DE2123024A1

DE2123024A1 - Stromungs Konditionierungsgerat

Info

Publication number: DE2123024A1
Application number: DE19712123024
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kanagawa Okuda Kumteru Machida Nomoto Hiroaki Koganei Yamamoto, (Japan) GOIp 5 00
Original assignee: Oval Engineering Co Ltd
Current assignee: Oval Engineering Co Ltd
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1971-05-10
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1328915A; FR2094061A1; DE2123024C3; US3733898A; DE2123024B2; FR2094061B1

Description

PATENTANWÄLTE	2123024
Dipi.-chem. Dr. D. Thomsen Dipwng. H.TiecStke Dipl.-Chem. G. BÜhSilig Dipl.-Ing. R. ΚΪΙΊΠΘ	MÜNCHEN 15 KAISER-LUDWIG-PLATZ 6 TEL. 0811/530211 530212 CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT
Dipi-mg. W. Weinkauff	FRANKFURT (MAIN) 50 FUCHSHOHL 71 TEL. 0611/514666

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8000 München 15 10.Mai 1971

Oval Engineering Co., Ltd. Tokyo, Japan

Strömungs-Konditionierungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungs-Konditionierungsgerät zur Konditionierung der Strömung eines Strömungsmittels zur Erreichung eines sog. Zapfenstroms.

Bei der Messung der Durchflußrate mit einem sog. Analog- Durchflußmesser, beispielsweise einem Lochplatten-Durchflußmesser oder Venturirohr-Durchflußmesser, oder mit einem halb-positiven Durchflußmesser, beispielsweise einem Turbinenmesser oder Wirbelstrommesser,treten im allgemeinen zwei Hauptprobleme auf.

Das erste Hauptproblem umfaßt drei Probleme, die die Zustände (Konditionen) des Strömungsmittelflusses betreffen. Genauer gesagt, das erste Problem ergibt sich aus der Tatsache,

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daß ein Strömungsmittel, das durch ein gebogenes Rohr fließt, beispielsweise einen Krümmer (Ellenbogen), eine unsymmetrische Geschwindigkeitsverteilung hat wegen der Differenz zwischen der Strömungsmittelflußgeschwindigkeit längs des Innenwandabschnitts, der einen kleineren Radius hat, d.h. der Innenwandabschnitt, wo der Krümmer einen kleineren Krümmungsradius hat, und der Strömungsmittelflußgeschwindigkeit längs des Innenwandabschnitts, der einen größeren Radius hat, d.h. der Innenwandabschnitt, wo der Krümmer einen größeren Krümmungsradius hat. Das zweite Problem ergibt sich durch die Tatsache, daß das Meßinstrument oder der Messer umgekehrt von einer großen Anzahl von Wirbeln beeinflußt wird, die in dem Strömungsmittelfluß durch ein Ventil, beispielsweise ein Schieberventil, erzeugt werden. Das dritte Problem bezieht sich auf einen Sekundärfluß oder Drillfluß, von dem man annimmt, daß er beim Fließen eines Strömungsmittels durch ein Rohr hervorgerufen wird. Hinsichtlich des dritten Problems des Sekundär- oder Drillstromes ist es allgemein bekannt, daß ein Strömungsmittel durch ein gerades Rohr nicht notwendigerweise in einem gleichmäßig stromlinienförmigen Zustand fließt, sondern im allgemeinen unter Drehen in einer weitestgehend gedrillten Form durch solch ein Rohr fließt. Kurz gesagt, es tritt erstens ein Problem der unsymmetrischen Strömungsmittelflußgeschwindigkeitsverteilung aufgrund der Differenz zwischen den Krümmungsradien auf einer Seite und der anderen Seite eines gebogenen Rohrs auf, zweitens ein Problem der Bildung von Wirbeln veränderlicher Abmessungen aufgrund des Durchlaufs des Strömungsmittels durch eine Strömungsbegrenzungs einrichtung, wie ein Ventil, und drittens ein Problem einer

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Drillströmung (Drehströmung), die in einem Rohr auftritt. Diese Probleme sind die Hauptfaktoren, die die Konditionierung der Strömung dann notwendig machen, wenn die Durchflußrate durch einen Analog-Durchflußmesser oder einen Halbanalog-Durchflußmesser gemessen wird.

Das zweite Hauptproblem ergibt sich aus der Tatsache, daß jede der drei im vorhergehenden beschriebenen Strömungsarten keineswegs bei allen Arbeitsbedingungen eines Durchflußmessers konstant ist, das für die Messung der Durchflußrate verwendet wird. Es ist daher notwendig, die Strömung eines Strömungsmittels zu konditionieren, um eine parallele Strömung mit einer gleichmäßigen (uniformen) Geschwindigkeitsverteilung zu erhalten, d.h. einen Zapfenstrom zu erhalten.

