DD217015A1 - Vorrichtung zur durchflussmengenmessung stroemender fluessigkeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflussmengenmessung stroemender Fluessigkeiten, vorzugsweise stroemender Elektrolyte in galvanotechnischen Anlagen mit zirkulierendem Elektrolytkreislauf, bei der der Durchflussmengenmessung die Umdrehungszahl pro Zeiteinheit einer speziellen rotierenden Laufscheibe in einem Stroemrohr zu grunde gelegt ist. Mit der erfindungsgemaessen Vorrichtung soll eine hohe Dynamik erzielt werden, was durch die konstruktive Auslegung von Stroemrohr und Laufscheibe erreicht wird. Erfindungsgemaess taucht dafuer eine duenne Laufscheibe bis zu einem Drittel ihrer Umfangsflaeche ueber einen Schlitz in ein bypass- und verengungsfreies Stroemrohr ein, wobei die Laufscheibe eine konvexe geometrische Form sowie an ihrem Umfang bogenfoermig abgerundete Nockenflaechen besitzt. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Durchflußmengenmessung strömender Flüssigkeiten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflußmengenmessung strömender Flüssigkeiten, vorzugsweise strömender Elektrolyte in galvanotechnischen Anlagen mit zirkulierendem Elektrolytkreislauf, bei der der Durchflußmengenmessung die Umdrehungszahl pro Zeiteinheit eines speziellen rotierenden Körpers in einem Strömrohr zu Grunde gelegt ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es existiert eine Vielzahl von Durchflußmengenmessern aller Art, deren Einsatzraöglichkeiten sehr eng an spezielle Anwendungsfälle gebunden sind· In galvanotechnischen Anlagen mit zirkulierendem Elektrolytkreislauf werden hauptsächlich induktive oder mechanische Durchflußmengenmesser angewendet« Von den mechanischen Durchflußmengenmessern werden zumeist Vorrichtungen nach dem Prinzip eines schwebenden Kegels oder dem Flügelradprinzip eingesetzt· Der induktive Durchflußmengenmesser ermöglicht in einem breiten Spektrum eine kontinuierliche Volumenstrombestimmung unabhängig von der Dichte und Beschaffenheit des strömenden Mediums, wenn dieses ein Minimum an elektrischer Leitfähigkeit besitzt. Mit dieser Vorrichtung ist eine einfache Wandlung der nichtelektrischen Meßgröße in eine elektrische analog oder digital anzeigbare Größe möglich. Ihre Anwendung zur Messung der Durchflußmenge chemisch aggressiver Flüssigkeiten, insbesondere Elektrolyte, erfordert jedoch speziell

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ausgelegtechemikalienresistente Ausführungen, die einschließlich des gerätetechnischen Anteils zur Wandlung und Anzeige der ermittelten Durchflußmenge einen erheblichen Herstellungsaufwand bedin« gen und für einfache Strömungsanordnungen zu kostenaufwendig sind. Deshalb sind die einfachen und kostengünstiger erhältlichen mechanischen Durchflußmengenmesser für eine Reihe von Anwendungsfällen . ; auch unter dem Aspekt eines material-ökonomischen Einsatzes zweckmäßiger· Sie weisen in bezug auf den induktiven Durchflußmengenmesser jedoch den Nachteil auf, daß die Volumenstromerfassung dichteabhängig und nur innerhalb eines relativ begrenzten Meßbereiches ) kontinuierlich möglich ist,

Vorrichtungen nach dem Prinzip eines schwebenden Kegels sind weiterhin für eine kontinuierliche Wandlung der ermittelten Durchflußmenge in eine entsprechende äquivalente elektrische Meßgröße wenig geeignet· Sie erfordern außerdem prinzipbedingt eine senkrechte Anordnung der Meßstrecke, wodurch ihre Anwendung eingeschränkt wird· Vorrichtungen nach dem Flügelradprinzip ermöglichen dagegen eine einfache Wandlung der Meßgröße in eine entsprechende elektri- scha Größe. Der Betrieb ist in horizontaler und vertikaler Lage möglich. Sie sind als einfache Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchflußmengenerfassung und -kontrolle besser als Vorrichtungen nach dem Prinzip des schwebenden Kegels geeignet.

