DE102007039537A1 - Verfahren und System zur Durchflussmessung eines Fluids - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungsglätter für ein Fluid (26), insbesondere eines Flüssigkeit, mit einer Rohrleitung (28) zum Leiten des Fluids (26), einem Einbau (34) in der Rohrleitung (28) zum Glätten eines Strömungsprofils stromabwärts des Einbaus (34), wobei der Einbau (34) einen Einbau-Querschnitt (A<SUB>2</SUB>) besitzt, einem stromaufwärtigen Ende der Rohrleitung (28), das einen stromaufwärtigen Querschnitt besitzt (A<SUB>1</SUB>), und einem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung (28), das einen stromabwärtigen Querschnitt (A<SUB>3</SUB>) besitzt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Einbau-Querschnitt (A<SUB>2</SUB>) größer ist als der stromabwärtige Querschnitt (A<SUB>3</SUB>) und/oder als der stromaufwärtige Querschnitt (A<SUB>1</SUB>).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Strömungsglätter für ein Fluid, insbesondere für eine Flüssigkeit, mit einer Rohrleitung zum Leiten des Fluids, einem Einbau in der Rohrleitung zum Glätten eines Strömungsprofils stromabwärts des Einbaus, wobei der Einbau einen Einbau-Querschnitt besitzt, einem stromaufwärtigen Ende der Rohrleitung, das einen stromaufwärtigen Querschnitt besitzt, und einem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung, das einen stromabwärtigen Querschnitt besitzt. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung.
• Bei der Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass die Strömung des Fluidstroms stromaufwärts eines zur Messung vorgesehenen Durchflussmessgeräts nicht vollständig ausgebildet, sondern viel mehr gestört, das heißt asymmetrisch und drallbehaftet ausgebildet ist. Die gestörte Strömung kann auf verschiedene Ursachen zurückgeführt werden, beispielsweise auf die Rohrleitungsführung, auf Krümmungen und Biegungen oder auf die Einspeisung von Fluid über T-Stücke. Weiterhin können durch einen Einbau von Ventilen und/oder durch Veränderungen des Rohrquerschnitts asymmetrische und mit einem Drall behaftete Strömungsprofile entstehen. Diese gestörten Strömungsprofile führen bei fast allen bekannten und im Markt erhältlichen Durchflussmessgeräten zu einer unerwünschten Verfälschung des Messergebnisses.
• Durch Experimente und theoretische Überlegungen wurde herausgefunden, dass üblicherweise nach einer Rohrlänge, die dem fünfzig- bis einhundertfachen des Durchmessers des durchströmten Rohres entspricht, aus einer gestörten Strömung wieder eine Strömung mit einem nahezu vollständig symmetrisch ausgebildeten Strömungsprofil entsteht. In der Praxis lassen sich allerdings derartig lange Vorlauf- und Beruhigungsstrecken stromaufwärts eines Durchflussmessers selten realisieren.
• Um die Störung des Strömungsprofils zu reduzieren, werden üblicherweise stromaufwärts des Durchflussmessers so genannte Strömungsglätter, wie beispielsweise Strömungsgleichrichter und/oder Strömungskonditionierer in die Rohrleitung eingebaut. Ein Strömungsgleichrichter weist üblicherweise Leit-/Führungsbleche auf, die in axialer Richtung der Rohrleitung ausgerichtet sind. Der Strömungsgleichrichter ist aber lediglich dazu geeignet, einen Drall in der Fluidströmung zu entfernen.