Es ist ein Hauptziel der Erfindung, ein neues Strömungskonditionierungsgerät zu schaffen, das gleichzeitig die beiden zuvor beschriebenen Hauptprobleme löst, d.h. ein Gerät, das eine wirksame Lösung des ersten Problems liefert, indem es den Strom eines Strömungsmittels konditioniert, dessen Durchflußrate gemessen wird, und gleichzeitig die notwendige Gleichmässigkeit der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes in einem Rohr unter all den Messbedingungen gewährleistet und damit das zweite Problem löst.

Bisher wurde angenommen, daß die obigen Probleme eine gewisse Beziehung zu der Reynolds-Zahl des Strömungsmittels oder zu der Länge eines geraden Rohrabschnitts haben. So wurde

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gemäß der früheren Praxis, die obigen Probleme zu behandeln, gesagt, daß die Messung zufriedenstellend ausgeführt werden kann, wenn die Reynolds-Zahl eines Strömungsmittels, dessen Durchflußrate gemessen wird, größer als beispielsweise 10 ist oder wenn der gerade Rohrabschnitt eine Länge hat, die mehr als das 30-fache seines Durchmessers beträgt. Die Genauigkeit der Messung mit dem erfindungsgemäßen Gerät ist so groß, daß sie, selbst wenn die Messung unter den Bedingungen durchgeführt wird, bei denen die Reynolds-Zahl und die Röhrenlänge kleiner als diese kritischen Werte ist, im wesentlichen äquivalent der Präzision der Messung sind, die mit den bekannten Geräten unter den Bedingungen erhalten werden kann, bei denen die Reynolds-Zahl und die Röhrenlänge größer als diese kritischen Werte sind.

Bei einem bekannten Durchflußraten-Meßsystem ist eine bekannte Strömur^-Konditionierungseinrichtung, beispielsweise ein Stromungsbegradiger, stromauf eines Strömungsmessers, beispielsweise ein Turbinenmesser, angeordnet. Dieses Meßsystem war dadurch ziemlich zufriedenstellend, daß der nicht gleichmassige Sekundärstrom, der aufgrund des Vorhandenseins eines gebogenen Rohrs und eines Ventils auf der stromauf liegenden Seite des Turbinenmessers erzeugt wurde, wie anhand des ersten Problems beschrieben wurde, beträchtlich eliminiert werden kann, um einen Strom zu bilden, der etwa analog einem Zapfenstrom ist; es war jedoch mit diesem bekannten Meßsystem unmöglich, einen idealen Zapfenstrom zu erhalten, der für erfolgreiche Messung der Durchflußrate geeignet ist. Daher geben die Bedingungen, die

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gegenwärtig für die Messung der Durchflußrate durch einen Strömungsmesser, beispielsweise einen Lochplattendurchflußmesser oder einen Turbinenmesser, herausgestellt worden sind, lediglich an, daß ein mit dem Durchflußmesser verbundenes Rohr einen geraden Abschnitt mit etwa der 30-fachen Länge seines Durchmesser haben sollte oder daß ein Strömungsbegradiger in dem Leitungssystem in Übereinstimmung mit beispielsweise den API-Standardwerten (Standardwerte des American Petroleum Institute) oder den ISA-Standardwerten (Standardwerte der Instrument Society von Amerika) vorgesehen seien sollte. In einem praktischen Beispiel eines Leitungssystems mit einem Krümmer sind ein Ventil und ein Strömungsbegradiger in der obigen Reihenfolge auf der stromaufwärts liegenden Seite eines Turbinenmessers angeordnet, und ein Ventil und ein Krümmer sind in dieser Reihenfolge auf der stromab liegenden Seite des Turbinenmessers angeordnet; eine Änderung der Öffnung des stromauf des Strömungsbegradigers angeordneten Ventils zwischen der voll geöffneten Stellung und der halb geöffneten Stellung führte zu -Instrumentenfehlern in der Größenordnung von 0,4 bis 0,5 % des gemessenen wertes, selbst wenn der Strömungsbegradiger in Übereinstimmung mit beispielsweise den ISA-Standardwerten eingeschaltet wurde, und in Abhängigkeit von der Art der Handhabung dieses Ventils bestand die Neigung zum Auftreten von größeren Instrumentenfehlern.

Aus der obigen Tatsache ergibt sich, daß die bekannte Anordnung, die lediglich die Messbedingungen erfüllt, die in den API-Standardwerten und den ISA-Standardwerten herausge-

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stellt wurden, nicht die gewünschte Meßgenauigkeit erreichen kann. Im allgemeinen ist die Geschwindigkeit des Teils des Strömungsmittels, der über eine Leitung längs der inneren Wand fließt, niedriger als die Geschwindigkeit des mittleren Teils, da der erstere Teil sich in Reibungsberührung mit der Innenwand befindet. Daher ist die Geschwindigkeit eines Strömungsmittelflusses in dem Rohr in Form einer Kurve zweiten Grades verteilt, und es kann ein Zapfenstrom, dessen Geschwindigkeit in der senkrecht zur Achse des Rohrs liegenden Ebene gleichmäßig verteilt ist, nicht erhalten werden. Daher ist es zur Beseitigung der bei dem bekannten Strömungsratenmeßsystem auftretenden obigen Nachteile notwendig, eine sogenannte Parallelströmung zu erhalten oder einen Zapfenstrom, worin das in den Strömungsmesser fließende Strömungsmittel eine im wesentlichen gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung in der sich über das Rohr erstreckenden Ebene hat. Mit der Erfindung wird beabsichtigt, eine effektive Lösung dieser technischen Probleme zu liefern.