Das Prinzip des Flügelrades beruht bekanntlich darauf, daß ein in tainer Meßkammer gelagertes Flügelrad axial vom Flüssigkeitsstrom beaufschlagt, wird und die Umdrehungszahl des Flügelrades pro Zeiteinheit der Bestimmung der Durchflußmenge bzw. der Strömungsgeschwindigkeit zugrunde gelegt wird. Durch die Zahl und Gestaltung der Flügel zum Flüssigkeitsstrom werden die Laufeigenschaften des Flügelrades und/damit das dynamische Verhalten des Durchflußmengenmessers bestimmt. Der Meßbereich wird bei diesem Prinzip zu kleinen Volumenströmen hin durch die Reibung begrenzt· Zu hohen Volumenströmen hin erfolgt eine Begrenzung dadurch, daß der gesarate Flüssigkeitsstrom über das anzutreibende Flügelrad geführt wird und demzufolge bei großen Volumenströmen unkontrollierbare Wirbel- und Rückstaubildung auftritt. Zur Erweiterung des Meßbereiches wurden verschiedene Vorschläge unterbreitet. Um kleinere Volumenström© genau zu messen, wird in DE-PS 01 52 624 das Konstruktionsprinzip eines axialdurchströmten Turbinenlaufrades vorgeschlagen,

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das über in einem Gehäuse angeordnete Kanäle an einer oder mehreren Stellen teilbeaufschlagt wird und in dieser Ausführung Volumenströme um 0,015 » /h bewältigt.

Die Aufteilung in mehrere Strömkanäle fördert in der Meßkammer die Ausbildung von Wirbeln und Strömungsrückstau, was in nachteiliger Weise die kontinuierliche Volumenstrommessung bei größeren Volumenströmen beeinträchtigt.

Nach einem weiteren Vorschlag (DE-PS 117 129) wird eine profilierte Schlitzscheibe aus einer oder mehreren Düsen vom Flüssigkeitsstrom beaufschlagt und damit für kleinere Flüssigkeitsmengen eine genaue Messung erreicht. Dieses Konstruktionsprinzip wurde zur Kraftstoffdurchflußmengenbestimraung entwickelt und ist nur zur Bestimmung kleiner Volumenströme geeignet. In einem weiteren Konstruktionsvorschlag (DE-PS 29 4-0 O96) wird ein Durchflußmengenmesser beschrieben, in dem ein Flügelrad tangential vom Völumenstrom beaufschlagt wird. Um eine hohe Fließgeschwindigkeit am Beaufschlagungsbereich des Flügelrades zu erzielen, wird der Querschnitt der Zuflußleitung stark eingeengt. Dadurch werden zwar eine hohe Umdrehungszahl des Flügelrades aber zugleich auch unkontrollierbare Turbulenzen und ein beträchtlicher Rückstau erzeugt. Die damit verknüpfte Erhöhung des Strömungswiderstandes verschlechtert zwangsläufig den Wirkungsgrad der Antriebpumpe. Der praktische Einsatz ist bei größeren Volumenströmen unzweckmäßig·

Ziel der Erfindung

Wegen der beschriebenen Wachteile sind die bisher bekannten konstruktiven Lösungen zur genauen Durchflußmengenmessung nach dem Λ Plügelradprinzip für Anwendungen ungeeignet, die eine hohe Dynamik erfordern» Das gilt insbesondere für solche Anwendungsfälle, bei denen der Prozeßablauf das definierte Anfahren einer Strömungsan- " lage von null bis auf eine Solldurchflußmenge nach einem vorgeger benen Programm mit entsprechender Kontrolle erfordert und wenn prozeßbedingt definierte Veränderungen der Durchflußmenge über ein breites Spektrum vorgenommen werden müssen. Es ist Ziel der Erfindung, für solche Anwendungsfälle, vorzugsweise für aggressive strömende Medien in galvanotechnischen StrÖraungsanlagen, eine entsprechende Durchflußmengenmessung mittels eines einfachen

immaterial- und kostengünstigen mechanischen Sensors mit einem rotierenden Körper als Indikator durchführen zu können und dafür eine geeignete Vorrichtung zu entwickeln. "

Darlegung des Wesens der Erfindung '

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die durch ihre konstruktive Auslegung den reibungsarmen Antrieb eines rotierenden Körpers gestattet und einen wirbel» und rückstauarmen Durchfluß des strömenden Mediums durch die Vorrichtung ermöglicht. Die¹ Vorrichtung muß aus chemikalienresistenten Material bestehen und muß in dieser Ausführung das in der obigen Aufgabe geforderte Betriebsverhalten bei hoher Standzeit ge-.vahrlei.stea» Sis muß weiterhin in einfacher Weise eine Wandlung der ermittelten Durchflußmenge in eine äquivalente elektrische Größe gestatten.

