DE19755905C1 - Strömungsgleichrichter-Modul, Strömungsgleichrichter und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Strömungsgleichrichter-Modul, Strömungsgleichrichter und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Strömungsgleichrichter-Modul als
Einsatz für ein von einem flüssigen oder gasförmigen Medium
durchströmbares Rohr, mit zumindest einem Trägerelement und zu
mindest einer durch das Trägerelement gestützten Ablenkplatte.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Strömungsgleich
richter mit einem Rohr, das von einem flüssigen oder gasförmi
gen Medium durchströmbar ist und ein Verfahren zu dessen Her
stellung.
Die Druckschrift WO 90/00929 offenbart eine Vorrichtung zum
Vermischen einer Flüssigkeit, die ein Rohr durchströmt. Neben
der Vermischung wird zusätzlich eine Gleichrichtung des Flüs
sigkeitsstromes erzielt. Die Vorrichtung umfaßt ein rohr
förmiges Trägerelement, an dessen einem Längsende Ablenkplatten
beabstandet zueinander angeordnet sind. Diese Ablenkplatten er
strecken sich schräg zur Mittelachse des Trägerelements nach
innen, d. h. zur Mittelachse hin. Eine oder mehrere dieser
Vorrichtungen werden in das Rohr eingesteckt, so daß die
Ablenkplatten stromabwärts liegen, und durch ein Klebemittel an
der Rohrinnenwand befestigt. Die schräg verlaufenden Ablenk
platten sorgen für eine Verwirbelung der Flüssigkeit und damit
für eine Vermischung und eine Vergleichmäßigung der Strömung.
Der Nachteil dieser Vorrichtung ist einerseits darin zu sehen,
daß die Strömungsgleichrichter-Wirkung unbefriedigend ausfällt,
insbesondere auch deshalb, weil ein in der Strömung vorhandener
Drall nicht beseitigt wird. Dies führt bei einem der Vorrich
tung nachgeordneten Meßpunkt zu Meßergebnissen, die im Hinblick
auf die Gesamtströmung nicht aussagekräftig sind.
Andererseits ist die Vorrichtung aufwendig und damit teuer in
ihrer Herstellung und darüber hinaus unflexibel in ihrer Anwen
dung. So wird das Trägerelement aus einem Rohrstück gefertigt,
wobei die Ablenkplatten aus der Rohrwandung ausgeschnitten und
umgebogen werden. Dies ist ein aufwendiger Herstellungsvorgang
und erfordert insbesondere auch teures Ausgangsmaterial. Dar
über hinaus muß der Durchmesser des Trägerelements genau an den
Durchmesser des Rohrs angepaßt sein. Dies hat jedoch zur Folge,
daß eine Herstellung auf Vorrat aufgrund der großen Anzahl an
unterschiedlichen Varianten nicht rentabel ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Strömungs
gleichrichter-Modul und einen Strömungsgleichrichter bereitzu
stellen, mit dem jeweils eine sehr gute Strömungsgleichrichtung
erzielbar ist und das bzw. der kostengünstig herstellbar ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird von einem
Strömungsgleichrichter-Modul der eingangs genannten Art gelöst,
das sich dadurch auszeichnet, daß zumindest ein längliches Trä
gerelement plattenförmig ausgebildet ist und daß die Ablenk
platte schräg zur Längsrichtung des Trägerelements gehalten
ist.
Der Vorteil dieses Strömungsgleichrichter-Moduls liegt insbe
sondere darin, daß es sehr kostengünstig herstellbar und flexi
bel, d. h. in Rohren mit unterschiedlichsten Querschnittsformen
und Durchmessern einsetzbar ist. Darüber hinaus verbessert sich
die Strömungsgleichrichtung dadurch, daß das Trägerelement
bedingt durch seine längliche Plattenform einen Drall in dem
das Rohr durchströmenden Medium beseitigt. Damit erfüllt das
Trägerelement nicht nur die Stützfunktion für die Ablenk
platten, sondern zusätzlich auch eine Strömungsgleichrichtungs
funktion. Unter Drall ist dabei im Zusammenhang mit der Erfin
dung eine Strömungskomponente zu verstehen, die sich um eine
Achse dreht, die parallel zur Längsachse des Rohrs liegt.
Da das Trägerelement eine Plattenform aufweist, läßt es sich
aus einem kostengünstigen Plattenmaterial fertigen, so daß auf
teure rohrförmige Elemente verzichtet werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelement zumindest
einen randoffenen Schlitz aufweist, in den die Ablenkplatte
eingreift. Der zur Aufnahme der Ablenkplatte vorgesehene
Schlitz ist einfach und kostengünstig in das Trägerelement
einbringbar. So ist es also nicht mehr notwendig, die Ablenk
platte aus einem rohrförmigen Trägerelement herauszuschneiden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Strömungsgleichrich
ter-Moduls sind einem Trägerelement mehrere zueinander beab
standete Ablenkplatten zugeordnet, die in entsprechend ausge
bildete Schlitze eingreifen.
