Durchflu¯messer.
Die vorliegende Erfindung betrifft, einen Durchflussmesser mit Rotor, wie er f r die Mengenmessung von Fluida venvendet wird.
Die bekannten Durehflussmesser weisen einen beträehtliehen Naehteil auf, indem f r den Rotor Drueklager vorgesehen werden müssen zur Aufnahme von stromabwärts gerichteten Axialkräften. Diese Drueklager sind normalerweise einer unerwünschten Reibung, starker Abnützung und starkem Verschleiss unterworfen, insbesondere wenn die Geschwin- digkeit des durchströmenden Fluidums betrÏchtlich ist. Überdies werden solche Lager durch Fremdkörper leieht verstopft, so dass sie versagen, das heisst die Me¯vorrichtung auseinandergenommen werden muss, um die Lager reinigen zu können, oder in schwer wiegenderen Fällen müssen die Lager ersetzt werden.
Ein Zweck vorliegender Erfindnng besteht darin, diese Nachteile zu verringern.
Der Durchflu¯messer nach vorliegender Erfindung weist einen in einem Rohrkörper drehbar gelagerten Strömungskörper mit Laufsehaufeln auf, wobei vor der stromaufwärts gerichteten Stirnfläche des Stromungskörpers ein'Schild angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Stromungskorper im Rohrkorper innerhalb vorbestimmter Grenzen axial versehiebbar ist und eine stromaufwärts gerichtete Stirnfläche aufweist, die unmittelbar hinter der strom abwärts gerichteten Schildstirnfläche liegt und grosser ist als die Schildstirnfläehe, derart,
dass ein Randring der stromaufwärts gerichteten Stirnfläche des Strömungskörpers über den Schildrand vorsteht und dass die Lauf- schaufeln mit dem Strömungskörper axial be weglich sind, wobei die Grösse des vorstehenden Randringes und die Winkelstellung der Laufschaufeln so gewählt sind, dass die'Summe der auf den Strömungskörper und die Laufschaufeln stromabwärts wirkenden, durch den statischen und dynamischen Druck hervorgerufenen Kräfte im Gleichgewicht steht mit den auf die rückwärtigen Teile des Str¯mungskörpers stromaufwärts wirkenden KrÏften, wodurch von den Lagerzapfen auf die Lagerkörper keine axialen Kräfte übertragen werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung veran schaulicht, und zwar zeigen :
Fig. 1 einen Längsschnitt und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Längsschnittes der gleichen Ausführungsform.
Der Durchflussmesser weist einen Rohrkörper 10 auf mit einem Eintrittsende lOa und einem Austrittsende 10b. Im Rohrkör- per 10 ist ein Strömungskörper 11 gelagert, welcher sich dreben und innerhalb vorbestimmter Grenzen axial verschieben kann. Die Lagerung besteht aus zwei Lagerkörpern 12 und 13, die zur Aufnahme von Lagerzapfen 14 und 15 dienen, welch letztere starr am Strömungskörper befestigt sind oder mit dem Strömungskörper einen einzigen Teil bilden.
Die Lagerkörper 12 und 13 werden von je drei hohlen, zylindrischen Metallträgern in ihrer Stellung gehalten, von denen je zwei, nämlich 16 und 17 bzw. 118, 19 in Fig. 2, dargestellt sind. Die Achsen dieser drei Träger liegen parallel zur Strömungsrichtung.
Der Strömungskörper 11 weist Laufschau- feln 210 auf, durch die er in Rotation versetzt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit ist eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidums wird durch die Ermit. tlung der Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Organs gemessen.
Entlang des Strömungskörpers 11 ist im Rohrkörper 10 infolge der Querschnittsverengung die Strömungsgeschwindigkeit gross, während an den beiden Enden des Strömungs- körpers 11 die Geschwindigkeit infolge der Quersehnittserweiterung kleiner und der statische Druck grösser ist. Damit der Strö- mungskörper 11 nur unter dem Einfluss der Flüssigkeitsdrucke und ohne Drucklager im Rohrkörper wenigstens annähernd stationär gehalten werden kann, ist am stromaufwärts gerichteten Rotorende ein Schild 21 angeordnet. Der Schild 21 ist ein kegelförmiger Ro tationskörper mit einem ausgehöhlten Boden, welcher Schild starr mit dem Lagerkörper 12 verbunden ist.
Der grösste Durchmesser des Schildes 21 ist etwas kleiner als der Durchmesser der gegen die Strömung gerichteten Stirnseite Ila des Strömungskörpers 11. Dadurch entsteht ein ringförmiger Randteil llc, der radial nach aussen über den Schild 21 vorspringt. Die in axialer Richtung auf den Körper 11 wirkende Kraft ist die Resultie- rende der Axialkomponenten der durch den statischen Druck erzeugten, auf den Körper einwirkenden Kräfte.
