-
Vorrichtung zur verlustfreien Messung der Strömungsgeschwindigkeit
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum verlustfreien Messen der Strömungsgeschwindigkeit
von in Rohrleitungen strömenden Medien mittels zweier auf einer gemeinsamen, in
der Rohrleitung koaxial gelagerten Welle angeordneten, fest miteinander verbundenen
Turbinenrädern. Eine verlustfreie Messung der Strömungsgeschwindigkeit im eigentlichen
Meßquerschnitt konnte bisher nur bei Verwendung induktiver Strömungsmesser oder
durch Ultraschallmeßvorrichtungen für Kurzzeitmessung erreicht werden. Die induktive
Methode ist aber nur für elektrisch leitfähige Medien brauchbar. Die genannten Methoden
haben beide den Nachteil, daß sie nur mit einer bedingt reproduzierbaren Meßgenauigkeit
einzusetzen sind. Bekannte Meßgeräte mit zwei hintereinander angeordneten Turbinenrädern
sind durch die physikalischen Eigenschaften der Meßstoffe in ihrer Anwendung zur
verlustfreien Messung der Strömungsgeschwindigkeit beschränkt.
-
Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Drehzahl des zweiten
Rades (Treibrades) in Abhängigkeit vom Differenzdruck am ersten Rad (Meßrad) selbsttätig
veränderbar ist. Das Treibrad läuft vorteilhaft in einem gegenüber dem Meßquerschnitt
einen größeren mittleren Durchmesser aufweisenden Ringquerschnitt. Der Umlauf in
einem Ringquerschnitt größeren Durchmessers bewirkt am Treibrad ein größeres Drehmoment.
-
Bekannt sind Dampfverbrauchsmesser mit einem Laufrad mit turbinenartigen
Schaufeln. Das Laufrad treibt unmittelbar einen Meßgenerator zur Erzeugung einer
Wechselspannung an. Bei diesem Gerät wird eine Korrektur der Meßwerte mittels einer
Druckmessung vorgenommen, wobei jeweils diese Korrektur durch ein Manometer unmittelbar
auf das elektrische Ausgangssignal des Generators durch Widerstandsveränderung einwirkt.
Ein solcher Dampfverbrauchsmesser arbeitet also nicht mit einer durch die Schaufelstellung
veränderbaren Drehzahl, sondern mit einer Veränderung des elektrischen Ausgangswertes.
-
Ferner ist eine Vorrichtung zum Messen des Massestromes einer Flüssigkeit
bekannt, bei der ein durch den Flüssigkeitsstrom angetriebener und in seiner Drehzahl
über verstellbare Schaufeln regelbarer Antriebsrotor vorgesehen ist. Dessen Welle
bildet gleichzeitig das Drehlager für einen zweiten Rotor, der mit feststehenden,
radial und im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Flügeln ausgebildet
ist. Die Drehzahl des Antriebsrotors ist bei Gleichheit des durch den Rotor erzeugten
Reaktionsmomentes und des Rückstellmomentes ein
direktes Maß für den Massestrom der
Flüssigkeit.
-
Wird dieses Gleichgewicht der beiden Momente gestört, werden die verstellbaren
Flügel des Antriebsrotors in ihrem Anstellwinkel geändert. Dadurch erfolgt eine
Justierung der Drehzahl der Welle derart, daß sich das Gleichgewicht zwischen den
Momenten wieder einstellt und die Drehzahl der Welle proportional dem Massestrom
der Flüssigkeit in der Leitung bleibt. Diese Vorrichtung bedient sich als Kriterium
für die Messung des Massestromes einer Flüssigkeit der Gleichheit zweier Momente
und unterscheidet sich daher grundlegend von der Erfindung, dessen Kriterium in
der Eliminierung des Druckverlustes im Meßquerschnitt besteht.
-
Die Steuerung des Anstellwinkels der Schaufeln kann auch durch andere
physikalische Größen mit entsprechenden Meßgeräten erfolgen. Die Meßwertumformung
der Umlaufgeschwindigkeit des Meßrades als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit
geschieht in bekannter Weise auf induktivem Weg über elektronische Verstärker digital
oder digitalanalog.
-
Eine Integration der elektronischen Impulsmeßwerte gestattet, die
erfindungsgemäße Vorrichtung als Volumenzähler hoher Genauigkeit zu benutzen.
-
Besonders vorteilhaft ist es, der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine
mechanische Leistung entnehmen zu können, beispielsweise zum Antrieb eines Zeigerzählwerkes
od. dgl. Damit kann auf die sehr aufwendige elektrische Meßwertübertragung verzichtet
werden. Ein wirtschaftlicher Vorteil ist mit ihr ferner gegenüber dem eingangs erwähnten
induktiv arbeitenden Geräten dadurch zu erzielen, daß die Verwendung von ferromagnetischem
Werkstoff, z. B. Stahlgehäuse, möglich ist. Die induktive Meßmethode setzt unmagnetische
Werkstoffe für das Gehäuse voraus.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
im Schnitt dargestellt.
-
Die in einer Rohrleitung 1 in von Streben 2 oder Armen gehaltenen
Lager 3 tragen eine Welle 4. Auf der letzteren sind zwei Flügelräder 5 und 6 befestigt.
-
Das in Strömungsrichtung vorn befindliche Flügelrad 5 ist das Meßrad,
dessen Umdrehungen beispielsweise induktiv durch Impuls abgabe an einem in einer
Magnetspule7 befindlichen Tastkopf 8 abgegriffen werden. Das Flügelrad 6 als Treibrad
hat verstellbare Flügel 9, die in einem größeren Meßquerschnitt, als er beim Meßrad
5 vorhanden ist, umlaufen.
-
Im Bereich des Meßrades 5 ist eine Querschnittsverengung, beispielsweise
in Form einer Blende 10, vorgesehen. Der am umlaufenden Meßrad hervorgerufene Differenzdruck
wird über Plus- und Minusdruckleitungenll und 12 auf eine Membranl3 in an sich bekannter
Weise übertragen. Mit der Membran 1L3 ist ein Hebelgestänge 14 verbunden, von dem
-ein Arm 15 axial zur Welle 4 angeordnet ist. Dieser durchdringt die Welle mit Spiel
im Bereich des Meßrades 5 und endet im Vorderteil der Nabe des Meßrades 6. An dieser
Stelle ist ein durch einen Stift 16 gegen Verdrehen gesicherter Verstellkörper 17
eingebaut. Mit dem letzteren ist der Gestängearm 15 verbunden. Beim Verschieben
des Körpersl7 werden Stangen 18 und Einsätze 19 in der Nabe 6 verdreht und damit
die auf diesen Einsätzen 19 befestigten Flügel 9. Der Anstellwinkel der Flügel ver--ändert
sich dabei entsprechend der jeweiligen Größenordnung des Differenzdruckes.
-
Ein Gleichrichter 20 im Rohr 1 vor dem Meßrad 5 dient zum Beseitigen
von Wirbelungen in der Strömung des Durchflußmediums.