Die erfindun^sgemäße Vorrichtung besteht aus einem bypäßfreien und vereiigun^sfreien Strörnrohr, in das über einen in Strömungsrichtung angebrachten Schlitz einedünne Laufscheibe, die an ihrem Umfang mit bogenförmig abgerundeten Nockenflächen versehen ist, bis zu einem Drittel ihrer Umfangsflache öintaucht» Die Laufscheibe besitzt beidseitig eine konvexe geometrische Form. Strömrohr und Laufscheibe sind in einem Gehäuse untergebracht« Strömungsrohrinnendurchmesser und Laufscheibendurchmesser stehen in einem wechselseitigen Zusammenhang. Sweckmäßigerweise ist bei der Dimensionierung der Vorrichtung ein Verhältnis von Strömungsrohrinnendurchmesser/Lauf raddurchraesser von 1 : 2, jedoch nicht kleiner als Ί :' 4 und nicht größer als A- : 1 festzulegen.

Das Strömrohr besitzt die Dimensionen dor Zu- und Ableitung, wobei sich Su- und Abfluß in einer Ebene befinden. Am Gehäuse sind zwei Kalteflanscbe gleichen Querschnitts für den Zu- und Abfluß angebracht. Die Lagerung der Laufscheibe erfolgt über zwei Lareraufnahmen, die ira Zentrum der Seitenflächen des Gehäuses befestigt sind. Die Laufscheibe besitzt im Bereich der Mitte bis zum oberen Drittel der Umfangfläche ein verkleidetes Sichtloch, das ohne Beeinflussung der Umlaufeigenschaften eine'optoelektronische Abtastung ermöglicht. Gehäuse, Strömrohr, Laufrad sowie alle Befestigungsund Führungselemente werden bis auf die Laufradachse

zweckmäßigerweise aus Plastwerkstoffen gefertigt. Als Material für die Laufradächse ist Titan, Edelstahl oder anderes chemikalienresistentes Material verwendbar. Wird eine strömende Flüssigkeit über eine angepaßte Zuleitung dem Zufluß der Durchflußmengenmeßvorrichtung zugeführt, durchfließt sie nahezu wirbel- und rückstaufrei das Strömrohr und gelangt über den Abfluß in die Abflußleitung, Dieser Durchfluß wird in bezug auf bekannte Vorrichtungen durch die bypaß- und verengungsfreie konstruktive Gestaltung des Strömrohres erreicht. Die über den Schlitz bis zu einem Drittel ihrer Umfangsflache in das Strömrohr eintauchende Laufscheibe wird über die an seinem Umfang befindlichen bogenförmig abgerundeten Nockenflächen sowie durch die beidseitig konvexe geometrische Form derartig hydrodynamisch günstig durch die Strömung beaufschlagt, daß ein reibungsarmer und ungestörter Scheibenumlauf hoher Dynamik erreicht wird. Dieser hydrodynamisch günstige Scheibenumlauf wird in bezug auf bekannte Vorrichtungen durch die erfindungsgemäße Auslegung der bogenförmig abgerundeten Nockenfläche am Scheibenumfang, die spezielle konvexe geometrische Form sowie die wirbel- und rückstauarme Strömungsbeaufschlagung im Schlitz des Strömrohres ermöglicht.

Mittels einer optoelektronischen Abtastung wird bei jedem Scheibenumlauf über das verkleidete Sichtloch ein Stromimpuls erzeugt, was eine einfache Umwandlung der zur Durchflußmenge proportionalen Umdrehungszahl pro Zeiteinheit in eine äquivalente Zahl von Umdrehungen pro Zeiteinheit gestattet. Diese elektrische Meßgröße kann direkt als Kennwert der Durchflußmenge einer mikroelektronischen Datenerfassungs- und Verarbeitungsanlage zugeführt werden.

