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Flügelradzähler . Die Erfindung betrifft einen Flügelradzähler für Flüssigkeiten oder Gase, der im wesentlichen eine
Messeinrichtung enthält, die in jedemAugenblick dafür sorgt, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Mess- körpers dem abgegebenen, zu messenden Flüssigkeits-oder Gasvolumen entspricht.
Die bekannten Flügelradzähler bestehen im allgemeinen aus einem rohrförmigen Gehäuse, das in
Achsrichtung von der Flüssigkeit oder demGas, derenAustrittsvolumen gemessen werden soll, durchströmt wird. Ferner ist ein Stabilisator für die durchströmende Flüssigkeit oder das Gas vorgesehen, der üblicher- weise aus festen Schaufeln besteht, welche der in die Vorrichtung eintretenden Flüssigkeit oder dem Gas eine Rotationsbewegung in einer bestimmten Richtung um die Achse der Vorrichtung erteilen. Schliesslich weisen die bekannten Flügelradzähler einen aus einem Flügelrad von vernachlässigbarer Masse bestehen- den Messkörper auf, der sich frei um die Achse der Vorrichtung drehen kann und dessen Schaufeln, abge- sehen von dem mechanisch erforderlichen Spiel, bis zur Wand des Gehäuses reichen.
Bei diesen bekanntenFlügelradzählern ist die vomFlügelrad aufgenommene Leistung stets gleich Null und das Flügelrad folgt ständig und vollkommen der Flüssigkeits- oder Gasbewegung. Seine Rotationsgeschwindigkeit ist daher proportional derGeschwindigkeit derFlüssigkeit oder des Gases am Austritt, so dass mit einem von der Achse des Flügelrades angetriebenen Umdrehungszähler das abgegebene Flüssigkeit- oder Gasvolumen über die Zeit integriert und unmittelbar angezeigt werden kann.
Diese bekannten Flügelradzähler sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass in der Praxis die von der Flüssigkeit oder dem Gas an das Flügelrad abgegebene Leistung infolge der auftretenden mechanischen Reibung nicht genau gleich Null sein kann. Die Angaben des Messorgans können bei den bekannten Flügelradzählern nur dadurch berichtigt werden, dass man der aufgenommenen Leistung in einer Eichung des Zählers Rechnung trägt. Die Messung ist ferner auf kleine abgegebene Flüssigkeits- oder Gasvolumen beschränkt. Ausserdem müssen die Zähler, da sich die Reibung mit der Zeit ändert, regelmässig nachgeeicht werden.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung behoben, durch die ein Flügelradzähler für absolut genaue Messungen geschaffen wird, dessen Wirkung auf dem Prinzip des maximalen Wirkungsgrades des Messorgans beruht.
Dies wird bei einem Flügelradzähler mit einem rohrförmigen Gehäuse, in dessen zylindrischem Innenraum am Strömungseingang ein Stabilisator, der dem hindurchströmenden Mittel eine Rotation in bestimmter Richtung gegenüber der Mittelachse des Zählers erteilt, sowie das Flügelrad gelagert ist, dessen Welle ein Zählwerk zur Anzeige des Durchflussvolumens antreibt, erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass hinter demFlügelrad ein auf die restliche Rotationsgeschwindigkeit des strömenden Mittels ansprechender Strömungsprüfer angeordnet ist, der eine Steuerung betätigt, die die restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Flügelradausgang ständig auf dem Wert Null hält, wobei die Steuerung aus einer Vorrichtung besteht, über die der Strömungsprüfer auf den Stabilisator derart einwirkt,
dass dieser dem Mittel eine Rotation in solchem Ausmass erteilt, dass die restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Flügelrades gleich Null wird.
Der Zähler besitzt demnach ein rohrförmiges Gehäuse, in dessen zylindrischem Innenraum an jenem Ende, an dem das Mittel, dessen Durchflussvolumen gemessen werden soll, eintritt, ein Stabilisator mit schraubenförmigen Schaufeln angeordnet ist, der dazu dient, dem hindurchströmenden Mittel eine Rotation in bestimmter Richtung gegenüber der Mittelachse des Zählers zu geben. Die Schaufeln des Flügel-
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rades sind so geformt, dass sie die Flüssigkeit bzw. das Gas aus der Richtung ablenken, die dem strömen- den Mittel vom Stabilisator aufgezwungen wurde, und diesem eine merkliche Leistung entziehen. Diese vom Flügelrad aufgenommene Leistung ist ein Maximum, wenn die restliche Rotationsgeschwindigkeit, mit der das strömende Mittel das Flügelrad verlässt, den Wert Null beträgt.
