DE29609713U1 - Durchflußmeßgerät - Google Patents

Description

LEDERER, KELLER & RIEDERER dravanderwerth

Patentanwälte - European Patent Attorneys ...# ·· ··

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Lederer, Keller & Riederer. Postfach 2664, D-84010 Landshut

TEkELlIER

Dipi.-Biol. München

ANTON FREIHERR
RIEDERER v. PAAR

Dipl.-Iag. Landshut

D-84010 Landshut
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Durchflußmeßgerät

Die Neuerung bezieht sich auf ein Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten mit darin schwimmenden Objekten im festen oder im Gelzustand, insbesondere Verunreinigungen, beispielsweise ein Gülle-Durchflußmeßgerät, in der Ausführung als Flügelradzähler mit einem Flügelrad, das auf einer Welle sitzt, die die Wand eines von der Flüssigkeit durchströmten rohrförmigen Gehäuses, in dem sich das Flügelrad befindet, durchsetzt. Außerhalb des Gehäuses kann dann die Wellendrehzahl erfaßt und datenmäßig verarbeitet werden.

Speziell für den Gülleaustrag ergeben sich aus Gründen des Umweltschutzes zunehmend Beschränkungen, die es erforderlich machen, die Abgaberate der Gülle in einem gewissen Genauigkeitsrahmen mitzuverfolgen. Zu diesem Zweck sind induktive Durchflußmeßgeräte bekannt, die außen an der Gülleleitung sitzen und in induktiver Weise die Flüssigkeitsströmung innerhalb der Leitung erfassen. Diese Geräte haben den Vorteil, daß sich keinerlei die Strömung beeinträchtigenden Elemente im Strömungsweg befinden, sie haben jedoch den Nachteil, sehr teuer und außerdem sehr ungenau zu sein.

Es sind auch billigere mechanische Durchflußmeßgeräte bekannt, die beispielsweise ein Laufrad mit Meßflügeln aufweisen, dessen Umdrehung gemessen wird. Die bekannten Geräte dieser Bauart neigen jedoch beim Messen verunreinigter Flüssigkeiten wie Gülle erheblich zum Verstopfen, insbesondere wenn faserige Bestandteile wie Stroh

sich um rotierende Achsen wickeln.

Die Problematik der Verstopfung der Durchflußmeßgeräte kann auch in anderem Zusammenhang eine Rolle spielen, beispielsweise bei Durchflußmeßgeräten in Kläranlagen oder in speziellen Industriezweigen.

Durch die Neuerung soll ein Durchflußmeßgerät geschaffen werden, das durch einfachen und robusten mechanischen Aufbau billig herstellbar ist, eine hinreichende Meßgenauigkeit aufweist und die Gefahr von Verstopfungen weitgehend vermeidet.

Dies wird gemäß der Neuerung dadurch erreicht, daß das rohrförmige Gehäuse am stirnseitigen Ende durch eine Platte verschlossen und in der Nachbarschaft der Platte wenigstens ein radialer oder tangentialer Auslaß gebildet ist, daß die Drehachse des Flügelrads im wesentlichen parallel zur Längsachse des rohrförmigen Gehäuses und nahe bei dieser liegt und daß sich von der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses in dessen Innenraum hinein eine Strömungsleitwendel erstreckt. Der Teil, der das Flügelrad umfaßt, kann hierbei exakt den entsprechenden Teilen einer Flügelradpumpe entsprechen und die Bestandteile können dem Ersatzteillager von Flügelradpumpen entnommen werden. Eine gegenüber der Pumpe reine Strömungsrichtungsumkehr würde jedoch nicht zu einer Durchflußmessung führen, da einerseits das Flügelrad durch die radiale Durchströmung nicht in Drehung versetzt würde und andererseits, wenn die Flügel so modifiziert werden, daß sie eine Anstellung gegenüber der Strömungsrichtung aufweisen, doch eine sehr große Gefahr von Verstopfungen durch die mitschwimmenden Objekte bestehen würde. Vielmehr wird im Vergleich zur Flügelradpumpe die Strömungsrichtung beibehalten, jedoch wird durch die Strömungsleitwendel der Strömung im rohrförmigen Gehäuse ein solcher Drall mitgeteilt, daß hierdurch das Flügelrad in Umdrehung versetzt wird. Die Strömungsleitwendel kann ihrem Ursprung nach ein Abschnitt einer Transportschnecke sein. Vorzugsweise sind die Flügel bogenförmig oder anderweitig gekrümmt, und zwar haben sie in der Drehrichtung vorne einen konvexen Verlauf, so daß sich auf ihrer Rückseite das Aussehen konkaver Taschen ergibt.

