[0001] Die Erfindung betrifft ein Strömungsgleichrichter-Modul als Einsatz für ein von einem
flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmbares Rohr, mit zumindest einem Trägerelement
und zumindest einer durch das Trägerelement gestützten Ablenkplatte. Die Erfindung
betrifft darüber hinaus einen Strömungsgleichrichter mit einem Rohr, das von einem
flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmbar ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
[0002] Die Druckschrift WO 90/00929 offenbart eine Vorrichtung zum Vermischen einer Flüssigkeit,
die ein Rohr durchströmt. Neben der Vermischung wird zusätzlich eine Gleichrichtung
des Flüssigkeitsstromes erzielt. Die Vorrichtung umfaßt ein rohrförmiges Trägerelement,
an dessen einem Längsende Ablenkplatten beabstandet zueinander angeordnet sind. Diese
Ablenkplatten erstrecken 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 Ablenkplatten sorgen für eine
Verwirbelung der Flüssigkeit und damit für eine Vermischung und eine Vergleichmäßigung
der Strömung.
[0003] 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 Vorrichtung nachgeordneten Meßpunkt
zu Meßergebnissen, die im Hinblick auf die Gesamtströmung nicht aussagekräftig sind.
[0004] Andererseits ist die Vorrichtung aufwendig und damit teuer in ihrer Herstellung und
darüber hinaus unflexibel in ihrer Anwendung. 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. Darüber 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.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Strömungsgleichrichter-Modul
und einen Strömungsgleichrichter bereitzustellen, mit dem jeweils eine sehr gute Strömungsgleichrichtung
erzielbar ist und das bzw. der kostengünstig herstellbar ist.
[0006] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird von einem Strömungsgleichrichter-Modul
der eingangs genannten Art gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß zumindest ein
längliches Trägerelement plattenförmig ausgebildet ist und daß die Ablenkplatte schräg
zur Längsrichtung des Trägerelements gehalten ist.
[0007] Der Vorteil dieses Strömungsgleichrichter-Moduls liegt insbesondere darin, daß es
sehr kostengünstig herstellbar und flexibel, 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 Ablenkplatten, sondern zusätzlich
auch eine Strömungsgleichrichtungsfunktion. Unter Drall ist dabei im Zusammenhang
mit der Erfindung eine Strömungskomponente zu verstehen, die sich um eine Achse dreht,
die parallel zur Längsachse des Rohrs liegt.
[0008] Da das Trägerelement eine Plattenform aufweist, läßt es sich aus einem kostengünstigen
Plattenmaterial fertigen, so daß auf teure rohrförmige Elemente verzichtet werden
kann.
[0009] 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 Ablenkplatte aus einem rohrförmigen Trägerelement
herauszuschneiden.
[0010] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Strömungsgleichrichter-Moduls sind einem
Trägerelement mehrere zueinander beabstandete Ablenkplatten zugeordnet, die in entsprechend
ausgebildete Schlitze eingreifen.
[0011] Dies hat den Vorteil einer weiteren Verbesserung der Strömungsgleichrichtung, da
das das Rohr durchströmende Medium an jeder Ablenkplatte erneut verwirbelt wird, so
daß sich das Strömungsprofil über den Querschnitt des durchströmten Rohrs weiter vergleichmäßigt.
[0012] In einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Trägerelemente vorgesehen, die
in Umfangsrichtung des durchströmten Rohrs beabstandet zueinander angeordnet sind.
[0013] Dies hat den Vorteil, daß die Strömungsgleichrichtung nochmals verbessert wird.
[0014] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind jedem Trägerelement mehrere
Ablenkplatten zugeordnet, wobei die Ablenkplatten benachbarter Trägerelemente in Längsrichtung
versetzt zueinander angeordnet sind.
[0015] Auch mit dieser Weiterbildung läßt sich die Strömungsgleichrichtung verbessern, ohne
jedoch den baulichen Aufwand in gleichem Verhältnis zu erhöhen. Insbesondere bei einem
dem Strömungsgleichrichter-Modul vorgeschalteten Regelorgan ist die versetzte Anordnung
vorteilhaft, da die einzelnen Strömungspfade durch versetzte Wirbel sanft verteilt
werden.