• Als Strömungskonditionierer kommen üblicherweise Lochplatten zum Einsatz, durch die das Fluid bei einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit auf der stromabwärtigen Seite verwirbelt wird. Auf Grund dieser turbulenten Strömung wird die Information des asymmetrischen Strömungsprofils größtenteils gelöscht, so dass nach einer bestimmten Beruhigungsstrecke sich wieder ein symmetrisches Strömungsprofil herausbildet. Die Strömungskonditionierer sind somit geeignet, neben dem Drall auch Asymmetrien in der Strömung zu entfernen. Dies führt allerdings zu einem erhöhten Druckabfall in dem Rohrleitungssystem, insbesondere wenn mehrere Strömungskonditionierer in der Rohrleitung hintereinander eingebaut sind.
• Dies kann jedoch dazu führen, dass auf Grund des hohen Druckabfalls durch diese Einbauten der ursprünglich zur Verfügung stehende Durchflussbereich eines Rohrleitungssystems, beispielsweise eines Prüfstands mit Hochbehälter, zur Durchflussmessung, nicht vollständig ausgenutzt werden kann.
• Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässige Durchflussmessung eines strömenden Fluids mit kurzen Rohrleitungen und einem geringem Druckabfall zu ermöglichen.
• Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Strömungsglätter, bei dem der Einbau-Querschnitt größer ist als der stromabwärtige Querschnitt und der stromaufwärtige Querschnitt. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zur Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung, mit den Schritten: (a) Verringern einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch Leiten des Fluids durch einen sich erweiternden Rohrleitungsabschnitt, (b) Glätten des Fluidstroms, (c) Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch Leiten des Fluids durch einen sich verengenden Rohrleitungsabschnitt und (d) Ermitteln des Durchflusses.
• Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass ein Fluidstrom, der ein gestörtes Strömungsprofil besitzt, durch den Einbau ein im Wesentlichen vollständig turbulent ausgebildetes, symmetrisches Strömungsprofil erhält. Beim Übergang von dem Einbau-Querschnitt auf den stromabwärtigen Querschnitt wird das symmetrische Strömungsprofil im Wesentlichen erzeugt, so dass ein Fluidstrom mit einem geglätteten Strömungsprofil erhalten wird. Ein hinter dem Strömungsglätter angeordnetes Durchflussmessgerät weist dann eine verbesserte Messgenauigkeit auf. Unter dem Strömungsprofil wird insbesondere die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Position in der Rohrleitung, jeweils auf konstanter Höhe relativ zu einer Längsrichtung der Rohrleitung, verstanden.
• Vorteilhaft ist zudem, dass wegen des im Vergleich zum stromabwärtigen und zum stromaufwärtigen Querschnitt vergrößerten Einbau-Querschnitts über den Einbau nur ein vergleichsweise geringer Fluiddruck abfällt. Ein erfindungsgemäßer Strömungsglätter erreicht seine das Strömungsprofil glättende Wirkung, also ohne dass ein Prüfstand eine signifikante Einschränkung im zur Verfügung stehenden Durchflussbereich erfährt. Vorteilhaft ist zudem der einfache und kompakte Aufbau des Strömungsglätters, der zu geringen Herstellungskosten führt.
• Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Durchflussmessgerät jede Vorrichtung verstanden, die einen Messwert generiert, aus dem auf den Durchfluss geschlossen werden kann. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Messwert direkt den Durchfluss als Volumen bzw. Masse bzw. Stoffmenge pro Zeiteinheit angibt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Strömungsglätter einen Strömungsgleichrichter. Auf diese Weise wird ein im Wesentlichen drallfreier Fluidstrom erhalten. Alternativ oder additiv umfasst der Einbau zudem bevorzugt einen Strömungskonditionierer, beispielsweise eine Lochplatte, der so ausgebildet und angeordnet ist, dass Asymmetrien im Strömungsprofil des Fluids weitgehend entfernt werden. Das Glätten des Fluidstroms mit dem Strömungskonditionierer erfolgt dadurch, dass stromabwärts hinter dem Strömungskonditionierer eine vollständig turbulent ausgebildete Strömung erzeugt wird.