Es liegt daher im Rahmen der Zielsetzung der Erfindung, ein Strömungs-Konditionierungsgerät zu schaffen, das eine Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes aufweist, die ein Strömungsmittel verschiedenen Arten von Flußmessern derart zuführen kann, beispielsweise einem Venturirohr-Flußmesser, Lochplatten-Flußmesser und Turbinen-Flußmesser, wie auch anderen auf einen Strömungsmittelfluß ansprechenden Einrichtung, daß die Strömung des Strömungsmittels in einen Zapfenstrom umgewandelt wird,

der in dem Rohr eine gleichmäßige GeschwindigkeitBverteilung b..it.t. 109850/1111

Ferner liegt es im Rahmen der Zielsetzung der Erfindung, ein Strömungs-Konditionierungsgerät zu schaffen, das einen Wirbelregulator aufweist und/oder einen Strömungsbegradiger, der in Abhängigkeit von dem Strömungszustand in dem Rohr im Bedarfsfall in geeigneter Weise mit der Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflusses kombiniert sein kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. m

Pig. 1 zeigt eine schematische Ansicht von Teilen eines bekannten Durchflußraten-Meßsystems;

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung von Instrumentenfehlern, die bei dem Durchflußraten-Meßsysten nach Fig. 1 beobachtet wurden;

Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Durchflußraten-Meßsystems, bei dem eine Einrichtung ^ zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes erfindungsgemäß mit einem Strömungsmesser mit beweglichem oder flexiblem Rohr kombiniert ist;

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gerätes nach Linie IV - IV in Fig. 3;

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Pig. 5 zeigt eine erläuternde Ansicht, in der dargestellt ist, wie die Strömungsmittelflußgeschwindigkeitsverteilung durch die erfindungsgemäße Einrichtung nach Fig. 3 gleichmäßig gemacht wird;

Pig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht des Grundaufbaus des erfindungsgemäßen Strömungs-Konditionierungsgerätes mit einer Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes, die mit einem Wirbelregulator und einem Strömungsbegradiger kombiniert ist;

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer praktischen Anordnung eines Durchflußraten-Meßsystems, das das Strömungs-Konditionierungsgerat nach Fig. 6 enthält;

Fig. 7A, 7B, 7C, 7V und TE sind erläuternde Darstellungen, die den Zustand des Strömungsmittelflußes in verschiedenen Abschnitten des Systems nach Fig. 7 zeigen;

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung, die die Instrumentenfehler zeigt, die bei dem Durchflußraten-Meßsystem nach Fig. 7 beobachtet wurden;

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Pig. 9 zeigt einen Längsschnitt des praktischen Aufbaus des Strömungs-Konditionierungsgeräts nach Fig. 6; und

Fig.10 und 11 zeigen Schnittansichten nach Linie X - X bzw. XI - XI in Fig. 9.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelf lußes allgemein mit der Bezugsziffer Λ bezeichnet. Diese Einrichtung A hat allgemein zylindrische Form und besitzt eine Einlaßöffnung mit dem Durchmesser D und eine Auslaßöffnung oder Abgabeöffnung 21 mit dem Durchmesser D.. Die Einrichtung A ist festliegend gegenüber einem abgebogenen Abschnitt 23 eines flexiblen Rohrs 22 derart angeordnet, daß sich die Auslaßöffnung 21 in einem Abstand g von der Endöffnung 23a des abgebogenen Rohrabschnitts 23 befindet. Der Durchmesser D. der Auslaßöffnung 21 der Einrichtung A ist gleich oder etwas größer als der Durchmesser d der Endöffnung 23a des abgebogenen Rohrabschnitts 23. Die Auslaßöffnung 21 ist durch den inneren Endumfangsrand eines ringförmigen Abschnitts definiert, der von einem abgeschrägten Abschnitt radial nach innen ausgeht, der ein zusammenhängender Teil des zylindrischen Körpers der Einrichtung A ist und einen spitzen Winkel mit dem Körper der Einrichtung A bildet.'Dieser ringförmige Abschnitt muß eine Wandstärke mit einem solchen Ausmaß haben, daß sie nicht durch ein Strömungsmittel abgetragen wird, das durch die Einrichtung A geschickt wird, da der die Auslaßöffnung 21 definierende Endrand (Kante)