Ausführung'sbei spiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel zur kontinuierlichen Durchflußmengenmessung strömender Elektrolyte näher beschrieben werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Strömungsmesser in Seitenansicht, teilweise geschnitten Fig. 2 den Strömungsmesser in axialer Richtung des Strömrohres,

teilweise geschnitten Die Vorrichtung besteht aus einem ,Gehäuse 1 an dem um 90 C zum

Innenraum versetzt zwei Halteflansche 2 für den Zu- und Abfluß der Elektrolytlösung angebracht sind·

Das Strömrohr 3 besteht aus zwei Teilen, die durch zentrierte Führungselemente in die Halteflansche 2 eingebracht werden. Axial zum Gehäuse 1 liegen in einem Gewindeeinsatz 4 im festgelegten Abstand zwei über Dichtringe 5 abgedichtete Sichtscheiben 6, die zugleich auch die Lageraufnähme 9 übernehmen. Der Feststellring 7 dichtet den Innenraum ab. Die Lagerung der Laufscheibe 8 erfolgt über eine Laufscheibenächse aus Titan in der Lageraufnahme 9· Die Laufscheibe 8 taucht mit seinen am Umfang bogenförmig abgerundeten Nocken 10* in den Schlitz 11 des Strömrohres 3 ein. In der Mitte der Umfangs- ^: fläche der Laufscheibe 8 befindet sich ein verkleidetes Sichtloch 12. Über dieses Sichtloch 12 sowie eine"an den als Sicht- _; scheiben gestalteten Seitenflächen des Gehäuses 1 angebrachte optoelektronische Meßeinrichtung kann die Umdrehungszahl der Laufscheibe 8 problemlos in eine entsprechende elektrische Größe umgewandelt werden. Alle Bauteile und Führungselemente bestehen bis auf die Achse der Laufscheibe 8 aus Polyvinylchlorid, das verkleidete Sichtloch 12 und die Seitenflächen des Gehäuses 1 aus Polystyrol.

Über die Halteflansche 2 werden mittels genormter Flansch- und Rohrschraubverbindungen die Zu- und Ableitungen einer galvanotechnischen Kreislauf anlage befestigt. Die Durchflußmenge eines mittels einer Elektrolytförderpumpe durch die galvanotechnische Kreislaufanlage beförderten Elektrolyten kann bis zu einer Temperatur von 50 ⁰C in einem breiten Durchflußbereich kontinuierlich gemessen werden. Bei einem Strömrohrinnendurchraesser von 26 mm und einem Verhältnis von Strömrohrinnendurchmesser/Laufscheibendurchmesser von 1 : 2 wurde mit einer schwefelsauren Kupfersulfatlösung als Testelektrolyt 0,12 nr/h die kleinste meßbare Durchflußmenge erfaßt.

Die obere Durchflußmengengrenze konnte durch das begrenzte Lei- ;· stungsvermögen der Slektrolytpurape nicht bestimmt werden. Die bei ; voller Pumpenleistuhg ermittelte Durchflußmange betrug 10,4 BVh. Im Intervall von 0,12 bis 10,4 nr/h wurde ein linearer Zusammenhang zwischen Umdrehungszahl der Laufscheibe und experimentell ; bestimmter Durchflußmenge gefunden.

Claims (2)

Erfindungsansprüch

1. Vorrichtung zur Durchflußraengenmessung strömender Flüssigkeiten, vorzugs¥/eise strömender Elektrolyte in galvanotechnischen Anlagen nach dem Prinzip eines von der Strömung tangential beaufschlagten rotierenden Körpers mit einer hohen Dynamik gekennzeichnet dadurch, daß eine dünne Laufscheibe bis zu einem Drittel ihrer Uinlaufflache in ein bypaß- und verengungsfreies Ströinrohr über einen in ihm in Strömungsrichtung befindlichen Schlitz eintaucht und die Laufscheibe beidseitig eine konvexe geometrische Form sowie an ihrem Umfang bogenförmig abgerundete Nockenflächen besitzt, wodurch bei Flüssigkeitsdurchfluß eine wirbel-, rückstau- und reibungsarme Beaufschlagung der Laufscheibe mit einer zur Durchflußmenge proportionalen Umdrehungszahl erzeugt wird. . . . .

2. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis Stromrohrinnendurchmesser/Laufscheibendurchmesser zweckmäßi^erweise 1/2, jedoch nicht kleiner als ein T : 4· und nicht größer als 4· : 1 beträgt. .

X⁴. Vorrichtung nach Punkt ·\ und 2 gekennzeichnet,dadurch, daß das Strömrohr die Dimensionen des Zu- und Abflusses besitzt, wob ; i sich Zu- und Abfluß in einer Ebene befinden.

'-. 'Vorrichtung nach den Punkten 1, 2 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Laufscheibe im Bereich der Kitte bis zum oberen Drittel ihrer umfan^sflache ein verkleidetes Sichtloch zur optoelektronischen Abtastung der Umdrehungszahl besitzt.