In diesem Falle ist der Wirkungsgrad des Flügelrades, d. h. das Verhältnis der von der Flügelradachse aufgenommenen Leistung zur anfänglich in derFlüssigkeit oder dem Gas inForm der am Flügelradeintritt vorhandenen lebendigen Kraft vorhandenen Leistung ein Maximum. Bei maximalem Flügelradwirkungsgrad ist die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades proportional der Geschwindigkeit des in den Flügelradzähler eintretenden zu messenden Mittels. Ein von derFlügelradachse angetriebenerUmdrehungszähler kann daher das abgegebene Flüs- sigkeits- oder Gasvolumen über die Zeit integrieren und unmittelbar das ausströmende Flüssigkeits- oder Gasvolumen anzeigen.
Die Umlaufgeschwindigkeit des Flügelrades wird beim erfindungsgemässen Zähler dadurch beeinflusst, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Flügelradeintritt in Abhängigkeit von der restlichen Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Flügelrades derart gesteuert wird, dass die restliche Rotationsgeschwindigkeit den Wert Null annimmt und beibehält, ohne dass die Durchflussmenge des den Zähler durchströmenden Mittels beeinflusst wird.
Gemäss einer speziellen Ausbildung der Erfindung weist der Stabilisator schraubenförmige, gleichzeitig verstellbare Schaufeln auf, die vom Strömungsprüfer bei Vorhandensein einer restlichen Rotationsgeschwindigkeit über einen mechanischen Antrieb verstellt werden. Auf diese Weise wird die Rotationsgeschwindigkeit des in das Flügelrad eintretenden Mittels beeinflusst. Der Anstellwinkel der Schaufeln des Stabilisators wird mit Hilfe des Strömungsprüfers eingestellt, der auf die restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels hinter demFlügelrad anspricht und beispielsweise aus einem Schaufelrad besteht, das mit radial gerichteten ebenen Schaufeln versehen ist.
Der mechanische Antrieb der Stabilisatorschaufeln kann aus einem schwenkbaren abgekröpften Hebel bestehen, der von der Welle de. Strömungsprüfers mitgenommen wird und auf einen Ring einwirkt, der einen Satz von abgekröpften Hebeln verstellt, welche als Schwenkachsen der Stabilisatorschaufeln dienen.
Wenn man der in den Zähler eintretenden Flüssigkeit bzw. dem Gas mit Hilfe des Stabilisators eine Rotationsbewegung erteilt, deren Geschwindigkeit proportional ist der Durchflussmenge, so ist die Rota-
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unter der Bedingung, dass der Wirkungsgrad des Flügelrades ein Maximum ist. Es wird daher beim erfindungsgemässen Zähler das Flügelrad unter der Bedingung des maximalen Wirkungsgrades dieses Flügelrades durch Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases am Eintritt in das Flügelrad betrieben. Die Schaufeln des Stabilisators werden so eingestellt, dass das strömende Mittel, welches in den Zähler eintritt, durch den Stabilisator eine Rotationsbewegung aufgedrückt erhält, deren Geschwindigkeit proportional ist der Durchflussmenge.
Diese vom Stabilisator hervorgerufene Rotationsbewegung des strömenden Mittels wird durch das mit einem maximalen Wirkungsgrad arbeitende Flügelrad getilgt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades ist demnach proportional der Durchflussmenge des strömenden Mittels, so dass der von der Flügelradachse angetriebene Umdrehungszähler das abgegebene Flüssigkeits-oder Gasvolumen über die Zeit integrieren und das durchströmende Volumen anzeigen kann.
