EP1153650B1 - Mischelement für einen Flanschübergang in einer Rohrleitung - Google Patents

Mischelement für einen Flanschübergang in einer Rohrleitung Download PDF

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EP1153650B1
EP1153650B1 EP01810359A EP01810359A EP1153650B1 EP 1153650 B1 EP1153650 B1 EP 1153650B1 EP 01810359 A EP01810359 A EP 01810359A EP 01810359 A EP01810359 A EP 01810359A EP 1153650 B1 EP1153650 B1 EP 1153650B1
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EP
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ring
mixing element
vanes
accordance
mixing
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Peter Mathys
Stefan Frohofer
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Sulzer Chemtech AG
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/43197—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
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    • B01F25/3141—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit with additional mixing means other than injector mixers
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    • B01F25/4315—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being deformed flat pieces of material

Definitions

  • the invention relates to a mixing element for a flange transition in one Pipe according to the preamble of claim 1 and a pipe with such a mixing element.
  • a flange mixer is known for its installation only one pair of flanges is needed.
  • This flange mixer is formed like a dazzle. Its mixed structure includes two mirror symmetric surface areas, between which a Throughflow is located; this has a central bottleneck and two extended lenticular zones across the bottleneck. The Surfaces can lie on two levels that are inclined against each other are and their intersection - projected perpendicular to a pipe cross-section - forms a midline of the bottleneck. In one the central bottleneck flowing fluid caused due to the glare of the Bottleneck vortex, on the one hand a mixing effect on dosed additives on the other hand cause a relatively large pressure drop. by virtue of the mirror symmetry is a small mass transfer between the through the intersection line and midline given tube halves.
  • Flange mixers have arranged opposite to those in pipe sections static mixers have the advantage that they have a small volume. To certain calculation rules apply thanks to the small volume not as a pressure vessel and therefore do not need for approval elaborate examination procedure.
  • a disadvantage is that the flange mixer consists only of a mixing element and that he thus a limited Has mixed effect.
  • the object of the invention is an alternative to the known Flange mixer to create an improved mixing effect has low pressure loss.
  • This object is achieved by that in claim 1 defined mixing element, which is a flange mixer, solved.
  • the additive be fed through a variety of access points, so that the Mixing effect of the flange mixer, which consists only of a mixing element exists, can suffice.
  • the mixing element is for a flange transition in a pipeline provided and is mounted between two flanges of the pipeline. It includes a mixed-structure, through one or two wings formed within a ring. Two inclined planes are definable, whereby on the one level the one wing or on both Layers the two wings are arranged. The two levels intersect on a crossing axis. Closed partial surfaces as well as open ones Faces of the wings form a surface pattern that is relative to the Crossing axis is formed asymmetrically.
  • asymmetric Form is a fluid flowing through the pipeline so deflected that Partial flows from a pipe half through partial surfaces of a plane in the other half pipe are deflected and there largely not diverted partial flows meet, and this also vice versa with respect to other level applies, if on this a second, structural elements exhibiting wing exists.
  • Fig. 1 shows a detail of a longitudinal section through a pipe 1 at the location of a flange 10, on which a ring 20 between Flanges 11 and 12 is inserted.
  • a Structure 25 arranged for which in the drawing only their location 25 ' is shown in Fig. 2 in a schematic form 25 "as a Surface pattern is shown.
  • the structure 25 acts as a static mixer a fluid 9 indicated with arrows 90, which is the pipeline 1 flows through.
  • the structure 25 can be made of a sheet, for example Punching and folding, manufacture. That from the ring 20 and the mixed effective structure 25 composite mixing element 2 is on Flange transition 10 can be mounted; it is by means not shown screws the flanges 11 and 12 attached.
  • the structure 25 is each with a wing 25a or 25b arranged on two mutually inclined planes 21 and 22, the to intersect on a crossing axis 23.
  • the crossing axis 23 is arranged downstream of the ring 20.
  • the wings 25a and 25b may be configured to have parts of them over the Junction axis 23 on the side of the other wing 25b and 25a protrude (see Fig. 12).
  • the use of a separate ring 20 is advantageous but not necessary.
  • the mixed structure 25 may, if appropriate, between the flanges 11 and 12 are clamped.
  • FIG. 4 Closed part surfaces and open surface pieces of the structure 25 form a surface pattern 5, which in a specific embodiment with closed part surfaces 52, 51 ', 55, 56 and open surface portions 51, 520, 521, 522 is shown in Fig. 4, wherein the surface pattern 5 in the Image plane is unfolded.
  • Figures 2 and 3 is a surface pattern shown as the reference system 4 for a characterization of the Surface pattern 5 is introduced.
