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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Messen der Durchflussmenge einer in eine Richtung
durch ein Rohr fließenden
Gasströmung, wie
sie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der
Niederländischen
Patentanmeldung NL-A-94O0445
bekannt. Die Turbinenrad-Gasmesseinrichtung dieser bekannten Vorrichtung
besteht aus einem kreisförmigen,
symmetrischen Element, das in dem Rohr mittels Speichen befestigt
ist. Die Gasströmung
wird entlang des anströmseitigen,
stumpfen, abgerundeten Nasenteils des Turbinenradgasmeters zu einem ringförmigen Spalt
zwischen dem zentralen Element und der Innenwand des Strömungsrohrs
geführt.
Ein Schaufelrad ist in dem Turbinenradgasmeter in einer solchen
Art und Weise befestigt, dass die Schaufeln in dem ringförmigen Spalt
angeordnet sind. Das Schaufelrad wird durch das Gas, das durch den
ringförmigen
Spalt strömt,
angetrieben. Die Strömungsführung ist
unter einem Abstand anströmseitig
des Nasenteils platziert, wobei diese Strömungsführung in dem Fall dieser bekannten
Vorrichtung aus einer Platte besteht, in der ein kreisförmiges,
symmetrisches Lochmuster erstellt worden ist. Die Strömungsführung beseitigt
die Verwirbelungen in der Gasströmung.
Diese Wirbel treten dann auf, wenn Hindernisse in dem Gasrohr, zum
Beispiel an Biegungen, Übergängen zu
anderen Rohrdurchmessern oder Anschlussstücken, vorhanden sind. Nach
Passieren der Strömungsführung wird
die Gasströmung durch
einen radialen Impulsaustausch in dem Raum zwischen der Strömungsführung und
dem Nasenteil homogenisiert, so dass ein homogenes oder gleichförmiges Strömungsprofil
in dem ringförmigen
Spalt zwischen der Rohrwand und dem Turbinenradgasmeter erzeugt
wird. Dieses homogene Strömungsprofil
ist notwendig, um zu ermöglichen,
dass akkurate Messungen mittels des Turbinenradgasmeters durchgeführt werden.
Für diesen
Zweck muss der Nasenteil von einer abgerundeten, leicht abgestumpften
Form sein, die nicht stromlinienförmig ist, so dass ein ausreichender
Impulsaustausch mit der Gasströmung
auftritt.
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Allerdings ist der Druckverlust in
dem Fall dieser bekannten Vorrichtung relativ groß. Dies
ist ein Nachteil insbesondere in Fällen, in denen nicht viel Druck
verfügbar
ist, wie in dem Fall von Niederdrucksystemen. Dieser Druckverlust
ist auch nachteilig, wenn das Gas wieder komprimiert wird, nachdem
es durch das Turbinenradgasmeter hindurchgeführt ist. Die Kompressionskosten
sind höher
aufgrund des Druckverlusts, der aufgetreten ist.
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Andere bekannte Strömungsführungen
wurden in erster Linie für
die Verwendung in dem Gehäuse
von Öffnungsmesseinrichtungen
anstelle von Turbinenradgasmetern ausgelegt. Hierzu muss die Strömungsführung nicht
nur Wirbel beseitigen, sondern muss der Strömung auch ein Profil innerhalb
bestimmter Grenzen eines Fehlers entsprechend zu einem vollständig entwickelten
Strömungsprofil
geben, wie beispielsweise dasjenige, das an dem Ende einer sehr
langen Rohrleitung auftreten würde.
Das Strömungsprofil,
das für
einen Blendenströmungsmesser benötigt wird,
muss von einer sehr spezifischen Form sein. Die Strömungsführungen,
die hierzu benötigt werden,
erzeugen einen relativ hohen Druckverlust.