Auf die ganze vordere 'Stirnfläche des Körpers 11 wirkt der statische Druck der am Punkt A herrscht, das heisst der um den Staudruck verminderte Ge sa. mtdruck. Da die Geschwindigkeit am Punkt A relativ gross ist, kann die durch den statischen Druck erzeugte stromabwärts weisende Axialkraft relativ klein sein, das heisst kleiner als die Gesamtheit der Axialkräfte, die auf den rückwärtigen Teil des Strömungskörpers in entgegengesetzter Richtung einwirken. Die Grösse des Ringrandes und die Winkelstellung der Laufsehaufeln ist nun so gewählt, dass die durch die Flüssigkeit erzeugte resultierende, stromaufwärts weisende Axialkraft gleich der auf die Laufsehaufeln wirkenden Axialkräfte ist.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt der unmittelbar hinter dem Schild ge ] egene Teil des Rotors den grössten Durch- messer und verjüngt sich von dieser Stelle aus in der'Strömungsrichtung. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Querschnitts- fläche des Stromungskorpers 11 zwischen den Punkten 11c und lld konvergierend zu machen, um einerseits das Gewicht des Stro- mungskorpers zu verkleinern und anderseits einen Bereich zu schaffen, in dem die Schau- feln 20 rotieren können,
das heisst einen Bereich von kleinerer Strömungsgeschwindig- keit als diejenige beim grössten Strömungs körperdurchmesser. In diesen Bereich kleinerer Strömungsgeschwindigkeit ist der stromabwärts gerichtete Widerstand entsprechend kleiner. Der Strömungskörper 11 kann aber auch eine wenigstens annähernd gleich- mässige Querschnittsfläehe aufweisen, vorausgesetzt, dass er genügend weit in radialer Richtung über den Schild 21 vorspringt, zum Beispiel wie bei llc gezeigt ist.
Der Strömungskörper ist im Rohrkörper axial verschiebbar angeordnet. Dies hat sieh als zweckmässig erwiesen, um Schläge zufolge der Stosswirkung des Fluidums durch den Rohrkörper zu vermeiden, wobei eine pl¯tzliche hin und her gehende Bewegung dieses Strömungskörpers eintreten kann.
Es ist schon erwähnt worden, dass die stromabwärts gerichtete Stirnseite des koni- schen Schildes 21 ausgehöhlt ist. Wäre diese Stirnseite eben und somit rechtwinklig zur Rohrkörperachse, so würde die Drehbewegung des Strömungskörpers 11 zufolge der von dieser stillstehenden Stirnseite durch die Flüssigkeit auf die stromaufwärts gelegene Wörperseite übertragene Bremswirkung ver zögert.
Wäre keine Randfläche 111c vorhanden, so würde die Stirnfläche lla gegen den Schild 21 zum Anliegen kommen. Der Druck auf die Ringfläehe 11a'bewirkt jedoch einen Kräfte- ausgleich zusammen mit den andern auf diese einwirkenden Kräften, wie oben dargelegt, wodurch der Strömungskorper 11 unter dem Einfluss der durch die Fluidumströmung durch den Rohrkörper hervorgerufenenKräfte axial stationär gehalten werden kann.
Die Drehgeschwindigkeit des Stromungs- korpers 11 und damit die pro Zeiteinheit durehströmende Menge kann mittels einer an sich bekannten elektrischen Vorrichtung gemessen werden. Diese Vorrichtung weist einen im. Strömungskorper montierten Ringmagnet 23 auf, der mit einer Spule 24 elektrisch zu sammenarbeitet, welch letztere wiederum mit einem elektrischen Tachometer oder Frequenzmesser 25 elektrisch verbunden ist. In der Spule 24 kann somit ein Wechselstrom erzeugt werden, dessen Frequenz eine direkte Funktion der Rotordrehzahl ist und durch das Instrument 25 gemessen werden kann ; der Durchfluss wird daher mittels geeigneter Anzeigemittel 25a angezeigt.
Im Betrieb wird ein Fluidum gewöhnlich mit hoher Geschwindigkeit durch den Rohr- korper 10 geleitet und der Strömungskorper 11 wenigstens annähernd in einer bestimmten Lage in der Rohrkorperlängsachse gehalten, indem die Resultierende der Kräfte, die den Strömungskorper stromabwärts zu verschieben bestrebt sind, durch die Resultierende derjenigen Kräfte ausgeglichen wird, die dem Strömungskorper stromaufwärts zu versehieben bestrebt ist. Das Fluidum treibt die Laufsehaufein20'anundlässt den Strömungskorper mit einer Geschwin cligkeit rotieren, die eine Funktion des Durchflusses ist.
Da der Durchmesser der Laufschaufeln nahezu gleich dem Durchmesser des Rohrkörperkanals ist, tritt nur ein ge ringer Schlupf ein, und die Drehzahl des Stro mungskorpers ist weitgehend proportional zum Fluidumdurchfluss.
Der beschriebene Durchflussmesser nach vorliegender Erfindung ermöglicht den Durchfluss von grossen Fluidummengen durch eine kleine ¯ffnung in einer gegebenen Zeitspanne, und das Messen dieser Mengen mit hoher Genauigkeit. Dieser Durchflussmesser ist von relativ einfacher Konstruktion, im Betrieb hochempfindlich und erfordert keine Drucklager zur Aufnahme von stromauf-oder stromabwärts gerichteten Drücken.