  • the reference system 4 in Fig. 3 is the plane Folding out of the surface pattern 25 "shown in FIG. 2 as an oblique image.
  • the two wings 25a and 25b are largely complementary antisymmetric form in the following sense: 1.) It is a reference system 4 definable by boundary lines 40, 40 ', 40 ", 43 of reference surfaces 41, 41', 42, 42 'is formed and with respect to the crossing axis 23 or Symmetryeachse 43 is mirror-symmetrical; 2.) the partial surfaces 52, 51 ', 55, 56 and patches 51, 520, 521, 522 of the surface pattern 5 and the Reference surfaces 41, 41 ', 42, 42' of the reference system 4 cover common Areas 52, 51 ', 51, 520, 521, 522 starting smaller than the covering ones Surfaces 41, 41 ', 42, 42' or the same size.
  • the special antisymmetry of the mixed structure 25 has now the According to the invention aimed effect, which is explained with reference to FIG. 2:
  • With the arrows 9a and 9b is the flow of the to specified mixing fluid.
  • the arrows 9a are in the Main flow direction (arrow 90 in Fig. 1) oriented.
  • the Arrows 9b each directed against an arrow 9a. Express these relationships This is due to the fact that a fluid exchange between the areas of the two Wings 25a and 25b takes place, so that a mixing over the entire cross-section of the pipe 1 results.
  • the inventive mixing element 2 can be more general Characterize as follows:
  • the surface pattern 5 of the mixed effective Structure 25 is asymmetrical with respect to the crossing axis 23. Due to the asymmetric shape is a pipe 1 flowing through Fluid 9 can be deflected such that partial flows 9 b, which by partial surfaces of the one Wing 25a be redirected to the side of the other wing 25b, there to encounter largely undirected sub-streams 9a. this is also valid inversely with respect to deflected part streams 9b of the other wing 25b.
  • FIGS. 5 to 8 Two further embodiments of the invention are shown in FIGS. 5 to 8 shown. While in an example, the number of open patches on one wing 25a is one and on the other wing 25b is two, is in the other example, this number two or three. In these examples The surface patterns 5 differ relatively strongly from the pattern of Reference system 4.
  • the surface pattern 5 according to FIG. 5 may be the same Reference system as in the first example Fig. 3 are assigned.
  • Fig. 6 shows a superposition of the surface pattern 5 and the reference system. 4 Common areas of this overlay, which are smaller by a maximum of 30% the covering surface pieces 51, 521, 522 or partial surfaces 51 ', 52 of the Surface pattern are 5, are the closed partial surface 72 and the open partial surface 71 on the wing 25a and the closed Partial surfaces 71 'and the open partial surfaces 721, 722 on the wing 25a.
  • FIG. 8 The other mixed structure 5 with something more complicated Surface pattern 5 is shown in FIG.
  • a correspondingly more complicated reference system 4 namely that of Fig. 8, based.
  • An overlay of the pattern 5 of FIG. 7 with the reference system of FIG. 8 leads - analogous to the overlay in Fig. 6 - to common areas, for which again a complementary one Antisymmetry exists. On an explicit implementation of this overlay is waived.
  • the mixing element 2 according to the invention should lead to a mixing result, which is associated with the smallest possible pressure loss. Therefore, the open patches 25a and 25b of the wings overall not material be smaller than the free cross section of the pipe 1. This condition is fulfilled when said open patches total at least have the same surface area as the closed part surfaces and when the inclination of the planes 21 and 22 is relatively large, so that of at the crossing axis 23 included angle 120 ° or smaller is.
  • the flange mixer 2 may be in a suitable training in the Piping 1 installed and removed, without causing a disassembly Part of the pipeline 1 is required. This requires that the Wings 25a and 25b largely in the area between the two End sections 13, 14 of the ring 20 (see Fig. 1) are arranged.
  • For the surface pattern 5 of the mixed structure 25 can be a Mirror symmetry with respect to an axis 44 (see Fig. 3 or 8), the is perpendicular to the crossing axis 23, are provided.
  • the inventive mixing element 2 is well suited to an additive the flange 10 to feed into the pipe 1.
  • Fig. 9 are Feed points for an additive 95 shown that integrates into the ring 20 are. They are made uniform by a plurality or variety of arranged as well as equal outlet openings 31 formed.
  • the Additive 95 is conveyed via a feed pipe 30 into an annular groove 3 ', from which it via the outlet openings 31 in the effective range of dash-dotted lines 25 'indicated mixer structure 25 passes.
  • supply pipes 30 for several additives or other admixing fluids should be provided.
