-
Meßradzähler für Flüssigkeiten und Gase
I)ie vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Meßrad zähler zur impulsmessenden Erfassung von Flüssigkeits- oder
Gasmengen, die in einer Rohrleitung strömen .
-
Bei dieser Zählerbauart bildet in den meisten Fällen die Proportionalität
zwischen der Geschwindigkeit, mit welcher das Meßmittel dem Meßrad zuströmt, und
der D«rchflußstärke (= sekundliche Durchflußmenge) die Grundlage der Messung. Der
Impuls, welchen die Meßmittelströmung auf das Meßrad ausübt, ändert sich also mit
dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit.
-
Diese Gesetzmäßigkeit hat nun aber zur Folge, daß bei gleichen prozentualen
Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit die Impulsänderungen desto kleiner werden,
je kleiner und desto größer je größer die Durchflußstärke ist, und zwar im quadratischen
Verhältnis.
-
Infolge dieses im Wesen der impulsmessenden Mengenzählung begründeten
Umstandes haben nun die genannten Zählerbauarten den Mangel, daß ihre Fehlerkurve
im unteren Teil des Meßbereichs viel zu früh, meist schon bei 25 bis 200/0 der Nennbelastung,
mit einem stark progressiven Minusfehler aus den nach praktischen Notwendigkeiten
festgelegten Fehlergrenzen heraustreten, und daß es der Anwendung komplizierender
baulicher Tricks bedarf, um die untere Grenze des Gebrauchswertes dieser Zähler
bis auf etwa Ion/, der Nennbelastung herunter zu verlegen.
-
Außerdem geht auch die Dichte des Meßmittels in den Impuls ein, so
daß die Fehler in der Drehzahleinstellung um so mehr zunehmen, je dünner das Meßmittel
ist.
Bei Gasen undDämpfen wirkt sich schließlich auch noch die Volumenexpansion bei der
Ausströmung aus Drosselöffnungen aus, die mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit
zunimmt und daher im oberen Teil des Meßbereichs den Impuls mit steigender Durchflußstärke
progressiv erhöht, wo ein starker Plusfehler in Erscheinung tritt.
-
Es wurden schon viele Vorschläge gemacht und Maßnahmen getroffen,
um eine Korrektur dieser Fehler zu erreichen. Sie haben sich aber sämtlich als ungeeignet
erwiesen, weil sie entweder sehr kostspielig oder in ihrer Wirkung nicht umfassend
genug sind, um den an sie zu stellenden Anforderungen zu genügen.
-
Das gilt auch für diejenigen bekannten Vorschläge, bei denen die
Proportionalität zwischen der Meßrad drehzahl und der Durchflußstärke nicht auf
den eingangs erwähnten Gesetzmäßigkeiten beruht, sondern durch Hilfsvorrichtungen
erzeugt werden soll, und bei denen als Meßrad beispielsweise ein als Turbinenrotor
ausgebildeter Schwimmer dient, welcher in seinen verschiedenen Höhenlagen verschieden
große Durchflußquerschnitte freigibt. Dadurch entsteht zunächst eine für alle Belastungen
annähernd konstante Ausströmgeschwindigkeit, und die Proportionalität zwischen Durchflußstärke
und Drehzahl soll nun im einen Fall dadurch erzielt werden, daß der Läufer in seinen
verschiedenen Höhenlagen verschieden große Flüssigkeitswiderstände zu überwinden
hat, in einem anderen Fall durch die Anwendung einer Wirbelstrombremse.
-
Diese Vorschläge konnten aber zu keinem praktisch brauchbaren Ergebnis
führen, weil die Gesetzmäßigkeiten sowohl des Antriebs wie auch des Widerstandes
Gleichgewichtslagen zwischen beiden ergeben, welche die gewünschte Proportionalität
unerreichbar machen und außerdem mit abnehmender Durchflußstärke eine immer weiter
anwachsende Unschärfe der Einstelhmg bedingen.
-
Darüber hinaus sind diese Vorschläge für die Erfassung luftförmiger
Mittel unbrauchbar, denn einerseits ist die Wichte, die für den Brems- bzw. Ventilationswiderstand
bestimmend ist, bei diesen Meßmitteln rund tausendmal kleiner als etwa bei Wasser
als Meßmittell, und andererseits wachsen die Widerstände mit der dritten Potenz
der Drehzahl, so daß sich für die Gasmengenzähler etwa die zehnfachen Drehzahlen
gegenüber den Verhältnissten bei Flüssigkeitszählern ergeben würden, was im Hinblick
auf die zu fordernde Betriebssicherheit untragbar ist.
-
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten und ermöglicht
es, Meßradzähler zu bauen, deren untere Meßbereichgrenze bei etwa 2 bis 301, ihrer
Nennbelastung liegt. Sie bezieht sich ebenfalls auf Meßradzähler derjenigen Gattung,
bei welcher als Meßrad ein nach Art eines Turbinenläufers ausgebildeter Schwimmer
dient, der in seiner untersten Stellung die Zuleitung absperrt und in seinen verschiedenen
Höhenlagen verschieden große Durchflußquerschnitte freigibt.
