DE2745609C2

DE2745609C2 - Vorrichtung zum Messen strömender Medien, insbesondere zum Bestimmen der Menge einer in einem Leitungssystem unter Druck strömenden Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2745609C2
Application number: DE19772745609
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: EPITESTUDOMANYI INTEZET 1113 BUDAPEST HU
Current assignee: EPITESTUDOMANYI INTEZET 1113 BUDAPEST HU
Priority date: 1976-10-20
Filing date: 1977-10-11
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE2745609A1; GB1556139A; FR2368698A1; CH620992A5; FR2368698B1; ATA667177A; HU173849B; AT378852B

Description

-to Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen strömender Medien, insbesondere zum Bestimmen der Menge einer in einem Leitungssystem unter Druck strömenden Flüssigkeit, welche von einem Meßgehäuse mit mindestens einer in diesem vorgesehenen Drallkammer und einer konzentrisch zur Längsachse des Meßgehäuses in der Drallkammer angeordneten Drallspindel, wie auch einer, ebenfalls konzentrisch zur Längsmittelachse angeordneten Umlaufbahn für eine in dieser Umlaufbahn eingelegten und auf dieser um die

so Längsachse umlaufenden Prüfkugel gebildet wird, wobei das Meßgehäuse in einem Leitungssystem einbaubar und dort von dem es durchströmenden Medium durchfließbar ist, und bei welcher Vorrichtung die Drallspindel mit auf deren Mantel angeordneten Drallorganen für eine schraubenlinienförmige Umlenkung des Mediums um die Längsachse des Meßgehäuses ausgerüstet ist, in der Art, daß durch die Strömung des Mediums von einem Einlaß in das Meßgehäuse zu einem Auslaß desselben die Prüfkugel auf deren Umlaufbahn entsprechend dem Maß der Strömungsrate der Strömung um die Längsachse zwangsgeführt wird und bei der für das Erfassen der Umläufe der Prüfkugel um die Längsachse des Meßgehäuses als Maß dieser Strömungsrate außerhalb desselben, jedoch in Höhe der

t>5 Umlaufbahn der Prüfkugel, eine Fühlereinheit angeordnet ist.

Es ist bekannt, strömende Medien, wie Flüssigkeiten oder Gase in Leitungssystemen zu messen, um mit einer

'..-.. solchen Messung das Maß der Strömungsrate des Mediums zu bestimmen und gegebenenfalls auch aufzuzeichnen. Eine Art bekannter Vorrichtungen zum Messen solcher Medien wird im wesentlichen von sogenannten Durchflußmessern gebilde». welche in Κ· einem durchströmenden Strang des Leitungssystems ! eingebaut sind und entsprechend dem Maß der : ' Strömung eine mehr oder weniger große Strömungsrar ' te ermitteln. Vorrichtungen dieser Art sind mit Η mindestens einem drallbildenden Organ vor einer \ om : ι Medien angeströmten Prüfkugel versehen, und es ist für '■}■■ diese Prüfkugel eine Umlaufbahn in einem Gehäuse : einer solchen Vorrichtung vorgesehen, auf der die |:i Prüfkugel entsprechend der Menge der Strömung um is eine Längsmittelaohse derselben umläuft Die Umläufe ¹' der Prüfkugel werden dabei von einer außerhalb des !;'. Gehäuses angeordneten Fühlereinheit erfaßt und als ■ν Maß der Strömungsrate gegebenenfalls einer Aufzeichi| nung zugeleitet.