  • Outlet openings 31 can also enter an annular gap or radially inwards leading grooves in the ring pieces 6 and 6 ', the ring 20 or a inserted seal (not shown) are milled.
  • Feed points 30 'for admixing fluid may also upstream the mixing element are arranged, as illustrated in Fig. 10. about a nozzle 31 ', a fluid is fed in front of the mixing element 2.
  • a diaphragm 8 To the fluid flow of the pipe 1 in the region of the flange 2 more swirling, can - see Fig. 11 - with a diaphragm 8, the is inserted together with the mixer structure 25 at the flange 10, in the flow 91 additional vortex 92 behind the aperture 80th be generated.
  • the diaphragm 8 can also be part of the mix-effective structure 25 be; the structure 25 may be formed on the periphery so as to be Ring aperture works.
  • Fig. 12 shows a further mixed effective structure 25.
  • This consists of a closed ring 6 placed between the pipe flanges 11, 12 ( Figure 1) can be inserted, a first wing 25a, which consists of a middle Footbridge is formed, and a second wing 25b, consisting of two lateral Webs 25b 'and 25b.
  • the wings 25a and 25b are like this formed that parts of them on the crossing axis 23 on the side protrude the other wing 25b and 25a.
  • the middle bridge or the both lateral webs may be missing, so the mixed-effect structure 25 has only one wing 25a.
  • a mixing element 2, which is one such reduced structure 25, is also an inventive Mixing element.
  • An example of such a structure 25, the only one wing has, is shown in Fig. 13; it lacks compared with the embodiment of Fig. 12 of the wings with the lateral webs 25b 'and 25b ".
  • the mixed structure 25 may be made of flexible material, for example be made of thin spring steel or plastic. at different throughput so bend the webs differently; of the Flow resistance thus increases less with increasing throughput fast, as if the bars were rigid.
  • the mixing elements described above can be modified so that Parts of one or both wings 25a, 25b of the mixed structure 25 from the wing associated with the plane 21, 22 are bent out. So can in the example of Fig. 12, the two lateral webs 25b 'and 25b "to be bent out of the plane 22 different angles.

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Mischelement für einen Flanschübergang in einer Rohrleitung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Rohrleitung mit einem solchen Mischelement.
Es sind statische Mischer bekannt, die in einem Rohrstück einer Rohrleitung angeordnet sind. Für den Einbau eines solchen Rohrstücks in die Rohrleitung müssen in der Regel zwei Flanschpaare vorhanden sein, zwei Flansche am Rohrstück und zwei zugeordnete Flansche an der Rohrleitung. Solche statische Mischer verursachen kleine Druckverluste, wenn sie - was in der Regel der Fall ist - den Querschnitt des Rohrstücks nicht stark verengen und damit nur in geringem Mass eine Wirbelablösung verursachen, die eine hohe Dissipation der Strömungsenergie zur Folge hat.
Aus der US-A 5 839 828 ist ein Flanschmischer bekannt, für dessen Einbau lediglich ein Flanschpaar benötigt wird. Dieser Flanschmischer ist blendenartig ausgebildet. Seine mischwirksame Struktur umfasst zwei spiegelsymmetrische Flächenbereiche, zwischen denen sich eine Durchströmöffnung befindet; diese weist einen zentralen Engpass und zwei quer zum Engpass ausgedehnte, linsenförmige Zonen auf. Die Flächenbereiche können auf zwei Ebenen liegen, die gegeneinander geneigt sind und deren Kreuzungslinie - senkrecht auf einen Rohrquerschnitt projiziert - eine Mittelline des Engpasses bildet. In einem den zentralen Engpass durchstömenden Fluid entstehen aufgrund der Blendenwirkung des Engpasses Wirbel, die einerseits eine Mischwirkung auf zudosierte Additive haben und andererseits einen relativ grossen Druckabfall bewirken. Aufgrund der Spiegelsymmetrie erfolgt ein geringer Stoffaustausch zwischen den durch die Kreuzungslinie und Mittelline gegebenen Rohrhälften.
Flanschmischer haben gegenüber den in Rohrstücken angeordneten statischen Mischern den Vorteil, dass sie ein kleines Volumen haben. Nach gewissen Berechnungsvorschriften gelten sie dank des kleinen Volumens nicht als Druckbehälter und benötigen daher für eine Zulassung kein aufwendiges Prüfungsverfahren. Ein Nachteil ist, dass der Flanschmischer nur aus einem Mischelement besteht und dass er somit eine beschränkte Mischwirkung hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Alternative zu dem bekannten Flanschmischer zu schaffen, der eine verbesserte Mischwirkung bei niedrigem Druckverlust hat. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 definierte Mischelement, das ein Flanschmischer ist, gelöst. Beim Zumischen eines Additivs mit dem erfindungsgemässen Mischelement kann das Additiv über eine Vielzahl von Zutrittstellen eingespeist werden, so dass die Mischwirkung des Flanschmischers, der nur aus einem Mischelement besteht, ausreichen kann.