Wenn sich die Durchflussmenge des durch den Zähler strömenden Mittels verändert, so ändert sich auch, wenn die Stellung der Stabilisatorschaufeln unverändert bleibt, die Rotationsgeschwindigkeit des strömenden Mittels am Ausgang des Stabilisators und es wird die Rotationsbewegung des strömenden Mittels durch das Flügelrad nicht vollkommen getilgt, sondern das strömende Mittel verlässt dieses mit einer bestimmten verbleibenden Rotationsgeschwindigkeit.
In diesem Falle stellt der Strömungsprüfer diese restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Flügelrades fest und verändert dementsprechend die Stellung der Schaufeln des Stabilisators und damit die Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am
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1 ; chen Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Flügelrades entspricht. nach der Änderung der Durchflussmenge des in den Zähler eintretenden strömenden Mittels werden die Schaufeln des Stabilisators im Sinne einer Vergrösserung der Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades
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dass das Flügelrad mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet und das strömende Mittel am Ausgang des Flügerades keine Rotationsbewegung aufweist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung in einem schaubildlichen Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.
Der Zähler besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse l, in dessen Innenraum ein Stabilisator 2
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mit verstellbaren Schaufeln 2a vorgesehen ist. Diese Schaufeln befinden sich schwenkbar zwischen dem
Gehäuse und einem zentralen Getriebegehäuse 3, wobei Ausbuchtungen la und 3a vorgesehen sind, um die Verstellung der besagten Schaufeln zu ermöglichen. Das Getriebegehäuse wird durch Lappen 3b ge- halten, die an der Innenwand des Gehäuses 1 angeschweisst sind. Hinter dem Stabilisator ist ein Flügel- rad 4 nach Art einer Axialturbine angeordnet, das aus einer Nabe 4a, einem Flansch 4b und Flügeln 4c besteht, die von der Nabe getragen werden und den freien Raum zwischen Nabe und Zählergehäuse so voll- kommen wie irgend möglich ausfüllen.
Die Welle 5 des Flügelrades läuft in zwei Lagern 6,7, die an der
Hinterwand und der Vorderwand des Getriebegehäuses 3 angeordnet sind. Über eine Schnecke 8 und ein
Schneckenrad 9 treibt die Welle 5 die Achse 10 eines Umdrehungszählers an, die in vom Getriebege- häuse 3 und Zählergehäuse 1 vorgesehenen Lagern 11, 12 läuft. Die Steuereinrichtung besteht aus einem
Schaufelrad 13, das eine Nabe 13a, einen Flansch 13b und radial gerichtete ebene Schaufeln 13c besitzt und als Strömungsprüfer dient, der auf die am Ausgang des Flügelrades 4 noch vorhandene Rotationsgeschwindigkeit des strömenden Mittels anspricht. Die Welle 14 des Schaufelrades dreht sich in Lagern 15,
16, die in der Vorderwand und in der Hinterwand eines Gehäuses 17 sitzen, das seinerseits von Lappen 17a getragen wird, die an der Wand des Zählergehäuses 1 innen angeschweisst sind.
Die Welle 14 wirkt über eine Schnecke 18 und ein Schneckenrad 19 auf einen abgekröpften Hebel 20 ein, der in zwei Lagern 21, 22 verschwenkbar ist, welche vom Gehäuse 17 und dem Zählergehäuse 1 getragen sind. Das freie Ende 20a des Hebels greift in eine Bohrung 23a eines Ringes 23 ein und verstellt unter Vermittlung dieses Ringes einen Satz von abgekröpften Hebeln 24, die in vom Zählergehäuse 1 getragenen Lagern 25 verschwenkt werden können und dazu dienen, die Schaufeln 2a des Stabilisators gemeinsam zu verstellen. Die freien Enden 24a dieser Hebel greifen in Bohrungen 23b des Ringes 23 ein.
, Im Betriebe strömt das zu messende Mittel, dessen Durchflussvolumen ermittelt werden soll, in dem durch die Pfeile f, f'angegebenen Sinne durch das Zählergehäuse 1 und wird durch den Stabilisator 2 beeinflusst, der ihm eine Rotationsbewegung erteilt und es auf seinem Wege durch das Flügelrad 4 ablenkt. das hiebei eine merkliche Leistung auf Kosten des Mittels aufnimmt. Die vom Flügelrad aufgenommene Leistung ist ein Maximum, wenn das Mittel beim Verlassen des Flügelrades keine Rotationsgeschwindigkeit mehr aufweist, d. h. wenn es das Flügelrad in Strömungsfäden verlässt, die parallel zur Achse des Zählers verlaufen. In diesem Falle wird auf das Schaufelrad 43 keinerlei Impuls ausgeübt, und es bleibt in Ruhe.