Π Eine bekannte Vorrichtung zum Messen strömender

I; Medien dieser Art wird von einem Meßgehäuse mit :" einem in diesem konzentrisch zur Längsmittelachse des '·.- Gehäuses angeordneten Drallkörper und einer um die ν Längsachse angeordneten Umlaufbahn für eine Prüfkugel gebildet, wobei der Drallkörper in Strömungsrichtung des Mediums gesehen, vor der Umlaufbahn und nach dieser mit einem zylinderischen Fortsatz ausgerüstet ist, welche der Führung des Mediums durch das Meßgehäuse dienen. Außerhalb dieses Meßgehäuses ist eine Fühlereinheit an diesem angebracht, und es ist diese am Gehäuse so angeordnet, daß sie mit ihrem Fühler die Umläufe der Prüfkugel um die Längsmittelachse erfaßt und diese Umläufe über eine Registrierung aufzeichnet. Die Umlaufbahn der Prüfkugel wird von zwei Scheiben nach beiden Seiten hin begrenzt, wobei die Scheiben konzentrisch um die Längsmittelachse angeordnet sind und zwischen sich einen, dem Durchmesser der Prüfkugel angepaßten Abstand aufweisen. Der Drallkörper, der auf dem einen, der Anströmung zugewandten Fortsatz bzw. Spindelkörper angebracht ist, weist Leitschaufeln auf, die gegen die Längsmittelachse geneigt sind und so zur Umlaufbahn stehen, daß sie das Medium gegen die Prüfkugel drücken, wodurch diese wiederum in Umlauf um die Längsmittelachse gezwungen wird. Nach Passieren dieses Drallkörpers und der Umlaufbahn wird das Medium in eine nachgeschaltete ^: Ringkammer des Meßgehäuses entlassen, aus der es in den weiterführenden Leitungsstrang einfließt. Bei dieser Vorrichtung kann es zu Meßungenauigkeiten kommen, weil das Medium sehr schnell nach Passieren der Umlaufbahn in den erweiterten Ringraum entlassen wird, was zur Folge hat, daß besonders bei geringerem Anströmdruck des Mediums die Prüfkugel nur unzureichend von diesem mitgerissen und um die Umlaufbahn geführt wird (vgl. GB-PS 12 46 779).

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen strömender Medien ; zu schaffen, die eine linear-proportionale Strömung des Mediums, insbesondere im Bereich der Umlaufbahn der Prüfkugel erlaubt und die selbst geringen Mengen an Medium für die Messung erfaßt und mit nur sehr geringen Meßschwankungen die Meßergebnisse auf ' eine Anzeige überträgt

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Innern des Meßgehäuses und in Strömungsrichtung des Mediums hintereinander drei Drallkammern, von denen die erstdurchflossene als Vordrallkammer, die nächstdurchflossene als Hauptdrallkammer und die leizdurchflossene als Nachdrallkammer ausgebildet sind, vorgesehen sind, und daß zwischen der Hauptdrallkammer und der vom Medium zuerst passierten Vordrallkammer mindestens eine mit Durrhlaßöffnungen für das Medium versehene und der Abstützung der Drallspindel im Meßgehäuse dienende Einsatzscheibe eingelegt ist, wie auch der innere Durchmesser der Nachdrallkammer kleiner als der innere Durchmesser der dieser Drallkammer vorgeschalteten Drallkammern ist, und daß die im Meßgehäuse vorgesehene und von drei Abschnitten gebildete Drallspindel im Bereich eines Überganges von der Hauptdrallkammer zu der dieser nachgeschalteten Nachdrallkammer eine konzentrisch um die Längsachse verlaufende und in Strömungsrichtung des Mediums sich verjüngende Kegelfläche aufweist, und daß in diesem Bereich die Umlaufbahn der Prüfkugel vorgesehen sowie diese Kugel von einer insbesondere topfförmigen Meßbahn mit in deren Boden vorgesehenem Durchlaß für das Medium gebildet ist, und daß die außerhalb des Meßgehäuses angeordnete Fühlereinheil als eine mit einer Auswertung und einem Impulszähler ausgerüstete Einheit ausgeführt ist.