-
Gemäß der Erfindung bildet der Turbinenläufer eine flache Glocke,
die ringsum mit nach unten vorstehenden Schaufeln versehen ist, während das mit
ihr zusammenwirkende Ende der Zuleitung einen Kranz nach oben gerichteter Schaufeln
trägt, die den Läuferschaufeln auf etwas kürzerem Radius als Leitschaufeln gegenüberstehen
und je nach der Höhenlage der Schwimmglocke mehr oder weniger tief in sie eingreifen.
Und die Proportionalität zwischen Läuferdrehzahl und Durchflußstärke wird dadurch
erreicht, daß die Strömungsrichtung des Meßmittels gegen die Läuferschaufeln in
Abhängigkeit von der Stellung der Läuferglocke veränderlich ist. Dies geschieht
nun vorzugsweise ohne Anwendung energieverzehrender Hilfsvorrichtungen auf kinematischem
Wege einfach dadurch, daß die Schaufeln mindestens eines der beiden Kränze eine
Torsionsform besitzen, derzufolge die in den einzelnen Höhenlagen des Schwimmers
einander im Ausflußquerschnitt gegenüberliegenden Querschnitte von Leitschaufel
und Läuferschaufel verschiedene Geschwindigkeitsdreiecke ergeben, und die graphisch
so bestimmt ist, daß die erzielte Läuferdrehzahl der Durchflußstärke proportional
ist.
-
Die Erfindung sei im folgenden an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In allen Figuren sind gleiche oder entsprechende
Teile mit den gleichen Bezugziffern versehen.
-
Fig. I zeigt einen axialen Senkschnitt durch den Zähler, dessen Gehäuse
hier aus drei gleichachsig angeordneten, fest miteinander verbundenen Teilen I,
2 und 3 besteht. Der untere Teil I trägt den Eingangsstutzen 4; der mittlere Teil
2 besitzt hier eine spiralige Ausbildung nach Art eines Gebläses oder einer Kreiselpumpe
und trägt, auf der rechten Bildhälfte durch einen Kreis angedeutet, den Ausgangsstutzen
5. Ein längs der Linie I-I durch den Gehäuseteil 2 gelegter Horizontalschnitt ist
in Fig. 2 in verkleinertem Maßstab wiedergegeben.
-
Der obere Teil 3,des Gehäuses bildet einen glockenförmigen Abschluß
für seinen mittleren Teil 2. Zwischen diesem und dem unteren Gehäuseteil I ist bei
6 in gleichachsiger Anordnung ein Zylinderrohr 7 eingeflanscht, dessen oberes Ende
8 trompetenförmig erweitert ist und einen gleichachsig angeordneten Kranz stehender
Leitschaufeln g trägt. Eine durch radiale Rippen 10 axial im Zylinderrohr 7 befestigte
Hülse II bildet ein Halslager 12, welches zusammen mit einem im oberen Gehäuseteil
3 befindlichen Halslager 13 die Führung der Läuferwelle 14 bildet. Als Träger des
oberen Halslagers I3 dient hier eine zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 gleichachsig
eingeflanschte, mit Durchtrittsöffnungen 15 für das Meßmittel ,versehene Glocke
I6.
-
Auf der Welle 14 ist mittels einer Nabe I7 das Meßrad befestigt.
Es stellt einen als Turbinenläufer ausgebildeten Schwimmer dar in der Form einer
flachen Glocke8, an deren zylindrischer Außenwand 19 ringsum ein Kranz nach unten
gerichteter Schaufeln 20 und konzentrisch ein zylindrischer Ring 21 etwas größeren
Durchmessers mit einem flanschartigen unteren Ansatz 22 befestigt ist. Diesem steht
ein entsprechender, am Gehäuseteil 2 vorgesehener Flansch 23 genau gegenüber. Er
umgibt unter Belassung eines Abstandes, in welchen die Läuferschaufeln 20 eingreifen
den Rand des trompetenförmig erweiterten Teils 8 des Zylinderrohres 7.
-
Ein weiterer zylindrischer Ring 24 ist auf der Innenseite der Glocke
I8 befestigt. Er dient sowohl zur Erzielung einer geordneten Strömung im Bereich
der Schaufelkränze g und 20 wie auch zugleich als wirksamer Schutz gegen Verschmutzung.
Im Gehäuseteil 2 sind ferner noch schräg gestellte Leitbleche 25 vorgesehen, die
konzentrisch zur Achse der Läuferwelle 14 angeordnet sind. Von ihrer Außenkante
ab ist der Gehäuseteil 2 in der obenerwähnten Weise spiralig ausgebildet.