• Um ein Ablösen der Strömung durch einen sich vom stromaufwärtigen Ende zum Einbau und vom Einbau zum stromabwärtigen Ende verändernden Querschnitt der Rohrleitungen zu vermindern oder zu unterdrücken, besitzt die Rohrleitung bevorzugt einen sich entlang ihrer Längsachse kontinuierlich verändernden Durchmesser. Unter dem Merkmal, dass sich der Durchmesser kontinuierlich verändert, ist insbesondere zu verstehen, dass sich der Innendurchmesser über eine Koordinate in Richtung der Längsachse (Längskoordinate) der Rohrleitung aufgetragen im mathematischen Sinne stetig verläuft. Besonders bevorzugt ist der Verlauf im mathematischen Sinne glatt.
• Bei glatten Oberflächen haben sich als besonders geeignet Rohrleitungen herausgestellt, die einen Böschungswinkel von weniger als 4° besitzen. Der Böschungswinkel ist die Neigung der Kurve, die den Innendurchmesser über die Längskoordinate der Rohrleitung aufträgt. Wenn die Rohrleitung, was bevorzugt ist, abschnittsweise konisch ausgebildet ist, entspricht der Böschungswinkel einem halben Öffnungswinkel des Konus. Bei rauen Oberflächen und stark turbulenter Strömung genügen Böschungswinkel kleiner 7°. Für einen konusförmigen Abschnitt der Rohrleitung bedeutet das, dass der Konus einen Öffnungswinkel von 14° besitzt. In solchen Rohrleitungen entstehen besonders wenige Verwirbelungen.
• Um bei einem vorgegebenen Verhältnis zwischen Einbau-Querschnitt und stromaufwärtigem bzw. stromabwärtigen Querschnitt einen möglichst kurzen Strömungsglätter zu erhalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Durchmesser in mindestens einem Rohrleitungsabschnitt gegenüber einer Längsachse der Rohrleitung einen Böschungswinkel von mehr als 4° besitzt. In einem konusförmigen Rohrleitungsabschnitt beträgt der Öffnungswinkel des Konus dann mehr als 8°.
• Es ist besonders bevorzugt, dass der Einbau-Querschnitt mindestens das 1,5-fache des stromaufwärtigen Querschnitts und/oder des stromabwärtigen Querschnitts beträgt. Auf diese Weise wird der Druckabfall über dem Einbau, und damit der für das Glätten des Strömungsprofils des Fluids notwendige Energieaufwand, besonders effektiv verringert.
• Um das Strömungsprofil des Fluids effektiv zu glätten, sollte sich stromabwärts hinter dem Einbau eine turbulente Strömung ausbilden. Voraussetzung hierfür wiederum ist, dass das Fluid mit einer von dem Einbau abhängigen Mindestgeschwindigkeit durch den Einbau strömt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass der Einbau-Querschnitt weniger als das Dreifache des stromaufwärtigen Querschnitts und/oder des stromabwärtigen Querschnitts beträgt.
• Ein besonders einfach in ein Rohrleitungsnetz integrierbarer Strömungsglätter wird erhalten, wenn der stromabwärtige Querschnitt und der stromaufwärtige Querschnitt gleich groß sind. In diesem Fall kann der Strömungsglätter an beiden Enden gleiche Flansche aufweisen. Es ist zudem bevorzugt, dass der Einbau so ausgebildet ist, dass der Strömungsglätter in zwei Strömungsrichtungen betreibbar ist. Beispielsweise kann dazu der Einbau spiegelsymmetrisch bezüglich einer Querachse des Strömungsglätters aufgebaut sein. Besonders leicht zu handhaben ist der Strömungsglätter, wenn er rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ist.