Das Mischelement ist für einen Flanschübergang in einer Rohrleitung vorgesehen und ist zwischen zwei Flanschen der Rohrleitung montierbar. Es umfasst eine mischwirksame Struktur, die durch einen oder zwei Flügel innerhalb eines Ringes gebildet ist. Zwei zueinander geneigte Ebenen sind definierbar, wobei auf der einen Ebene der eine Flügel oder auf beiden Ebenen die zwei Flügel angeordnet sind. Die beiden Ebenen schneiden sich auf einer Kreuzungsachse. Geschlossene Teilflächen sowie offene Flächenstücke der Flügel bilden ein Flächenmuster, das bezüglich der Kreuzungsachse asymmetrisch ausgebildet ist. Durch die asymmetrische Form ist ein die Rohrleitung durchströmendes Fluid derart umlenkbar, dass Teilströme aus einer Rohrhälfte durch Teilflächen der einen Ebene in die andere Rohrhälfte umgelenkt werden und dort auf weitgehend nicht umgelenkte Teilströme stossen, wobei dies auch umgekehrt bezüglich der anderen Ebene gilt, falls auf dieser ein zweiter, Strukturelemente aufweisender Flügel existiert.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Mischelements. Eine Rohrleitung mit einem derartigen Mischelement ist Gegenstand des Anspruchs 10.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ausschnittsweise einen Längsschnitt durch eine Rohrleitung bei einer Flanschstelle mit eingelegtem Ring,
Fig. 2
eine schematische Darstellung zum Strömungsverlauf bei einem erfindungsgemässen Mischelement,
Fig. 3
ein Bezugssystem für eine Definition der mischwirksamen Struktur des erfindungsgemässen Mischelements,
Fig. 4
ein Flächenmuster zu dem Mischelement der Fig. 3 gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5
ein Flächenmuster zu einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6
eine Hilfsdarstellung für die Definition der mischwirksamen Struktur,
Fig. 7
ein Flächenmuster zu einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 8
ein Bezugssystem, das dem Flächenmuster der Fig. 7 zugeordnet werden kann,
Fig. 9
ausschnittsweise einen Längsschnitt durch einen Rand eines Mischelements mit Einspeisestellen für ein Additiv,
Fig. 10
eine Seitenansicht auf eine Rohrleitung mit einer stromaufwärts vor dem Mischelement angeordneten Einspeisestelle für ein Additiv,
Fig. 11
ausschnittsweise einen Längsschnitt durch einen Rand eines Mischelements mit einer zusätzlichen Blende,
Fig. 12
eine weitere mischwirksame Struktur und
Fig. 13
eine Modifikation der Struktur aus Fig. 12 mit nur einem Flügel, die auch Teil eines erfindungsgemässen Mischelements ist.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise einen Längsschnitt durch eine Rohrleitung 1 an der Stelle eines Flanschübergangs 10, an dem ein Ring 20 zwischen Flanschen 11 und 12 eingelegt ist. Im Innenbereich des Rings 20 ist eine Struktur 25 angeordnet, für die in der Zeichnung nur deren Ort 25' eingezeichnet ist und die in Fig. 2 in einer schematischen Form 25" als ein Flächenmuster dargestellt ist. Die Struktur 25 wirkt als statischer Mischer auf ein mit Pfeilen 90 angedeutetes Fluid 9 ein, das die Rohrleitung 1 durchströmt. Die Struktur 25 lässt sich beispielsweise aus einem Blech, durch Stanzen und Abkanten, herstellen. Das aus dem Ring 20 und der mischwirksamen Struktur 25 zusammengesetzte Mischelement 2 ist am Flanschübergang 10 montierbar; es ist mittels nicht dargestellter Schrauben der Flansche 11 und 12 befestigt. Die Struktur 25 ist mit je einem Flügel 25a bzw. 25b auf zwei zueinander geneigten Ebenen 21 und 22 angeordnet, die sich auf einer Kreuzungsachse 23 schneiden. Die Kreuzungsachse 23 ist bezüglich dem Ring 20 stromabwärts angeordnet. Bei einer umgekehrten Anordnung des Mischelements 2 ergibt sich auch eine Mischwirkung, die aber bezüglich Druckabfall und Mischqualität weniger gut ist. Die Flügel 25a und 25b können so ausgebildet sein, dass Teile von ihnen über die Kreuzungsachse 23 auf die Seite des anderen Flügels 25b bzw. 25a hinausragen (vgl. Fig. 12).