-
Die Läuferwelle 14 ist in den Halslagern 12 und 13 leicht auf und
ab beweglich und mit ihr der Turbinenläufer mit seinem gesamten Zubehör (Teile I7
bis 22 und 24), wobei diese Beweglichkeit durch nicht gezeichnete Anschläge begrenzt
wird. In der rechten Bildhälfte befindet sich der Turbinenläufer nahe seiner unteren
Endstellung dicht vor dem Abschluß der Zuleitung, die rechte Bildhälfte zeigt ihn
in einer mittleren Höhenlage. Die Hülse II bildet an ihrem oberen Ende zwei konzentrisch
angeordnete Kelche 26 und 27, die verschieden weit geöffnet sind und mit einem an
der Nabe I7 vorgesehenen zylindrischen Ring 28 im Sinn eines Schmutzabscheiders
zusammenwirken, der die Läuferwelle und ihre Führung schützt. Dabei hat der Kelch
27 zugleich die Aufgabe, den Meßmittelstrom zu dem von den Teilen I9, 22, 24 des
Läufers einerseits und dem Flansch 23 andererseits begrenzten Ringspalt hinzulenken,
welcher den Meßquerschnitt bildet.
-
Der Flansch der Glocke I6 im Gehäuseteil 3 ist an seiner inneren
Berandung 29 so ausgebildet, daß dort eine Dichtung mit Labyrinthwirkung entsteht,
durch welche die Räume 30 und 3I vom Ausgangsraum 32 des Gehäuseteils 2 getrennt
sind. Dagegen stehen die Räume 30, 3I über den von den Zylindern 19 und 21 gebildeten
Ringraum 33 mit dem Ausflußquerschnitt, in welchem sich der Läuferschaufelkranz
20 bewegt, in Verbindung. Der Gehäuseteil 3 trägt oben einen Aufsatz 34, in den
das obere Ende der Läuferwelle 14 hineinragt und von welchem aus deren Drehbewegung
mit den im Zählerbau üblichen nicht gezeichneten Mitteln an das Zählwerk weitergeleitet
wird.
-
Das bei 4 eintretende Meßmittel durchströmt zunächst den vom Gehäuse
I und dem Zylinderrohr 7 gebildeten Ringraum, dann von unten her das Innere des
Zylinders7, wobei es auch unter die Läuferglocke I8 gelangt, um dann im Meßquerschnitt
mit erhöhter Geschwindigkeit erst den Leitschaufelkranz 9, dann den Läuferschaufelkranz
20 zu durchströmen und schließlich nach Passieren der Leitbleche 25 durch den spiraligen
Ausgangsraum 32 dem Ausgangsstutzen 5 zuzuströmen.
-
Im Läuferschaufelkranz 20 erreicht das Meßmittel seine größte Geschwindigkeit
und entsprechend seinen geringsten Druck, während es unter dem glockenförmigen Läufer
des Meßrades infolge der dort auftretenden Stauwirkung eine kleine Geschwindigkeit,
dafür aber seinen annähernd größten Druck besitzt. Da sich nun der kleinere Druck
des Meßquerschnitts durch den Ringraum 33 auf die Räume 30, 3I überträgt, wird zu
beiden Seiten des Meßrades ein Druckunterschied wirksam, und wenn dieser so groß
geworden ist, daß er das Gewicht des Turbinenläufers mit seinem gesamten Zubehör
übersteigt, dann hebt sich das Ganze an, wobei sich der Zylinder 19 vom oberen Teil
8 des Zylinderrohres 7 abhebt, den Durchgang des Meßmittels zu den Läuferschaufeln
20 freigibt und der nunmehr auf dem Meßmittel schwimmende Läufer des Meßrades zu
rotieren beginnt.
-
Je größer die Durchflußstãrke des Meßmittels, desto höher wird das
rotierende System angehoben, ohne daß sich dabei der wirksame Druckunterschied vor
und hinter dem Meßquerschnitt und damit unter und über dem Turbinenläufer ändert;
denn es ändert sich ja weder das Gewicht des rotierenden Systems noch seine vom
Meßmittel beaufschlagte Fläche, und infolgedessen bleibt die Strömungsgeschwindigkeit
des Meßmittels im Bereich der Schaufelkränze g und 20 für alle Zählerbelastungen
konstant. Lediglich der Ausflußquerschnitt ändert sich, und zwar proportional der
Durchflußstärke, und damit würde bei unveränderlicher Winkelstellung der Leit- und
der Läuferschaufeln das Meßrad immer mit der gleichen Drehzahl laufen, ungeachtet
der jeweiligen Durchflußstärke, welche nur seine Höhenlage bestimmt. Die dabei durch
Ventilation entstehende Bremsung kann wegen ihrer Kleinheit als vernachlässigbar
betrachtet werden.