• Der Strömungsglätter findet bevorzugt Verwendung in einem erfindungsgemäßen Durchflussmesssystem zur Durchflussmessung eines Fluids, das ein stromabwärts hinter dem Strömungsglätter angeordnetes Durchflussmessgerät besitzt. Vorteilhaft an diesem Durchflussmesssystem ist dessen verbesserte Messgenauigkeit. In anderen Worten bedeutet dies, dass zum Betreiben dieses Durchflussmesssystems im Vergleich zu bestehenden Durchflussmesssystemen eine verminderte Pumpleistung benötigt wird. Das erfindungsgemäße Durchflussmesssystem weist einen besonders geringen Druckverlust auf. Wird ein Hochbehälter zur Druckerzeugung verwendet, steht mit dem erfindungsgemäßen Strömungsglätter ein vergrößerter Durchflussmessbereich zur Verfügung.
• Besonders bevorzugt ist die Durchflussmessvorrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Strömungsglätters und einem stromabwärtigen Durchflussmessgerätende des Durchflussmessgeräts weniger als das 30-fache des stromabwärtigen Querschnitts des Strömungsglätters beträgt. In anderen Worten beträgt eine Baulänge des Durchflussmesssystems weniger als das 30-fache des stromabwärtigen Querschnitts des Strömungsglätters. So geringe Baulängen führen bei herkömmlichen Durchflussmesssystemen nicht zu signifikanten Verbesserungen bei gestörten Strömungsprofilen, sind aber mit einem erfindungsgemäßen Strömungsglätter realisierbar.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
• 1 ein erfindungsgemäßes Durchflussmesssystem mit einem Durchflussmessgerät und einem erfindungsgemäßen Strömungsglätter,
• 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmesssystems,
• 3 einen schematischen Querschnitt durch ein Teil eines erfindungsgemäßen Strömungsglätters,
• 4 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Strömungsglätter und
• 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsglätters. Die
• 6a und 6b zeigen Einbauten für erfindungsgemäße Strömungsglätter und die
• 7a und 7b zeigen die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit von der radialen Koordinate für ein asymmetrisches bzw. ein symmetrisches Strömungsprofil.
• 1 zeigt ein Durchflussmesssystem 10 mit einem Strömungsglätter 12 und einem Durchflussmessgerät 14. Der Strömungsglätter 12 ist mit einem stromaufwärtigen Flansch 16 an einem Rohrsystem 18 und mit einem stromabwärtigen Flansch 20 an dem Durchflussmessgerät 14 angeflanscht. Das Durchflussmessgerät 14 besitzt einen stromaufwärtigen Flansch 22 und einen stromabwärtigen Flansch 24. Mit letzterem ist es seinerseits an dem Rohrsystem 18 angeflanscht. Im Betrieb des Durchflussmesssystems 10 fließt Fluid 26, beispielsweise Wasser oder ein Mineralölpro dukt, in einer Strömungsrichtung R entlang einer Längsachse L des Durchflussmesssystems.
• Der Strömungsglätter 12 umfasst eine Rohrleitung 28, die im vorliegenden Fall einen konusförmigen Aufweitungsabschnitt 30 und einen ebenfalls konusförmigen Verjüngungsabschnitt 32 umfasst, zwischen denen ein Einbau 34 angeordnet ist. Auch wenn der Einbau 34 sich teilweise radial weiter nach außen erstreckt als der Verjüngungsabschnitt 32 und der Aufweitungsabschnitt 30, wird dennoch davon gesprochen, dass der Einbau in der Rohrleitung angeordnet ist, da Fluid 26, das in der Rohrleitung 28 fließt, stets den Einbau 34 passiert.
• Die Rohrleitung 28 besitzt an ihrem stromaufwärtigen Ende, das durch den stromaufwärtigen Flansch 16 gebildet ist, einen kreisförmigen stromaufwärtigen Querschnitt A₁ mit einem ersten Durchmesser d₁. In der Beschreibung wird unter einem Durchmesser, sofern nichts anderes explizit erwähnt ist, stets ein Innendurchmesser verstanden. Der Einbau 34 besitzt einen Einbau-Querschnitt A₂ und einen Einbau-Durchmesser d₂. An seinem durch den stromabwärtigen Flansch 20 gebildeten stromabwärtigen Ende besitzt die Rohrleitung 28 einen stromabwärtigen Querschnitt A₃, der mit dem stromauwärtigen Querschnitt A₁ übereinstimmt. Entsprechend ist der Durchmesser d₃ an dieser Stelle gleich dem Durchmesser d₁ des stromaufwärtigen Flansches 16.