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern es wird durch die Optimierung der Durchströmung der Vorrichtung infolge der drei nachgeschalteten Drallordnungen in den Drallkammern eine solche Strömung durch die Vorrichtung aufrecht erhalten, die selbst in Phasen geringerer Strömung das Mitreißen auch von Verunreinigungen im Medium gewährleistet. Dies hat wiederum zur Folge, daß Verunreinigungen in der Vorrichtung sich kaum ablagern können, so daß in allen Bereichen der Messung freie Strömungsverhältnisse herrschen, die auch eine sichere Messung erlauben. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, daß durch die linear-proportionale Strömung des Mediums durch die Vorrichtung dessen Prüfkugel stets gleichmäßig um die Längsachse gezwungen wird, und daß sit· während ihres Umlaufes kaum einen Schlupf erfährt, weil durch die Verengung des Querschnittes nach der Umlaufbahn der Prüfkugel stets ein Stützdruck auf diese: Kugel wirksam bleibt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, daß die Vorrichtung sehr einfach konzipiert werden kann und diese, mit Ausnahme der Prüfkugel, keine Verschleißteile aufweist, die zu einer besonderen Wartung der Vorrichtung zwingen könnten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß alle Abschnitte der Drallspindel auf ihren Mantelflächen, wie an sich bekannt, eine schraubenlinienförmige Verrippung aufweisen, und daß diese Verrippung als ein mindestens eingängiges Gewinde ausgeführt ist sowie die Verrippung des in die Nachdrallkammer eintauchenden Abschnittes der Drallspindel mindestens eine so große: Gewindesteigung aufweist wie die Verrippung des in der Hauptdrallkammer sich befindenden Abschnittes; der Drallspindel.

Das Ausführen der Drallspindel mit den Verrippungen und das Anstellen derselben entsprechend der gewünschten Mediumgattung zur Längsachse des Meßgehäuses gewährleisten eine zwingende Anströmung der Prüfkugel und somit ein Mitnehmen derselben in allen Phasen der Strömung, ohne daß dabei die; Prüfkugel zu einem Schlupf in ihrem Umlauf neigt.

Auch zeichnet sich ein weiteres Merkmal zur

Ausgestaltung der Erfindung dadurch aus, daß die Fühlereinheit als ein einen Dauermagneten und einen, die durch den Umlauf der Prüfkugel hervorgerufene Induktionsänder ungszahl des Kraftfeldes dieses Magneten registrierenden, Empfängerkopf enthaltender Im- > pulsgeber ausgeführt ist.

Eine solche Fühlereinheit läßt sich leicht ausführen und an das Meßgehäuse anbringen, und sie hat zudem ein sicheres Meßfeld, als die von der Prüfkugel geschnittenen Kraftlinien des Magnetfeldes eine entsprechende Impulszähiung auslösen.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsniittelschnitt durch die Vorrichtung mit einer an dieser vorgesehenen, magnetischen r, Fühlereinheit,

F i g. 2 eine Ansicht auf das Meßgehäuse der Vorrichtung mit einer an diesem angeschlossenen, ebenfalls magnetischen Fühlereinheit und einem dieser wiederum nachgeordneten Impulszählwerk und

Fig. 3 eine Ansicht auf das Meßgehäuse der Vorrichtung mit einer an diesem angeschlossenen, optischen Fühlereinheit und einem dieser wiederum nachgeschalteten Impulsgeber mit Ableseorganen.