Dies hat den Vorteil einer weiteren Verbesserung der Strömungs
gleichrichtung, da das das Rohr durchströmende Medium an jeder
Ablenkplatte erneut verwirbelt wird, so daß sich das Strömungs
profil über den Querschnitt des durchströmten Rohrs weiter ver
gleichmäßigt.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Träger
elemente vorgesehen, die in Umfangsrichtung des durchströmten
Rohrs beabstandet zueinander angeordnet sind.
Dies hat den Vorteil, daß die Strömungsgleichrichtung nochmals
verbessert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind jedem
Trägerelement mehrere Ablenkplatten zugeordnet, wobei die Ab
lenkplatten benachbarter Trägerelemente in Längsrichtung ver
setzt zueinander angeordnet sind.
Auch mit dieser Weiterbildung läßt sich die Strömungsgleich
richtung verbessern, ohne jedoch den baulichen Aufwand in glei
chem Verhältnis zu erhöhen. Insbesondere bei einem dem Strö
mungsgleichrichter-Modul vorgeschalteten Regelorgan ist die
versetzte Anordnung vorteilhaft, da die einzelnen Strömungs
pfade durch versetzte Wirbel sanft verteilt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in Um
fangsrichtung gesehen jedem zweiten Trägerelement Ablenkplatten
zugeordnet.
Diese Weiterbildung ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine
besonders große Drallkomponente aus dem durchströmenden Medium
herausgenommen werden soll.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an
einigen der Trägerelemente stromaufwärts ein Strömungsverteiler
angebracht.
Dies hat den Vorteil, daß der bezüglich der Querschnittsfläche
des Rohrs mittig angeordnete Strömungsverteiler die das Strö
mungsgleichrichter-Modul erreichende Strömung nach außen in die
Randbereiche des Rohrs ablenkt, wo die Strömung dann
stromabwärts über die Ablenkplatten verwirbelt wird.
Dies hat den Vorteil, daß sich keine extremen Tunnelströmungen
ausbilden können.
Als besonders vorteilhafte Form des Strömungsverteilers hat
sich ein hohler Rotationsparaboloid herausgestellt, dessen
Spitze stromaufwärts liegt und dessen stromabwärts liegender
Rand abgeschrägt ist.
Der abgeschrägte Rand bewirkt einen Wirbelabriß, der die Strö
mungsgleichrichtung sehr stark unterstützt. Durch den Wirbel
abriß entsteht im Hohlraum des Strömungsverteilers ein Unter
druck und je nach Ausführungsform eine Pulsation, die zu der
Verbesserung der Strömungsgleichrichtung beiträgt.
Selbstverständlich lassen sich auch anders geformte Strömungs
verteiler verwenden. Des weiteren ist es möglich, durch eine
entsprechende Oberflächenstruktur des Strömungsverteilers bzw.
eine Oberflächenprofilierung eine weitere Verbesserung der
Strömungsgleichrichtung zu erzielen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
Ablenkplatte im wesentlichen eine Trapezform auf, wobei deren
dem Rohr zugewandte Seite bogenförmig ausgebildet ist, so daß
im wesentlichen ihre zwei äußeren Endbereiche als Kontaktfläche
dienen.
Diese Ausgestaltung der Ablenkplatte hat den Vorteil, daß eine
sehr stabile, mit hohen Kippmomenten belastbare Abstützung er
möglicht ist. Um zu erreichen, daß die Ablenkplatte im wesent
lichen mit ihren zwei äußeren Endbereichen am Rohr anliegt, ist
der Radius der bogenförmig ausgebildeten Seite größer gewählt
als der Innenradius des Rohrs.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
Ablenkplatte einen randoffenen Schlitz auf, der an der dem Rohr
zugewandten Seite angebracht ist.
Dies hat den Vorteil, daß eine sehr einfache Montage von Trä
gerelement und Ablenkplatte möglich ist, da die Ablenkplatte
lediglich in das Trägerelement eingesteckt werden muß.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die in
der Ablenkplatte als auch im Trägerelement vorgesehenen Schlit
ze derart ausgebildet, daß sich lediglich an den Schlitz-
Längsenden Abstützflächen mit dem Trägerelement bzw. mit der
Ablenkplatte ergeben.
Dies hat den Vorteil, daß sich die Ablenkplatte an definierten
Punkten an dem Trägerelement abstützt, so daß sich ein sehr
großes Stützmoment garantieren läßt. Darüber hinaus wird die
Montage stark vereinfacht und folglich kostengünstig.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zu
mindest eine Trägerelement an einer Innenwand eines Stützrohrs
angebracht, wobei die Längsachse des Trägerelements parallel
zur Längsachse des Stützrohrs verläuft und wobei das Stützrohr
in das von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchström
bare Rohr einsteckbar ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, daß sich durch das Stützrohr eine sehr
einfach handhabbare Baueinheit schaffen läßt, die alle zur
Strömungsgleichrichtung notwendigen Elemente aufweist. Diese
Baueinheit ist dann sehr einfach in das jeweilige Rohr
einsteckbar.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch von einem
Strömungsgleichrichter der eingangs genannten Art gelöst, der
dadurch gekennzeichnet ist, daß in zumindest einem Längs
abschnitt des Rohrs ein Strömungsgleichrichter-Modul, wie zuvor
erläutert, fest angeordnet ist.
