind, der kleiner ist als der Durchgang des Eingangs des Konditionierers,
- der zentrale Körper weist einen hinteren Abschnitt auf, der mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung einen zweiten Bogen für den entsprechenden Teil der Strömung definiert,
- der hintere Abschnitt ist beispielsweise V-förmig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Konditionierer um die Längsrichtung der Fluidströmung rotationssymmetrisch, und die Einfassung und das Hindernis weisen jeweils eine innere Fläche bzw. eine äußere Fläche auf, die zwischen sich einen einzigen, das Hindernis umgebenden Durchgang bilden, wobei wenigstens zwei Elemente zwischen den Flächen in einem bestimmten Abstand vom Eingang angeordnet sind, um einen Teil des Durchgangs in zwei Durchgänge mit gleichen Abmessungen zu trennen.
Der Konditionierer gemäß der Erfindung kann sowohl für Gas als auch für Wasser verwendet werden, ja sogar für ein Fluid wie einen Treibstoff für Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Volumenmenge eines strömenden Fluids zum Gegenstand, mit einem Meßblock und einem Strömungskonditionierer wie er zuvor beschrieben wurde, der bzgl. des Strömungssinns des Fluids stromaufwärts des Meßblocks angeordnet ist. Der Meßblock fluchtet mit dem Strömungskonditionierer.
Gemäß weiteren speziellen Merkmalen der Vorrichtung ist folgendes vorgesehen:
- Der Meßblock ist ein Fluid-Oszillator,
- der Meßblock weist wenigstens einen Meßkanal mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt und wenigstens zwei Ultraschall-Meßwandler auf, die zwischen sich und wenigstens auf einem Teil des Meßkanals eine Ultraschall-Meßstrecke definieren.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die beispielhaft und nicht beschränkend ist und die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht, die folgendes darstellt:
- Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht des Strömungskonditionierers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des in der Fig. 1 gezeigten Strömungskonditionierers, der stromaufwärts eines Fluidoszillators nach dem Stand der Technik angeordnet ist,
- Fig. 2a ist eine schematische perspektivische Ansicht des Strömungskonditionierers gemäß einer ersten Variante der Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
- Fig. 2b verdeutlicht die Funktion des in der Fig. 1 gezeigten Strömungskonditionierers,
- Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht des Strömungskonditionierers gemäß einer zweiten Variante der Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
- Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht des Strömungskonditionierers gemäß einer dritten Variante der Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
- Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht des Strömungskonditionierers gemäß einer vierten Variante der Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
- Fig. 6 ist eine schematische Ansicht entlang des Pfeiles A des Strömungskonditionierers, der in der Fig. 5 dargestellt ist,
- Fig. 7 ist eine schematische Draufsicht des Strömungskonditionierers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 8 ist eine schematische Ansicht entlang des Pfeiles B des Strömungskonditionierers, der in der Fig. 7 dargestellt ist,
- Fig. 9 ist eine schematische Draufsicht des in der Fig. 1 dargestellten Strömungskonditionierers, auf der die Verteilung des Geschwindigkeitsfelds der Strömung angedeutet ist, wenn die Strömung am Eingang des Konditionierers ein homogenes Profil der Geschwindigkeitsverteilung aufweist,
- Fig. 10 ist eine schematische Draufsicht des in der Fig. 1 gezeigten Strömungskonditionierers, auf der die Verteilung des Geschwindigkeitsfelds der Strömung angedeutet ist, wenn die Strömung am Eingang des Konditionierers ein heterogenes Profil der Geschwindigkeitsverteilung aufweist,
- Fig. 11 stellt zwei Kalibrierungskurven ( ,+) dar, die mit einem Gaszähler mit einem Fluidoszillator, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, ohne den Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung erhalten wurden, wobei diese Kurven jeweils dann erhalten wurden, als die Strömung das in der Fig. 9 gezeigte Profil bzw. das in der Fig. 10 gezeigte Profil hatte,
- Fig. 12 stellt zwei Kalibrierungskurven ( ,+) dar, die mit einem Gaszähler mit einem Fluidoszillator, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, mit dem Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung und jeweils für die Strömungsprofile erhalten wurden, die in der Fig. 9 bzw. in der Fig. 10 dargestellt sind.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, weist ein Konditionierer 10 für eine Fluidströmung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen Eingang 12 und einen Ausgang 14 für die Strömung auf.
Der Ausgang 14 des Konditionierers 10 ist stromabwärts an eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Volumenmenge eines Fluids mit einem Meßblock 2 angeschlossen, der die Form eines Fluidoszillators aufweist, wie er beispielsweise in der französischen Patentanmeldung Nr. 9205301 beschrieben ist.