Die Vorrichtung zum Messen strömender Medien :·-, weist ein Meßgehäuse 1, welches im wesentlichen in drei hintereinander liegenden Abschnitten unterteilt ist, auf, von denen der eine Abschnitt eine Vordrallkammer 2, der nächste Abschnitt eine Hauptdrallkammer 8 und der letzte Abschnitt eine Nachdrallkammer 9 bilden. In der Vordrallkammer 2 ist eine Vordrallspindel 5 und in der Nachdrallkammer 9 eine Nachdrallspindel 16 angeordnet. Die Vordrallspindel 5 dient der Erteilung einer schraubenförmigen Bewegung um die Längsmittelachse des Meßgehäuses 1 eines durch dieses Gehäuse 3-, strömenden Mediums in einem in den Figuren nicht dargestellten Leitungssystem, welches das System an einem mit diesem angeschlossenen Stutzen anströmt und mehr oder weniger laminar dieses passiert. Dieses auf diese Weise mit einer veränderten Bewegung in das Meßgehäuse 1 einströmende Medium, z. B. eine Flüssigkeit, gelangt in die Hauptdrailkammer 8, wo ihm eine zweckmäßig mehrgängige DraUspinde! 3 eine weitere gleichmäßige, schraubeniinienförmige Bewegung um die Längsmittelachse des Meßgehäuses 1 -5 erteilt. Am Ende der Hauptdrallkammer 8 ist konzentrisch zur Längsmittelachse eine Umlaufbahn bzw. eine Meßbahn 12 angebracht, in welcher eine Prüfkugel 4 angeordnet ist. Das auf einer schraubenlinienförmigen Bahn in Bewegung gebrachte, strömende Medium bringt diese Prüfkugei 4 entlang der Meßbahn 12 in Umlauf. Danach strömt das Medium bzw. die Flüssigkeit weiter in Richtung der Nachdrallkammer 9. in welcher die Nachdrallspindel 16 die Flüssigkeit auch weiterhin in schraubenlinienförmiger Bewegung um die Längsachse hält. Die Flüssigkeit ist deshalb in der Vordrallkammer 2. Hauptdrallkammer 8 und Nachdrallkammer9 zu einer schraubenlinienförmigen Bewegung gezwungen, weii auf den Mantelflächen der Vordrallspindel 5, der Drallspindel 3 und der Nachdrallspindel 16 je eine bo Verrippung 15, 14 und 17 angebracht ist Die Verrippung 15 ist derart ausgebildet daß sie das Medium bzw. die Flüssigkeit im allgemeinen nur zu einem einzigen Umlauf zwingt wobei die Verrippungen 14 und 17 das strömende Medium um die Drallspindel 3 und die Nachdrallspindel 16 mehrfach umzulaufen zwingen. Da die Prüfkugei 4 in der Meßbahn 12 ständig einen Kreislauf ausführt ist es zweckmäßig, die innere Mantelfläche der Meßbahn aus verschleißfestem Material auszubilden oder diese Fläche mit einer, z. B. aus Kunststoff hergestellten Einlage, zu versehen, welche als eine auswechselbare Buchse nach Verbrauch leicht ersetzbar ist.

Aus- i⁷ i g. 1 geht hervor, daß zwischen der Vordrallkamnier 2 und der Hauptdrallkammer 8 eine Einsatzscheibe 13 angeordnet ist, welche mit Durchflußöffnungen 19 versehen ist. Durch diese Durchflußöffnungen 19 kann das strömende Medium in den inneren Raum der Hauptdrallkammer 8 eintreten. Es ist zweckmäßig, das Meßgehäuse 1 und den Stutzen 10 trennbar auszubilden. Die trennbare Verbindung kann vorzugsweise mit Schraubgewinde verwirklicht werden. Natürlich muß in diesem Fall mit Hilfe einer Dichtung 18 die Aussickerung des strömenden Mediums bei der Verbindungsstelle verhindert werden. Das durch des M?ß»chäuse 1 und dessen Drallkammern 2, 8 und 9 strömende Medium verläßt das Meßgehäuse 1 durch einen Auslaßstutzen 11. Der Auslaßstutzen 11 kann, z.B. auch über ein Gewinde, mit dem Leitungssystem angeschlossen werden.

Bei der Ausführung der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist außerhalb des Meßgehäuses 1 eine Fühlereinheit vorgesehen, und es ist diese als ein Dauermagnet 6 ausgebildet, welcher mit Eisenkernspulen 7 ausgestattet ist und zusammen die Drehzahl der Prüfkugei 4 registrieren kann. Der Dauermagnet 6 ist zur Umlaufmittelebene der Prüfkugel 4 symmetrisch angeordnet So oft die Prüfkugel 4 vor dem Dauermagneten 6 vorübergeht, werden die Kraftlinien dieses Magnetes geschnitten.