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Die Aufgabe der Erfindung ist eine
Vorrichtung, die eine Strömungsführung für einen
Turbinenradgasmeter aufweist, wobei diese Strömungsführung Wirbel in der Gasströmung mit
dem geringsten, möglichen
Druckverlust eliminieren kann, wobei die Strömung in einer solchen Art und
Weise gerichtet wird, dass die Strömung ein im Wesentlichen kreisförmiges,
symmetrisches Profil besitzt.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird
dadurch gelöst,
dass die Strömungsführung bzw.
der Strömungsgleichrichter
zumindest eine Trennwand, die hauptsächlich konzentrisch mit der
Innenwand des Rohrs ist, umfasst, wobei eine Anzahl von gleich verteilten,
radialen Trennwänden
an beiden Seiten der konzentrischen Trennwand vorgesehen sind, wobei die
Nettodurchflussöffnung
des Strömungsgleichrichters
80% oder mehr beträgt.
Dies bedeutet, dass die offene Oberfläche, durch die das Gas strömen kann, bei
einem Maximum ist, so dass der Druckverlust minimal ist. Während in
den bekannten Strömungsgleichrichtern,
die aus einer Platte mit kreisförmigen Löchern bestehen,
die gesamte Durchflussöffnung ungefähr 50 bis
60% des Oberflächenbereichs
des Querschnitts des Rohrs beträgt,
beträgt
die Nettodurchflussöffnung
in dem Fall eines Strömungsgleichrichters
gemäß der Erfindung
80 bis 90% des Querschnittsflächenbereichs
des Rohrs, oder sogar mehr. Es ist herausgefunden worden, dass bei
niedrigen Drücken
die Wirbel in der Gasströmung
zufriedenstellend beseitigt werden. Nach Hindurchführen durch
den Strömungsgleichrichter
wird die Gasströmung
durch einen radialen Impulsaustausch in dem Raum zwischen dem Nasenteil
und dem Strömungsgleichrichter
in einer solchen Art und Weise gerichtet, dass das Strömungsprofil
homogen in dem ringförmigen
Spalt zwischen dem Turbinenradgasmeter und der Innenwand des Rohrs
ist.
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Das US-Patent US-A-4,308,755 offenbart
einen Strömungsgleichrichter,
der anströmseitig
eines Turbinenradgasmeters platziert ist, und aus einer Anzahl von
radialen Trennwänden
besteht, die die Mitte abdecken. Dieser Strömungsgleichrichter ist dazu vorgesehen,
eine Flüssigkeitsströmung zu
richten und ist nicht zum Beseitigen von Wirbeln aus einer Gasströmung geeignet.
Der Turbinenradmeter wird unter einem kurzen Abstand hinter diesem
bekannten Strömungsgleichrichter
platziert, und ist nicht mit einem stumpfen Nasenteil versehen.
Aufgrund des Nichtvorhandenseins des Nasenteils und des kurzen Abstands
zwischen dem Strömungsgleichrichter
und dem Turbinenradmeter tritt kein radialer Impulsaustausch, der
auch die Strömung
homogen gestaltet, auf. Dieser bekannte Strömungsgleichrichter ist auch nicht
mit einer konzentrischen Trennwand versehen. Die Durchflussöffnung ist
demzufolge in kuchenkeilförmige Öffnungen
unterteilt. Diese Öffnungen
können
nicht die Wirbel in dem Gasfluss ausreichend beseitigen, und daneben
erzeugen sie zusätzliche
Wirbel. Falls dieser bekannte Strömungsgleichrichter für die Beseitigung
der Wirbel aus einem Gasstrom verwendet werden würde, müsste der Strömungsgleichrichter
sehr lang gemacht werden, was zu einer unpraktischen Länge und
einem großen
Druckverlust führen
würde.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Strömungsgleichrichter
eine äußerste,
konzentrische Wand mit hauptsächlich
demselben Umfang wie die Innenwand des Rohrs auf. Dies bedeutet, dass
sich der Strömungsgleichrichter
gut mit der Innenwand des Rohrs verbindet und einfach in dem Rohr
befestigt werden kann. Der Strömungsgleichrichter
muss in einer gut passenden Art und Weise in dem Rohr platziert
werden, so dass keine ersichtliche Strömung, die an dem Strömungsgleichrichter
im Bypass vorbeiführt,
auftreten kann. Um die Positionierung und Befestigung des Strömungsgleichrichters
in dem Rohr noch einfacher zu gestalten, ist die äußerste,
konzentrische Wand vorzugsweise in der axialen Richtung länger als
die Trennwände
des Strömungsgleichrichters.