Dieser Strömungsgleichrichter hat - wie das zuvor erwähnte
Strömungsgleichrichter-Modul - besonders gute Strömungsgleich
richtungseigenschaften und ist zudem kostengünstig mit wenigen
einfachen Bauteilen herstellbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Rohr an seinen
beiden Enden jeweils eine Anschlußvorrichtung auf, die einen
Anschluß an ein weiteres Rohr bzw. ein Rohrsystem ermöglicht.
Durch die Anschlußvorrichtung, die beispielsweise als Flansch
ausgebildet ist, wird der Vorteil erzielt, daß der Strömungs
gleichrichter einfach an vorhandene Rohre anschließbar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das
Rohr in seiner Wandung eine Öffnung zum Einbringen einer Meß
sonde auf, wobei die Öffnung in einem dem Strömungsgleichrich
ter-Modul nachgeordneten Längsabschnitt des Rohrs vorgesehen
ist.
Dies hat den Vorteil, daß sich eine im Hinblick auf die Wirkung
des Strömungsgleichrichter-Moduls angepaßte optimierte Meßposi
tion bereitstellen läßt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darüber hinaus
durch ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsgleichrich
ters gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß in das Rohr
Durchgangsbohrungen eingebracht werden, daß die mit den Ablenk
platten versehenen Trägerelemente in das Rohr eingebracht wer
den, wobei die Trägerelemente zu den Durchgangsbohrungen ausge
richtet sind, und daß die Trägerelemente durch die Durchgangs
bohrungen hindurch mit dem Rohr verschweißt werden.
Dieses Herstellungsverfahren ist äußerst kostengünstig durch
führbar und erfordert nur wenige Herstellungsschritte, wobei
insbesondere aufwendige Materialumformungen eingespart werden
können. Es ist lediglich notwendig, das zumindest ein Träger
element und eine Ablenkplatte umfassende Strömungsgleichrich
ter-Modul in das Rohr einzuschieben und über Lochschweißungen
an diesem zu fixieren, wofür in dem Rohr Durchgangsbohrungen
vorgesehen sind. Hiermit wird eine äußerst stabile und einfach
erzielbare Verbindung ermöglicht.
Darüber hinaus können Lagerkosten eingespart werden, da das
eingesteckte Strömungsgleichrichter-Modul nur wenige von der
Form des Rohrs an sich unabhängige Teile aufweist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Ablenkplatten
in die Schlitze des Trägerelements eingesteckt und werden die
Trägerelemente über zumindest einen Montagestern zueinander
ausgerichtet und fixiert, wobei dann die Trägerelemente in
dieser ausgerichteten Lage als Einheit in das Rohr eingebracht
werden. Nach dem Schweißvorgang wird dann der Montagestern aus
dem Rohr entfernt.
Dies hat den Vorteil, daß sich das Einbringen und Befestigen
der Trägerelemente sehr einfach gestaltet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Strömungsvertei
ler als nicht-entfernbarer Montagestern zur Ausrichtung und
Fixierung der Trägerelemente verwendet.
Dies hat den Vorteil, daß neben der Verbesserung der Strömungs
gleichrichtungswirkung ein Montageschritt, nämlich das Entfer
nen des Montagesterns, entfällt. Somit eignet sich dieses Ver
fahren insbesondere dann, wenn der Montagestern an einer von
außen schwer zugänglichen Stelle läge.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden das Trägerelement
und/oder die Ablenkplatte ausgestanzt.
Dies hat den Vorteil, daß sich diese Teile äußerst kostengün
stig und einfach herstellen lassen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste
hend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in
der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Strö
mungsgleichrichter-Moduls gemäß einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ablenkflügels in
Draufsicht und in Seitenansicht, sowie eine Dar
stellung zur Erläuterung seiner Befestigung an einem
Trägerelement;
Fig. 3 einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Strö
mungsgleichrichter-Moduls gemäß einem zweiten Aus
führungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Strö
mungsgleichrichter-Moduls gemäß einem dritten Aus
führungsbeispiel, sowie eine Detaildarstellung eines
Bereichs des Strömungsverteilers;
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Strömungsgleichrichters;
Fig. 6 mehrere schematische Darstellungen zur Erläuterung
der Herstellung des Strömungsgleichrichter-Moduls,
und
Fig. 7 eine schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeig
ten Strömungsgleichrichter-Moduls zur Erläuterung
seiner Funktionsweise.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Strömungsgleichrichter-
Modul insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Das Strömungs
gleichrichter-Modul 10 umfaßt eine rohrförmige Hülse 12, an
deren Innenwandung 14 mehrere längliche Trägerelemente 16 ange
bracht sind. Die Querschnittsdarstellung läßt erkennen, daß im
vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt acht Trägerelemente
16 vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung der Hülse 12 in
gleichmäßigen Abständen zueinander liegen. Selbstverständlich
läßt sich die Anzahl der verwendeten Trägerelemente 16 je nach
Anwendungsfall variieren. Des weiteren läßt sich statt einer im
vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Kreisform der
Hülse 12 beispielsweise auch eine im Querschnitt rechteck
förmige oder quadratische Hülse einsetzen.