[0016] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in Umfangsrichtung gesehen
jedem zweiten Trägerelement Ablenkplatten zugeordnet.
[0017] Diese Weiterbildung ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine besonders große Drallkomponente
aus dem durchströmenden Medium herausgenommen werden soll.
[0018] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an einigen der Trägerelemente
stromaufwärts ein Strömungsverteiler angebracht.
[0019] Dies hat den Vorteil, daß der bezüglich der Querschnittsfläche des Rohrs mittig angeordnete
Strömungsverteiler die das Strömungsgleichrichter-Modul erreichende Strömung nach
außen in die Randbereiche des Rohrs ablenkt, wo die Strömung dann stromabwärts über
die Ablenkplatten verwirbelt wird.
[0020] Dies hat den Vorteil, daß sich keine extremen Tunnelströmungen ausbilden können.
[0021] Als besonders vorteilhafte Form des Strömungsverteilers hat sich ein hohler Rotationsparaboloid
herausgestellt, dessen Spitze stromaufwärts liegt und dessen stromabwärts liegender
Rand abgeschrägt ist.
[0022] Der abgeschrägte Rand bewirkt einen Wirbelabriß, der die Strömungsgleichrichtung
sehr stark unterstützt. Durch den Wirbelabriß entsteht im Hohlraum des Strömungsverteilers
ein Unterdruck und je nach Ausführungsform eine Pulsation, die zu der Verbesserung
der Strömungsgleichrichtung beiträgt.
[0023] Selbstverständlich lassen sich auch anders geformte Strömungsverteiler verwenden.
Des weiteren ist es möglich, durch eine entsprechende Oberflächenstruktur des Strömungsverteilers
bzw. eine Oberflächenprofilierung eine weitere Verbesserung der Strömungsgleichrichtung
zu erzielen.
[0024] 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.
[0025] Diese Ausgestaltung der Ablenkplatte hat den Vorteil, daß eine sehr stabile, mit
hohen Kippmomenten belastbare Abstützung ermöglicht ist. Um zu erreichen, daß die
Ablenkplatte im wesentlichen mit ihren zwei äußeren Endbereichen am Rohr anliegt,
ist der Radius der bogenförmig ausgebildeten Seite größer gewählt als der Innenradius
des Rohrs.
[0026] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Ablenkplatte einen randoffenen
Schlitz auf, der an der dem Rohr zugewandten Seite angebracht ist.
[0027] Dies hat den Vorteil, daß eine sehr einfache Montage von Trägerelement und Ablenkplatte
möglich ist, da die Ablenkplatte lediglich in das Trägerelement eingesteckt werden
muß.
[0028] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die in der Ablenkplatte als
auch im Trägerelement vorgesehenen Schlitze derart ausgebildet, daß sich lediglich
an den SchlitzLängsenden Abstützflächen mit dem Trägerelement bzw. mit der Ablenkplatte
ergeben.
[0029] 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.
[0030] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest 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 durchströmbare Rohr einsteckbar ausgebildet
ist.
[0031] 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.
[0032] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch von einem Strömungsgleichrichter
der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in zumindest
einem Längsabschnitt des Rohrs ein Strömungsgleichrichter-Modul, wie zuvor erläutert,
fest angeordnet ist.
[0033] Dieser Strömungsgleichrichter hat - wie das zuvor erwähnte Strömungsgleichrichter-Modul
- besonders gute Strömungsgleichrichtungseigenschaften und ist zudem kostengünstig
mit wenigen einfachen Bauteilen herstellbar.
[0034] 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.
[0035] Durch die Anschlußvorrichtung, die beispielsweise als Flansch ausgebildet ist, wird
der Vorteil erzielt, daß der Strömungsgleichrichter einfach an vorhandene Rohre anschließbar
ist.