-
Nun besitzen aber hier sowohl die Leitschaufeln wie auch die Läuferschaufeln
eine Torsionsform, derzufolge die in den einzelnen Höhenlagen des Läufers einander
im Meßquerschnitt gegenüberliegenden Schaufelschnitte verschiedene Anströmwinkel
und somit verschiedene Geschwindigkeitsdreiecke ergeben, und die Form der Schaufeln
ist graphisch so bestimmt, daß die erzielten Drehgeschwindigkeiten des Läufers der
Durchflußstärke proportional sind.
-
Dabei erfolgt die selbsttätige Einstellung dieser Proportionalität
mit äußerster Genauigkeit, denn bei der Aufundabbewegung des Läufers sind keinerlei
Widerstände zu überwinden, weil er rotiert, also die Reibung in den Führungen 12
und I3 gleich Null wird, und keine Reaktionskräfte vorhanden sind.
-
Zum besseren Verständnis seien die Verhältnisse, die sich der erfindungsgemäßen
Maßnahme zufolge im Meßquerschnitt ergeben, an Hand der Fig. 3 und 4 eingehend erläutert,
und es sei wieder angenommen, daß sowohl den Läuferschaufeln wie auch den Leitschaufeln
die erwähnte Torsionsform gegeben ist.
-
Fig. 3 zeigt das Meßrad (Turbinenläufer) in seiner höchsten Stellung.
Der Pfeil X gibt die Strömungsrichtung an. Denkt man sich nun horizontale Schnitte
a, b, c, d, e durch die Leitschaufeln g und die Läuferschaufeln 20 gelegt, so ergeben
sich die in Fig. 4 im Grundriß gezeigten Schaufelschnitte ag, bg, cg, dg, eg, die
der Einfachheit halber in Abrollung nebeneinandergelegt gezeichnet sind. Die einander
zugeordneten Schnitte der sich gegenüberliegenden Schaufeln g und 20 sind hier einfach
so gewählt, daß die Umlaufgeschwindigkeiten der Läuferschaufeln 20, die sich aus
den Schwindigkeitsdiagrammen ergeben, nahezu gleich groß sind. Man kann sie natürlich
auch abweichend machen. Wesentlich ist nur, daß eine der Durchflußstärke proportionale
Veränderlichkeit der Drehgeschwindigkeit erzielt wird.
-
Es ist ohne weiteres klar und ergibt sich aus einfacher Betrachtung
der diesbezüglichen Geschwindig-
keitsdreiecke, daß das Meßrad in
der in Fig. 3 gezeichneten Stellung seine höchste Drehgeschwindigkeit besitzt, während
die Drehgeschwindigkeit einen sehr kleinen Wert annimmt, wenn bei Annäherung des
Zylinderringes 19 an den Öffnungsrand 23 beispielsweise der Schnitt ag der Läuferschaufeln
20 und der Schnitt eg der Leitschaufeln g einander gegenüberliegen. Die Drehzahl
des Meßrades ändert sich also zwischen einem Minimum bei kleinstem und einem Maximum
bei größtem Meßquerschnitt, hd. h. proportional der Durchflußstärke. Bei allen diesen
Änderungen bleibt aber, wie gesagt, die Strömungsgeschwindigkeit des Meßmittels
im Meßquerschnitt die gleiche.
-
Die Erfindung ist nicht an die in den Fig. I bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele gebunden, sondern kann in verschiedenster Weise abgewandelt
und vervollkommnet werden.
-
So kann man z. B. den Zähler auch zwei- oder mehrstufig ausbilden.
Eine beispielsweise Ausführung, bei welcher, in der Strömungsrichtung des Meßmittels
gesehen, hinter dem Läuferschaufelkranz 20 ein zweiter Leitschaufelkranz vorgesehen
ist, der das Meßmittel einem zweiten, ebenfalls an der Läuferglocke I8 befestigten
Läuferschaufelkranz zuleitet, ist in Fig. 5 dargestellt. Der zweite Leitschaufelkranz
35 ist auf einem am Flansch 6 vorgesehenen Ringsteg36, der zweite Läuferschaufelkranz
37 an einem weiteren zylindrischen Ring 38 des Läufers befestigt. Die Öffnung 33,
welche den Raum oberhalb der Läuferglocke mit dem Ausflußquerschnitt verbindet,
ist hier zwischen zwei zylindrischen Ringen 38 und 39 des Läufers vorgesehen, kann
aber auch zwischen den Ringen 38 und 21 angeordnet werden.
-
Das zweite Schaufelkranzpaar 35, 37 ist in besonders hohem Maße gegen
Verschmutzung geschützt. Unter der Wirkung seines größeren Hebelarmes wird das Drehmoment
des Läufers bedeutend gesteigert und der Einfluß etwaiger Laufwiderstände auf den
Läufer relativ zum Drehmoment erheblich herabgemindert, so daß sich ein wesentlich
flacherer Verlauf der Fehlerkurve einstellt. Die vom zweiten Leitschaufelkranz 35
bewirkte Richtungsänderung der Strömung muß die erhöhte Umlaufgeschwindigkeit des
zweiten Läuferschaufelkranzes 36 berücksichtigen. Die erforderlichen Eintrittswinkel
sind am besten empirisch mit Hilfe von Geschwindigkeitsdreiecken und so zu bestimmen,
daß ein möglichst stoßfreier Eintritt erzielt wird. Durch Anwendung eines dreistufigen
Läufers als Meßrad können die Verhältnisse noch günstiger gestaltet werden.