Die Gesamtkonstruktion mit dem Flügelrad und der Strömungsleitwendel kann so dimensioniert werden, daß stets ein ausreichender freier Durchströmungsquerschnitt für in der Flüssigkeit mitschwimmende Objekte wie Verunreinigungen freibleibt. Insbesondere kann durch die Streckung der Wendel verhindert werden, daß der freie Lumenquerschnitt auf kurze Strecke so stark eingeengt würde, daß die festen Objekte ihn zusetzen würden, und kann der Abstand zwischen der Wendel und dem Flügelrad eventuell durch eine in den freien Raum vor dem Flügelrad hinein verlängerte Wendel so optimiert werden, daß der Strömungsdrall beim Auftreffen auf das Flügelrad noch gut wirksam ist, jedoch die schwimmenden Objekte noch genügend freien Raum zum seitlichen Austreten finden. Eine erhöhte Sicherheit gegen das Hängenbleiben und Anstauen schwimmender Objekte erreicht man durch ein abgeschrägtes Ende der Strömungsleitwendel auf deren Anströmseite. Die Abschrägung kann im Ernstfall die gesamte Länge der Wendel einnehmen. Sollte ein Objekt so groß sein, daß es durch ein entsprechend optimiertes Durchflußmeßgerät nicht ungehindert hindurchschwimmen kann, so bliebe es auch an anderen Punkten der Installation hängen, beispielsweise an Wechseln und Düsen.

Die Drehzahl des Flügelrads stellt ein nach einer Eichung für eine Flüssigkeit gegebener Zähigkeit einigermaßen genaues Maß für die Durchflußrate der hindurchgepumpten Flüssigkeit dar. Die Abnahme der Drehzahl von der Welle außerhalb des Gehäuses stellt für den Fachmann keine Schwierigkeit dar, hierfür gibt es zahlreiche bekannte Lösungen, beispielsweise eine elektrisch-mechanische oder auch eine kontaktlose Impulsabnahme in regelmäßigen Drehwinkelabständen, insbesondere alle 360°.

Konstruktive bevorzugte Besonderheiten des Durchflußmeßgeräts insbesondere im Hinblick auf eine Optimierung unter Berücksichtigung der Forderungen der Meßgenauigkeit und der Verstopfungssicherheit sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Einzelheiten, Weiterbildungen und Vorteile der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Fig. 1 in einem axialen Längsschnitt und in einer Hinteransicht ein neuerungsgemäßes Durchflußmeßgerät, wobei die Einrichtungen zur Drehzahl-Meßwertabnahme und -auswertung nicht dargestellt sind;

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 einer abgewandelten Ausführung;

Fig.&eegr; 3

und 4 abgewickelte Darstellungen verschiedener angeschrägter Strömungsleitwendeln;

Fig. 5 eine Vorderansicht eines optimierten Flügelrads.

Das in Fig. 1 dargestellte Durchflußmeßgerät weist ein rohrförmiges Gehäuse 1 auf, das einen längeren Abschnitt 2 kleineren Durchmessers und einen kürzeren Abschnitt 3 größeren Durchmessers umfaßt. Der Abschnitt 3 weist einen tangentialen Ausflußstutzen 4 auf. Die Durchflußrichtung der mit schwimmenden festen Bestandteilen angereicherten Flüssigkeit ist durch Pfeile 5 gekennzeichnet. Der Abschnitt 3 größeren Durchmessers besteht beim dargestellten Beispiel aus einem reifenartigen Mantelteil 10, der beiderseits mittige und zueinander konzentrische Öffnungen aufweist, und einer auf eine dieser mittigen Öffnungen aufgesetzten im wesentlichen kreisringförmigen Stirnplatte 11, die in ihrem Mittelteil in einen axial abstehenden Rohrflansch 12 übergeht, in dem mit Hilfe einer Lagerung 13 die Welle 14 eines Flügelrads 15 gelagert ist. Eine Dichtung 16 behindert den Durchtritt von Flüssigkeit entlang der Welle 14. Am dem Gehäuse 1 abgewandten Ende der Welle 14 befinden sich nicht dargestellte Einrichtungen zur Abnahme einer Meßgröße in Abhängigkeit von der Drehzahl. Diese Einrichtung kann beispielsweise mit einem Rechner verbunden werden, der dann Anzeigen für alle interessierenden gemessenen Daten wie Durchflußrate, Durchflußmenge usw. erzeugt.