[0036] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Rohr in seiner Wandung
eine Öffnung zum Einbringen einer Meßsonde auf, wobei die Öffnung in einem dem Strömungsgleichrichter-Modul
nachgeordneten Längsabschnitt des Rohrs vorgesehen ist.
[0037] Dies hat den Vorteil, daß sich eine im Hinblick auf die Wirkung des Strömungsgleichrichter-Moduls
angepaßte optimierte Meßposition bereitstellen läßt.
[0038] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren
zur Herstellung eines Strömungsgleichrichters gelöst, das sich dadurch auszeichnet,
daß in das Rohr Durchgangsbohrungen eingebracht werden, daß die mit den Ablenkplatten
versehenen Trägerelemente in das Rohr eingebracht werden, wobei die Trägerelemente
zu den Durchgangsbohrungen ausgerichtet sind, und daß die Trägerelemente durch die
Durchgangsbohrungen hindurch mit dem Rohr verschweißt werden.
[0039] Dieses Herstellungsverfahren ist äußerst kostengünstig durchführbar und erfordert
nur wenige Herstellungsschritte, wobei insbesondere aufwendige Materialumformungen
eingespart werden können. Es ist lediglich notwendig, das zumindest ein Trägerelement
und eine Ablenkplatte umfassende Strömungsgleichrichter-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.
[0040] Darüber hinaus können Lagerkosten eingespart werden, da das eingesteckte Strömungsgleichrichter-Modul
nur wenige von der Form des Rohrs an sich unabhängige Teile aufweist.
[0041] 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.
[0042] Dies hat den Vorteil, daß sich das Einbringen und Befestigen der Trägerelemente sehr
einfach gestaltet.
[0043] In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Strömungsverteiler als nicht-entfernbarer
Montagestern zur Ausrichtung und Fixierung der Trägerelemente verwendet.
[0044] Dies hat den Vorteil, daß neben der Verbesserung der Strömungsgleichrichtungswirkung
ein Montageschritt, nämlich das Entfernen des Montagesterns, entfällt. Somit eignet
sich dieses Verfahren insbesondere dann, wenn der Montagestern an einer von außen
schwer zugänglichen Stelle läge.
[0045] In einer vorteilhaften Weiterbildung werden das Trägerelement und/oder die Ablenkplatte
ausgestanzt.
[0046] Dies hat den Vorteil, daß sich diese Teile äußerst kostengünstig und einfach herstellen
lassen.
[0047] Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend 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.
[0048] 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 Strömungsgleichrichter-Moduls gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines Ablenkflügels in Draufsicht und in Seitenansicht,
sowie eine Darstellung zur Erläuterung seiner Befestigung an einem Trägerelement;
- Fig. 3
- einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Strömungsgleichrichter-Moduls gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 4
- einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Strömungsgleichrichter-Moduls gemäß
einem dritten Ausführungsbeispiel, 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 gezeigten Strömungsgleichrichter-Moduls
zur Erläuterung seiner Funktionsweise.
[0049] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Strömungsgleichrichter-Modul insgesamt mit der
Ziffer 10 bezeichnet. Das Strömungsgleichrichter-Modul 10 umfaßt eine rohrförmige
Hülse 12, an deren Innenwandung 14 mehrere längliche Trägerelemente 16 angebracht
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 rechteckförmige oder quadratische
Hülse einsetzen.
[0050] Jedes der identisch zueinander ausgebildeten Trägerelemente 16 weist eine Plattenform
auf und gliedert sich in zwei Längsabschnitte 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 Längsendkante 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.
[0051] 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.
[0052] An den Trägerelementen 16 sind im Längsabschnitt 18b ebene plattenförmige Ablenkflügel
24 angebracht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an jedem Trägerelement 16
insgesamt drei in Längsrichtung zueinander beabstandete Ablenkflügel 24 vorgesehen,
wobei diese Anzahl selbstverständlich je nach Anwendungsfall 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.
[0053] 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.