• Der Erweiterungsabschnitt 30 ist konusförmig, so dass sein Durchmesser d, der über eine x-Achse aufgetragen werden kann, die sich entlang der Längsachse L erstreckt, mit wachsendem x linear zunimmt und gegenüber der Längsachse L einen Böschungswinkel α von 7° besitzt. Der Verjüngungsabschnitt 32 ist spiegelsymmetrisch zum Aufweitungsabschnitt 30 aufgebaut, so dass der Durchmesser d gegenüber der Längsachse L ebenfalls einen Böschungswinkel α von ebenfalls 7° besitzt. Die Außenkontur des Strömungsglätters 12 ist dabei rotationssymmetrisch zur Längsachse L.
• Das Durchflussmessgerät 14 ist sei Turbinenradzähler, es ist jedoch auch jedes sonstige Durchflussmessgerät einsetzbar, wie beispielsweise ein Coriolis-Messgerät oder ein Hall-Messgerät.
• Der Strömungsglätter 12 besitzt eine Einbaulänge E, die von dem stromaufwärtigen Flansch 16 zum stromabwärtigen Flansch 20 verläuft und die weniger als das 25-fache des Durchmessers d₁ am stromaufwärtigen Flansch 16 beträgt.
• 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Durchflussmesssystems 10, bei dem der Strömungsglätter 12 zwischen dem Aufweitungsabschnitt 30 und dem Verjüngungsabschnitt 32 einen zylinderförmigen Mittelabschnitt 36 besitzt. Beispielsweise kann es sich bei dem Rohr des Rohrsystems 18 um ein Rohr mit der Nennweite DN50 handeln. In diesem Fall ist der Mittelabschnitt 36 beispielsweise durch ein Rohr mit der Nennweite DN100 gebildet. Der Einbau 34 ist in dieser Ausführungsform zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Einbauteil 34.1, das zwischen dem Aufteilungsabschnitt 30 und dem Mittelabschnitt 36 angeordnet ist, und ein zweites Einbauteil 34.2, das zwischen dem Mittelabschnitt 36 und dem Verjüngungsabschnitt 32 angeordnet ist.
• Sowohl bei dem Durchflussmesssystem nach 1 als auch nach 2 ist das Durchflussmessgerät 14 jeweils unmittelbar an den Strömungsglätter 12 angeflanscht. Es handelt sich hierbei um eine bevorzugte Ausführungsform. Es ist jedoch auch möglich, zwischen beiden ein unter Umständen längeres Rohrstück vorzusehen.
• 3 zeigt eine schematische Ansicht des Strömungsglätters 12, die die stetige Erweiterung des Durchmessers d entlang der x-Achse zeigt und an Hand derer der verminderte Druckverlust unter Zuhilfenahme der Kontinuitätsgleichung erläutert wird. Über dem Einbau 34 in Form einer Lochscheibe fällt ein Fluiddruck p von einem stromaufwärtigen Wert p₁, der unmittelbar vor dem Einbau 34 herrscht, auf einen niedrigeren Fluiddruck p₂ unmittelbar hinter dem Einbau 34 ab, da der Einbau 34 dem Fluid 26 einen Strömungswiderstand entgegensetzt. Der Strömungswiderstand bewirkt eine in Strömungsrichtung R wirkende Kraft F_W auf den Einbau 34, die (nach Newton) proportional zum Quadrat einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids ist und proportional zu einem Druckverlust p_v über dem Einbau 34 ist, das heißt es gilt: pv ~ Fw ~ v2. (1)
• Der Strömungswiderstand für das strömende Fluid in der Rohrleitung 28 verringert sich also, wenn die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v sinkt.
• Mit Hilfe der Kontinuitätsgleichung lässt sich für ein inkompressibles Fluid, wie beispielsweise Wasser, nachvollziehen, dass sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v₂ im Bereich des Einbaus gegenüber der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v₁ im Bereich des stromaufwärtigen Flansches 16 mit dem Durchmesser d₁ um das Verhältnis d₁ ²/d₂ ² verringert. Gemäß der Kontinuitätsgleichung gilt v1A1 = v2A2 (2) ⇔ v2 = (A1/A2)v1, (3) v2 = (d1 2/d2 2)v1. (4)