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des ringförmigen Abschnitts die Durchflußrate des hindurchgelassenen Strömungsmittels reguliert. Vorzugsweise ist der die Auslaßöffnung 21 definierende Endrand des ringförmigen Abschnitts so scharf wie möglich, um die Strömung des hinter dieser Auslaßöffnung 21 fließenden Strömungsmittels abreißen zu lassen. Von dem Körper der Einrichtung A erstreckt sich eine scharfkantige ringförmige Lippe 26 radial nach innen an einer Stelle, die sich in geeignetem Abstand von der Auslaßöffnung 21 auf der stromauf liegenden Seite der Auslaßöffnung 21 befindet, und zwischen der Auslaßöffnung 21 und der ringförmigen Lippe 26 ist, wie dies dargestellt wurde, eine ringförmige Aussparung 25 mit spitzwinkliger Querschnittsform definiert. Die ringförmige Lippe 26 bildet eine Öffnung mit einem Durchmesser D„, der gleich oder etwas, größer als der Durchmesser d der Öffnung 23a des abgebogenen Rohrabschnitts 23 ist, damit in dem durch die Einrichtung A fließenden Strömungsmittel bei der Berührung der die zylindrische Form aufweisenden Innenwand der Einrichtung A leicht Turbulenz hervorgerufen wird. Wenn zwar nur eine ringförmige Lippe 26 in Fig. 3 dargestellt ist, so können zwei oder mehr dieser ringförmigen Lippen vorgesehen sein.

Bei dem in Fig. 3 veranschaulichten Durchflußraten-Meßsystem sitzt die Einrichtung A fest an der Außenwand eines abgeschlossenen Behälters 27, und das Rohr 22 sitzt mit seinem flexiblen Auslaßendenabschnitt 22a an der Endwand des Behälters 27, so daß das Rohr 22 frei elastische Bewegungen durchführen kann. Das flexible Rohr 22 kann durch ein bewegliches Rohr ersetzt werden, das drehbar mit seinem Auslaßendabschnitt an der

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Endwand des Behälters 27 angeordnet ist. Eine Stange 2H geht von dem aufgebogenen Rohrabschnitt 23 aus, und ein auf dem freien Ende der Stange 24 angeordneter Kern 28 ist beweglich im Spulenspalt eines Differentialumformers 29 angeordnet, so daß die Verschiebung des flexiblen Rohrs 22, die proportional der Durchflußrate des Strömungsmittels ist, und damit die entsprechende Bewegung der Stange 24 in eine Änderung des Stromausgangssignals des Differentialumformers 22 umgewandelt werden kann.

Es ist ersichtlich, daß der Teil des Strömungsmittels, das über die Einrichtung A nahe deren Innenwand fließt, zuerst einer Turbulenz durch die scharfkantige ringförmige Lippe 26 ausgesetzt ist, und dann der Strömungsmittelteil, der längs der Innenwand der Einrichtung A auf der stromab gelegenen Seite der ringförmigen Lippe 26 fließt,einer Turbulenz durch die ringförmige Aussparung 25 ausgesetzt ist, die neben der Auslaßöffnung 21 vorgesehen ist. So ist dieser Aufbau nicht nur wirksam für ein Strömungsmittel mit einer hohen Reynolds-Zahl, sondern _Ä er ist ebenfalls wirksam für ein Strömungsmittel mit einer besonders niedrigen Reynolds-Zahl, und das über die Einrichtung A fließende Strömungsmittel wird von einer Strömung in der Form einer Kurve zweiten Grades, wie sie mit der durchgehenden Linie in Fig. 5 gezeigt ist, in einen Zapfenstrom (Parallelströmung) umgewandelt, wie mit der gestrichelten Linie gezeigt, und schließlich von der Auslaßöffnung 21 als Strom abgegeben, der eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über seinen gesamten Querschnitt hat.

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Der Strömungsmittelfluß über die Leitung stromauf des Strömungs-Konditionierungsgeräts kann die Form einer Strömung einnehmen, die eine nicht gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung hat, oder einer Wirbelströmung oder Drillströmung, wie im vorhergehenden beschrieben wurde, jedoch wird die Meßgenauigkeit in dem Durchflußraten-Meßsystem nach Fig. 3 nicht wesentlich beeinflußt durch die zuvor beschriebenen verschiedenen Strömungsarten. Im.Fall eines Durchflußraten-Meßsystems mit einem Flußmesser, wie einem Turbinenmesser, kann jedoch eine Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes, wie sie anhand von Fig. 3 beschrieben wurde, vorzugsweise mit einem Wirbelregulator und einem Strömungsbegradiger kombiniert werden, und diese Kombination kann auf der stromauf gelegenen Seite des Turbinenmessers angeordnet sein.

Im folgenden wird nun ein Durchflußräten-Meßsysten mit einem erfindungsgemäßen Strömungs-Konditionierungsgerät, das aus drei Einrichtungen besteht, wie zuvor beschrieben wurde, im Vergleich zu einem bekannten Durchflußraten-Meßsysten beschrieben.