Der Eingang 12 und der Ausgang 14 sind einerseits in derselben Ebene P angeordnet, die für den Strömungskonditionierer eine Längssymmetrieebene ist, und andererseits entlang der Längsrichtung der Strömung ausgerichtet, die durch die Richtung, die der Eingang der Strömung zuweist, definiert ist und die immer in der Ebene P liegt.
Der Eingang 12 hat einen Durchgangsquerschnitt, der der Strömung axialsymmetrische Eigenschaften zuweist, und seine Form ist beispielsweise kreisförmig, wie in der Fig. 2 dargestellt ist.
Es ist ebenfalls möglich, einen Eingang vorzusehen, dessen Durchgangsquerschnitt der Strömung einen zweidimensionalen Charakter zuweist und eine beispielsweise rechteckige Form hat. Der Ausgang 14 ist ein Spalt, dessen Durchgangsquerschnitt rechteckförmig ist und der der Strömung einen zweidimensionalen Charakter zuweist.
Der Fluidoszillator ist auch in Bezug auf die Symmetrieebene P symmetrisch, wodurch ermöglicht wird, die Eigenschaften der so konditionierten Fluidströmung zu bewahren, ohne zusätzliche Störungen aufzubringen, wie sie durch einen zwischen dem Ausgang des Konditionierers und dem Fluidoszillator angeordneten Bogen verursacht würden.
Der Konditionierer 10 weist auch eine Einfassung 16, die den Eingang 12 und den Ausgang 14 verbindet, sowie ein Hindernis 18 auf, das in der Mitte der Einfassung zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet ist.
Eine mit dem Eingang 12 verbundene Kammer 20 ist in der Einfassung 16 vorgesehen, um die von dem Eingang kommende Fluidströmung zu empfangen.
Das Hindernis 18 besteht aus einem zentralen Körper 22 mit einer Stirnfläche 22a, die senkrecht zu der Längssymmetrieebene P ist und in einer Querebene P1 gegenüber dem Eingang 12 liegt.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist die Stirnfläche 22a des Hindernisses 18 senkrecht zu der Strömungsrichtung, die durch den Eingang 12 definiert ist, und wird als Prallfläche bezeichnet.
Diese Prallfläche 22a ist eben, es muß jedoch bemerkt werden, daß diese Fläche beispielsweise leicht konkav oder konvex sein kann, ohne deswegen die Wirksamkeit des Strömungskonditionierers 10 zu beeinträchtigen.
Die Kammer 20 ist zwischen dem Eingang 12 und der Stirnfläche 22a des Hindernisses 18 definiert.
Wie auf der Fig. 2 dargestellt ist, weist die Einfassung 16 eine innere Fläche 16a auf, und das Hindernis 18 weist eine äußere Fläche 23 auf, wobei die zwei Flächen zwischen sich zwei symmetrische Durchgänge 28, 30 bilden, die das Hindernis umgeben und die Kammer 20 mit dem Ausgang 14 des Strömungskonditionierers 10 verbinden.
Es sollte bemerkt werden, daß das Hindernis 18 für die Ausführung der Erfindung nicht unerläßlich ist.
Tatsächlich ist es, wie in der Fig. 2a dargestellt, vorstellbar, lediglich zwei zu den Durchgängen 28 und 30 der Fig. 1 und 2 identische Durchgänge vorzusehen, die sich von dem Eingang 12 zu dem Ausgang 14 erstrecken, aber das Hindernis zwischen den Durchgängen wegzulassen. Die Fig. 2a zeigt in schematischer Perspektivansicht und unter demselben Neigungswinkel wie die Fig. 2 einen von außen gesehenen Strömungskonditionierer, bei dem ein leerer Raum 11 das Hindernis zwischen den Durchgängen ersetzt.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist das Hindernis aus zwei seitlichen Abschnitten 24, 26 gebildet, die jeweils keulenförmig sind und sich in Bezug auf die Symmetrieebene P ausgehend von dem zentralen Körper 22 in der Hauptsache in einer Querrichtung erstrecken. Jede Keule hat eine Form, die sich ausgehend von dem zentralen Körper 22 leicht konisch erweitert und die durch ein Ende abgeschlossen ist, dessen äußere Fläche konvex und beispielsweise kreisförmig ist.
Jeder keulenförmige seitliche Abschnitt 24, 26 des Hindernisses 18 definiert mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung 16 einen ersten Bogen 17, 19 für die Strömung, dessen Konkavität zu der Symmetrieebene P gerichtet ist.
Jedes konvexe, kreisförmige Ende von jedem keulenförmigen seitlichen Abschnitt 24, 26 hat einen Radius R1, der zwischen dem 0,1- und dem 3,5-fachen des Durchmessers des Eingangs 12 des Konditionierers 10 liegt und der beispielsweise gleich dem 0,45-fachen des Durchmessers des Eingangs (Fig. 1) ist.
Der Teil der inneren Fläche 16a der Einfassung 16, der den konkaven Teil des ersten Bogens 17, 19 bildet, hat eine kreisförmige Form, deren Radius R2 zwischen dem 0,3- und dem 4- fachen des Durchmessers des Eingangs 12 des Konditionierers 10 liegt und ist beispielsweise gleich dem 0,35-fachen des Durchmessers.
Die zuvor erwähnten Kreise haben jeweils die Mittelpunkte O1 und O2, die auf einer Geraden liegen, die in einer zu der Symmetrieebene P parallelen Ebene und in der Ebene der Fig. 1 liegt. Der Abstand zwischen diesen beiden Mittelpunkten ermöglicht es, den Grad der gewünschten Konvergenz in dem ersten Bogen 17, 19 zu wählen.
Der Abstand zwischen O1 und O2 ist kleiner als der Durchmessers des Eingangs 12 des Konditionierers und ist beispielsweise gleich dem 0,05-fachen dieses Durchmessers.
Es sollte bemerkt werden, daß die beiden Mittelpunkte O1 und O2 zusammenfallen können.