-
Um zu verhindern, daß bei plötzlichen stärkeren Belastungswechseln
ein Schlagen des Läufers in axialer Richtung eintritt, kann man ferner eine Dämpfungsvorrichtung
vorsehen, etwa in Form einer Scheibe 40, diel(vgl. auch Fig. I) am oberen Ende der
Welle 14 befestigt ist und nur geringes Spiel gegenüber der Wandung des Aufsatzes
34 aufweist. Diese Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt. Zur Verstärkung der Dämpfungswirkung
kann man die Öffnung 4I, durch welche die Welle 14 in den Aufsatz 34 eintritt, entsprechend
eng gestalten.
-
Für manche praktischen Fälle genügen auch einfachere Verwirklichungen
der Erfindung, etwa entsprechend der Darstellung in Fig. 7, bei welcher auf die
gebläseartige Ausbildung der Ausgangsseite verzichtet und der untere Gehäuseteil
1 gleichachsig in ein Ausgangsgehäuse 42 eingebaut ist, welches den Ausgangsstutzen
43 trägt. Diese vereinfachte Abwandlung ist natürlich auch bei der Anordnung nach
Fig. I anwendbar und dort mit gestrichelten Linien angedeutet. Bei der Ausführung
nach Fig. 7 ist an Stelle eines festen Leitschaufelkranzes (g in Fig. I) ein axial
im Zuleitungsrohr 7 angeordneter Leitschaufel--körper 44 vorgesehen. Dieser erteilt
dem von unten nach oben strömenden Meßmittel einen Drall, welcher um so größer ist,
je größer die Durchflußstärke und damit die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 7 ist.
-
Die Hülse 11 trägt oben eine Kappe 45 als Schutz gegen die Verschmutzung
der Wellenführung. Der äußere Ring 21 des Läufers ist nach oben gebogen, wo er mit
der inneren Berandung der Glocke I6 bei 29 eine Art Labyrinthdichtung bildet. Unter
der Kappe3 befindet sich das nicht gezeichnete Zählwerk, dessen Antrieb durch einen
Schneckentrieb 46, 47 angedeutet ist. Das Gehäuse 42 trägt eine Einbauöffnung 48,
durch welche der Eingangsstutzen 4 beim Anschließen an die Zuleitung hindurchgeführt
wird. Im übrigen entsprechen Anordnung und Wirkungsweise derjenigen nach Fig. I.
-
Die im vorstehenden beschriebene Ausführungsform ist besonders für
Fälle geeignet, in denen es sich um die Erfassung gereinigter Gase handelt. Sollen
unreine Gase gemessen werden, dann ist die Ausbildung der Läuferglocke nach den
Fig. 1 oder 5 mit mehreren zylindrischen Ringen vorzuziehel», welche den Meßquerschnitt
in erhöhtem Maße vor Verschmutzung schützen.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt.
Hier besteht das Meßrad aus zwei teleskopartig zusammenwirkenden Läuferglocken I8
und 49, von denen nur die untere I8 einen axial auf und ab beweglichen Schwimmer
bildet, der unter der Wirkung der zu seinen beiden Seiten herrschenden Druckunterschiede
verschiedene Höhenlagen annimmt, in denen er mehr oder weniger tief in die obere
Glocke 49 eingreift, welche die Läuferschaufeln 20 trägt und in unveränderlicher
Höhenlage angeordnet ist. Dabei werden die Leitschaufeln g und die Läuferschaufeln
20 durch die zylindrischen Ringe 24 und 19 der Glocke i8 mehr oder weniger weit
abgedeckt, und der Meßquerschnitt und die Anströmflächen werden entsprechend der
jeweiligen Durchflußstärke eingestellt. In diesem Fall, wo die untere Läuferglocke
I8 nur zur Einstellung des Ausflußquerschnittes dient, während die obere den Zählwerksantrieb
bildet, weichen zwar die Geschwindigkeitsdreiecke für die einzelnen Schnitte voneinander
ab, aber es genügt, daß der resultierende Impuls dem Läufer eine der Durchflußstärke
proportionale Drehzahl erteilt.