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Der Strömungsgleichrichter weist vorzugsweise
einen hauptsächlich
kreisförmigen
Mittelteil auf, dessen Durchmesser ungefähr ein Viertel des Umfangs
des Strömungsgleichrichters
ist, wobei der Strömungsgleichrichter
zwei konzentrische Trennwände
besitzt und wobei der Abstand zwischen den konzentrischen Trennwänden ungefähr gleich ist
wie der Abstand zwischen der innersten, konzentrischen Wand und
dem Mittelteil und ebenfalls ungefähr gleich ist zu dem Abstand
zwischen der äußersten, konzentrischen
Trennwand und dem Außenumfang des
Strömungsgleichrichters.
Dies erzeugt eine gleichförmige
Verteilung der radialen und konzentrischen Trennwände, mit
der Folge, dass die Wirbel bereits ausreichend durch die radialen
Trennwände beseitigt
sind, wenn der Strömungsgleichrichter
von einer relativ kurzen Länge
in der axialen Richtung ist. Der Druckverlust verbleibt sehr eingeschränkt durch die
geringe Anzahl der Wände
und die große
Nettodurchflussöffnung.
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Die Zahl von radialen Trennwänden zwischen
dem zentralen Teil und der innersten, konzentrischen Wand ist vorzugsweise
die Hälfte
der Anzahl der radialen Trennwände
zwischen den zwei konzentrischen Trennwänden, wobei die Zahl der radialen Trennwände zwischen
der äußersten
konzentrischen Trennwand und dem Außenumfang des Strömungsgleichrichters
gleich zu der Anzahl von radialen Trennwänden zwischen den zwei konzentrischen Trennwänden ist.
Dies erzeugt eine Verteilung von Durchflussöffnungen, bei der die Größe der Durchflussöffnungen
immer ungefähr
dieselbe ist, so dass als Folge davon die Wirbel in der Gasströmung bereits über eine
kurze Länge
in der axialen Richtung beseitigt werden. Der zentrale Teil kann
eine Durchflussöffnung
aufweisen, kann allerdings auch geschlossen sein, und, zum Beispiel,
als ein Befestigungspunkt für
eine Befestigungseinrichtung dienen.
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Die radialen Trennwände zwischen
den zwei konzentrischen Trennwänden
liegen vorzugsweise immer auf einer Linie mit den radialen Trennwänden zwischen
der äußersten,
konzentrischen Trennwand und dem Außenumfang des Strömungsgleichrichters,
während
die radialen Trennwände
zwischen dem Mittelteil und der innersten, konzentrischen Trennwand
immer auf einer Linie mit einem Paar von radialen Trennwänden zwischen
der innersten, konzentrischen Trennwand und dem Außenumfang
des Strömungsgleichrichters
liegen. Dies führt
dazu, dass der Strömungsgleichrichter
einfach mittels, zum Beispiel, einem Spritzgießen herstellbar ist. Eine Form
kann relativ kostengünstig
für den
Zweck hergestellt werden.
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In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform,
die insbesondere zur Verwendung bei Rohren mit großen Innendurchmessern
geeignet ist, weist der Strömungsgleichrichter
einen hauptsächlich kreisförmigen Mittelteil
mit einem Durchmesser auf, der ungefähr gleich ist zu einem Fünftel des
Durchmessers des Außenumfangs
des Strömungsgleich richters,
wobei der Strömungsgleichrichter
weiterhin drei konzentrische Trennwände umfasst, wobei die Anzahl
radialer Trennwände
zwischen dem Außenumfang
des Strömungsgleichrichters
und der äußersten,
konzentrischen Trennwand dreimal der Anzahl radialer Trennwände zwischen
dem Mittelteil und der innersten, konzentrischen Trennwand ist, und
wobei die Anzahl von radialen Trennwänden zwischen zwei nebeneinander
gelegten, konzentrischen Trennwänden
zweimal der Anzahl radialer Trennwände zwischen dem Mittelteil
und der innersten, konzentrischen Trennwand ist.