Die Verwendung eines separaten Rings 20 ist vorteilhaft aber nicht notwendig. Die mischwirksame Struktur 25 kann, falls geeignet ausgebildet, zwischen die Flansche 11 und 12 eingeklemmt werden.
Geschlossene Teilflächen und offene Flächenstücke der Struktur 25 bilden ein Flächenmuster 5, das in einer konkreten Ausgestaltung mit geschlossenen Teilflächen 52, 51', 55, 56 und offenen Flächenstücken 51, 520, 521, 522 in Fig. 4 gezeigt ist, wobei das Flächenmuster 5 in die Bildebene ausgefaltet ist. In den Figuren 2 und 3 ist ein Flächenmuster dargestellt, das als Bezugssystem 4 für eine Charakterisierung des Flächenmusters 5 eingeführt wird. Das Bezugssystem 4 in Fig. 3 ist die ebene Ausfaltung des in Fig. 2 als Schrägbild gezeigten Flächenmusters 25".
Die beiden Flügel 25a und 25b weisen weitgehend eine komplementär antisymmetrische Form in folgendem Sinn auf: 1.) Es ist ein Bezugssystems 4 definierbar, das durch Grenzlinien 40, 40', 40", 43 von Bezugsflächen 41, 41', 42, 42' gebildet ist und das bezüglich der Kreuzungsachse 23 oder Symmetrieachse 43 spiegelsymmetrisch ist; 2.) die Teilflächen 52, 51', 55, 56 und Flächenstücke 51, 520, 521, 522 des Flächenmusters 5 und die Bezugsflächen 41, 41', 42, 42' des Bezugssystem 4 decken gemeinsame Bereiche 52, 51', 51, 520, 521, 522 ab, die kleiner als die abdeckenden Flächen 41, 41', 42, 42' oder gleich gross sind. Diese Bereiche sind dem Flächenmuster 5 entsprechend geschlossene Partialflächen 52, 51' oder offene Partialflächen 51, 520, 521, 522; und 3.) die geschlossenen und offenen Partialflächen bilden bezüglich der Kreuzungsachse 23 eine antisymmetrische Anordnung, für die gilt, dass bei einer Spiegelung an der Kreuzungsachse 23 oder der Symmetrieachse 53 die geschlossenen Partialflächen 52, 51' auf offene Partialflächen 51, 520, 521, 522 zu liegen kommen und dass das Umgekehrte ebenso gilt. Durch diese Antisymmetrie ist eine Zuordnung zwischen offenen und geschlossenen Flächen der beiden Flügel gegeben. Die auf dem Flügel 25b angeordneten drei offenen Partialflächen 520, 521, 522 sind zusammengenommen praktisch kongruent (gleiche Form und Fläche) zur zugeordneten geschlossenen Partialfläche 52 des anderen Flügels 25a. Die offene Partialfäche 51 des Flügels 25a ist kongruent zur geschlossenen Partialfläche 51' des anderen Flügels 25b.
Die besondere Antisymmetrie der mischwirksamen Struktur 25 hat nun die erfindungsgemäss angestrebte Wirkung, die anhand der Fig. 2 erläutert wird: Mit den Pfeilen 9a und 9b ist schematisch der Strömungsverlauf des zu mischenden Fluids angegeben. In Wirklichkeit treten auch Wirbel auf, die für einen guten Mischeffekt wesentlich sind. Diese Wirbel sind bei der vorliegenden schematischen Darstellung ignoriert, da ein anderer Aspekt der Mischwirkung erläutert werden soll. Die Pfeile 9a sind in der Hauptströmungsrichtung (Pfeil 90 in Fig. 1) orientiert. Die Pfeile 9b geben Teilströme des Fluids an, die durch die geschlossenen Teilflächen der Struktur 25 abgelenkt sind. Dank der komplementären Antisymmetrie sind die Pfeile 9b jeweils gegen einen Pfeil 9a gerichtet. Diese Verhältnisse äussern sich dadurch, dass ein Fluidaustausch zwischen den Bereichen der beiden Flügel 25a und 25b stattfindet, so dass sich eine Durchmischung über den ganzen Querschnitt der Rohrleitung 1 ergibt.