In einem Beispiel von bekannten Durchflußraten-Meßsystemen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Leitungssystem durch einen Turbinenmesser M gebildet, einen Strömungsbegradiger S, der stromauf des Turbinenmessers M angeordnet ist, ein abgebogenes Rohr oder Krümmer E und ein Ventil V, die stromauf des Strömungsbegradigers S angeordnet sind, und ein

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Ventil V und ein abgebogenes Rohr oder Krümmer E^! , die stromab des Turbinenmessers M angeordnet sind. In diesem System führt eine Änderung der Öffnung des Ventils V auf der stromauf liegenden Seite des Stromungsbegradigers S zwischen der vollgeöffneten und halbgeöffneten Stellung zu Instrumentenfehlern in· der Größenordnung von 0,4 bis 0,5 %, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, selbst wenn der Strömungsbegradiger S in dem System in Übereinstimmung mit den ISA-Standardwerten eingebaut ist. Es ist somit ersichtlich^ daß Instrumentenfehler in dem in Fig. 2 gezeigten Maß durch bloßen Einbau des Stromungsbegradigers in Übereinstimmung mit den gegenwärtig allgemein verwendeten Standardwerten zumindest unvermeidbar sind.

Derartige Instrumentenfehler können durch ein Durchflußraten-Meßsystem auf ein Minimum reduziert werden, das ein erfindungsgemäßes Strömungs-Konditionierungsgerät, wie es in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, enthält.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist eine mit der Bezugsziffer C bezeichnete Einrichtung ein Wirbelregulator, der ein perforiertes Organ 1 mit Netzaufbau besitzt, das in einem zylindrischen Körper angeordnet ist. Das perforierte Organ 1 ändert Wirbel verschiedener Abmessungen, die durch Leitungseinrichtungen, beispielsweise ein abgebogenes Rohr und ein Ventil, erzeugt wurden, in gleichmäßige Wirbel mit einer Größe, die gleich seiner Masche ist, und besteht aus Metall oder irgendeinem anderen geeigneten Material. Eine mit der Bezugsziffer B bezeichnete zweite Einrichtung ist ein sogenannter Strömungsbegradiger, der ein Bün-

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del oder eine Vielzahl parallel angeordneter Röhren 2 mit kleinem Durchmesser aufweist, die in einem zylindrischen Körper enthalten sind. Durch Verwendung der beiden Einrichtungen C und D, kann die bei dem ersten Problem zuvor beschriebene Konditionierung der Strömung erreicht werden. Anstelle von Röhren mit kleinem Durchmesser kann der Strömungsbegradiger eine Anzahl von Flügelsätzen aufweisen, die parallel in axialer Richtung des zylindrischen Körpers angeordnet sind, wobei jeder Satz aus einer Anzahl von Flügeln besteht, die sich radial in der Ebene senkrecht zur Achse des zylindrischen Körpers erstrecken. Eine mit der Bezugsziffer A bezeichnete dritte Einrichtung ist eine Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes, die gleich der in Figj 3 gezeigten ist. Die Einrichtung A zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strö- _ mungsmittelflußes besitzt einen zylindrischen Körper 3 mit einem Innendurchmesser D und einer Anzahl von in Abstand befindlichen scharfkantigen ringförmigen Lippen 3a, die sich von der Innenwand des zylindrischen Körpers 3 radial nach innen erstrecken. Die ringförmigen Lippen 3a bilden öffnungen, jeweils mit dem Durchmesser D₁ und D₂, die beträchtlich kleiner sind als der Innendurchmesser D des zylindrischen Körpers 3 und gleich oder etwas größer als der Durchmesser d der Einlaßöffnung einer auf die Durchflußrate ansprechenden Einrichtung oder eines Flußmessers 4 sind. Der Abstand 1 zwischen dem Auslaß des Strömungsbegradigers B und der ersten ringförmigen Lippe 3a in der Einrichtung A ist derart gewählt, daß er beträchtlich größer ist als der Durchmesser D₁ der durch die ringförmige

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Lippe 3a definierten öffnung, so daß eine tiefe Tasche 3b in der Einrichtung A gebildet wird. Durch diese Anordnung kann ein Zapfenstrom, d.h. ein Strömungsmittelfluß mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung, dem Flußmesser 4 zugeführt werden.

Anhand der Fig. 7 wird ein praktisches Leitungssystem, das die Anordnung nach Fig. 6 enthält, erläutert. Das in Fig. 7 dargestellte Leitungssystem besitzt ein abgebogenes Rohr oder Krümmer E, ein Ventil V, einen Wirbelregulator C, einen Strömungsbegradiger B, eine Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes oder Strömungswandlereinrichtung A, einen Turbinenir.esser M₃ ein Ventil V und ein abgebogenes Rohr oder Krümmer E¹, die in der obigen Reihenfolge angeordnet sind.