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Es wird Bezug auf die Zeichnungen
genommen, in denen:
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1 stellt
im Querschnitt die Vorrichtung gemäß der Erfindung dar;
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2 stellt
in einer vorderen Ansicht den Strömungsgleichrichter gemäß der Erfindung
dar;
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3 stellt
in einer hinteren Ansicht den Strömungsgleichrichter gemäß 2 dar; 4 stellt in einer vorderen Ansicht einen
anderen, möglichen
Strömungsgleichrichter
gemäß der Erfindung dar.
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1 stellt,
in einem Querschnitt, ein Rohr 1 mit einer Biegung 2 dar.
Gas strömt
durch das Rohr. Wenn das Gas durch ein sehr langes Rohr mit einem gleichbleibenden
Durchmesser strömt,
wird ein Strömungsprofil 3,
in dem das Gas schneller in der Mitte als nahe der Wand 4 des
Rohrs 1 strömt,
erhalten. Dieses Strömungsprofil
wird durch Hindernisse in dem Gasrohr, zum Beispiel Biegungen, Verengungen oder
Anschlussstücke,
gestört,
wobei in einem solchen Fall Wirbel in der Gasströmung hervorgerufen werden.
Nach Hindurchführen
durch die Biegung 2 besitzt die Gasströmung ein Strömungsprofil 5.
Ein Turbinenradgasmeter 6 ist in dem Rohr 1 platziert, um
die Strömungsrate
der Gasströmung
zu messen. Der Turbinenradgasmeter 6 besteht aus einem
im Wesentlichen zylindrischen Element 7, das in dem Rohr 1 konzentrisch
mittels radialer Speichen 8, zwischen der Innenwand des
Rohrs 1 und dem zylindrischen Element des Turbinenradgasmeters 6,
einen ringförmigen
Spalt 6 offen belassend, wobei durch diesen Spalt das Gas
strömt,
aufgehängt
ist. Ein drehbares Schaufelrad 10 ist in dem Turbinenradgasmeter 6 aufgenommen,
wobei die Schaufeln 11 dieses Schaufelrads in dem ringförmigen Spalt 9 angeordnet
sind. Das Schaufelrad 10 wird durch das Gas, das durch
den ringförmigen
Spalt bzw. Zwischenraum 9 strömt, in Bewegung versetzt. Die
Strömungsrate
der Gasströmung
durch den ringförmigen Spalt 9 kann
durch Messen der Geschwindigkeit der Drehung des Schaufelrads 10 berechnet
werden. Für diesen
Zweck muss die Strömung
in dem ringför migen
Spalt 9 gleichförmig
sein, und die Gasströmung darf
keine Wirbel haben. Falls das Gas mit einem nicht gleichförmigen Strömungsprofil
durch den ringförmigen
Spalt 9 fließt,
würde,
in diesem Fall, zum Beispiel, mehr Gas an einer Seite als an der
anderen Seite des Schaufelrads 10 fließen, was zu Messfehlern führen würde.
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Um sicherzustellen, dass die Gasströmung mit
einem gleichförmigen
Strömungsprofil
durch den ringförmigen
Spalt fließt,
ist der Turbinenradgasmeter 6 an dem anströmseitigen
Ende mit einem stumpfen, abgerundeten Nasenteil 12 versehen,
wobei ein Strömungsgleichrichter 13 unter
einem Abstand anströmseitig
des Nasenteils 12 angeordnet ist. Der Strömungsgleichrichter 13 beseitigt
Wirbel in der Gasströmung.
Nachdem die Gasströmung
durch den Strömungsgleichrichter 13 hindurchgeführt ist,
ist das Strömungsprofil
davon frei von Wirbeln, allerdings noch nicht gleichförmig. In
dem Raum 14 zwischen dem Strömungsgleichrichter 13 und
dem Nasenteil 12 wird die Gasströmung weiter durch einen radialen Impulsaustausch
homogenisiert. Hierbei ist die Form des Nasenteils 12 stumpf
in der Form und ist nicht stromlinienförmig. Der Strömungsgleichrichter 13 weist
einen geschlossen, kreisförmigen,
zentralen Teil 15 und eine zylindrische Außenwand 16,
die in einer gut passenden Art und Weise in dem Rohr 1 angeordnet
ist, auf. Der Raum zwischen dem zentralen Teil 15 und der
Außenwand 16 ist
durch radiale Trennwände 17 und
konzentrische Trennwände 18 unterteilt.