[0054] 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 abgeschrägten 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 Abschrägung der inneren Seite 28 dient als Abrißkante,
deren Funktion noch erläutert wird.
[0055] 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 randoffen
ausgebildet. Der Abstand D der einander gegenüberliegenden Flächen 34, d.h. die Schlitzbreite
D, ist in einem mittleren Schlitzlängsabschnitt 36 größer als an den beiden Längsendabschnitten
37. Dadurch entstehen sogenannte Ausarbeitungen 38. Mit Hilfe dieser Ausarbeitungen
38 lassen sich definierte Kontaktflächen mit einer in den Schlitz eingesteckten Platte,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Abschnitt des Trägerelements 16, gewährleisten.
Die Kontaktflächen liegen dabei an den beiden Längsendabschnitten 37 des Schlitzes
32.
[0056] Auch die Trägerelemente 16 weisen Schlitze 40 auf, wie in einer Ausschnittsdarstellung
in Fig. 2 gezeigt. Die Schlitze 40 besitzen 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 abgestimmt, daß die Ablenkflügel 24 in die Schlitze 40 der
Trägerelemente 16 einsteckbar sind, wobei die äußere Seite 26 im wesentlichen bündig
mit der der Kante 30 gegenüberliegenden äußeren Kante des Trägerelements 16 abschließt.
[0057] In der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 1 ist zu erkennen, daß in Umfangsrichtung
lediglich jedes zweite Trägerelement 16 mit eingesteckten Ablenkflügeln 24 versehen
ist. Zwischen benachbarten, einen Winkel von 90° einschließenden Trägerelementen 16
mit Ablenkflügeln 24 sind jeweils Trägerelemente 16 vorgesehen, die keine Ablenkflügel
aufweisen. Somit ist es nicht unbedingt notwendig, diese Trägerelemente 16 mit Schlitzen
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.
[0058] In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strömungsgleichrichter-Moduls
10' dargestellt. Der Aufbau dieses Strömungsgleichrichter-Moduls 10' entspricht im
wesentlichen dem Aufbau des zuvor erläuterten Strömungsgleichrichter-Moduls 10, so
daß auf eine nochmalige Beschreibung der mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten
Teile verzichtet wird. Der Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
liegt darin, daß alle Trägerelemente 16 Ablenkflügel 24 aufweisen. Dabei sind zueinander
benachbarte Trägerelemente 16 in Längsrichtung jeweils versetzt zueinander angeordnet,
wobei die jeweiligen Ablenkflügel 24 jedes zweiten Tragerelements 16 auf einer Umfangslinie
liegen.
[0059] Die Vergrößerung der Anzahl an Ablenkflügeln 24 sowie der Versatz der Trägerelemente
16 hat den Vorteil, daß einzelne Strömungspfade durch versetzte Wirbel sanft verteilt
werden, was insbesondere dann eine große Rolle spielt, wenn dem Strömungsgleichrichter-Modul
10' Regelorgane vorgeschaltet sind.
[0060] In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Strömungsgleichrichter-Moduls
10'' dargestellt, das im wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten Strömungsgleichrichter-Modul
10' entspricht. 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 Trägerelement 16 angebracht.
[0061] Bei dem Strömungsverteiler 50 handelt es sich um einen Rotationsparaboloiden, der
hohl ausgebildet ist und dessen geschlossene Spitze stromaufwärts liegt. Wie aus der
Detailansicht in Fig. 4 zu erkennen ist, ist der Rand 52 des Strömungsverteilers 50
abgeschrägt ausgebildet, wobei ein Abschrägungswinkel von 30° zur Längsachse bevorzugt
ist. Diese Abschrägung dient als Abrißkante und sorgt für eine Verbesserung der Strömungsgleichrichtung.