-
Die untere Glocke I8 des Läufers sitzt hier auf einer bei 50 und
51 in einer Hülse 52 axial verschieblich gelagerten Welle 53, die obere Glocke 49
auf einer Welle 54, die bei 55 gleichachsig zur Welle 53, jedoch ohne Aufundabbeweglichkeit
gelagert ist. Die beiden Glocken I8 und 49des Meßrades bilden bei 29 miteinander
eine Art Labyrinthdichtung, welche die Auf-
rechterhaltung des erforderlichen
Druckunterschiedes zwischen den beiden Seiten der Glocke8 gewährleistet. Die Welle
53 trägt an ihrem unteren Ende einen Ventilatorflügel 56, durch den sie in Umdrehung
versetzt wird, so daß sie mit der erforderlichen Leichtigkeit auf und ab beweglich
ist.
-
Man kann die beschriebenen Beispiele noch in der verschiedensten
Weise vervollkommnen. So kann man z. B. der einen Kante des Ausflußquerschnitts
eine Düsenform, der anderen eine Blendenform verleihen und dadurch einen annähernd
konstanten Ausflußkoeffizienten erzielen. Eine Ausführung dieser Art ist in Fig.
g dargestellt. Die obere Ausflußkante der Meßöffnung wird hier von den Rändern der
zylindrischen Ringe 24, 19,21 gebildet und hat Blendeneigenschaften.
-
Die vom Blendenring 57 gebildete untere Ausflußkante kann im vorerwähnten
Sinn durch den gestrichelt eingezeichneten Düsenring 58 ersetzt werden. Ein weiterer,
an der Läuferglocke I8 befestigter zylindrischer Ring 59 wirkt als Schirm, welcher
der Verschmutzung der Ausströmkanten am unteren Rand der Ringe 24 und entgegenwirkt.
-
Eine weitere Vervollkommnung läßt sich durch die Anordnung einer
Hilfsanblasevorrichtung vor dem Läuferschaufelkranz erreichen, welche das Anlaufen
des Turbinenläufers verbessert und die Zuverlässigkeit der Messung auch bei kleinsten
Durchflußstärken gewährleistet und außer Wirkung kommt, sobald sich der Läufer um
einen bestimmten einstellbaren Betrag angehoben hat. Bei der Ausführung nach Fig.
1 ist eine solche Hilfsanblasevorrichtung in Form einer verstellbaren Düse 60 vorgesehen,
welche durch ein Filter 6I vor Verschmutzung geschützt ist. Man kann sie so bemessen
und einstellen, daß sie am Läufer ein Drehmoment erzeugt, welches angenähert gleich
dem Widerstandsmoment ist, das der Drehung des Läufers entgegenwirkt.
-
Solche Hilfsanblasevorrichtungen kann man z. B. auch so anordnen,
daß sie bei niederen Höhenlagen der Läuferglocke durch diese abgeschirmt sind, von
einer bestimmten Höhenlage an dagegen frei auf die Läuferschaufeln wirken können.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, auch im oberen Teil des Meßbereichs die Drehzahl
nach Bedarf selbsttätig zu erhöhen oder zu verringern.
-
Je kleiner der Durchmesser des Läufers, desto größer ist der auf
die Flächeneinheit seines Bodens entfallende Anteil am Gesamtgewicht des Läufers,
desto größer muß also der Druckunterschied zwischen seinen beiden Seiten sein, wenn
er durch diesen Druckunterschied getragen werden soll. Ein hoher Druckunterschied
ist aber gleichbedeutend mit einer hohen Durchflußgeschwindigkeit und diese wiederum
mit einer hohen Läuferdrehzahl. Mit anderen Worten: Es würden sich bei kleinen Zählern,
wenn man ihren Meßbereich nicht beschränken will, untragbar hohe Drehzahlen ergeben.
-
Weitere Vervollkommnungen der Erfindung dienen daher der Aufgabe,
auch bei kleinen Zählern kleine Strömungsgeschwindigkeiten und entsprechend kleine
Läuferdrehzahlen zu ermöglichen. Sie sind in Fig. I mit gestrichelten Linien eingezeichnet.
Eine von ihnen besteht in einer leichten Schwimmerplatte od. dgl. 62, welche im
unteren Teil des Zuleitungsrohres 7 angeordnet und an einer in dieses hineinragenden
unteren Verlängerung der Läuferwelle 14 befestigt ist. Die Hülse II ist für diesen
Fall ebenfalls etwas verlängert zu denken.
-
Der untere Teil des Rohres 7 ist, beispielsweise durch einen entsprechend
ausgebildeten, höhenverstellbar darin befestigten Ring 63, kegelförmig oder nach
Art eines umgekehrten Paraboloidstumpfes verengt, und in diesem verengten Teil bewegt
sich die Schwimmerplatte 62 immer um den gleichen Betrag, um den die Läuferglocke
I8 ihre Höhenlage ändert. Dabei ändert sich die Größe des Ringquerschnittes zwischen
der Schwimmerplatte 62 und dem Teil 63 ähnlich wie bei Schwimmerzählern. Man kann
sie auf die Größe des Meßquerschnittes abstimmen, beispielsweise derart, daß beide
Querschnitte immer in einem bestimmten Größenverhältnis zueinander stehen.