Es wird angenommen, daß ein Strömungsmittel in einer durch die Pfeile dargestellten Richtung fließt. Der an dem Auslaß des Krümmers E erscheinende Strömungsmittelfluß hat eine unsymmetrische Geschwindigkeitsverteilung, wie in Fig. JE dargestellt ist. Wird dieser Strömungsmittelfluß über das Ventil V geführt, werden in dem eine unsymmetrische Geschwindigkeitsverteilung aufweisenden Strömungsmittelfluß viele Wirbel erzeugt, wie in Fig. 7V dargestellt ist. Wird der viele Wirbel aufweisende Strömungsmittelfluß über den Wirbelregulator C geführt, der das perforierte Organ mit Netzaufbau enthält, werden die Wirbel mit veränderlichen Größen durch die Maschen in Wirbel mit im wesentlichen gleichmäßiger Größe um-

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gewandelt, die der Größe der Masche entspricht, und ein regulierter Strömungsmittelfluß, wie in Fig. 7C dargestellt ist, erscheint an dem Auslaß des Wirbelregulators C. Die Wirbel verschwinden, nachdem der Strömungsmittelfluß über den Strömungsbegradiger B geführt wurde. Wie aus Fig. 7B ersichtlich ist, hat der den Strömungsmittelbegradiger B verlassende Strömungsmittelfluß parallele Stromlinien, und seine Geschwindigkeitsverteilung ist bis zu einem beträchtlichen Maß gleichmäßig gemacht; dieser Strömungsmittelfluß ist jedoch weit entfernt von einem idealen Zapfenstrom aufgrund der Wechselwirkung des Strömungsmittels mit der zylindrischen Wand usw.. Dieser Strömungsmittelfluß wird dann der Strömungswandlereinrichtung A zugeführt und in einen Zapfenstrom umgewandelt, wie in Fig. 7A dargestellt ist, und dieser Zapfenstrom wird dem Turbinenmesser M zugeführt. Es ist somit ersichtlich, daß das Strömungsmittel dem Turbinenmesser M in Form eines zufriedenstellend konditionierten Zapfenstroms notwendigerweise- züge- ' führt wird, der eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung bei allen Bedingungen hat, mit denen das Strömungsmittel dem Leitungssystem zugeführt wird.

Wenn eine Wirbelströmung, eine asymmetrische Strömung oder eine Drillströmung dem Turbinenmesser (oder irgendeinem anderen analogen Durchflußmesser) zugeführt werden, würde der Turbinenläufer aufgrund der Nichtgleichmässigkeit des Strömungsmittelflußes beschleunigt werden oder verzögert werden und könnte keine Drehung durchführen, die die Durchflußrate tatsächlich anzeigt. Die vorliegende Erfindung eleminiert eine

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derart widrige Wirkung, so daß der Turbinenmesser eine sehr stabile Drehung zur genauen Messung der Durchflußrate durchführen kann und Fehler auf ein Minimum reduziert werden können.

Das diesen Aufbau besitzende erfindungsgemäße Gerät ist darin vorteilhaft, daß es durchaus zur Verwendung in Kombi-· nation mit einem analogen Durchflußmesser, beispielsweise einem Turbinenmesser als auch anderen beliebigen Durchflußmessern, die gewöhnlich auf diesem Gebiet verwendet werden, zur Konditionierung eines Strömungsmittels, das diesen Durchflußmessern zugeführt wird, geeignet ist. Ein anderer Vorteil liegt in der Tatsache, daß ein Stromungsmittelfluß, der eine parabolische Geschwindigkeitsverteilung aufgrund einer niedrigen Reynolds-Zahl hat, ebenfalls in einen Zapfenstrom umgewandelt werden kann. Wegen dieses Vorteils kann die Durchflußrate eines Strömungsmittels mit einer niedrigen Reynolds-Zahl mit hoher Ge-. nauigkeit gemessen werden, und so kann der Messbereich von Durchflußmessern ausgedehnt werden.

Nach den API-Standardwerten, ISA-Standardwerten usw. war die Reynolds-Zahl der Angelpunkt zur Bestimmung der Meßbarkeit der Durchflußrate von Strömungsmitteln, und diese Standardwerte gaben an, daß nur ein Strömungsbegradiger oder ein gerader Rohrabschnitt mit einer bestimmten Länge vorgesehen werden müssen, wenn ein Strömungsmittel, dessen Durchflußrate gemessen wird, eine höhere Reynolds-Zahl als 10 besitzt. Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß diese Praxis fehlerhaft ist, wie sich aus den vorhergehenden Ausführungen ergibt. Der

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Vorteil des erfindungsgemäßen Gerätes gegenüber dem bekannten System dieser Art ergibt sich deutlich aus der in Fig. 8 gezeigten graphischen Darstellung im Vergleich zu der in Fig. gezeigten gleichen graphischen Darstellung.

Anhand der Fig. 9 bis 11 wird ein praktischer Aufbau des erfindungsgemäßen Strömungs-Konditionierungsgerätes im einzelnen beschrieben.

Das Strömungs-Konditionierungsgerät besitzt ein Außengehäuse 31 mit einer Strömungsmitteleinlaßöffnung 32 und einer Stromungsmittelauslaßoffnung 33 mit gleichem Durchmesser d, und der Wirbelregulator C, der Strömungsbegradiger B und die Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes sind in Serie zwischen diese Öffnung 32 und 33 in der Richtung des Strömungsmittelflußes angeordnet. Montageflansche 32a und 32b sind jeweils an dem Einlaß- und Auslaßende des Außengehäuses 31 vorgesehen. Das Außengehäuse 31 ist derart geformt, daß sich sein Innendurchmesser von der Strömungsmitteleinlaßöffnung 32 in Richtung der Stromungsmittelauslaßoffnung 33 schrittweise vergrößert, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. Genauer gesagt, ein abgeschrägter Abschnitt 3^ geht von der einen Durchmesser d aufweisenden Einlaßöffnung 32 aus, bis er schließlich einen Innendurchmesser d. erreicht hat, der gleich dem Innendurchmesser eines zweiten Abschnitts ist. Ein mit dem zweiten Abschnitt ver bundener dritter Abschnitt hat einen Innendurchmesser D, der etwa zweimal so groß ist wie der Innendurchmesser d. des zwei-

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ten Abschnitts. Der hintere Endabschnitt des dritten Abschnitts ist allmählich nach innen abgeschrägt und endet an der Strömungsmittelauslaßöffnung 33.