Das Flügelrad 15 weist vier kreuzförmig angeordnete achsparallele

Flügel 21 auf, die von einer auf der'toell'e 14* sitzenden Nabe 22 ausgehen. Eine mit den Flügeln 21 und der Nabe 22 verbundene Basisplatte 23 verhindert, daß einzelne feste Objekte wie z. B. Stroh zwischen das Flügelrad 15 und die Stirnplatte 11 geraten. Der Spalt zwischen der Stirnplatte 11 und der zu ihr parallelen Basisplatte 3 ist relativ klein, beispielsweise in der Größenordnung von 2 nun.

Die Stirnplatte 11 ist mit dem Mantelteil 10 durch an sich bekannte Mittel verbunden, insbesondere durch lösbare Mittel, um im Bedarfsfall einen Zugang zum Flügelrad 15 herzustellen und dieses zu entnehmen und auszutauschen. Insbesondere kann die Stirnplatte 11 in nicht dargestellter Weise über eine dazwischenliegende Dichtung durch Schraubbolzen angeschraubt sein.

Der Abschnitt 3 mit seinen Installationen entspricht insoweit einem entsprechenden Bestandteil einer üblichen Flügelradpumpe.

Im Abschnitt 2 geringeren Durchmessers des rohrförmigen Gehäuses 1 ist an die Innenwand eine Strömungleitwendel 28 eingeschweißt. Beim beschriebenen Beispiel ist diese Wendel hinsichtlich ihrer Länge so dimensioniert, daß sie eine halbe Windung einnimmt. Diese Länge genügt, um der hindurchgepumpten Strömung einen Drall zu erteilen, der das Flügelrad 15 in stromungsratenproportionale Umdrehung versetzt. Durch die halbe Windung der Wendel 28, die mit mäßiger Steigung über eine Gehäuselänge gestreckt ist, die etwa dem doppelten Durchmesser des Abschnitts 2 entspricht, bleibt einerseits die Hälfte des durchströmten Querschnitts des Abschnitts 2 von Strömungshindernissen vollständig frei und ist andererseits in der anderen Hälfte das Strömungshinderniss, nämlich die Wendel 28, so gedehnt, daß in diesem Teil mit der Flüssigkeit mitschwimmende Objekte von der Strömungsleitwendel 28 nur sanft zur Seite gedrückt werden, aber keine eigentliche Querschnittseinschnürung vorfinden. Die Beschränkung auf eine halbe Windung der Wendel 28 erleichtert auch deren Einschweißen in das den Abschnitt 2 bildende Rohrstück.

Die Drallrichtung der Strömungsleitwendel 28 ist auf den Ausflußstutzen 4 abgestimmt derart, daß der durch den Pfeil 5 am Stutzen

4 markierte Strömungsweg der Tangente in Strömungsrichtung der im Abschnitt 3 rotierenden Flüssigkeit entspricht. Außerdem ist die Wendel 28 so eingeschweißt, daß ihr abströmungsseitiges Ende 30 sich in einem Bereich des rohrförmigen Gehäuses 1 befindet, der dem Abflußstutzen-.-4 etwa gegenüberliegt, so daß ein Querschnittbereich 31 ungehinderte Durchflußmöglichkeiten für die mitschwimmenden Objekte bietet. Desgleichen ist der Abstand 32 zwischen dem Flügelrad 15 und der gegenüberliegenden Wand des Abschnitts 3 bzw. zwischen dem Ende 30 der Wendel 28 so optimiert, daß die mitschwimmenden Objekte einerseits durch diesen Abstand 32 und andererseits durch den Winkelabstand der Flügel 21 ohne die Gefahr, sich zwischen einem solchen Flügel und der Gehäusewand einzukeilen, hindurchschwimmen können. Der Abstand 32 soll andererseits so kurz als möglich sein, um die Drallwirkung so vollständig als möglich auf das Flügelrad 15 zu übertragen, wodurch die Meßgenauigkeit verbessert wird. Hier wird der Fachmann in Abhängigkeit von der betreffenden Flüssigkeit und den mitschwimmenden Objekten ein Optimum schaffen. Durch passende Wahl der Durchmesser der Abschnitte des rohrförmigen Gehäuses 1, das jedoch auch mit konstantem Durchmesser ausgeführt sein könnte, läßt sich ebenfalls eine Optimierung einerseits hinsichtlich der Verstopfungssicherheit und andererseits hinsichtlich der Zwangsläufigkeit der Mitdrehung des Flügelrads 15 und damit der Meßgenauigkeit anstreben.