-
Die Schwimmerplatte 62, durch welche gewissermaßen die wirksame Oberfläche
der Läuferglocke I8 vergrößert wird, erfährt beim Durchströmen des Meßmittels einen
Auftriebsüberschuß im mehrfachen ihres Gewichts, welcher über die Welle 14 auf die
Läuferglocke 18 übertragen wird und sie anzuheben sucht.
-
Um einen diesem Auftriebsüberschuß entsprechenden Betrag kann nun
der Druckunterschied zu beiden Seiten der Läuferglocke I8 vermindert werden, ohne
daß der Läufer absinkt, d. h. um einen entsprechenden Betrag kann auch die Strömungsgeschwindigkeit
des Meßmittds und damit die Läuferdrehzahl herabgedrückt werden.
-
Durch andere Formgebung des Gliedes 63 kann man den auf die Läuferglocke
wirksamen Druckunterschied in irgendeiner anderen gewünschten Weise oder Gesetzmäßigkeit
veränderlich machen, beispielsweise auch so, daß im ersten Teil des Läuferglockenhubes
die Strömungsgeschwindigkeit konstant bleibt, um dann bei weiterem Ansteigen der
Läuferglocke stetig oder sprunghaft anzusteigen oder abzunehmen, wie es die Aufgabenstellung
des Einzelfalles gerade erfordert.
-
Dabei ergibt sich durch die Höhenverstellbarkeit des Gliedes 63 die
Möglichkeit gen au ester Justierung und Gangregulierung.
-
Man kann aber, um bei kleinen Zählern kleine Läuferdrehzahlen zu
ermöglichen, auch größere Meßraddurchmesser verwenden und muß dann, sei es durch
Gewichtsregulierung des Läufers, sei es durch teilweise Abschirmung eines Teiles
des Meßquerschnittes, die Strömungsgeschwindigkeit daselbst den neuen Verhältnissen
anpassen. Eine solche Abschirmung ist in der rechten Bildhälfte der Fig. I mit gestrichelten
Linien angedeutet und mit 64 bezeichnet. Sie bildet bei eine Art Labyrinthdichtung
gegenüber dem zylindrischen Ring 24. Man kann diese Abschirmung aus mehreren konzentrisch
ineinanderliegenden und um die gemeinsame Achse verschwenkbaren Zylinderteilen herstellen,
wodurch man die Möglichkeit gewinnt, die Abschirmung nach Bedarf zu vergrößern oder
zu verringern.
-
Eine weitere Vervollkommnung läßt sich beispielsweise dadurch erzielen,
daß man die beiden Kelche 26 und 27 in Abweichung von der in Fig. I gezeigten mittleren
Befestigung in einem bestimmten Abstand von
der Läuferglocke I8
ihr aufhängt, so daß sie mit dieser auf und ab beweglich sind. Bei dieser Ausbildungsweise
ist dann die Schmutzabscheidung in allen Höhenlagen der Läuferglocke I8 gleich vollkommen,
und der Kelch 27 lenkt die Strömung dem Meßquerschnitt stets unter Berücksichtigung
dessen jeweiliger Höhe zu.
-
Eine weitere Vervollkommnungsmöglichkeit besteht darin, daß man den
Läuferschaufelkranz durch gleichachsig angeordnete Querringe versteift. Diese verleihen
ihm eine für höchste Drehzahlen ausreichende Festigkeit und dienen gleichzeitig
als Strömungsführung. Entsprechende Querringe können mit Vorteil auch am Leitschaufelkranz
vorgesehen werden, um etwa auftretende Sekundärströme zu glätten. Eine zeichnerische
Darstellung dieser Maßnahme erscheint entbehrlich.
-
Die hier beschriebenen und dargestellten Ausführungen und Vervollkommnungen
lassen sich auch in verschiedenen Kombinationen anwenden, von denen hier nur einige
Beispiele angegeben seien.
-
So kann man z. B. die obenerwähnte Schwimmerplatte 62 auch bei der
Ausführung nach Fig. 8 vorsehen, wo sie an Stelle des Stützlagers 55 die obere Läuferglocke
49 des zweiteiligen Meßrades I8, 49 trägt.
-
In diesem Fall sind dann beide Läuferglocken I8 und 49 axial verschieblich,
die eine unabhängig von der anderen. Die Welle 53 der unteren Läuferglocke I8 ist
als Hohlwelle ausgebildet, durch welche die nunmehr durchgehende Welle 54 der oberen
Läuferglocke 49 hindurchgeführt ist. Eine besondere zeichnerische Darstellung dieser
Abwandlung erscheint entbehrlich.
-
Eine weitere Kombinationsmöglichkeit ist in Fig. 10 dargestellt.
Hier ist sowohl die obenerwähnte Schwimmerplatte 62 mit der Verengung 63 des Zylinderrohres7
wie auch ein Ventilatorflügel 56 vorgesehen. Dabei dient als Ventilatorflügel ein
an sich bekannter Woltmanflügel mit vorgeschaltetem Strahlgleichrichter 66.