Jedes der identisch zueinander ausgebildeten Trägerelemente 16
weist eine Plattenform auf und gliedert sich in zwei Längs
abschnitte 18a und 18b. Der Längsabschnitt 18b hat die Form
eines Streifens, während der auch als Leitflügel 19 bezeichnete
Längsabschnitt 18a eine Trapezform besitzt mit einer bezüglich
der Mittelachse M der Hülse 12 schräg verlaufenden Längsend
kante 20. Die Länge des Trägerelements 16 an seiner der
Innenwandung 14 zugewandten Seite ist somit größer als die
Länge der gegenüberliegenden Seite des Trägerelements 16. Wie
sich aus der Querschnittsansicht ergibt, erstrecken sich die
Trägerelemente 16 von der Innenwandung 14 in radialer Richtung
nach innen zum Mittelpunkt der Hülse 12. Dabei ist die radiale
Länge (Breite) des Leitflügels 19 größer als die Breite des
Längsabschnitts 18b.
Die Querschnittsansicht läßt des weiteren erkennen, daß die
Trägerelemente 16 in einer gedachten Ebene verlaufen, in der
auch die Mittelachse M der Hülse 12 liegt. Des weiteren liegen
die Leitflügel 19 auf der einer mit einem Pfeil S bezeichneten
Strömung zugewandten Seite 22, d. h. stromaufwärts der Hülse 12.
An den Trägerelementen 16 sind im Längsabschnitt 18b ebene
plattenförmige Ablenkflügel 24 angebracht. Im vorliegenden Aus
führungsbeispiel sind an jedem Trägerelement 16 insgesamt drei
in Längsrichtung zueinander beabstandete Ablenkflügel 24 vorge
sehen, wobei diese Anzahl selbstverständlich je nach Anwen
dungsfall variabel ist. Die Flügel erstrecken sich schräg zur
Mittelachse M, wobei die der Innenwandung 14 zugewandte äußere
Seite 26 dem Leitflügel 19 zugewandt ist, d. h. daß diese Seite
26 bezüglich der gegenüberliegenden inneren Seite 28 des
Ablenkflügels 24 stromaufwärts liegt. Die innere Seite 28 jedes
Ablenkflügels 24 ragt gegenüber einer radial innenliegenden
Kante 30 des Trägerelements 16 hervor, wobei der Abstand der
inneren Seite 28 zur Mittelachse M größer ist als der Abstand
der innenliegenden Kante des Leitflügels 19 zur Mittelachse M.
Die Ablenkflügel 24 weisen, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, im
wesentlichen eine Trapezform auf, wobei die breitere, der
Innenwandung 14 zugewandte Seite 26 an die Form der Hülse 12
angepaßt ist. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist die äußere
Seite 26 bogenförmig ausgebildet, wie auch in der in Fig. 2
gezeigten Draufsicht deutlich zu erkennen ist.
Aus einer in Fig. 2 gezeigten Seitenansicht des Ablenkflügels
24 ist zu erkennen, daß die äußere Seite 26 sowie die innere
Seite 28 jeweils abgeschrägt ausgebildet sind. Die abgeschräg
ten Kanten sind in der Draufsicht gestrichelt angedeutet. Dabei
wird die Abschrägung der äußeren Seite so gewählt, daß diese
Kante möglichst gut an der Innenwandung 14 anliegt. Die Ab
schrägung der inneren Seite 28 dient als Abrißkante, deren
Funktion noch erläutert wird.
Der Ablenkflügel 24 weist darüber hinaus einen Schlitz 32 auf,
der sich ausgehend von der äußeren Seite 26 in Richtung der
Symmetrieachse SA des Ablenkflügels in etwa bis dessen Mitte
erstreckt. Der Schlitz 32 ist zu der äußeren Seite 26 hin rand
offen ausgebildet. Der Abstand D der einander gegenüber
liegenden Flächen 34, d. h. die Schlitzbreite D, ist in einem
mittleren Schlitzlängsabschnitt 36 größer als an den beiden
Längsendabschnitten 37. Dadurch entstehen sogenannte Ausarbei
tungen 38. Mit Hilfe dieser Ausarbeitungen 38 lassen sich
definierte Kontaktflächen mit einer in den Schlitz einge
steckten Platte, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ab
schnitt des Trägerelements 16, gewährleisten. Die Kontakt
flächen liegen dabei an den beiden Längsendabschnitten 37 des
Schlitzes 32.