Das gesamte Durchflußmeßgerät ist weitgehend verstopfungssicher, jedoch einfach und robust aus üblicherweise im Handel erhältlichen Teilen erstellbar, wofür keine besonderen Anlagen erforderlich sind.

Als Material des Durchflußmeßgeräts wird zunächst Metall angenommen. Bei Durchflußmeßgeräten, bei denen an die mechanische Stabilität keine so hohen Anforderungen gestellt werden, könnten auch Teile des Geräts, insbesondere der Abschnitt 2 einschließlich der Strömungsleitwendel 28, einstückig aus Kunststoff beispielsweise im Spritzguß oder im Preßguß hergestellt sein.

Strichpunktiert ist noch eine Weiterentwicklung der Strömungsleitwendel 28 eingezeichnet, nämlich - bei etwas verlängertem

Abschnitt 2 - eine Abschrägung des anst!röiriungss*eit*igen Endes 29 der Wendel 28. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit noch weiter verringert, daß sich an diesem anströmungsseitigen Ende faserige Objekte wie z. B. Stroh verfangen.

Fig. 2 zeigt eine in mehrerer Hinsicht gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführung. Die Strömungleitwendel 28 ist mit der Rohrwand des Abschnitts 2 entlang einer Befestigungslinie 34 mit Helixvorlauf, die bei dieser Ausführungsform von größerer Steilheit als in Fig. 1 ist und mehr als eine Windung einnimmt. Die Wendel 28 weist, an ihrem einstromungsseitigen Ende 29, eine nur allmählich ansteigende der Befestigungslinie 34 gegenüberliegende Abschrägugn oder Rampe 35 auf, die erst nach etwa einer Viertel- bis Drittelwindung die Steghöhe der Wendel 28 erreicht.

Am abströmungsseitigen Ende der Wendel weist diese gemäß Fig. 2 einen überstehenden Streifen 36 auf, der eine stärkere Annäherung an die Flügel 21 bringt. Die Bedeutung dieses Streifens 36, der eine Fortsetzung des Stegs der Strömungsleitwendel 28 in den Querschnittsbereich 31 hinein ist, besteht darin, daß sehr zähe Flüssigkeiten noch bis näher an die Flügel 21 des Flügelrads 15 heran im Umlaufsinn geführt sein sollen. Da der Abstand 32 nicht beliebig verkürzt werden kann, hat auch die axiale Länge des kürzeren Abschnitts 3 eine untere Grenze. Zur besseren Drallbildung wird indessen der Steg der Wendel 28 in diesen Bereich 31 hinein verlängert, wodurch ohne Verkürzung des Abstands 32 der Leiteffekt der Wendel sehr nahe an das Flügelrad herangebracht wird. Dieser überstehende Streifen 36 ist freitragend, also nicht mit seinem Rand am rohrförmigen Gehäusse 1 befestigt, und muß deshalb von ausreichender mechanischer Stabilität sein.

Fig. 2 zeigt noch eine weitere Abwandlung gegenüber Fig. 1, nämlich ist aus der Hinteransicht des Durchflußmeßgeräts erkennbar, daß er nicht nur einen, sondern zwei Ausflußstutzen 4 aufweist. Prinzipeil sind auch mehr als zwei Ausflußstutzen möglich.

Die Fig.&eegr; 3 und 4 zeigen in der Hinsicht abgewickelte Darstellungen von Stromungslextwendeln, daß deren Befestigungslinie 34, entlang

der sie insbesondere durch Schweißen *an 'der &and" des**länglichen Abschnitts 2 befestigt sind, in die Zeichenebene abgewickelt oder gestreckt dargestellt ist. Die Strömungsleitwendel 28 stellt sich dadurch als in einer Ebene angeordneter flacher Körper dar. Hierbei ist die Rampe 35 anschaulich erkennbar. Gemäß Fig. 3 nimmt diese Rampe etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Strömungsleitwendel 28 ein, in Fig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, in der die Rampe 35 die Gesamtlänge der Strömungsleitwendel .28 einnimmt.

Auch die beschriebene Konstruktion des Abschnitts 3 und der darin installierten Teile ist nur beispielhaft. Die Mantelfläche des zylindrischen Abschnitts 3 könnte ebensogut einstückig mit der Stirnplatte 11 verbunden sein, während der der Stirnplatte 11 gegenüberliegende Teil des Abschnitts 3 ablösbar wäre. Das Flügelrad 15 selbst könnte Flügel mit einer passenden Krümmung aufweisen, und die Vierzahl der Flügel entspricht einem Aufbau, der sich experimentell bewährt hat, sie ist jedoch nicht zwingend.