Bei der Ausführung der Vorrichtung gemäß F i g. 2 ist zusätzlich zu der den Dauermagneten 6 und die Fjsenkernspule 7 enthaltende Fühlereinheit ein Impulsgeber 20 als ein Empfängerkopf ausgebildet, von welchem elektrische Impulse in gleicher Anzahl wie die Umlaufbahn der Prüfkugel 4 über eine Verbindungsleitung 22 in einen impulszähler 21 weiterbefördert werden. Der Impulszähler 21 ist ein Meßgerät welches mit einem, den Momentanwert des strömenden Mediums anzeigenden Ableseorgan 26 sowie mit einem den von irgendeinem Zeitpunkt an gemessenen Gesamtwert des durchströmten Mediums registrierenden Ableseorgan 27 versehen ist Das Ableseorgan 26 kann den Momentanwert d. h. das Maß der Strömungsrate, mit einem vor einer Ableseskala schwingenden Nadel registrieren, wobei das Ableseorgan 27 vorzugsweise mit Zählsignal arbeitet

Ir Fig.3 ist eine Ausführung der Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Drehzahl der Prüfkugei 4 auf optischem Weg gemessen wird. In diesem Fall sind in der Ebene der Prüfkugel 4 eine Lichtquelle 23 sowie ein die durch die Prüfkugel 4 hervorgerufenen Unterbrechungen des aus der Lichtquelle 23 austretenden Lichtbündels 24 registrierender Impulsgeber 25 angeordnet Der die Unterbrechungen des Lichtbündels 24 registrierende Impulsgeber 25 ist — ähnlich wie bei der vorbehandelten Ausführung — mit Hilfe einer Verbindungsleitung 22 mit einem Impulszähler 21 verbunden, in welchen die Anzahl der Unterbrechungen weitergeleitet wird. Die Anzahl der Unterbrechungen ist in direktem Verhältnis mit der Drehzahl der Prüfkugel 4 und dadurch natürlich auch mit der Durchflußmenge des strömenden Mediums proportional. Der Impulszähler 21 ist zweckmäßig auch in diesem Fall mit den Ableseorganen 26 und 27 versehen.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist für die

Messung der Menge eines jeden, unter Druck strömenden Mediums bzw. einer jeden Flüssigkeit geeignet, welche auch Verunreinigungen enthalten kann. In dem Flüssigkeitsraum der Vorrichtung sind weder Lagerungen, noch Stopfbuchsen, durch welche