Das erfindungsgemässe Mischelement 2 lässt sich allgemeiner folgendermassen kennzeichnen: Das Flächenmuster 5 der mischwirksamen Struktur 25 ist bezüglich der Kreuzungsachse 23 asymmetrisch ausgebildet. Durch die asymmetrische Form ist ein die Rohrleitung 1 durchströmendes Fluid 9 derart umlenkbar, dass Teilströme 9b, die durch Teilflächen des einen Flügels 25a auf die Seite des anderen Flügels 25b umgelenkt werden, dort auf weitgehend nicht umgelenkte Teilströme 9a stossen. Dies gilt auch umgekehrt bezüglich umgelenkten Teilströmen 9b des anderen Flügels 25b.
Zu der in Fig. 4 dargestellten Struktur 25 sind noch folgende Bemerkungen zu machen: Die im Innenraum der Rohrleitung 1 angeordnete Struktur 25 ist mit zwei Ringstücken 6 und 6' verbunden, die zwischen den Ring 20 und den Flansch 11 - siehe Fig. 1 - eingelegt werden. Die Struktur 25 wird an der Symmetrieachse 53 abgekantet, so dass der rechts in Fig. 4 strichpunktiert gezeichnete Winkel entsteht. Auch zwischen den Ringstücken 6, 6' und den beiden Flügeln 25a, 25b wird abgekantet und zwar so, dass die Ringstücke 6, 6' in die gleiche Ebene zu liegen kommen. Nach dem Abkanten bilden die Ringstücke 6 und 6' an ihren Enden 61 und 62 bzw. 61' und 62' Stossstellen.
Zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 5 bis 8 dargestellt. Während im einen Beispiel die Anzahl offener Flächenstücke auf dem einen Flügel 25a eins und auf dem anderen Flügel 25b zwei beträgt, ist beim anderen Beispiel diese Anzahl zwei bzw. drei. Bei diesen Beispielen unterscheiden sich die Flächenmuster 5 relativ stark von dem Muster des Bezugssystems 4.
Dem Flächenmuster 5 gemäss Fig. 5 (mit entsprechenden Flächen 51, 52, 521, 522 und 51' wie im ersten Beispiel, Fig. 4) kann das gleiche Bezugssystem wie im ersten Beispiel Fig. 3 zugeordnet werden. Fig. 6 zeigt eine Überlagerung des Flächenmusters 5 und des Bezugssystems 4. Gemeinsame Bereiche dieser Überlagerung, die um maximal 30% kleiner als die abdeckenden Flächenstücke 51, 521, 522 bzw. Teilflächen 51', 52 des Flächenmusters 5 sind, sind die geschlossene Partialfläche 72 sowie die offene Partialfläche 71 auf dem Flügel 25a und die geschlossene Partialflächen 71' sowie die offenen Partialflächen 721, 722 auf dem Flügel 25a. Bezüglich diesen Partialflächen besteht eine komplementäre Antisymmetrie im Einklang mit der Definition des Flächenmusters 5, das die Struktur 25 erfindungsgemäss aufweist. Bei dieser Definition werden die in Fig. 6 weiss gelassenen, kleinen Teilflächen 75 vernachlässigt.
Die andere mischwirksame Struktur 5 mit dem etwas komplizierteren Flächenmuster 5 ist in Fig. 7 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel muss ein entsprechend komplizierteres Bezugssystem 4, nämlich jenes der Fig. 8, zugrunde gelegt werden. Eine Überlagerung des Musters 5 der Fig. 7 mit dem Bezugssystem der Fig. 8 führt - analog zur Überlagerung in Fig. 6 - zu gemeinsamen Bereichen, für die wieder eine komplementäre Antisymmetrie besteht. Auf eine explizite Durchführung dieser Überlagerung wird verzichtet.
Das erfindungsgemässe Mischelement 2 soll zu einem Mischergebnis führen, das mit einem möglichst kleinen Druckverlust verbunden ist. Daher sollen die offenen Flächenstücke der Flügel 25a und 25b gesamthaft nicht wesentlich kleiner als der freie Querschnitt der Rohrleitung 1 sein. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die genannten offenen Flächenstücke gesamthaft mindestens den gleichen Flächeninhalt wie die geschlossenen Teilflächen aufweisen und wenn die Neigung der Ebenen 21 und 22 relativ gross ist, so dass der von ihnen an der Kreuzungsachse 23 eingeschlossene Winkel 120° oder kleiner ist.
Der Flanschmischer 2 kann bei einer geeigneten Ausbildung in die Rohrleitung 1 ein- und ausgebaut werden, ohne dass dabei eine Demontage eines Teils der Rohrleitung 1 erforderlich ist. Dazu ist erforderlich, dass die Flügel 25a und 25b weitgehend im Bereich zwischen den beiden Endquerschnitten 13, 14 des Rings 20 (siehe Fig. 1) angeordnet sind.