In Fig. 5 ist ein Flügelrad 15 dargestellt, bei dem - wie auch in Fig. 2 angedeutet - auf der Basisplatte 23 fünf Flügel 21 dargestellt sind. Diese sind nicht, wie in Fig. 1 erkennbar, jeweils in einer Axialebene liegende Stege, sondern weisen eine'Biegung auf, derart, daß der Mittelbereich der einzelnen Flügel 21 in der Drehrichtung 3 9 des Flügelrads gegenüber einer direkten Verbindung der Endpunkte der einzelnden Flügel vorauseilt, wobei es herstellungstechnischen Gesichtspunkten überlassen bleibt, ob die einzelnen Flügel 21 insgesamt kreisbogenförmig oder mit ungleicher Krümmung und eher einem Winkel angenähert gestaltet sind. Der einzelne Flügel 21 hat also eine konkave Rückseite 40, die für die mit einer Umlaufkomponente anströmende Flüssigkeit eine Art Tasche bildet, und eine konvexe Vorderseite 41.

Claims (16)

Schutzanspruche

1. Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten mit darin schwimmenden Objekten im festen oder im Gel-Zustand, in der Ausführung als Flügelradzähler mit einemJFlügelrad (15), das auf einer Welle (14) sitzt, die die Wand eines von der Flüssigkeit durchströmten rohrförmigen Gehäuses (1), in dem sich das Flügelrad befindet, durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse (1) am stirnseitigen Ende durch eine Platte (11) verschlossen und in der Nachbarschaft der Platte ein radialer oder tangentialer Auslaß (4) gebildet ist, daß die Drehachse des Flügelrads (15) im wesentlichen parallel zur Längsachse des rohrförmigen Gehäuses (1) und nahe bei dieser liegt und daß sich von der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses in dessen Innenraum hinein eine Strömungsleitwendel (28) erstreckt.

2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (15) radiale im wesentlichen ebene Flügel (21) aufweist, deren Ebenen parallel zu seiner Drehachse liegen.

3. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (15) gekrümmte Flügel (21) aufweist, deren Krümmung in der Drehrichtung der Strömungsleitwendel (28), hinsichtlich deren Verlauf auf das Flügelrad zu, nach vorne einen konvexen Verlauf und nach hinten einen konkaven Verlauf hat.

4. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (21) des Flügelrads (15) von dessen Mitte aus bogenförmig mit achsparallelen Erzeugenden verlaufen.

5. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (15) sich in einem Abschnitt (3) vergrößerten Durchmessers des rohrförmigen Gehäuses (1) befindet.

6. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (15) in einem Fortsatz (12)

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der stirnseitigen Platte (11) mit seiner zu dieser Platte im rechten Winkel verlaufenden Welle (14) gelagert ist und bei seiner Umdrehung in kleinem Abstand über diese Platte streicht.

7. D.urchflußmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (15) selbst eine Basisplatte (23) aufweist, die mit nur kleinem Zwischenraum-Spalt im Abstand von der stirnseitigen Platte (11) rotiert.

8. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (28) eine Steilheit von nicht mehr als einer halben Windung auf eine Länge im rohrförmigen Gehäuse (1) gleich dessen Durchmesser im Bereich (2) der Wendel aufweist.

9. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit nicht mehr als eine viertel Windung auf eine Länge gleich dem Gehäusedurchmesser beträgt.

10. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der Wendel (28) nicht mehr als eine ganze und vorzugsweise eine halbe Windung beträgt.

11. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (28) aus einem Steg besteht, der in das Gehäuseinnere mit einer Höhe vorsteht, die zwischen dem halben und dem ganzen Radius des rohrförmigen Gehäuses (1) im Bereich (2) der Wendel liegt.

12. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des dem Flügelrad (15) zugewandten Endes (30) der Wendel (28) zu diesem Flügelrad in der Größenordnung von 80 % bis 120 % des Radius des rohrförmigen Gehäuses (1) im Bereich (2) der Wendel beträgt.

13. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 5 oder einem der auf Anspruch 5 rückbezogenen Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (28) aus einem Steg besteht, der aus einem Abschnitt

(2) kleineren Durchmessers in den Abschnitt (3) vergrößerten Durchmessers des rohrförmigen Gehäuses unter Fortsetzung seines Wendelverlaufs freischwebend vorsteht (36).

14. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das anströmseitige Ende (29) der Wendel (28) abgeschrägt ist (bei 35).

15. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge sich über einen Uralaufwinkel des Wendel in der Größenordnung von 90° bis 120° erstreckt.

16. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge sich über 50 % bis 100 % der Länge der Wendel erstreckt.