-
Der Woltmanflügel wirkt hier auf die Läuferwelle 14 und schafft dadurch
eine erhebliche Drehmomentreserve für den Fall, daß einmal der Zählwerksantrieb
durch irgendwelche störenden Einflüsse erschwert wird, so daß in einem solchen Fall
unzulässig hohe Anzeigefehler vermieden werden. Außerdem ist eine Reaktionsdüse
67 vorgesehen, welche auf der Schwimmerplatte 62 angeordnet ist und an deren Umdrehung
teilnimmt.
-
Durch den erfindungsgemäßen Meßradzähler wird die untere Meßbereichgrenze
in einem bisher noch nicht erreichten Maße herabgedrückt. Selbst schleichende Mengen
des Meßmittels werden durch ihn meßtechnisch erfaßt, denn er läßt infolge seines
dichten Abschlusses in der Nullage so lange kein Meßmittel durch, bis infolge des
Druckabfalls in der Hinterleitung der Druckunterschied zu beiden Seiten des Läufers
den zur Freigabe der Ausflußöffnung erforderlichen bzw. eingestellten Betrag erreicht
hat.
-
Aber selbst bei nicht dichtem Abschluß der Läuferglocke ist eine
einwandfreie Messung auch im untersten Teil des Meßbereichs weitestgehend gewährleistet.
In diesem Fall beginnt die Läuferglocke dann schon vor Erreichung der eingestellten
Druck differenz zu rotieren. Dabei bleibt zunächst der Ausflußquerschnitt noch konstant
und die Strömungsgeschwindigkeit daselbst der Durchflußstärke proportional. Erst
nach Erreichen der eingestellten Druckdifferenz hebt sich der Läufer, und die Messung
erfolgt nun erfindungsgemäß mit bei veränderlichem Ausflußquerschnitt konstanter
Ausflußgeschwindigkeit.
-
Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Meßradzählers ist seine
hohe Überiastbarkeit anzusprechen, denn mit der obersten Stellung der Läuferglocke,
die dem jeweiligen Bedürfnis entsprechend eingestellt wird und meist dem I,2- bis
I,sfachen der Nennbelastung entspricht, ist durchaus noch nicht die obere Grenze
seines Gebrauchswertes erreicht. Man kann vielmehr die Durchflußstärke noch erheblich
weiter steigern.
-
Dabei bleibt nun aber der Meßquerschnitt wieder konstant, d. h. die
Messung erfolgt nun wieder mit einer der Durchflußstärke proportionalen Ausflußgeschwindigkeit
wie bei einem gewöhnlichen Meßradzäh]er.
-
Da aber der Zähler bis zu diesem Punkt bei sehr kleinem, konstanten
Druckunterschied arbeitet, sind auch bei seiner Überschreitung die nunmehr veränderlichen
Druckunterschiede noch so gering, daß in diesem Bereich die eingangs erwähnten Volumenfehler
der gewöhnlichen Meßradzähler selbst dann noch nicht merklich eintreten, wenn man
die Durchflußstärke verdoppelt oder verdreifacht. Die Messung wechselt also bei
Überschreitung der erwähnten Grenze vom einen auf das andere Meßprinzip über, und
dieser Übergang erfolgt praktisch fehlerlos.
-
Abschließend sei noch erwähnt, daß selbstverständlich an Stelle der
Läuferglocke I8 auch die Schwimmerplatte 62 in ihrer untersten Stellung als Abschluß
der Zuleitung dienen kann. Dies hat den Vorteil, daß man einen sehr dichten Abschluß
erzielt und zugleich eine Abnutzung der Berandung der Läuferglocke mit der dadurch
bedingten Veränderlichkeit des Ausflußkoeffizienten vermeidet.
-
PATENTANS PR0CHE: I. Meßradzähler für in Rohrleitungen strömende
Mittel, bei welchem als Meßrad ein nach Art eines Turbinenläufers ausgebildeter
Schwimmer - dient, der in seiner untersten Stellung die Zuleitung absperrt und in
seinen verschiedenen Höhenlagen verschieden große Ausflußquerschnitte freigibt,
dadurch gekennzeichnet, daß bei an sich bekannter glockenförmiger Ausbildung des
Turbinenläufers dieser ringsum mit nach unten vorstehenden Schaufeln versehen ist,
während das mit ihm zusammenwirkende Ende der Zuleitung einen Kranz nach oben gerichteter
Schaufeln trägt, die denen des Läufers auf etwas kürzerem Radius als Leitschaufeln
gegenüberstehen und je nach der Höhenlage der Läuferglocke mehr oder weniger tief
in sie eingreifen, wobei die Strömungsrichtung des Meßmittels gegen die Läuferschaufeln
in Abhängigkeit von der Stellung der Läuferglocke veränderlich ist.