Für das Flächenmuster 5 der mischwirksamen Struktur 25 kann eine Spiegelsymmetrie bezüglich einer Achse 44 (siehe Fig. 3 oder 8), die senkrecht zur Kreuzungsachse 23 steht, vorgesehen werden.
Das erfindungsgemässe Mischelement 2 eignet sich gut dazu, ein Additiv an der Flanschstelle 10 in die Rohrleitung 1 einzuspeisen. In Fig. 9 sind Einspeisestellen für ein Additiv 95 dargestellt, die in den Ring 20 integriert sind. Sie werden durch eine Mehrzahl oder Vielzahl von gleichmässig angeordneten sowie gleich grossen Austrittsöffnungen 31 gebildet. Das Additiv 95 wird über ein Zuleitungsrohr 30 in eine Ringnut 3' gefördert, aus der es über die Austrittsöffnungen 31 in den Wirkbereich der durch strichpunktierte Linien 25' angedeuteten Mischerstruktur 25 gelangt. Selbstverständlich können auch Zuleitungsrohre 30 für mehrere Additive oder sonstige beizumischende Fluide vorgesehen sein. An die Stelle der vielen Austrittsöffnungen 31 kann auch ein Ringspalt treten oder radial nach innen führende Nuten, die in die Ringstücke 6 und 6', den Ring 20 oder eine eingelegte Dichtung (nicht dargestellt) eingefräst sind.
Einspeisestellen 30' für beizumischende Fluid können auch stromaufwärts vor dem Mischelement angeordnet werden, wie es in Fig. 10 illustriert ist. Über eine Düse 31' wird ein Fluid vor dem Mischelement 2 eingespeist.
Um den Fluidstrom der Rohrleitung 1 im Bereich des Flanschmischers 2 stärker zu verwirbeln, können - siehe Fig. 11 - mit einer Blende 8, die zusammen mit der Mischerstruktur 25 an der Flanschstelle 10 eingelegt wird, in der Strömung 91 zusätzliche Wirbel 92 hinter der Blendenöffnung 80 erzeugt werden. Die Blende 8 kann auch Teil der mischwirksamen Struktur 25 sein; die Struktur 25 kann an der Peripherie so ausgebildet sein, dass sie als Ringblende wirkt.
Fig. 12 zeigt eine weitere mischwirksame Struktur 25. Diese besteht aus einem geschlossenen Ring 6, der zwischen die Rohrflansche 11, 12 (Fig. 1) eingelegt werden kann, einem ersten Flügel 25a, der aus einem mittleren Steg gebildet ist, und einem zweiten Flügel 25b, der sich aus zwei seitlichen Stegen 25b' und 25b" zusammensetzt. Die Flügel 25a und 25b sind so ausgebildet, dass Teile von ihnen über die Kreuzungsachse 23 auf die Seite des anderen Flügels 25b bzw. 25a hinausragen. Der mittlere Steg oder die beiden seitlichen Stege können fehlen, so dass die mischwirksame Struktur 25 nur einen Flügel 25a aufweist. Ein Mischelement 2, das eine derart reduzierte Struktur 25 aufweist, ist ebenfalls ein erfindungsgemässes Mischelement. Ein Beispiel für eine solche Struktur 25, die nur einen Flügel hat, ist in Fig. 13 dargestellt; es fehlt verglichen mit der Ausführungsform der Fig. 12 der Flügel mit den seitlichen Stegen 25b' und 25b".
Die mischwirksame Struktur 25 kann aus flexiblem Material, beispielsweise aus dünnem Federblech oder Kunststoff hergestellt sein. Bei unterschiedlichem Durchsatz biegen so die Stege unterschiedlich aus; der Strömungswiderstand wächst somit bei zunehmendem Durchsatz weniger schnell, als wenn die Stege starr wären.
Die oben beschriebenen Mischelemente können so modifiziert werden, dass Teile eines oder beider Flügel 25a, 25b der mischwirksamen Struktur 25 aus der dem Flügel zugeordneten Ebene 21, 22 hinausgebogen sind. So können beim Beispiel der Fig. 12 die zwei seitlichen Stegen 25b' und 25b" um verschiedene Winkel aus der Ebene 22 hinausgebogen sein.