Auch die Trägerelemente 16 weisen Schlitze 40 auf, wie in einer
Ausschnittsdarstellung in Fig. 2 gezeigt. Die Schlitze 40 be
sitzen eine Mindestbreite B im Bereich der Längsendabschnitte
42, die der Dicke S der Ablenkflügel 24 entspricht. Wie die
Schlitze 32 der Ablenkflügel 24 sind auch die Schlitze 40 der
Trägerelemente 16 mit Ausarbeitungen 44 versehen, die jeweils
in einem mittleren Längsabschnitt der Schlitze 40 eingebracht
sind. Damit werden definierte Kontaktflächen geschaffen, die im
Bereich der beiden Längsendabschnitte 42 liegen. Die Schlitze
40 nehmen Ablenkflügel 24 auf, wie dies schematisch in Fig. 2
dargestellt ist. Die Schlitze 32 der Ablenkflügel 24 und die
Schlitze 40 der Trägerelemente 16 sind so aufeinander abge
stimmt, daß die Ablenkflügel 24 in die Schlitze 40 der Träger
elemente 16 einsteckbar sind, wobei die äußere Seite 26 im
wesentlichen bündig mit der der Kante 30 gegenüberliegenden
äußeren Kante des Trägerelements 16 abschließt.
In der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 1 ist zu erkennen,
daß in Umfangsrichtung lediglich jedes zweite Trägerelement 16
mit eingesteckten Ablenkflügeln 24 versehen ist. Zwischen be
nachbarten, einen Winkel von 90° einschließenden Trägerele
menten 16 mit Ablenkflügeln 24 sind jeweils Trägerelemente 16
vorgesehen, die keine Ablenkflügel aufweisen. Somit ist es
nicht unbedingt notwendig, diese Trägerelemente 16 mit Schlit
zen zu versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die
einzelnen Trägerelemente 16 jeweils in einem gleichen Abstand
beispielsweise zu der Seite 22 der Hülse 12 angeordnet. D. h.,
daß die Ablenkflügel 24 benachbarter Trägerelemente 16 jeweils
auf einer Umfangslinie liegen.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strömungs
gleichrichter-Moduls 10' dargestellt. Der Aufbau dieses Strö
mungsgleichrichter-Moduls 10' entspricht im wesentlichen dem
Aufbau des zuvor erläuterten Strömungsgleichrichter-Moduls 10,
so daß auf eine nochmalige Beschreibung der mit gleichen Be
zugszeichen gekennzeichneten Teile verzichtet wird. Der Unter
schied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt
darin, daß alle Trägerelemente 16 Ablenkflügel 24 aufweisen.
Dabei sind zueinander benachbarte Trägerelemente 16 in Längs
richtung jeweils versetzt zueinander angeordnet, wobei die je
weiligen Ablenkflügel 24 jedes zweiten Trägerelements 16 auf
einer Umfangslinie liegen.
Die Vergrößerung der Anzahl an Ablenkflügeln 24 sowie der Ver
satz der Trägerelemente 16 hat den Vorteil, daß einzelne Strö
mungspfade durch versetzte Wirbel sanft verteilt werden, was
insbesondere dann eine große Rolle spielt, wenn dem Strömungs
gleichrichter-Modul 10' Regelorgane vorgeschaltet sind.
In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Strömungs
gleichrichter-Moduls 10" dargestellt, das im wesentlichen dem
in Fig. 3 gezeigten Strömungsgleichrichter-Modul 10' ent
spricht. Auf eine nochmalige Erläuterung der mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichneten Teile wird deshalb verzichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel weist das Strömungsgleichrichter-
Modul 10" an dem stromaufwärts liegenden Ende 22 der Hülse 12
einen Strömungsverteiler 50 auf, der an den Leitflügeln 19 der
Trägerelemente 16 angebracht ist. Da benachbarte Trägerelemente
16 jeweils in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet
sind, ist der Strömungsverteiler 50 an jedem zweiten Träger
element 16 angebracht.
Bei dem Strömungsverteiler 50 handelt es sich um einen Rota
tionsparaboloiden, der hohl ausgebildet ist und dessen ge
schlossene Spitze stromaufwärts liegt. Wie aus der Detail
ansicht in Fig. 4 zu erkennen ist, ist der Rand 52 des Strö
mungsverteilers 50 abgeschrägt ausgebildet, wobei ein Abschrä
gungswinkel von 30° zur Längsachse bevorzugt ist. Diese Ab
schrägung dient als Abrißkante und sorgt für eine Verbesserung
der Strömungsgleichrichtung.
Die der Strömung S zugewandte Oberfläche 54 des Strömungs
verteilers 50 kann glatt ausgebildet sein; es ist jedoch auch
möglich, eine künstliche Oberflächenrauhigkeit vorzusehen.
Besonders vorteilhaft ist es, eine drallerzeugende Oberflächen
profilierung vorzusehen. Des weiteren ist es zur Strömungs
optimierung auch möglich, Druckausgleichsbohrungen in den Strö
mungsverteiler 50 einzubringen, was in Fig. 4 jedoch nicht dar
gestellt ist. Um einen möglichst geringen Druckverlust zu
erreichen, wird der Strömungsverteiler 50 bevorzugt eine
Tropfenform erhalten.