Der zentrale Körper 22 des Hindernisses 18 weist einen hinteren Abschnitt 22b auf, der mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung 16 einen zweiten Bogen 25, 27 für die Strömung definiert, dessen Konkavität in Bezug auf die des ersten Bogens 17, 19 umgekehrt ist.
Der hintere Abschnitt 22b des zentralen Körpers 22 des Hindernisses 18 hat beispielsweise die Form eines V, dessen Spitze gegenüber dem Ausgang 14 des Strömungskonditionierers liegt. Jeder Durchgang 28, 30 weist einen der Strömung zur Verfügung gestellten Durchgangsquerschnitt auf, der von dem Eingang des Durchgangs bis zum Ausgang 14 des Strömungskonditonierers abnimmt, was bedeutet, daß die Strömung, die die Durchgänge 28, 30 durchströmt, auf wenigstens einem Teil des Durchgangs beschleunigt wird.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, weist jeder Durchgang 28, 30 einen konvergenten Abschnitt 28a, 30a auf, der direkt mit der Kammer 20 verbunden ist und in dem der erste Bogen 17, 19 angeordnet ist, wobei die Konvergenz am Eingang des Durchgangs stärker ist als in dem Bogen.
Am Ausgang des ersten Bogens 17, 19 weist jeder Durchgang einen Abschnitt 28b, 30b mit einem konstanten Durchgangsquerschnitt auf, der zwischen dem konvergenten Abschnitt 28a, 30a und einer Mischzone 32 angeordnet ist, die unmittelbar stromaufwärts des Ausgangs 14 des Konditionierers liegt, um die beiden Durchgänge 28, 30 zu verbinden.
Dieser Abschnitt 28b, 30b weist zunächst eine gerade und zu der Längssymmetrieebene P senkrechte Form und einen konstanten Durchgangsquerschnitt auf, dann bildet der Abschnitt einen scharfen zweiten Bogen 25, 27 und nimmt bis zu der Mischzone 32 eine gerade Form mit einem in Richtung der Symmetrieebene P konstantem Durchgangsquerschnitt an.
Es ist günstig, einen minimalen Durchgangsquerschnitt jedes Durchgangs auszuwählen, der wenigstens gleich dem Durchgangsquerschnitt des Ausgangs 14 des Konditionierers und beispiels weise gleich dem 1,5-fachen dieses Durchgangsquerschnitts ist. Dies ermöglicht, von einer ausreichenden Konvergenz der Strömung zu profitieren, um am Ausgang des Konditionierers eine Geschwindigkeitsverteilung zu erhalten, die so homogen wie möglich ist.
Gemäß einer zweiten, in der Fig. 3 dargestellten Variante, in der lediglich die Bezugszeichen der Durchgänge verändert wurden, ist es möglich, lediglich einen einzigen Bogen 17, 19 in dem Konditionierer vorzusehen, dessen Ausdehnung kleiner ist als 180º, und folglich nimmt der letzte Abschnitt 34b, 36b jedes Durchgangs 34, 36 bis zu der Mischzone 32 eine gerade Form an.
Fig. 4 zeigt eine dritte Variante der Ausführung des Konditionierers, in der lediglich die Bezugszeichen der Durchgänge verändert wurden und bei der jeder Durchgang einen konvergenten Abschnitt hat, der nicht direkt mit der Kammer 20 verbunden ist. In dieser Figur weist jeder Durchgang 40, 42 einen ersten geraden Abschnitt 40a, 42a auf, der senkrecht zu der Längssymmetrieebene P ist und sich von der Kammer 20 bis zu dem ersten Bogen 17, 19 erstreckt. Ein zweiter konvergenter Abschnitt 40b, 42b beginnt am Eingang des Bogens 17, 19 und endet an dessen Ausgang. Der dritte und letzte Abschnitt 40c, 42c jedes Durchgangs 40, 42 bewahrt die gleiche allgemeine Form wie der bereits in Verbindung mit der Fig. 1 beschriebene zweite Abschnitt 28b, 30b.
Nichtsdestotrotz müssen bei dieser Variante die Abmessungen der Durchgangsquerschnitte jedes Durchgangs kleiner sein als die des in der Fig. 1 gezeigten Strömungskonditionierers, damit der Konditionierer seine Wirksamkeit behält. Daher ist der durch diese Ausführungsvariante verursachte Druckverlust etwas höher als bei dem in der Fig. 1 dargestellten Strömungskonditionierer.
Gemäß einer weiteren Variante der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, die aber in den Figuren nicht dargestellt ist, hat jeder Durchgang einen Durchgangsquerschnitt, der auf seiner gesamten Länge kontinuierlich abnimmt.
Mit einer solchen Anordnung ist die Konvergenz des Durchgangs an seinem Eingang, d. h. unmittelbar stromabwärts der Kammer 20, weniger ausgeprägt als die des Konditionierers der Fig. 1.
Gemäß einer weiteren in den Figuren nicht dargestellten Variante hat der erste Bogen 17, 19 keine konvergente Form, und die Konvergenzzone kann entweder zwischen der Kammer 20 und dem ersten Bogen, zwischen dem ersten Bogen und dem Ausgang des Konditionierers oder gleichzeitig an diesen beiden Orten angeordnet werden.
Damit die Fluidströmung von dem Eingang des Konditionierers bis zu der Prallfläche eine Längsrichtung hat und in der Kammer 20 nicht oszilliert, muß der Abstand zwischen dem Eingang 12 des Konditionierers 10 und der Prallfläche 22a sowie die Abmessung des Durchgangsquerschnitts jedes Durchgangs 28, 30 in Bezug auf die Abmessung des Eingangs geeignet gewählt werden.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß dann, wenn der zuvor definierte Abstand kleiner als das Vierfache des Durchmessers des Eingangs gewählt wird und wenn der kleinste Durchgangsquerschnitt jedes Durchgangs kleiner als die Hälfte des Querschnitts des Eingangs gewählt wird, der Konditionierer besonders wirksam ist.