eine Welle aus dem Druckraum herausgeführt werden müßte, vorgesehen, wodurch auch die Konstruktion wartungsfrei und sehr einfach und preisgünstig ausgeführt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen strömender Medien, insbesondere zum Bestimmen der Menge einer in einem Leitungssystem unter Druck strömenden Flüssigkeit, welche von einem Meßgehäuse mit mindestens einer in diesem vorgesehenen Drallkammer und einer konzentrisch zur Längsachse des Meßgehäuses in der Drallkammer angeordneten Drallspindel, wie auch einer, ebenfalls konzentrisch zur Längsachse angeordneten Umlaufbahn für eine in dieser Umlaufbahn eingelegten und auf dieser um die Längsachse umlaufenden Priifkugei gebildet wird, wobei das Meßgehäuse in einem Leitungssystem einbaubar und dort von dem es durchströmenden Medium durchfließbar ist, und bei welcher Vorrichtung die Drallspindel mit auf deren Mantel angeordneten Drallorganen fü: eine schra.jbenlinienförmige Umlenkung des Mediums um die Längsachse des Meßgehäuses ausgerüstet ist, in der Art, daß durch die Strömung des Mediums von einem Einlaß in das Meßgehäuse zu einem Auslaß desselben die Prüfkugel auf deren Umlaufbahn entsprechend dem Maß der Strömungsrate der Strömung um die Längsachse zwangsgeführt wird, und bei der für das Erfassen der Umläufe der Prüfkugel um die Längsachse des Meßgehäuses als Maß dieser Strömungsrate außerhalb desselben, jedoch in Höhe der Umlaufbahn der Prüfkugel, eine Fühlereinheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Meßgehäuses (1) und in Strömungsrichtung des Mediums hintereinander drei Drallkammern, von denen die erstdurchflossene als Vordrallkammer (2), die nächstdurchflossene als Hauptdrallkammer (8) und die letztdurchflossene als Nachdrallkammer (9) ausgebildet sind, vorgesehen sind, und daß zwischen der Hauptdrallkammer (8) und der vom Medium zuerst passierten Vordrallkammer (2) mindestens eine mit Durchlaßöffnungen (19) für das Medium versehene und der Abstützung der Drallipindel (5,3, 16) im Meßgehäuse (1) dienende Einsatzscheibe (13) eingelegt ist, wie auch der innere Durchmesser der Nachdrallkammer (9) kleiner als der innere Durchmesser der dieser Drallkammer vorgeschalteten, Drallkammem (Hauptdrallkammer 8, Vordrallkammer 2) ist, und daß die im Meßgehäuse (1) vorgesehene und von drei Abschnitten (Vordrallspindel 5, Drallspindel 3 und Nachdrallspindel 16) gebildete Drallspindel im Bereich eines Überganges von der Hauptdrallkammer (8) zu der dieser nachgeschalteten Nachdrallkammer (9) eine konzentrisch um die Längsachse verlaufende und in Strömungsrichtung des Mediums sich verjüngende Kegelfläche aufweist, und daß in diesem Bereich die Umlaufbahn der Prüfkugel (4) vorgesehen sowie diese von einer, insbesondere topfförmigen Meßbahn (12) mit in deren Boden vorgesehenem Durchlaß für das Medium gebildet ist, und daß die außerhalb des Meßgehauses(l) angeordnete Fühlereinheit als eine mit einer Auswertung (Ableseorgan 26, 27) und einem Impulszähler (21) ausgerüstete Einheit ausgeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Abschnitte der Drallspindel (5, 3, 16) auf ihren Mantelflächen, wie an sich bekannt, eine schraubenlinienförmige Verrippung (15,14, 17) aufweisen, und daß diese Verrippung als ein

mindestens eingängiges Gewinde ausgeführt ist, sowie die Verrippung (17) des in die Nachdrallkammer (9) eintauchenden Abschnittes der Drallspindel (Nachdrallspindel 16) mindestens eine so große Gewindesteigung aufweist, wie die Verrippung (14) des in der Hauptdrallkammer (8) sich befindenden Abschnittes der Drallspindel (3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbahn (12) als eine verschleißfreie, auswechselbare Büchse ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit als ein einen Dauermagneten (6) und einen, die durch den Umlauf der Prüfkugel (4) hervorgerufene Induktionsänderungszahl des Kraftfeldes dieses Magneten registrierenden, Empfängerkopf enthaltender Impulsgeber (20) ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nadi Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit als ein eine Lichtquelle (23) und einen, die Zahl der durch den Umlauf der Prüfkugel (4) hervorgerufenen Unterbrechungen eines aus der Lichtquelle austretenden Lichtbündels (24) registrierenden, Empfängerkopf enthaltender Impulsgeber (25) ausgeführt ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler (21) mit einem das jeweilige Maß der Strömungsrate des strömenden Mediums anzeigenden Ableseorgan (26) ausgestattet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler (21) zusätzlich zum Ableseorgan (26) für das Maß der Strömungsrate noch mit einem Ableseorgan (27) für die Erfassung der gesamten Menge des durchströmten Mediums ausgestattet ist.