Wie in Fig. 7 mit Strömungspfeilen schematisch angedeutet ist,
dient der Strömungsverteiler 50 dazu, das in das Strömungs
gleichrichter-Modul 10" einströmende Medium in die Randberei
che der Hülse 12 abzulenken. Dabei entsteht durch den Wirbel
abriß an der Kante 52 des Strömungsverteilers 50 ein Unterdruck
in dessen Hohlraum und gegebenenfalls eine Pulsation, die den
Gleichrichtungseffekt optimieren. Im weiteren Strömungsverlauf
sorgen die Ablenkflügel 24 ebenfalls für eine Wirbelbildung, so
daß das Strömungsprofil vergleichmäßigt wird. Darüber hinaus
verhindern die sich radial erstreckenden Trägerelemente 16, wie
in der Querschnittsdarstellung in Fig. 6 gezeigt, daß sich eine
Drallkomponente des einströmenden Mediums durch das Strömungs
gleichrichter-Modul 10" fortsetzt. Das Strömungsgleichrichter-
Modul 10" sorgt also dafür, daß ein ungleichmäßiges Strömungs
profil PE an dessen Eingang in ein gleichmäßiges Strömungspro
fil PA überführt wird, wie dies schematisch in Fig. 7 angedeu
tet ist.
Die vorbeschriebenen Strömungsgleichrichter-Module 10, 10' und
10" lassen sich in entsprechende Rohre, in denen beispiels
weise Strömungsmessungen durchgeführt werden sollen, einschie
ben, wobei die Hülse 12 dann mit ihrer Außenwandung dicht an
der Innenwandung des Rohrs anliegt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Strömungsgleich
richter 60 zu schaffen, bei dem ein Rohrstück 61, wie in Fig. 5
dargestellt, direkt mit den Trägerelementen 16 und den Ablenk
flügeln 24 versehen ist. In diesem Fall wird auf die Hülse 12
verzichtet. Vielmehr werden die Trägerelemente 16 direkt an der
Innenwandung 63 des Rohrstücks 61 angebracht. Der Aufbau der
Trägerelemente 16 selbst und deren Anordnung innerhalb des
Rohrstücks 61 entspricht demjenigen des Strömungsgleichrichter-
Moduls 10 gemäß Fig. 1.
Das Rohrstück 61 ist an seinen Längsenden 65 mit jeweils einem
Flansch 67 versehen, wobei die beiden Flansche 67 jeweils den
Anschluß an ein handelsübliches Rohr ermöglichen.
Das Rohrstück 61 gliedert sich in einen ersten Längsabschnitt
69a und einen zweiten Längsabschnitt 69b, wobei im ersten
Längsabschnitt 69a die Trägerelemente mit den Ablenkflügeln 24
vorgesehen sind. Der zweite Längsabschnitt 69b dient als Beru
higungsstrecke, innerhalb der sich das Strömungsprofil weiter
vergleichmäßigen kann. In der hinteren Hälfte des Längs
abschnitts 69b ist ein rohrförmiges Anschlußstück 71 am Rohr
stückmantel angebracht, wobei eine Bohrung 78 eine Verbindung
zwischen dem Anschlußstück 71 und dem Inneren des Rohrstücks 61
ermöglicht. Das Anschlußstück 71 dient als Meßwertanschluß, um
beispielsweise einen Meßwertsensor in das Innere des Rohrstücks
zu führen.
Die Herstellung eines Strömungsgleichrichter-Moduls 10 gemäß
Fig. 1 wird nun mit Bezug auf die Fig. 6 näher erläutert.
Zunächst werden die Trägerelemente 16 und die Ablenkflügel 24
aus einem plattenförmigen Material, vorzugsweise aus Metall,
ausgestanzt. Selbstverständlich sind auch andere Verfahren zur
Herstellung dieser Elemente denkbar, wobei jedoch die einfache
geometrische Form von Trägerelement 16 und Ablenkflügel 24 das
kostengünstige Ausstanzen erlaubt. Anschließend werden die
schräg verlaufenden Schlitze 40 in das Trägerelement 16 und die
Schlitze 32 in die Ablenkflügel 24 eingebracht. Da nur zwei
über die Durchmesserreihen der Rohre bzw. Hülsen ähnliche Teile
benötigt werden, sind große Losgrößen möglich, ist ein geringer
Lagerplatzbedarf erforderlich und können insbesondere auch
Kosten eingespart werden. Im übrigen ist eine Vorfertigung der
Trägerelemente 16 und Ablenkflügel 24 möglich.
Die Trägerelemente 16 werden mit den Ablenkflügeln 24 versehen,
wobei die beiden Teile ineinandergesteckt werden. Die im Trä
gerelement 16 sowie im Ablenkflügel 24 vorgesehenen Schlitze
sorgen dafür, daß der Ablenkflügel 24 so weit einsteckbar ist,
daß seine äußere Seite 26 mit der äußeren, d. h. dem späteren
Rohr zugewandten Seite, im wesentlichen bündig abschließt.
Wie bereits im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert, liegt der
Ablenkflügel 24 lediglich an den Längsendabschnitten des
Schlitzes 40 an. Gleichermaßen liegt das Trägerelement 16
lediglich an den Längsendabschnitten des Schlitzes 32 des Ab
lenkflügels 24 an. Dies ermöglicht definierte Kontaktflächen,
was einerseits die Verbindungsqualität verbessert, insbesondere
die Aufnahme von Kippmomenten erhöht, und andererseits für eine
Erleichterung beim Einstecken der Ablenkflügel 24 in die
Trägerelemente 16 sorgt.