Es muß jedoch bemerkt werden, daß es möglich ist, einen Strömungskonditionierer zu verwirklichen, wenn ein größerer Abstand als der zuvor bezeichnete gewählt wird, unter der Bedingung, daß der minimale Durchgangsquerschnitt jedes Durchgangs strikt kleiner als die Hälfte des Eingangsquerschnitts gewählt wird.
Umgekehrt muß dann, wenn man einen minimalen Durchgangsquerschnitt jedes Durchgangs größer als die Hälfte des Querschnitts des Eingangs verwendet, ein Abstand zwischen dem Eingang und der Prallfläche gewählt werden, der kleiner ist als das Vierfache des Durchmessers des Eingangs 12.
Beispielsweise ist der Abstand zwischen dem Eingang 12 des Konditionierers und der Prallfläche 22a gleich dem 0,65-fachen des Durchmessers des Eingangs, und der kleinste Durchgangsquerschnitt jedes Durchgangs ist gleich dem 0,3-fachen des Querschnitts des Eingangs.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist die Querabmessung der Prallfläche 22a gleich dem Durchmesser des Eingangs 12 des Strömungskonditionierers, aber diese Abmessung kann auch größer sein als dieser Durchmesser, ohne daß dies der Wirksamkeit des Konditionierers schadet.
Die Querabmessung des Konditionierers wie er in Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben ist, liegt zwischen dem 1,5- und dem 5-fachen des Durchmessers des Durchgangs des Eingangs 12 und beträgt beispielsweise das 3,65-fache dieses Durchmessers. Die Abmessung zwischen dem Eingang 12 und dem Ausgang 14 des Konditionierers, auch Längsabmessung genannt, liegt zwischen dem 1- und dem 5-fachen des Durchmessers des Durchgangs des Eingangs 12 und beträgt beispielsweise das 1,75-fache dieses Durchmessers.
Die Abmessungen des Konditionierers gemäß der Erfindung verleihen somit diesem einen geringeren Raumbedarf, wodurch dieser leicht zwischen zwei Verbindungen einer Fluidkanalisierung angeordnet werden kann.
Die Funktion des Strömungskonditionierers gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2b beschrieben.
Die Fluidströmung dringt in einer Längsrichtung in die Kammer 20 ein und wird dort einer plötzlichen Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts unterworfen, wodurch ein symmetrischer Rezirkulationsvorgang, bezeichnet mit A, B, zu beiden Seiten des Eingangs 12 in jedem der konvergenten Abschnitte 28a, 30a der Durchgänge 28, 30 entsteht.
Die Fluidströmung prallt anschließend senkrecht zu der Prallfläche auf die Prallfläche 22a auf und teilt sich auf der Prallfläche, wodurch die Längsrichtung der mittleren Geschwindigkeit der Strömung in Querkomponenten transformiert wird. Aufgrund des Prinzips der Impulserhaltung wird sich die so geteilte Strömung in alle Querrichtungen, die ihr zur Verfügung gestellt werden, neu verteilen und dabei jede am Eingang des Konditionierers vorhandene Strömungsstruktur aufbrechen.
Aufgrund der Konfiguration und der Abmessungen des Strömungskonditionierers wird eine stationäre Verteilung der geteilten Strömung erzeugt, die jede Schwingung der Strömung in der Kammer 20 vermeidet.
Die zwei Teile der Strömung nehmen jeweils in im wesentlichen symmetrischer Weise einen der konvergenten Abschnitte 28a, 30a der jeweiligen Durchgänge 28, 30 und gelangen in Kontakt mit der entsprechenden Rezirkulation A, B der Strömung. Die konvergenten Abschnitte bewirken einerseits eine Stabilisierung der Rezirkulation der Strömung und andererseits eine Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsfeldes der Fluidströmung.
Gute Resultate können indessen auch ohne den Rezirkulationsvorgang erreicht werden, der sich nur ausbildet, wenn der Querschnitt des Eingangs entlang der Richtung der Strömung einen starken Zuwachs (Winkel größer als 7º) aufweist.
Jeder Teil der Strömung gelangt in einen ersten Bogen 17 oder 19 und wird anschließend durch den Abschnitt 28b oder 30b mit konstantem Durchgangsquerschnitt des entsprechenden Durchgangs 28 oder 30 zu der Mischzone 32 hin kanalisiert.
Die Mischzone 32 weist ausreichend kleine Abmessungen auf, um die Strömung zu beschleunigen und so ihre Homogenität am Ausgang 14 des Strömungskonditionierers 10 zu verbessern.
Folglich sind die Eigenschaften der Strömung am Ausgang 14 des Konditionierers 10 unabhängig von den Eigenschaften der Strömung am Eingang 12.
Der Konditionierer gemäß der Erfindung kann auch die Form der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Variante annehmen, in denen lediglich die veränderten Elemente in Bezug auf die Fig. 1 und 2 neue Bezugszeichen haben. In den Fig. 5 und 6 sind der Eingang 11 und der Ausgang 14 in der Längssymmetrieebene P um 90º versetzt.
Gemäß dieser Variante, die wenig von der in Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform abweicht, definiert der Eingang 11 des Strömungskonditionierers eine Längsrichtung für die in die Kammer 20 der Einfassung 16 mündende Strömung, die parallel zu der durch die Stirnfläche 22a des Hindernisses 18 definierten Richtung ist.
Bei dieser Anordnung prallt die in die Kammer 20 eindringende Fluidströmung auf eine Prallfläche 50, die gegenüber dem Eingang 11, senkrecht zu der Stirnfläche 22a des Hindernisses 18, angeordnet ist und die die Kammer teilweise begrenzt. Die Funktion dieser Variante ist identisch zu der vorstehend beschriebenen.
