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.
Flow meter.
The present invention relates to a flow meter with a rotor of the type used for measuring the amount of fluids.
The known flow meters have a considerable sewing part in that thrust bearings have to be provided for the rotor in order to absorb axial forces directed downstream. These thrust bearings are normally subject to undesired friction, heavy wear and tear, especially when the speed of the fluid flowing through is considerable. In addition, such bearings are easily clogged with foreign objects, so that they fail, i.e. the mech device has to be disassembled in order to be able to clean the bearings, or in more severe cases the bearings must be replaced.
One purpose of the present invention is to reduce these disadvantages.
The flow meter according to the present invention has a flow body rotatably mounted in a tubular body with moving blades, a shield being arranged in front of the upstream face of the flow body. The invention is characterized in that the flow body is axially displaceable in the tubular body within predetermined limits and has an upstream face which is located directly behind the downstream shield face and is larger than the shield face, such
that an edge ring of the upstream end face of the flow body protrudes over the shield edge and that the blades are axially movable with the flow body, the size of the protruding edge ring and the angular position of the blades are chosen so that the sum of the on the flow body and the forces acting downstream, caused by the static and dynamic pressure, are in equilibrium with the forces acting upstream on the rearward parts of the flow body, as a result of which no axial forces are transmitted from the bearing journals to the bearing bodies.
An embodiment of the subject invention is illustrated in the drawing, namely show:
Fig. 1 is a longitudinal section and
Fig. 2 is a perspective view of the longitudinal section of the same embodiment.
The flow meter has a tubular body 10 with an inlet end 10a and an outlet end 10b. A flow body 11, which can rotate and move axially within predetermined limits, is mounted in the tubular body 10. The storage consists of two bearing bodies 12 and 13, which serve to accommodate bearing pins 14 and 15, the latter being rigidly attached to the flow body or forming a single part with the flow body.
The bearing bodies 12 and 13 are each held in their position by three hollow, cylindrical metal supports, two of which are shown in FIG. 2, namely 16 and 17 or 118, 19. The axes of these three carriers are parallel to the direction of flow.
The flow body 11 has blades 210 by which it is set in rotation. The speed of rotation is a function of the flow rate.
The flow rate of the fluid is determined by the Ermit. the angular velocity of the rotating organ measured.
Along the flow body 11, the flow velocity is high in the tubular body 10 due to the cross-sectional constriction, while at the two ends of the flow body 11 the velocity is lower and the static pressure is higher due to the widening of the cross section. So that the flow body 11 can be kept at least approximately stationary in the tubular body only under the influence of the liquid pressures and without pressure bearings, a shield 21 is arranged on the upstream rotor end. The shield 21 is a conical Ro tation body with a hollowed-out bottom, which shield is rigidly connected to the bearing body 12.
The largest diameter of the shield 21 is slightly smaller than the diameter of the end face Ila of the flow body 11 directed against the flow. This creates an annular edge part 11c which projects radially outward over the shield 21. The force acting on the body 11 in the axial direction is the resultant end of the axial components of the forces that are generated by the static pressure and acting on the body.
The static pressure that prevails at point A acts on the entire front face of the body 11, that is to say the Ge sa reduced by the dynamic pressure. mtprint. Since the speed at point A is relatively high, the downstream axial force generated by the static pressure can be relatively small, i.e. smaller than the total of the axial forces acting on the rear part of the flow body in the opposite direction. The size of the ring edge and the angular position of the moving blades is now chosen so that the resulting upstream axial force generated by the liquid is equal to the axial forces acting on the moving blades.
As can be seen from the drawing, the part of the rotor immediately behind the shield has the largest diameter and tapers from this point in the direction of flow. It has proven advantageous to make the cross-sectional area of the flow body 11 converging between points 11c and 11d, on the one hand to reduce the weight of the flow body and on the other hand to create an area in which the blades 20 can rotate ,
that is, a range of lower flow velocity than that of the largest flow body diameter. In this area of lower flow velocity, the downstream resistance is correspondingly smaller. The flow body 11 can, however, also have an at least approximately uniform cross-sectional area, provided that it projects sufficiently far in the radial direction over the shield 21, for example as shown at 11c.
The flow body is arranged axially displaceably in the tubular body. This has proven to be expedient in order to avoid impacts as a result of the impact of the fluid through the tubular body, with this flow body being able to suddenly move back and forth.
It has already been mentioned that the downstream face of the conical shield 21 is hollowed out. If this end face were flat and thus at right angles to the pipe body axis, the rotational movement of the flow body 11 would be delayed as a result of the braking effect transmitted from this stationary end face by the liquid to the upstream side of the body.
If there were no edge surface 111c, the end face 11a would come to rest against the shield 21. However, the pressure on the annular surface 11a 'effects a force balance together with the other forces acting on it, as explained above, whereby the flow body 11 can be kept axially stationary under the influence of the forces caused by the fluid flow through the tubular body.
The speed of rotation of the flow body 11 and thus the amount flowing through it per unit of time can be measured by means of an electrical device known per se. This device has an im. Flow body-mounted ring magnet 23, which works electrically with a coil 24, which in turn is electrically connected to an electric tachometer or frequency meter 25. An alternating current can thus be generated in the coil 24, the frequency of which is a direct function of the rotor speed and can be measured by the instrument 25; the flow rate is therefore displayed by means of suitable display means 25a.
In operation, a fluid is usually passed through the tubular body 10 at high speed and the flow body 11 is held at least approximately in a certain position in the longitudinal axis of the tubular body by the resultant of the forces that tend to move the flow body downstream by the resultant of those Forces is balanced, which strives to displace the flow body upstream. The fluid drives the treads in 20 'and causes the flow body to rotate at a speed that is a function of the flow.
Since the diameter of the rotor blades is almost the same as the diameter of the tubular body channel, only a small amount of slip occurs and the speed of the flow body is largely proportional to the fluid flow.
The described flow meter according to the present invention enables large quantities of fluid to flow through a small opening in a given period of time, and to measure these quantities with high accuracy. This flow meter is of relatively simple construction, highly sensitive in operation, and does not require thrust bearings to accommodate upstream or downstream pressures.