Diese vorfertigbaren Baueinheiten aus Trägerelement 16 und meh
reren Ablenkflügeln 24 werden anschließend zum Einbringen in
die Hülse 12 bzw. in das Rohrstück 61 über sogenannte Montage
sterne 74 in der gewünschten Position bzw. Ausrichtung zuein
ander lösbar fixiert. Die Montagesterne 74 sind jeweils an den
Längsenden der Trägerelemente 16 vorgesehen. Bei einem solchen
Montagestern handelt es sich beispielsweise, wie in Fig. 6
dargestellt, um einen Ring, der an seiner Außenseite in
Längsrichtung verlaufende Nuten 76 aufweist, in die die innen
liegende Kante 30 der Trägerelemente 16 eingesteckt sind. Die
Nuten 76 sind hierfür entsprechend der gewünschten Position des
jeweiligen Trägerelements 16 plaziert. Diese Baugruppe, beste
hend aus mehreren Trägerelementen 16 mit aufgesteckten Ablenk
flügeln 24 sowie zwei Montagesternen 74, wird dann in die Hülse
12 bzw. das Rohrstück 61 eingeschoben. Zuvor werden in die
Hülse 12 bzw. das Rohrstück 61 Bohrungen 78 eingebracht. Die
Lage der einzelnen Bohrungen 78 zueinander entspricht dabei der
Lage der radial außenliegenden Schnittpunkte der Trägerelemente
16 mit den Ablenkflügeln 24.
Die zuvor erwähnte Baugruppe wird innerhalb der Hülse 12 bzw.
des Rohrstücks 61 so ausgerichtet, daß die Schnittpunkte mit
den Bohrungen 78 fluchten. Nach der Ausrichtung lassen sich
über die Montagesterne die Trägerelemente mit den Ablenkflügeln
24 gegen die Innenwandung der Hülse 12 bzw. des Rohrstücks 61
drücken, wobei, wie in Fig. 6 deutlich zu erkennen ist, die
Wahl eines größeren Durchmessers für die bogenförmige Seite 26
des Ablenkflügels 24 gegenüber dem Innenradius der Hülse 12 da
für sorgt, daß die Seite 26 lediglich an ihren äußeren Ab
schnitten an der Hülse 12 anliegt.
Zur Befestigung der Trägerelemente 16 und der Ablenkflügel 24
mit der Hülse 12 bzw. dem Rohrstück 61 werden durch die Bohrun
gen 78 hindurch Lochschweißungen durchgeführt. Diese ermög
lichen eine feste Verbindung aller drei Teile bei sehr geringen
Kosten. Dabei ist die Schwächung des Materials durch den
kleinen Flächenanteil jeder Bohrung jedoch vernachlässigbar.
Beim Erkalten des Schweißpunktes zieht sich das erweichte Mate
rial zusammen und zieht den Ablenkflügel gegen die Innenwandung
14 der Hülse 12 bzw. der Innenwandung 63 des Rohrstücks 61.
Durch die Auflage des Ablenkflügels 24 an seinen äußeren
Randabschnitten entsteht eine Verbindung mit einem sehr hohen
Kippmoment.
Anschließend wird der Montagestern aus dem Strömungsgleichrich
ter herausgezogen, wobei dies dadurch erleichtert wird, daß
sich der Montagestern entspannen läßt.
Damit ist das Strömungsgleichrichter-Modul 10 bzw. der Strö
mungsgleichrichter 60 mit wenigen Schritten und einfachen Bau
teilen kostengünstig herstellbar.
Eine gewisse Vereinfachung des Verfahrens ermöglicht das in
Fig. 4 dargestellte Strömungsgleichrichter-Modul 10". Bei die
sem Ausführungsbeispiel übernimmt der Strömungsverteiler 50 die
Funktion eines der beiden Montagesterne 74. Da der Strömungs
verteiler 50 fester Bestandteil des Strömungsgleichrichter-
Moduls ist, kann auf das Entfernen eines Montagesterns deshalb
am Ende des Verfahrens verzichtet werden.
Selbstverständlich sind auch Abweichungen in der Arbeitsfolge
denkbar. So können die Bohrungen 78 beispielsweise auch nach
dem Einbringen der Baugruppe aus Trägerelementen und Ab
lenkflügeln eingebracht werden.
Claims (20)
1. Strömungsgleichrichter-Modul als Einsatz für ein von einem
flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmbares Rohr,
mit zumindest einem Trägerelement (16) und zumindest einer
durch das Trägerelement gestützten Ablenkplatte (24),
dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine längliche
Trägerelement (16) plattenförmig ausgebildet ist und daß
die Ablenkplatte (24) schräg zur Längsrichtung des Träger
elements (16) angeordnet ist.
2. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Trägerelement (16) zumindest einen
randoffenen Schlitz (40) aufweist, in den die Ablenkplatte
(24) eingreift.
3. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß einem Trägerelement (16) mehrere
zueinander beabstandete Ablenkplatten (24) zugeordnet
sind, die in entsprechend ausgebildete Schlitze (40) ein
greifen.
4. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Trägerelemente (16)
vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung des Rohrs beab
standet zueinander angeordnet sind.
5. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedem Trägerelement (16) mehrere Ablenk
platten (24) zugeordnet sind, wobei die Ablenkplatten (24)
benachbarter Trägerelemente (16) in Längsrichtung versetzt
zueinander angeordnet sind.
6. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß in Umfangsrichtung gesehen jedem zweiten
Trägerelement (16) Ablenkplatten (24) zugeordnet sind.
7. Strömungsgleichrichter-Modul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Träger
elementen (16) stromaufwärts ein Strömungsverteiler (50)
angebracht ist.
8. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Strömungsverteiler (50) als hohler
Rotationsparaboloid ausgebildet ist, dessen Spitze strom
aufwärts liegt und dessen stromabwärts liegender Rand (52)
abgeschrägt ist.
9. Strömungsgleichrichter-Modul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte
(24) im wesentlichen eine Trapezform aufweist, wobei deren
dem Rohr zugewandte Seite (26) bogenförmig ausgebildet
ist, so daß im wesentlichen deren zwei äußeren Endbereiche
als Kontaktflächen dienen.
10. Strömungsgleichrichter-Modul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte
(24) einen randoffenen Schlitz (32) aufweist, der an der
dem Rohr zugewandten Seite (26) eingebracht ist.
11. Strömungsgleichrichter-Modul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ablenk
platte (24) als auch im Trägerelement (16) vorgesehenen
Schlitze (32, 40) derart ausgebildet sind, daß sich ledig
lich an den Schlitz-Längsenden Abstützflächen mit dem Trä
gerelement (16) bzw. mit der Ablenkplatte (24) ergeben.
12. Strömungsgleichrichter-Modul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine
Trägerelement (16) an einer Innenwand eines Stützrohrs
(12) angebracht ist, wobei die Längsachse des Träger
elements (16) parallel zur Längsachse des Stützrohrs (12)
verläuft und wobei das Stützrohr in das von einem flüs
sigen oder gasförmigen Medium durchströmbare Rohr ein
steckbar ausgebildet ist.
13. Strömungsgleichrichter (60) mit einem Rohr (61), das von
einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einem Längs
abschnitt (69a) des Rohrs (61) ein Strömungsgleichrichter-
Modul (10; 10'; 10") nach einem der Ansprüche 1-10 fest
angeordnet ist.
14. Strömungsgleichrichter nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Rohr (61) einen kreisförmigen Quer
schnitt aufweist.
15. Strömungsgleichrichter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rohr (61) an seinen beiden Enden
jeweils eine Anschlußvorrichtung (67) aufweist, die einen
Anschluß an ein weiteres Rohr ermöglicht.
16. Strömungsgleichrichter nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (61) in seiner Wan
dung (63) eine Öffnung (73) zum Einbringen einer Meßsonde
aufweist, wobei die Öffnung (73) in einem dem Strömungs
gleichrichter-Modul nachgeordneten Längsabschnitt (69b)
des Rohrs (61) vorgesehen ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Strömungsgleichrichters
nach einem der Ansprüche 13 bis 16 oder eines Strömungs
gleichrichter-Moduls nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
in das Rohr (61; 12) Durchgangsbohrungen (78) einge bracht werden; die mit den Ablenkplatten (24) versehenen Trägerelemente (16) in das Rohr (61; 12) eingebracht wer den, wobei die Trägerelemente (16) zu den Durchgangs bohrungen (78) ausgerichtet sind, und
die Trägerelemente (16) durch die Durchgangsbohrun gen (78) hindurch mit dem Rohr (61; 12) verschweißt wer den.
in das Rohr (61; 12) Durchgangsbohrungen (78) einge bracht werden; die mit den Ablenkplatten (24) versehenen Trägerelemente (16) in das Rohr (61; 12) eingebracht wer den, wobei die Trägerelemente (16) zu den Durchgangs bohrungen (78) ausgerichtet sind, und
die Trägerelemente (16) durch die Durchgangsbohrun gen (78) hindurch mit dem Rohr (61; 12) verschweißt wer den.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ablenkplatten (24) in die Schlitze (40) der Träger
elemente (16) eingesteckt werden, und daß die Trägerele
mente (16) über zumindest einen Montagestern (76) zuein
ander ausgerichtet und fixiert werden, wobei dann die Trä
gerelemente (16) in dieser ausgerichteten Lage als Einheit
in das Rohr (61; 12) eingebracht werden, und daß nach dem
Schweißvorgang der Montagestern (76) aus dem Rohr (61; 12)
entfernt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
der Strömungsverteiler (50) als nicht-entfernbarer Monta
gestern (76) zur Ausrichtung und Fixierung der Träger
elemente (16) verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Trägerelement (16) und/oder die Ab
lenkplatte (24) ausgestanzt werden.
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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