In den Fig. 5 und 6 hat der Eingang 11 eine axialsymmetrische Form und ist beispielsweise kreisförmig, wohingegen der Ausgang 14 ein Schlitz ist, der der Strömung einen zweidimensionalen Charakter zuweist.
Die erste Ausführungsform (Fig. 1 und 2) des Strömungskonditionierers gemäß der Erfindung kann ebenfalls stromaufwärts einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Volumenmenge eines Fluids mit einem Ultraschall-Meßblock verwendet werden.
Ein solcher Meßblock weist beispielsweise einen Meßkanal mit parallelepipedischer Form und einen Querschnitt auf, der beispielsweise rechteckig ist, wobei der schlitzförmige Ausgang des Konditionierers dem Eingang dieses Kanals entspricht.
Zwei Ultraschall-Meßwandler sind auf einer der Wandungen des Meßkanals oder auf zwei gegenüberliegenden Wandungen dieses Kanals in einer Weise angebracht, daß sie zwischen sich und wenigstens auf einem Teil des Meßkanals eine Ultraschall- Meßstrecke definieren.
Die internationale Patentanmeldung Nr. WO9109282 beschreibt den Typ von Vorrichtung mit Ultraschall-Meßblock.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Strömungskonditionierers gemäß der Erfindung, die in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, fluchten der Eingang 112 und der Ausgang 114 des Strömungskonditionierers 110 in der Längsrichtung der Strömung, die durch die Richtung, die der Eingang der Strömung zuweist, definiert ist.
Der Eingang 112 und der Ausgang 114 haben eine axialsymmetrische Form, die beispielsweise kreisförmig ist.
In analoger Weise zu der Beschreibung der Fig. 1 und 2 weist der Strömungskonditionierer 110 eine Einfassung 116 auf, die den Eingang 112 und den Ausgang 114 verbindet, sowie ein Hindernis 118, das in der Mitte der Einfassung angeordnet und das mit einer Stirnfläche 122a versehen ist, die wenigstens teilweise die Prallfläche des Konditionierers bildet.
Eine mit dem Eingang 112 des Konditionierers verbundene Kammer 120 ist in der Einfassung 116 vorgesehen, um die Fluidströmung, die entlang der Längsrichtung einmündet, zu empfangen.
Das Hindernis 118 besteht aus einem zentralen Körper 122, der die Stirnfläche 122a aufweist, die senkrecht zu der Längssymmetrieebene P und gegenüber dem Eingang 112 in einer Querebene P1 angeordnet ist.
Die Kammer 120 ist zwischen dem Eingang 112 und der Stirnfläche 122a des Hindernisses 118 definiert.
Bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform ist die Stirnfläche 122a des Hindernisses 118 senkrecht zu der durch den Eingang 112 definierten Längsrichtung der Strömung. Gemäß dieser zweiten Ausführungsform weist der Strömungskonditionierer eine Rotationssymmetrie um die Längsrichtung der Fluidströmung auf.
Die Einfassung 116 und das Hindernis 118 weisen eine innere Fläche 116a bzw. eine äußere Fläche 123 auf, die zwischen sich einen einzigen Durchgang bilden, der das Hindernis umgibt.
Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, sind zwei Elemente 127, 129 zwischen der inneren Fläche 116a der Einfassung 116 und der äußeren Fläche 123 des Hindernisses 118 in einer Weise befestigt, daß der einzige Durchgang auf einem Teil seiner Länge in zwei Durchgänge 128, 130 mit gleichen Abmessungen geteilt wird, deren Länge die der Elemente ist.
Diese Elemente 127, 129 haben beispielsweise die Form von ebenen Platten, die so dünn wie möglich sind, um die Strömung nicht zu stören, und deren größte Fläche parallel zu der Strömung angeordnet ist.
Es ist möglich, den Platten 127, 129 die Länge sowie die Anordnung zwischen den zwei Flächen 116a und 123 zu geben, die man wünscht, sie sollten jedoch nicht unmittelbar stromabwärts der Kammer 120 angeordnet werden.
Tatsächlich muß sich die auf der Prallfläche 122a geteilte Strömung in im wesentlichen identischer Weise in einem Abschnitt des stromaufwärts liegenden gemeinsamen Durchgangs 125 in alle Querrichtungen, die ihr offenstehen, und auf einer ausreichenden Länge verteilen, bevor sie kanalisiert wird, um die Fortpflanzung von Wirbelstrukturen zu stromabwärts des Konditionierers liegenden Abschnitten zu vermeiden.
Es ist auch vorstellbar, mehr als zwei Elemente zwischen der inneren Fläche 116a der Einfassung 116 und der äußeren Fläche 123 des Hindernisses 118 in einer Weise anzuordnen, daß mehr als zwei Durchgänge mit denselben Abmessungen gebildet werden.
Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, ist auch das Hindernis 118 aus einem peripherischen Abschnitt 131 gebildet, der beispielsweise die Form eines Kragens hat, der den zentralen Körper umgibt.
Vorteilhafterweise definiert der Kragen 131 mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung 116 einen ersten Bogen 117 für die geteilte Strömung, sowie einen konvergenten Abschnitt, der direkt mit der Kammer 120 verbunden ist und den Bogen einschließt.
Die plattenförmigen Elemente 127 und 129 sind beispielsweise in dem ersten Bogen 117, stromabwärts des gemeinsamen Durchgangsabschnitts 125 angeordnet.
Der zentrale Körper 122 des Hindernisses 118 weist einen hinteren Abschnitt 122b auf, der mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung 116 einen zweiten Bogen 133 für die geteilte Strömung definiert.