[0062] Die der Strömung S zugewandte Oberfläche 54 des Strömungsverteilers 50 kann glatt
ausgebildet sein; es ist jedoch auch möglich, eine künstliche Oberflächenrauhigkeit
vorzusehen. Besonders vorteilhaft ist es, eine drallerzeugende Oberflächenprofilierung
vorzusehen. Des weiteren ist es zur Strömungsoptimierung auch möglich, Druckausgleichsbohrungen
in den Strömungsverteiler 50 einzubringen, was in Fig. 4 jedoch nicht dargestellt
ist. Um einen möglichst geringen Druckverlust zu erreichen, wird der Strömungsverteiler
50 bevorzugt eine Tropfenform erhalten.
[0063] Wie in Fig. 7 mit Strömungspfeilen schematisch angedeutet ist, dient der Strömungsverteiler
50 dazu, das in das Strömungsgleichrichter-Modul 10'' einströmende Medium in die Randbereiche
der Hülse 12 abzulenken. Dabei entsteht durch den Wirbelabriß 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 Strömungsgleichrichter-Modul 10'' fortsetzt. Das StrömungsgleichrichterModul
10'' sorgt also dafür, daß ein ungleichmäßiges Strömungsprofil PE an dessen Eingang
in ein gleichmäßiges Strömungsprofil PA überführt wird, wie dies schematisch in Fig.
7 angedeutet ist.
[0064] Die vorbeschriebenen Strömungsgleichrichter-Module 10, 10' und 10'' lassen sich in
entsprechende Rohre, in denen beispielsweise Strömungsmessungen durchgeführt werden
sollen, einschieben, wobei die Hülse 12 dann mit ihrer Außenwandung dicht an der Innenwandung
des Rohrs anliegt.
[0065] Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Strömungsgleichrichter 60 zu schaffen,
bei dem ein Rohrstück 61, wie in Fig. 5 dargestellt, direkt mit den Trägerelementen
16 und den Ablenkflügeln 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.
[0066] 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.
[0067] 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 Beruhigungsstrecke,
innerhalb der sich das Strömungsprofil weiter vergleichmäßigen kann. In der hinteren
Hälfte des Längsabschnitts 69b ist ein rohrförmiges Anschlußstück 71 am Rohrstückmantel
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.
[0068] Die Herstellung eines Strömungsgleichrichter-Moduls 10 gemäß Fig. 1 wird nun mit
Bezug auf die Fig. 6 näher erläutert.
[0069] 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.
[0070] Die Trägerelemente 16 werden mit den Ablenkflügeln 24 versehen, wobei die beiden
Teile ineinandergesteckt werden. Die im Trägerelement 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.
[0071] 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 Ablenkflügels 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.
[0072] Diese vorfertigbaren Baueinheiten aus Trägerelement 16 und mehreren Ablenkflügeln
24 werden anschließend zum Einbringen in die Hülse 12 bzw. in das Rohrstück 61 über
sogenannte Montagesterne 74 in der gewünschten Position bzw. Ausrichtung zueinander
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 innenliegende Kante 30 der Trägerelemente 16 eingesteckt
sind. Die Nuten 76 sind hierfür entsprechend der gewünschten Position des jeweiligen
Trägerelements 16 plaziert. Diese Baugruppe, bestehend aus mehreren Trägerelementen
16 mit aufgesteckten Ablenkflügeln 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.
[0073] 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 dafür sorgt,
daß die Seite 26 lediglich an ihren äußeren Abschnitten an der Hülse 12 anliegt.
[0074] Zur Befestigung der Trägerelemente 16 und der Ablenkflügel 24 mit der Hülse 12 bzw.
dem Rohrstück 61 werden durch die Bohrungen 78 hindurch Lochschweißungen durchgeführt.
Diese ermöglichen eine feste Verbindung aller drei Teile bei sehr geringen Kosten.
Dabei ist die Schwächung des Materials durch den kleinen Flächenanteil jeder Bohrung
jedoch vernachlässigbar.
[0075] Beim Erkalten des Schweißpunktes zieht sich das erweichte Material 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.
[0076] Anschließend wird der Montagestern aus dem Strömungsgleichrichter herausgezogen,
wobei dies dadurch erleichtert wird, daß sich der Montagestern entspannen läßt.