Claims (10)

  1. Mischelement (2) für einen Flanschübergang (10) in einer Rohrleitung (1), das zwischen zwei Flanschen (11, 12) der Rohrleitung montierbar ist und das eine mischwirksame Struktur (25) umfasst, die innerhalb eines zwischen die Flansche einlegbaren Ring (20) angeordnet ist oder zwischen die Flansche einklemmbar ist und die durch einen oder zwei Flügel (25a, 25b) gebildet ist, wobei zwei zueinander geneigte Ebenen (21, 22) definierbar sind und auf der einen dieser Ebenen der eine Flügel angeordnet ist oder auf beiden Ebenen die zwei Flügel angeordnet sind, die beiden Ebenen sich auf einer Kreuzungsachse (23) schneiden und geschlossene Teilflächen (52, 51') sowie offene Flächenstücke (51, 520, 521, 522) der Flügel ein Flächenmuster (5) bilden,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenmuster bezüglich der Kreuzungsachse asymmetrisch ausgebildet ist und dass durch die asymmetrische Form ein die Rohrleitung durchströmendes Fluid (9) derart umlenkbar ist, dass Teilströme (9b) aus einer Rohrhälfte durch Teilflächen der einen Ebene (21) in die andere Rohrhälfte umgelenkt werden und dort auf weitgehend nicht umgelenkte Teilströme stossen, wobei dies auch umgekehrt bezüglich der anderen Ebene (22) gilt, falls auf dieser ein zweiter, Strukturelemente aufweisender Flügel (25b) existiert.
  2. Mischelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Flügel (25a, 25b) die mischwirksame Struktur (25) bilden, die Gesamtheit der geschlossenen Teilflächen (52, 51') auf einer zusammenhängenden Fläche liegen und die beiden Flügel angenähert eine komplementär antisymmetrische Form in folgendem Sinn aufweisen: 1. es ist ein Bezugssystems (4) definierbar, das durch geschlossene Grenzlinien (40, 40', 40") von Bezugsflächen (41, 42, 41', 42') gebildet ist und das bezüglich der Kreuzungsachse (23) spiegelsymmetrisch ist; 2. die Flächenstücke (51, 521, 522) und Teilflächen (51', 52) der Flügel und die Bezugsflächen des Bezugssystem decken gemeinsame Bereiche (71, 72, 71', 721, 722) ab, die um maximal 30% kleiner als die abdeckenden Flächenstücke (51, 521, 522) bzw. Teilflächen (51', 52) des Flächenmusters (5) sind, wobei diese Bereiche dem Flächenmuster entsprechend geschlossene oder offene Partialflächen sind; und
    3. diese geschlossenen und offenen Partialflächen bilden bezüglich der Kreuzungsachse eine angenähert antisymmetrische Anordnung, für die gilt, dass bei einer Spiegelung die geschlossenen Partialflächen (72; 71') weitgehend auf offene Partialflächen (721, 722; 71) zu liegen kommen und dass das Umgekehrte ebenso gilt.
  3. Mischelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Flächenstücke (51, 521, 522) der mischwirksamen Struktur (5) gesamthaft mindestens den gleichen Flächeninhalt wie die geschlossenen Teilflächen (52, 51') aufweisen.
  4. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzungsachse (23) bezüglich dem Ring (20) stromabwärts angeordnet ist.
  5. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (25a, 25b) weitgehend im Bereich zwischen den beiden Endquerschnitten (13, 14) des Rings (20) angeordnet sind.
  6. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenmuster (5) und das Bezugssystem (4) bezüglich einer Achse (44) senkrecht zur Kreuzungsachse (23, 43) spiegelsymmetrisch ist.
  7. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (25a, 25b) mit einem Ringstück (6) oder zwei Ringstücken (6, 6') biegbar verbunden sind, die in eine Ringnut (3) zwischen dem einen Flansch (11) der Rohrleitung (1) und dem Ring (20) oder zwischen die zwei Flansche (11, 12) einlegbar sind, und dass zusätzlich eine auf die Ringstücke auflegbare Ringblende (8) vorgesehen sein kann oder dass die mischwirksame Struktur (25) an der Peripherie so ausgebildet ist, dass sie als Ringblende wirkt.
  8. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ring (20) Einspeisestellen für (30) mindestens ein beizumischendes Fluid (95), insbesondere ein Additiv, integriert sind und dass vorzugsweise die Einspeisestellen an einem der Endquerschnitte (11, 13) des Rings (2) durch einen Ringspalt (3) oder durch eine Mehrzahl oder Vielzahl von gleichmässig angeordneten sowie gleich grossen Austrittsöffnungen (31) gebildet sind.
  9. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Modifikation, bei der Teile eines oder beider Flügel (25a, 25b) der mischwirksamen Struktur (25) aus der dem Flügel zugeordneten Ebene (21, 22) hinausgebogen sind.
  10. Rohrleitung mit einem Flanschübergang und einem Mischelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einspeisestellen (30') für ein beizumischendes Fluid, insbesondere ein Additiv, stromaufwärts vor dem Ring (20) angeordnet ist.
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