Der hintere Abschnitt 122b des Hindernisses 118 hat beispielsweise eine konische Form, dessen Spitze gegenüber dem Ausgang 114 des Konditionierers 110 angeordnet ist.
Außer der Tatsache, daß die Durchgänge für die geteilte Strömung nach der Teilung der Strömung in Längsrichtung nicht unmittelbar stromabwärts der Kammer 120 definiert sind, sondern nach einer gewissen Länge, auf der die geteilte Strömung einen gemeinsamen Durchgangsabschnitt 125 nimmt, ist das Verfahren zur Konditionierung des Fluids gemäß der Erfindung nicht gegenüber dem zuvor Beschriebenen verändert.
Nachdem die geteilte Strömung in dem stromaufwärts liegenden gemeinsamen Durchgangsabschnitt 125 und in den durch die plattenförmigen Elemente 127, 129 definierten Durchgängen 128, 130 kanalisiert wurde, gelangt die geteilte Strömung in einen stromabwärts liegenden gemeinsamen Durchgangsabschnitt 132, der die Rolle der Mischzone übernimmt und dessen Durchgangsquerschnitt beispielsweise bis zu dem Ausgang 114 hin stetig abnimmt.
Es sollte bemerkt werden, daß die Länge der plattenförmigen Elemente 127, 129 länger sein kann als die in der Fig. 7 gezeigte, und folglich kann man den gemeinsamen Durchgangsabschnitt 132 auf eine Zone mit kleinen Abmessungen reduzieren, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben und durch die Bezugsziffer 32 dargestellt wurde.
Diese rotationssymmetrische Anordnung ist insbesondere für Vorrichtungen zur Bestimmung einer Volumenmenge eines Fluids mit einem Ultraschall-Meßblock geeignet, der in Form eines Kanals verwirklicht ist, dessen Querschnitt axialsymmetrisch ist.
Der Meßkanal ist mit zwei Ultraschall-Meßwandlern versehen, die einander zugewandt an zwei gegenüberliegenden Enden des Kanals angeordnet sind, wobei einer der Meßwandler beispielsweise in dem hinteren Teil des Hindernisses 118 des Konditionierers angeordnet sein kann, um die Strömung nicht zu stören, wenn diese einmal konditioniert ist.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die Verteilung des Geschwindigkeitsfelds der Strömung in dem Strömungskonditionierer, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, und vermitteln so die Wirksamkeit des Strömungskonditionierers.
In der Fig. 9 ist die von dem Eingang 12 kommende Fluidströmung in Bezug auf die Längssymmetrieebene P vollkommen symmetrisch und der Strömungskonditionierer erzeugt an seinem Ausgang 14 erneut eine sehr homogene Strömung.
Was die in der Fig. 10 dargestellte Fluidströmung am Eingang 12 des Strömungskonditionierers angeht, ist diese schwer gestört, da der Teil des Kanals, der stromaufwärts des Eingangs liegt, auf einer Hälfte versperrt wurde, um einen der von der Norm OIML (Organisation Internationale de Métrologie Légale) R32 vorgesehenen Tests zu reproduzieren.
Trotz dieser Störung, die eine starke Heterogenität in der Geschwindigkeitsverteilung der Strömung am Eingang 12 des Strömungskonditionierers verursacht, ist die Strömung in jedem Durchgang 28, 30 in im wesentlichen symmetrischer Weise verteilt, und die zwei Teile der Strömung werden im Verlauf ihres Fortschreitens in ihrem jeweiligen Durchgang sehr schnell in Bezug aufeinander symmetrischer.
Nach der Mischungszone 32 weist die wiederhergestellte Strömung eine Geschwindigkeitsverteilung auf, die homogen ist und die im wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweist, wie die Strömung am Ausgang des Konditionierers in der Fig. 9.
Folglich erzeugt der Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung an seinem Ausgang Merkmale der Strömung, die unabhängig sind von den Merkmalen der Strömung am Eingang des Konditionierers.
Die Fig. 11 und 12 sind zwei Schaubilder, die jeweils zwei Kalibrierungskurven (diese Kurven zeigen den bei der Messung des Luftdurchflusses gemachten Fehler als Funktion des Durchflusses) eines Gaszählers zeigen, der einen Fluidoszillator aufweist, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, entsprechend den zwei verschiedenen Strömungsprofilen, die in den Fig. 9 und 10 am Eingang des Konditionierers angedeutet sind.
Die durch Rauten (0) markierte Kurve wurde mit einem Strömungsprofil erhalten, wie es in der Fig. 9 am Eingang des Strömungskonditionierers dargestellt ist. Die durch Kreuze (+) markierte Kurve wurde mit einem Strömungsprofil erhalten, wie es in der Fig. 10 am Eingang des Strömungskonditionierers dargestellt ist.
Fig. 11 stellt die beiden Kalibrierungskurven dar, die ohne Strömungskonditionierer erhalten wurden, wohingegen Fig. 12 die Kurven darstellt, die mit dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Strömungskonditionierer erhalten wurden.
Der Vergleich der beiden Schaubilder erlaubt es einerseits, den Einfluß des Geschwindigkeitsprofils der Strömung am Eingang des Fluidoszillators auf die mit dem Fluidoszillator bewirkte Messung festzustellen, wenn der Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung stromaufwärts nicht vorhanden ist, und andererseits, daß das Vorhandensein dieses Strömungskonditionierers stromaufwärts des Fluidoszillators diesen gegenüber Strömungen unempfindlich macht, die durch die Strömung stromaufwärts des Konditionierers herangetragen werden.