Die äußerste Wand 16 geht
in der radialen Richtung über
eine bestimmte Länge
in eine Verlängerung 19 über. Diese
zylindrische Verlängerung 19 dient
zum Befestigen des Strömungsgleichrichters 13 an
der Innenwand des Rohrs 1.
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Die 2 und 3 stellen in Folge den Strömungsgleichrichter 13 in
der vorderen und der hinteren Ansicht jeweils dar. Der Strömungsgleichrichter 13 weist
einen geschlossenen zentralen Teil oder Mittelteil 15,
zwei konzentrische Trennwände 18 und eine
zylindrische Außenwand 16 auf.
Der Mittelteil 15 ist im Wesentlichen kreisförmig. Der
Durchmesser des Mittelteils 15 ist ungefähr ein Viertel
des Umfangs des Strömungsgleichrichters 13.
Der Abstand zwischen den konzentrischen Trennwänden 18 ist gleich
zu dem Abstand zwischen der innersten, konzentrischen Wand und dem
Mittelteil 15 und ist auch gleich zu dem Abstand zwischen
der äußersten,
konzentrischen Trennwand 18 und der Außenwand 16. Zehn gleichförmig verteilte,
radiale Trennwände 17 sind
zwischen dem zentralen Teil 15 und der innersten, konzentrischen
Trennwand 18 angeordnet. Zwischen den konzentrischen Trennwänden 18 sind zwanzig
gleichförmig
verteilte, radiale Trenn wände 17,
und auch zwischen der äußersten,
konzentrischen Trennwand und der Außenwand 16, vorhanden.
Die radialen Trennwände 17 zwischen
den zwei konzentrischen Trennwänden 18 liegen
immer in einer Linie zu den radialen Trennwänden 17 zwischen der äußersten,
konzentrischen Trennwand 18 und der Außenwand 16, während die
radialen Trennwände 17 zwischen
dem Mittelteil 15 und der innersten, konzentrischen Trennwand 18 immer
in einer Linie zu einem Paar von radialen Trennwänden 17 zwischen der
innersten, konzentrischen Trennwand 18 und der Außenwand 16 liegen.
Die radialen und konzentrischen Trennwände 17, 18 bilden
demzufolge mehr oder weniger gleiche Größen von Durchflussöffnungen 20.
An der vorderen Seite des geschlossenen Mittelteils 15 gehen
die Trennwände 17 leicht
in radiale Verlängerungen 17 über, die
sich zu der Mitte des Mittelteils 15 hin verjüngen. Dies
bedeutet, dass vorteilhafterweise ein Formaufbau erhalten werden kann.
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Die 4 stellt
einen Strömungsgleichrichter 22 für größere Rohrdurchmesser
dar. Dieser Strömungsgleichrichter 22 ist
mit einem im Wesentlichen kreisförmigen
Mittelteil 15 mit einem Durchmesser, der ungefähr ein Fünftel des
Durchmessers der Außenwand 16 besitzt,
aufgebaut. Der Strömungsgleichrichter 22 weist
weiterhin drei konzentrische Trennwände 18 auf, wobei
die Zahl der radialen Trennwände 17 zwischen
der Außenwand 16 und
der äußersten,
konzentrischen Trennwand 18 dreimal der Zahl der radialen
Trennwände 17 zwischen
dem Mittelteil 15 und der innersten, konzentrischen Trennwand 18 entspricht.
Die Zahl der radialen Trennwände 18 beträgt zweimal
der Zahl der radialen Trennwände 17 zwischen
dem Mittelteil 15 und der innersten, konzentrischen Trennwand 18,
so dass ein relativ feinmaschiges Netz von mehr oder weniger gleichen
und gleichförmig
verteilten Durchflussöffnungen
erhalten wird.