• Dabei ist A₁ der stromaufwärtige Querschnitt und A₂ der Einbau-Querschnitt. Da sich der Einbau 34 in Form der Lochplatte 38 in einem Bereich befindet, in dem die Strömungsgeschwindigkeit v geringer ist, ist die Kraft F_w überproportional kleiner. Ist beispielsweise d₂ doppelt so groß wie d₁, so ist A₂/A₁ = 4 und damit v₂ = v₁/4. Mit Gleichung (1) ergibt sich pv ~ Fw ~ v2 2 = (d1 2/d2 2)2v1 2 = 1/16 v1 2. (5)
• Wird der Einbau-Querschnitt also viermal so groß gewählt wie der stromaufwärtige Querschnitt, reduziert sich der Strömungswiderstand auf ein Sechzehntel.
• 4 zeigt einen Querschnitt durch den Strömungsglätter 12 gemäß 1. Es ist zu erkennen, dass der Durchmesser d₃ im Bereich des stromabwärtigen Flansches 20 dem Durchmesser d₁ im Bereich des stromaufwärtigen Flansches 16 entspricht.
• 5 zeigt einen Querschnitt durch den Strömungsglätter 12 gemäß 2, der zwei Lochplatten 38.1 und 38.2 umfasst, die voneinander beabstandet in dem Mittelabschnitt 36 angeordnet sind.
• 6a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lochplatte 38 mit einem Einbau-Durchmesser d₂ in der mehrere, etwa gleichartige Bohrungen 40.1, 40.2, ... in einer vierzählig symmetrischen Anordnung angebracht sind.
• 6b zeigt eine alternative Lochplatte 38, die ebenfalls den Einbau-Durchmesser d₂ aufweist und neben Bohrungen 40.1, 40.2, ... auch mehrere ovale Löcher 42.1, 42.2, ... besitzt.
• 7a zeigt die Abhängigkeit der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v im Bereich des stromaufwärtigen Flansches 16 (vergleiche 4) in Abhängigkeit von der radialen Koordinate r, die den Abstand vom Rohrmittelpunkt angibt. Es ist zu erkennen, dass die Strömungsgeschwindigkeit v₁ abseits der Mitte der Rohrleitung 28 am höchsten ist und dann näherungsweise parabelförmig zum Rand hin bis auf null abfällt. Ein derartiges Strömungsprofil ist zur Durchflussmessung wenig geeignet. Es ist anzumerken, dass bei asymmetrischen Strömungsprofilen, wie sie vor dem Einbau 34 vorliegen können, die Strömungsgeschwindigkeit nicht nur von der radialen Koordinate r, sondern auch von der Winkelkoordinate φ abhängt. Zur Vereinfachung ist das in 7a nicht gezeigt.
• 7b zeigt die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit v₃ im Bereich des stromabwärtigen Flansches 20, also nach dem Einbau 34 und nach Verjüngung des Durchmessers d der Rohrleitung 28 auf den stromabwärtigen Durchmesser d₃. Es ist zu erkennen, dass das Strömungsprofil im Wesentlichen „kastenförmig" verläuft, das heißt, dass die Strömungsgeschwindigkeit v₃ über einen weiten Bereich im Wesentlichen konstant ist. Die Strömungsgeschwindigkeit im Rohrmittelpunkt v im Rohr mittelpunkt ist zudem kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit v max / 1 vor dem Einbau 34 (vergleiche 7a). Eine Durchflussmessung an einem Fluidstrom mit einem Strömungsprofil gemäß 7b ist für die oben genannten Durchflussmesser mit einer deutlich höheren Genauigkeit durchführbar als an einem Fluidstrom mit dem Strömungsprofil gemäß 7a.
• Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie 1 zeigt, Fluid 26 durch das Durchflussmesssystem 10 geleitet und mit dem Durchflussmesser 14 wird der Durchfluss gemessen. So erhaltene Messwerte werden beispielsweise auf einem nicht eingezeichneten Display angezeigt oder per Datenübertragung an eine Messwerterfassungssteuerung übermittelt.