Claims

1. Verfahren zur Konditionierung einer Fluidströmung von einer ersten Zone mit einem Eingang (12, 112) zu einer zweiten Zone, die stromabwärts der ersten Zone angeordnet ist, wobei das Verfahren umfaßt:

- die von der ersten Zone ausgehende Strömung wird in einer Längsrichtung geleitet,

- die Strömung wird einer Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts unterworfen,

- die Strömung wird auf einer Prallfläche (22a, 122a) im wesentlichen quer zu der Längsrichtung der Strömung geteilt,

- die geteilte Strömung wird in bezug auf die Längsrichtung der Strömung auf einer bestimmten Länge, von dem Ort der Teilung bis zu der zweiten Zone, symmetrisch kanalisiert, ohne sie zu verlangsamen,

- die geteilte Strömung wird auf wenigstens einem Teil der bestimmten Länge beschleunigt,

- die Strömung wird, um in der zweiten Zone eine konditionierte Fluidströmung zu erhalten, gemischt, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (22a, 122a) eine Querabmessung hat, die wenigstens gleich der Abmessung des Eingangs (12, 112) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Strömung unmittelbar stromabwärts der Teilungszone beschleunigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Strömung einer plötzlichen Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts unterworfen wird, so daß an der Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts ein Rezirkulationsvorgang (A, B) der Fluidströmung erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Kanalisierungsschritt insbesondere darin besteht, die geteilte Strömung durch einen Bogen (17, 19; 117) strömen zu lassen, der stromabwärts der Teilungszone angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Strömung während des Mischungsschritts beschleunigt wird.

6. Fluidströmungskonditionierer (10, 110) mit einem Eingang (12, 112) und einem Ausgang (14, 114) für die Fluidströmung, wobei der Konditionierer in bezug auf eine Längssymmetrieebene (P) , in der der Eingang und der Ausgang liegen, symmetrisch ist, und der folgendes aufweist:

- eine Kammer (20, 120), die mit dem Eingang verbunden ist und die teilweise durch eine Prallfläche (22a, 122a) begrenzt ist, deren Richtung im wesentlichen in einer Querebene liegt und auf der sich die Strömung teilt, wobei die Prallfläche gegenüber dem Eingang angeordnet ist,

- Mittel zur Kanalisierung der geteilten Strömung bis zu dem Ausgang (14, 114) des Konditionierers, die wenigstens zwei Durchgänge (28, 30; 34, 36; 40, 42; 125, 128, 130) für den Zulauf der geteilten Strömung bis zu einer Mischzone (32, 132) der geteilten Strömung aufweisen, die unmittelbar stromaufwärts des Ausgangs angeordnet ist, wobei die Mittel zur Kanalisierung wenigstens einen konvergenten Abschnitt (28a, 30a; 34a, 36a; 40b, 42b; 125, 128, 130) aufweisen und die Strömung nicht verlangsamen,

worin der Abstand zwischen dem Eingang (12, 112) des Konditionierers und der Prallfläche (22a, 122a) sowie die Abmessung des Querschnitts, der der Strömung in den Mitteln zur Kanalisierung zur Verfügung steht, in bezug auf die Abmessung des Eingangs des Konditionierers in einer Weise gewählt sind, daß die Fluidströmung bis zu der Prallfläche eine Längsrichtung hat und in der Kammer (20, 120) nicht oszilliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (22a, 122a) eine Querabmessung hat, die wenigstens gleich der Abmessung des Eingangs (12, 112) ist.

7. Konditionierer nach Anspruch 6, bei dem der Abstand zwischen dem Eingang (12, 112) des Konditionierers und der Prallfläche (22a, 122a) kleiner ist als das Vierfache des Durchmessers des Eingangs, und bei dem der minimale Durchgangsquerschnitt der Mittel zur Kanalisierung (28, 30; 34, 36; 40, 42; 125, 128, 130) kleiner ist als der Querschnitt des Eingangs.

8. Konditionierer nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der minimale Durchgangsquerschnitt der Mittel zur Kanalisierung (28, 30; 34, 36; 40, 42; 125, 128, 130) wenigstens gleich dem Doppelten des Durchgangsquerschnitts des Ausgangs des Konditionierers ist.

9. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dessen Abmessung zwischen dem Eingang (12, 112) und dem Ausgang (14, 114) des Konditionierers zwischen dem Einfachen und dem Fünffachen des Durchmessers des Durchgangs des Eingangs des Konditionierers liegt.

10. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dessen transversale Abmessung zwischen dem 1,5-fachen und dem Fünffachen des Durchmessers des Durchgangs des Eingangs des Konditionierers liegt.

11. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der konvergente Abschnitt (28a, 30a; 34a, 36a; 125) direkt mit der Kammer (20, 120) verbunden ist.

12. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Mittel zur Kanalisierung (40, 42) einen konvergenten Abschnitt (40b, 42b) aufweisen, der nicht direkt mit der Kammer (20) verbunden ist.

