Hydrometrlseher Flügel.
Hydrometrische Flügel sind Instrumente, die zur Alessung der Strömungsgeschwindig- keit des Wassers dienen, und zwar sowohl in Fl ssen, Kanälen und ähnliehen offenen Gerinnen, als aueh in Rohrleitungen, Druckstol- len usw.
Zur Hauptsache bestehen diese Instru- mente aus einem Schaufelrad und einem Zählwerk. Das Schaufelrad ist mehr oder weniger einer Wasserschraube (Propeller) ähnlieh ausgebildet ; es dreht sich mit einer zur Str¯mungsgeschwindigkeit in einem bestimmten Verhältnis stehenden Drehzahl. Die Anzahl der Umdrehungen in der Zeiteinheit kann also unmittelbar als Mass der Strömungsgeschwin- digkeit betrachtet werden.
Gemeinsames Merkmal aller bisherigen Ausführungen dieses Instrumentes ist, dass die Lage der Schaufelflächen, das heisst der jenigen Flächen, an denen die die Drehbewe gung hervorrufende Strömung angreift, in bezug auf die Drehachse unveränderlich ist, die einzig mögliche Bewegung der Schaufel- iläehen ist eine Drehung um die Drehachse.
Die vorangehend beschriebene Ausf hrung befriedigt, solange die Drehachse parallel zur Stromungsrichtung ist. Die hydrodynami schen Anstellwinkel der Schaufelprofile blei ben während der ganzen Umdrehung konstant, damit auch die die Umdrehung des Schaufelrades hervorrufenden und hemmenden Kräfte.
Bei SchrÏgstellung der Drehachse der Str¯mungsrichtung gegenüber verändert sich der hydraulische Anstellwinkel während einer Umdrehung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert an jeder Stelle des Schah- felrades. Dadurch wird die Drehbewegung einerseits beschleunigt, anderseits durch das Anwachsen der Widerstandskräfte verzögert.
Solange der Winkel zwischen Stromungsrichtung und Drehachse klein bleibt, heben sich Beschleunigung und Verzögerung derart auf, dass die Drehzahl des Flügels derjenigen Komponente der Strömungsgeschwindigkeit entspricht, die in die Richtung der Drehachse fällt. Die Grosse dieser Komponente ist gleich dem Produkt aus Strömungsgeschwindigkeit und Cosinus des Winkels zwischen Stro- mungsrichtung und Drehachse.
Die Abweichung vom Sollwert (Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Drehachse) wachst mit dem Winkel und erreicht den Wert von 1 /o des Sollwertes zwischen etwa 10 und 15 bei den ge- bräuchlichen Konstruktionen. Dementspre- chend beschränken die meisten amtlichen Vorsehriften den Gebraueh dieser Flügel auf einen Winkel unterhalb von 10 .
Der hydrometrische Flügel mit mindestens einem Sehaufelpaar ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass dessen einander diametral gegenüberliegende Schaufeln miteinander starr verbunden sind und das Schaufelpaar um eine zur Drehachse des hydrometrischen Flügels senkrechte, mitrotierende Achse frei schwingen kann.
Beim erfindungsgemässen Flügel wird die Abweichung von 1 /o vom Sollwert (compo- nente der Strömungsgeschwindigkeit in Riehtung der Drehachse) erst bei bedeutend gr¯ ¯eren Winkeln erreicht, etwa im Gebiete zwisehen 40 und 45 .
Die Fig. I bis 3 zeigen sehematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen- standes.
Fig. 1 zeigt den Fl gel in teilweisein. Längs- schnitt.
Fig. 2 ist die Ansieht des Flügels von vorn und
Fig. 3 eine teilweise Draufsicht zu Fig. 1.
Im Gehäuse 1 ist die Drehachse 2 in nieht gezeichneter Weise radial gelagert, 3 zeigt die axiale Lagerung dieser Drehachse. Im mit lotierendenVorderteil4. ist eine senkrecht zur Drehachse 2 angebrachte Achse 7 in den Lagern 5 frei drehbar gelagert. Ein Stift 6 sichert die Achse 7 gegen Versehiebung senkrecht zur Drehachse 2. Fest mit der Achse 7 verbunden sind die Schaufelblätter 8. Die zum Verhindern des Eindringens von Wasser notwendigen Dichtungen sind der Einfaeli- heit halber nieht gezeichnet.
Die Wirkungsweise dieses Fl gels ist nun folgende :
Solange die Str¯mung symmetrisch in bezug auf die Drehachse 2 ist, arbeitet das Instrument wie ein starrer Flügel, da infolge der Kräftesymmetrie die Achse 7 keine Drehbewegung um ihre eigene Längsachse ausführt.
Sobald die Drehachse 2 mit der Strö mungsrichtung einen Winkel einschliesst. haben die Schaufelblätter das Bestreben, sich symmetrisch zur Strömung einzustellen, und zwar dadureh, dass die Resultierende der auf eine Sehaufelfläehe wirkenden Wräfte an dieser Schaufelfläche in Strömungsrichtung gesehen hinter der gemeinsamen Achse 7 des Sehaufelfläehenpaares angreift. Die Achse 7 dreht sich so lange, bis die von den einzelnen Schaufelflächen herrührenden Drehmomente auf diese Achse bezogen im Gleiehgewieht sind.
Während einer Viertelumdrehung der Drehachse 2 dreht sich die Achse 7 um den Anstr¯mwinkel. WÏhrend der nÏchsten Vier telumdrehung der Drehachse 2 schwingt die Aehse 7 um den Anströmwinkel zur ck. WÏhrend der folgenden halben Umdrehung der Drehachse 2schwingtdieAchse 7 nochmals hin und lier, jedoch in entgegengesetzter Rich- tung. Die SchaufelflÏchen sämtlicher Flügel, z. B. als SchraubenflÏchen ausgebildet, sind zweckmϯig so geformt, da¯ die hydrauli schen Verluste und damit die die Drehbewegung hemmenden KrÏfte bei symmetrischer Anstromung die kleinsten sind, indem die Schaufeln in den zur Drehachse des Fliigels koaxialen Zylinderschnitten Tragfl gelprofile aufweisen.
Dadurch, da¯ sich das Schaufel paar 8 immer symmetrisch zur Str¯mung einstellen kann, werden die die Drehhewegung hemmenden Kräfte derart vermindert, dass die das zulässige Mass überschreitende Abweichung vom Sollwert der Drehgeschwindigkeit des Flügels erst bei grosseren hydraulischen Anstellwinkeln von etwa 40 bis 45 in Erscheinung tritt.
An Stelle eines cinzigen Schaufelpaares 8 mit Achse 7 können natürlich aueh mehrere Schaufel paare und Achsen verwendet werden, wobei die einzelnen Sehaufelpaare und Achsen voneinander unabhängig beweglich sein müssen und je nach Konstruktion in der gleichen oder in verseliiedenen, zur Drehachse 2 senkrechten Ebenen untergebracht werden.