Der Wirbelregulator C besitzt ein perforiertes Organ 35 mit Netzaufbau, beispielsweise ein Sieb oder eine gebohrte Metallplatte, die senkrecht zur Achse des ersten Abschnitts ~$ des

Au.P>engehäuses 31 angeordnet ist, um die durch ein abgebogenes Rohr oder Ventil erzeugten Wirbel unterschiedlicher Größe in gleichmäßige Wirbel mit einer Größe umzuwandeln (zu mitteln), die im wesentlichen gleich der Maschengröße ist. Der Strömungsbegradiger B besitzt beispielsweise ein Bündel aus einer Anzahl Röhren 36 niit kleinem Durchmesser, die in dem zweiten Abschnitt des Außengehäuses 31 fest angeordnet sind, wie in Fig. 10 dargestellt ist.

Die Einrichtung A zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Stromungsmittelflußes hat einen Aufbau, der gleich dem anhand von Fig. 3 beschriebenen ist. Genauer gesagt, eine ringförmige Lippe 37» die eine Öffnung mit einem Durchmesser Dp definiert, der beträchtlich kleiner als der Innendurchmesser D des dritten Abschnitts des Außengehäuses 31 ist, erstreckt sich radial nach innen von der Innenwand des Außengehäuses 31, wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, und ist an ihrem Innenendrand 37a scharfkantig. Der Durchmesser D_? der durch die ringförmige Lippe 37 definierten Öffnung ist gleich oder etwas größer als der Durchmesser des Einlasses einer auf den Strömungsmitteldurchfluß ansprechenden Einrichtung oder eines

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Flußmessers, und daher ist er gleich·oder etwas größer als der Durchmesser d der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 des Außengehäuses 31. Der Abstand 1 zwischen dem Auslaß des Strömungsbegradigers B in der vorhergehenden Stufe und der ringförmigen Lippe 37 ist größer als der Durchmesser D_? der durch die ringförmige Lippe 37 definierten öffnung, um eine tiefe Tasche

38 zu bilden, so daß ein Strömungsmittel, das längs der Innenwand des Außengehäuses 31 fließt, einer Turbulenz unterworfen wird und dem Strömungsmesser in Form eines Zapfenstroms zugeführt werden kann, der eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung hat. Eine andere ringförmige Lippe 39, ede in Vorwärtsrichtung oder in Richtung der stromaufwärts liegenden Seite abgeschrägt ist, erstreckt sich von der Innenwand des Außengehäuses 31 an einer Stelle, die stromab von der ringförmigen Lippe 37 liegt und der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 benachbart ist. Die ringförmige Lippe 39 definiert eine Öffnung mit einem Durchmesser D^ und ist an ihrem inneren Endrand 39a scharfkantig. Der Durchmesser D₁ der durch die ringförmige Lippe

39 definierten öffnung ist vorzugsweise gleich oder etwas grosser als der Durchmesser d der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 wie im Fall des Durchmessers Dp der durch die ringförmige Lippe 37 definierten öffnung. Hinter der ringförmigen Lippe 39 ist eine kleine ringförmige Aussparung *J0 gebildet.

Das Außengehäuse 31 des Strömungs-Konditionierungsgeräts das die Einrichtungen A, B und C enthält, ist in einem Leitungssystem angeordnet, in dem zahlreiche Führungselemente, wie ein abgebogenes Rohr und ein Ventil, auf der stromaufwärts liegen-

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BAD ORSGINAL *

den Seite angeordnet sind, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, und ein Strömungsmesser ist mit der Strömungsmittelauslaßöffnung 33 des Außengehäuses 31 verbunden. Fließt ein Strömungsmittel in einer durch die Pfeile in Fig. 9 gezeigten Richtung, wird somit das Strömungsmittel nacheinander konditioniert, wie dies anhand der Fig. 7E bis 7A erläutert wurde, so daß das Strömungsmittel dem Strömungsmesser in Form einer vollständig konditionierten Strömung oder eines Zapfenstroms zugeführt werden kann.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß durch die Erfindung ein Strömungs-Konditionierungsgerät mit sehr einfachem Aufbau gebildet wird, das einen Wirbelregulator besitzt, einen Strömungsbegradiger und eine Strömungswandlereinrichtung oder eine Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes, die in obiger Reihenfolge in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind, das Flanschenden aufweist und in einem gewünschten Leitungssystem angeordnet ist, indem es mit der Leitung und einem Flußmesser durch die Flanschen verbunden ist.