10

Durchflussmesssystem

12

Strömungsglätter

14

Durchflussmessgerät

16

stromaufwärtiger Flansch

18

Rohrsystem

20

stromabwärtiger Flansch

22

stromaufwärtiger Flansch

24

stromabwärtiger Flansch

26

Fluid

28

Rohrleitung

30

Aufweitungsabschnitt

32

Verjüngungsabschnitt

34

Einbau

36

Mittelabschnitt

38

Lochplatte

40

Bohrung

42

Loch

A₁

stromaufwärtiger Querschnitt

A₂

Einbau-Querschnitt

A₃

stromabwärtiger Querschnitt

α

Böschungswinkel

d

Durchmesser

E

Einbaulänge

F_w

Kraft

L

Längsachse

p

Fluiddruck

p_v

Druckverlust über dem Einbau Winkelkoordinate

φ

Winkelkoordinate

R

Strömungsrichtung

r

Koordinate senkrecht zur Längsachse

v

Strömungsgeschwindigkeit des Fluids

x

Koordinate in Richtung der Längsachse

Claims (14)

1. Strömungsglätter für ein Fluid (26), insbesondere eine Flüssigkeit, mit (a) einer Rohrleitung (28) zum Leiten des Fluids (26), (b) einem Einbau (34) in der Rohrleitung (28) zum Glätten eines Strömungsprofils stromabwärts des Einbaus (34), (c) wobei der Einbau (34) einen Einbau-Querschnitt (A₂) besitzt, (d) einem stromaufwärtigen Ende der Rohrleitung (28), das einen stromaufwärtigen Querschnitt besitzt (A₁), und (e) einem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung (28), das einen stromabwärtigen Querschnitt (A₃) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau-Querschnitt (A₂) größer ist als der stromabwärtige Querschnitt (A₃) und/oder als der stromaufwärtige Querschnitt (A₁).
2. Strömungsglätter nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau (34) einen Strömungsgleichrichter umfasst.
3. Strömungsglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau (34) einen Strömungskonditionierer, insbesondere eine oder mehrere Lochplatten (38) umfasst.
4. Strömungsglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (28) einen sich kontinuierlich verändernden Durchmesser (d) aufweist.
5. Strömungsglätter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) gegenüber einer Längsachse (L) der Rohrleitung (28) einen Böschungswinkel (α) von weniger als 7°, insbesondere weniger als 4°, besitzt.
6. Strömungsglätter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) in mindestens einem Rohrleitungsabschnitt (30, 32) gegenüber der Längsachse (L) der Rohrleitung (28) einen Böschungswinkel (α) von mehr als 4° besitzt.
7. Strömungsglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau-Querschnitt (A₂) mehr als das 1,5-fache des stromaufwärtigen Querschnitts (A₁) und/oder des stromabwärtigen Querschnitts (A₃) beträgt.
8. Strömungsglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau-Querschnitt (A₂) weniger als das Dreifache des stromaufwärtigen Querschnitts (A₁) und/oder des stromabwärtigen Querschnitts (A₃) beträgt.
9. Strömungsglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einbaulänge (E) von weniger als dem Dreißigfachen des stromaufwärtigen Querschnitts (A₁).
10. Durchflussmesssystem zur Durchflussmessung mit (a) einem Durchflussmessgerät (14) und (b) zumindest einem Strömungsglätter (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der stromaufwärts vor dem Durchflussmessgerät (14) abgeordnet ist.
11. Verfahren zur Durchflussmessung eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung (28), mit den Schritten: (a) Verringern einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit (v) des Fluids (26) durch Leiten des Fluids (26) durch einen sich erweiternden Rohrleitungsabschnitt (30), (b) Glätten des Fluidstroms, (c) Erhöhen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit (v) des Fluids (26) durch Leiten des Fluids (26) durch einen sich verengenden Rohrleitungsabschnitt (32) und (d) Ermitteln eines Durchflusses oder eines zum Durchfluss proportionalen Messwerts.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom mittels eines Strömungsgleichrichters geglättet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom mittels eines Strömungskonditionierers (38) geglättet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom ein Flüssigkeitsstrom ist.