[0077] Damit ist das Strömungsgleichrichter-Modul 10 bzw. der Strömungsgleichrichter 60
mit wenigen Schritten und einfachen Bauteilen kostengünstig herstellbar.
[0078] Eine gewisse Vereinfachung des Verfahrens ermöglicht das in Fig. 4 dargestellte Strömungsgleichrichter-Modul
10''. Bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt der Strömungsverteiler 50 die Funktion
eines der beiden Montagesterne 74. Da der Strömungsverteiler 50 fester Bestandteil
des Strömungsgleichrichter-Moduls ist, kann auf das Entfernen eines Montagesterns
deshalb am Ende des Verfahrens verzichtet werden.
[0079] Selbstverständlich sind auch Abweichungen in der Arbeitsfolge denkbar. So können
die Bohrungen 78 beispielsweise auch nach dem Einbringen der Baugruppe aus Trägerelementen
und Ablenkflügeln eingebracht werden.
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 Trägerelements (16) angeordnet
ist.
2. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement
(16) zumindest einen randoffenen Schlitz (40) aufweist, in den die Ablenkplatte (24)
eingreift.
3. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem
Trägerelement (16) mehrere zueinander beabstandete Ablenkplatten (24) zugeordnet sind,
die in entsprechend ausgebildete Schlitze (40) eingreifen.
4. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Trägerelemente (16) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung des Rohrs beabstandet
zueinander angeordnet sind.
5. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Trägerelement
(16) mehrere Ablenkplatten (24) zugeordnet sind, wobei die Ablenkplatten (24) benachbarter
Trägerelemente (16) in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
6. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 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 Trägerelementen (16) stromaufwärts ein Strömungsverteiler
(50) angebracht ist.
8. Strömungsgleichrichter-Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsverteiler
(50) als hohler Rotationsparaboloid ausgebildet ist, dessen Spitze stromaufwärts 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 Ablenkplatte (24) als auch im Trägerelement (16) vorgesehenen Schlitze
(32, 40) derart ausgebildet sind, daß sich lediglich an den Schlitz-Längsenden Abstützflächen
mit dem Trägerelement (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 Trägerelements (16) parallel zur Längsachse
des Stützrohrs (12) verläuft und wobei das Stützrohr in das von einem flüssigen oder
gasförmigen Medium durchströmbare Rohr einsteckbar ausgebildet ist.
13. Strömungsgleichrichter (60) mit einem Rohr (61), das von einem flüssigen oder gasförmigen
Medium durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einem Längsabschnitt
(69a) des Rohrs (61) ein StrömungsgleichrichterModul (10; 10'; 10'') nach einem der
Ansprüche 1- 10 fest angeordnet ist.
14. Strömungsgleichrichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (61)
einen kreisförmigen Querschnitt 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 Wandung (63) eine Öffnung (73) zum Einbringen einer Meßsonde
aufweist, wobei die Öffnung (73) in einem dem Strömungsgleichrichter-Modul nachgeordneten
Längsabschnitt (69b) des Rohrs (61) vorgesehen ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Strömungsgleichrichters nach einem der Ansprüche 13
bis 16 oder eines Strömungsgleichrichter-Moduls nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß
in das Rohr (61; 12) Durchgangsbohrungen (78) eingebracht werden; die mit den Ablenkplatten
(24) versehenen Trägerelemente (16) in das Rohr (61; 12) eingebracht werden, wobei
die Trägerelemente (16) zu den Durchgangsbohrungen (78) ausgerichtet sind, und
die Trägerelemente (16) durch die Durchgangsbohrungen (78) hindurch mit dem Rohr (61;
12) verschweißt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten (24) in
die Schlitze (40) der Trägerelemente (16) eingesteckt werden, und daß die Trägerelemente
(16) über zumindest einen Montagestern (76) zueinander ausgerichtet und fixiert werden,
wobei dann die Trägerelemente (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 Montagestern (76) zur Ausrichtung und Fixierung der Trägerelemente
(16) verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement
(16) und/oder die Ablenkplatte (24) ausgestanzt werden.