13. Konditionierer nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Mittel zur Kanalisierung (28, 30; 34, 36; 40, 42) einen Abschnitt (28b, 30b; 34b, 36b; 40c, 42c) mit konstantem Durchgangsquerschnitt aufweisen, der stromabwärts des konvergenten Abschnitts angeordnet ist.

14. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem die Mittel zur Kanalisierung (28, 30; 34, 36; 40, 42; 128, 130) der geteilten Strömung wenigstens einen Bogen (17, 19; 117) aufweisen.

15. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei dem die Kammer (20, 120) der von dem Eingang (12, 112) ausgehenden Fluidströmung eine plötzliche Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts zur Verfügung stellt.

16. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 15, mit einer Einfassung (16, 116), die den Eingang (12, 112) und den Ausgang (14, 114) des Konditionierers verbindet, und einem Hindernis (18, 118), das in der Mitte der Einfassung angeordnet ist.

17. Konditionierer nach Anspruch 16, bei dem das Hindernis (18, 118) mit einer Stirnfläche (22a, 122a) versehen ist, die wenigstens teilweise die Prallfläche des Konditionierers bildet.

18. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 17, bei dem der Eingang (12, 112) und der Ausgang (14, 114) des Konditionierers fluchten.

19. Konditionierer nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Einfassung (16) und das Hindernis (18) jeweils eine innere Fläche (16a) und eine äußere Fläche (23) haben, die zwischen sich die zwei seitlichen Durchgänge (28, 30; 34, 36; 40, 42) bilden, die das Hindernis umgeben.

20. Konditionierer nach Anspruch 19, bei dem das Hindernis (18) aus einem zentralen Körper (22) und zwei seitlichen Abschnitten (24, 26) gebildet ist, die sich in bezug auf die Längssymme trieebene P ausgehend von dem zentralen Körper in der Hauptsache in einer Querrichtung erstrecken.

21. Konditionierer nach Anspruch 20, bei dem jeder seitliche Abschnitt (24, 26) mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung (16) einen ersten Bogen (17, 19) für den jeweiligen Teil der Strömung sowie einen konvergenten Abschnitt (28a, 30a) definiert, der direkt mit der Kammer (20) verbunden ist und den Bogen einschließt.

22. Konditionierer nach Anspruch 20 oder 21, bei dem jeder seitliche Abschnitt (24, 26) keulenförmig ist.

23. Konditionierer nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem jeder seitliche Abschnitt (24, 26) ausgehend von dem zentralen Körper (22) eine konisch erweiterte Form aufweist, die durch ein Ende mit konvexer äußerer Fläche abgeschlossen ist.

24. Konditionierer nach Anspruch 23, bei dem die äußere konvexe Fläche eine kreisförmige Kontur mit einem Radius R1 hat, der zwischen dem 0,1- und dem 3,5-fachen des Durchmessers des Eingangs 12 des Konditionierers liegt.

25. Konditionierer nach Anspruch 23 oder 24, bei dem der Teil der Einfassung (16), der der konvexen äußeren Fläche jedes seitlichen Abschnitts (24, 26) gegenüberliegt, eine konkave innere Fläche aufweist.

26. Konditionierer nach Anspruch 25, bei dem die innere konkave Fläche eine kreisförmige Kontur mit einem Radius R2 hat, der zwischen dem 0,3- und dem 4-fachen des Durchmessers des Eingangs (12) des Konditionierers liegt.

27. Konditionierer nach den Ansprüchen 24 und 26, bei dem die jeweiligen Kreise mit den Radien R1 beziehungsweise R2 jeweils einen Mittelpunkt O1 beziehungsweise 02 haben, wobei die Mittelpunkte O1 und 02 auf einer zu der Längssymmetrieebene (P) parallelen und zu der Stirnfläche (22a) des Hindernisses (18) senkrechten Gerade liegen und um einen Abstand voneinander entfernt sind, der kleiner ist als der Durchmesser des Eingangs (12) des Konditionierers.

28. Konditionierer nach einem der Ansprüche 21 bis 27, bei dem der zentrale Körper (22) einen hinteren Abschnitt (22b) aufweist, der mit dem gegenüberliegenden Teil der Einfassung (16) einen zweiten Bogen (25, 27) für den entsprechenden Teil der Strömung definiert.

29. Konditionierer nach Anspruch 28, bei dem der hintere Abschnitt (22b) V-förmig ist.

30. Konditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 18, der um die Längsrichtung der Fluidströmung rotationssymmetrisch ist und bei dem die Einfassung (116) und das Hindernis (118) jeweils eine innere Fläche (116a) beziehungsweise eine äußere Fläche (123) aufweisen, die zwischen sich einen einzigen, das Hindernis umgebenden Durchgang bilden, wobei wenigstens zwei Elemente (127, 129) zwischen den Flächen in einem bestimmten Abstand vom Eingang (112) angeordnet sind, um einen Teil des Durchgangs in zwei Durchgänge (128, 130) mit gleichen Abmessungen zu trennen.

31. Vorrichtung zum Bestimmen einer Volumenmenge eines strömenden Fluids, mit einem Meßblock und einem Strömungskonditionierer nach einem der Ansprüche 6 bis 30, der bezüglich des Strömungssinns des Fluids stromaufwärts des Meßblocks angeordnet ist, wobei der Meßblock mit dem Strömungskonditionierer fluchtet.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der der Meßblock ein Fluid-Oszillator ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßblock wenigstens einen Meßkanal mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt und wenigstens zwei Ultraschall-Meßwandler aufweist, die zwischen sich und wenigstens auf einem Teil des Meßkanals eine Ultraschall-Meßstrecke definieren.