Der Zähler arbeitet dann mit maximalem Wirkungsgrad des Flügelrades, und die Umlaufgeschwindigkeit des letzteren ist proportional der Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Stabilisators 2. Der Umdrehungszähler kann also die Durchflussmenge des Mittels über die Zeit integrieren und unmittelbar das Volumen des strömenden Mittels anzeigen.
Ist dagegen der Wirkungsgrad des Flügelrades kleiner als sein Maximalwert, so weist die das Flügelrad 4 verlassende Flüssigkeit noch eine gewisse Rotationsgeschwindigkeit auf und übt einen Drehimpuls im gleichen Sinne auf das Schaufelrad 13 aus. Dieses verschwenkt den Hebel 20 in entsprechendem Sinne und veranlasst eine Schwenkung des Ringes 23 sowie ein Verschwenken der mit diesem Ring verbundenen Hebel 24. Die Schaufeln 2a des Stabilisators werden zugleich um denselben Winkel verschwenkt und bewirken so eine Änderung der Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases am Eintritt des Schaufelrades 4 ; damit ändert sich auch die Umlaufgeschwindigkeit dieses Schaufelrades, u. zw. in dem Sinne, der die restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Schaufelrades zu Null werden lässt.
Der Zähler arbeitet dann mit maximalem Wirkungsgrad der Turbine.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Flügelradzählers wird nicht nur eine sehr einfache Konstruktion erzielt, sondern auch der Messbereich des Zählers bedeutend erweitert, da auch sehr kleine Durchflussmengen genau gemessen werden können. Infolge der vorhandenen mechanischen Reibung des Messorganes ist es notwendig, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases eine bestimmte untere Grenze überschreitet, damit das Messorgan überhaupt anspricht. Der Messbereich jedes Zählers ist daher nach unten hin durch diese erforderliche minimale Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mittels begrenzt. Durch die Verstellung der Schaufeln des Stabilisators wird beim erfindungsgemässen Zähler gleichzeitig eine Veränderung des Durchflussquerschnittes erzielt.
Es wird insbesondere durch die stärkere Schrägstellung der Schaufeln der Durchflussquerschnitt verkleinert, so dass auch bei einer sehr kleinen Durchflussmenge infolge der Querschnittsverminderung noch eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird. Die Anwendungsgrenzen des erfindungsgemässen Zählers sind daher insbesondere hinsichtlich geringer Durchflussmengen auf Grund der Verstellbarkeit der Schaufeln gegenüber einem Zähler mit feststehenden Schaufeln entsprechend erweitert.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Einzelheiten beschränkt, die aus der vorstehenden Beschreibung hervorgehen ; die letztere stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar. Es lasser sich verschiedene
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Abwandlungen in Anwendung bringen, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. So ist es beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, dass das Flügelrad als reine Axialturbine ausgebildet ist, sondern es kann auch eine Turbine von beliebiger Bauart, etwa eine Radialturbine, ein Pelton-Rad od. dgl. verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
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gegenüber der Mittelachse des Zählers erteilt, sowie das Flügelrad gelagert ist, dessen Welle ein Zählwerk zur Anzeige des Durchflussvolumens antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Flügelrad ein auf die restliche Rotationsgeschwindigkeit des strömenden Mittels ansprechender Strömungsprüfer angeordnet ist, der eine Steuerung betätigt, die die restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Flügelradausgang ständig auf dem Wert Null hält, wobei die Steuerung aus einer Vorrichtung besteht, über die der Strömungsprüfer auf den Stabilisator derart einwirkt, dass dieser dem Mittel eine Rotation in solchem Ausmass erteilt, dass die restliche Rotationsgeschwindigkeit des Mittels am Ausgang des Flügelrades gleich Null wird.