Das den vorstehenden Aufbau besitzende erfindungsgemäße Gerät eleminiert einen unerwünschten nicht gleichmäßigen Strom, der dem Strömungsmesser bei der Messung der Durchflußrate eines Strömun'gsmittels zugeführt wird, wodurch die Messgenauigkeit der Durchflußrate verbessert wird. Das erfindungsgemäße Strömungs-Konditionierungsgerät kann deshalb mit niedrigen Kosten hergestellt werden, weil der Wirbelregulator, der Strömungsbegradiger

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und die Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung als eine Einheit zusammengebaut sind, und es ist ersichtlich, daß ein derartiges Gerät zum Konditionieren der Strömung verschiedener Arten von Strömungsmitteln und zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung derartiger Strömungsmittel durchaus wirksam ist.

Durch die Erfindung wird somit ein mit dem Einlaß eines Strömungsmessers in einem Leitungssystem verbundenes Strömungs-Konditionierungsgerät geschaffen zur Konditionierung der Strömung eines Strömungsmittels, das dem Strömungsmesser zur Messung der Durchflußrate zugeführt wird. Das Gerät besitzt eine Vorrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung eines Strömungsmittelflußes, und diese Vorrichtung ist mit einem Wirbelregulator und einem Strömungsbegradiger zur wirksameren Konditionierung des Strömungsmittelflußes verbunden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Strömungs-Konditionierungsgerät zum Einbau in ein Strömungsmittelleitungssystem mit einer auf einen Strömungsmittelfluß ansprechenden Einrichtung, gekennzeichnet durch eine stromauf der auf den Strömungsmittelfluß ansprechenden Einrichtung (M) angeordnete Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung der Strömung eines Strömungsmittels in der Ebene, die senkrecht zur Achse der Leitung liegt, und

damit zum Zuführen eines gleichmäßig gemachten Strömungsmittel- ^ flußes zu der auf den Strömungsmittelfluß ansprechenden Einrichtung (M), wobei die Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes einen allgemein zylindrischen Körper (3) mit einem Innendurchmesser (D) aufweist, der größer als der Durchmesser (d) des Einlaßes der auf den Strömungsmittelfluß ansprechenden Einrichtung (M) ist, und zumindest eine scharfkantige ringförmige Lippe (26; 3a, 37), die sich radial nach innen von der Innenwand des zylindrischen Körpers (3) koaxial zu diesem Körper (3) erstreckt M und eine Öffnung definiert, deren Durchmesser (D₁, Dp) nicht kleiner als der Durchmesser (d) des Einlaßes der auf den Strömungsmittelfluß ansprechenden Einrichtung ist.

2. Strömungs-Konditionierungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsbegradiger (B) stromauf von der Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes vorgesehen ist und mit dieser Einrichtung verbunden ist.

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3. Strömungs-Konditionierungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelregulator (C), der ein perforiertes Organ (1) mit Netzaufbau enthält, stromauf der Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes vorgesehen ist und mit dieser Einrichtung (A) verbunden ist".

k. Strömungs-Konditianierungsgerät nach Anspruch 3 zurückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich von dem zylindrischen Körper der Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes eine mit diesem zylindrischen Körper einstückige zylindrische Ausladung in Stromaufrichtung koaxial zu dem zylindrischen Körper erstreckt, und daß der Wirbelregulator (C) und der Strömungsbegradiger (B) in dieser Ausladung angrenzend aneinander angeordnet sind (Fig. 6).

5. Strömungs-Konditionierungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine weitere ringförmige Lippe, die in Stromaufrichtung abfällt, angrenzend an die Auslaßöffnung der Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes von der Innenwand nach innen erstreckt und daß hinter dieser ringförmigen Lippe eine ringförmige Aussparung (25) gebildet ist (Fig. 3).

6. Strömungs-Konditionierungsgerät nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Organ (35) mit Netzaufbau sich in einem vorbestimmten Abstand von der Einlaß-

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öffnung (32) der Ausladung befindet und daß der Abschnitt (3¹O der Ausladung, der von der Einlaßöffung (32) bis zu einem Punkt reicht, der dem perforierten Organ (35) mit Netzaufbau entspricht, derart abgeschrägt ist, daß er in Stromabrichtung allmählich im Durchmesser größer wird, während der den Strömungsbegradiger (B) enthaltende Abschnitt der Ausladung eine zylindrische Form mit vorbestimmten Durchmesser (d^) hat und mit der Einlaßöffnung der Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes verbunden ist, wobei der zylindrische Körper der Einrichtung zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes einen Innendurchmesser (D) besitzt, der größer als der Durchmesser (d.) des Strömungsbegradigers (b) ist, und die ringförmige Lippe (37) sich in einem vorbestimmten Abstand (1) von der Einlaßöffnung der Einrichtung (A) zum gleichmäßig machen der Geschwindigkeitsverteilung des Strömungsmittelflußes befindet, um dazwischen eine Tasche (38) zu bilden ("Fig. 9)·

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