Rotations-Verdrängungsmaschine für Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotations Verdrängungsmaschine für Flüssigkeiten und insbesondere eine solche, welche zur Verwendung als Durchflussmessgerät geeignet ist. Die Maschine kann auch als Pumpe, Motor, Kompressor oder Ventilator Verwendung finden.
Durchflussmessgeräte für Flüssigkeiten besitzen eine grosse Zahl von Anwend'ungsmöglichkeiten. Eine solche Anwendung liegt auf dem Gebiet der Erdöl- produkte, wobei solche Messgeräte im Zusammenhang mit der Herstellung, dem Transport, der Raffinierung und dem Verkauf dieser Produkte verwendet werden. Messgeräte dieser Art werden auch für andere Flüssigkeiten verwendet, insbesondere für solche, welche in grossen Mengen hergestellt, gelagert, transportiert und gehandelt werden. Selbstverständlich ist es dabei notwendig und wünschenswert, dass solche Messgeräte über eine lange Betriebsdauer grosse Genauigkeit besitzen.
Rotations-Verdrängungsmessgeräte sind bekannt, welche genügende Genauigkeit aufweisen, jedoch ist deren Herstellung infolge der Ausbildung derselben relativ teuer. Es wurde versucht, die Kosten der Herstellung zu reduzieren, was aber in einem Verlust an Genauigkeit und in übermässigen Unterhaltsanforderungen und weiteren Nachteilen resultierte.
Eine der üblichen Ursachen für die Ungenauigkeit von bekannten Messgeräten besteht in einer Wirkung, welche als Kompression der Flüssigkeit oder im Ansaugen eines Vakuums durch das Messgerät bekannt ist. Bei der erstgenannten Wirkung wird die Flüssigkeit in einem Raum zwischen den Teilen des Messgerätes in solcher Weise gefangen, dass der genannte Raum kleiner wird, während sich die Teile durch einen bestimmten Betriebszyklus bewegen.
Demzufolge üben die Teile auf die Flüssigkeit eine Kompressionswirkung aus, welche in einer Pulsationswirkung des Messgerätes und in einem Energieverlust resultiert und wobei sich eine entsprechende Ungenauigkeit in der Messung der Flüssigkeit ergibt. Der Ausdruck Ansaugen eines Vakuums wird für eine Wirkung verwendet, welche derjenigen der Kom pression der Flüssigkeit entgegengesetzt ist. Dabei bewegen sich die Teile so, dass die Flüssigkeit durch eine Kammer bewegt wird, deren Inhalt während jedes Betriebszyklus zunimmt. Demzufolge haben die genannten Teile die Tendenz, innerhalb dieser Kammer ein Vakuum zu schaffen, womit ebenfalls ein stossartiger Durchfluss und eine Ungenauigkeit in der Messung hervorgerufen wird.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer Rotations-Verdrängungsmaschine, durch welche sich die vorerwähnten Nachteile vermeiden lassen. Die erfindungsgemässe Maschine, die ein Gehäuse mit ständig offenen Einlass-und Auslassöff- nungen, einem ersten Wandteil und einer Mehrzahl von zwischen den Einlass-und Auslassöffnungen angeordneten Dichtungswandteilen, eine Mehrzahl von im Gehäuse so drehbar gelagerten Verdrängungsroto- ren, um dichtend mit einer gleichen Zahl von Dich tungswandteilen zusammenzuwirken, wobei jeder der Verdrängungsrotoren ausgebildet ist, um über einen Teil seiner Umdrehung mit dem zugehörigen Dich tungswandteil zusammenzuwirken,
einen im Gehäuse drehbar gelagerten Dichtungsrotor, der wechselweise angeordnete konkave und konvexe Umfangsteile aufweist, wobei die konvexen Teile nacheinander dichtend mit dem ersten Wandteil und den Verdrän- gungsrotoren zusammenwirken und immer mindestens einer der konvexen Teile mit dem ersten Wandteil zusammenwirkt und wobei die konkaven Teile angeordnet sind, um sich von den Verdrängungsrotoren distanziert zu verdrehen, und Kupplungsmittel, über welche sich die Verdrängungsrotoren und der Dichtungsrotor in Wirkungsverbindung befinden und in einer vorbestimmten Phasenlage gleichzeitig verdreht werden, aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Verdrängungsrotor über einen solchen Bruchteil seiner Umdrehung mit dem zugehörigen Dichtungswandteil dichtend zusammenwirkt,
der der reziproken Zahl der vorhandenen Verdrängungsrotoren entspricht und nur während dieses Bruchteiles seiner Umdrehung gleichzeitig dichtend mit einem konvexen Teil des Dichtungsrotors zusammenwirkt, wobei einer der Verdrängungsrotoren nach dem andern gleichzeitig mit dem Gehäuse und einem konvexen Teil des Dichtungsrotors dichtend zusammenwirkt und wobei ein Verdrängungsrotor genau in dem Zeitpunkt in Dichtungslage gelangt, wenn sich ein anderer Ver drängungsrotor aus dieser Dichtungslage bewegt.
In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Rota tions-Verdrängungsmaschine dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Verdrängungs- messgerätes mit einem ausgebrochenen, im Schnitt dargestellten Teil,
Fig. 2 eine Stirnansicht des Messgerätes nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 1, in vergrössertem Massstab dargestellt,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch das Messgerät, in vergrössertem Massstab dargestellt, wobei der Zähl- mechanismus weggelassen ist,
Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie 5-5 in Fig. 4,
Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 5,
Fig.
7 bis 10 schematische Darstellungen entsprechend Fig. 5 in verkleinertem Massstab, welche die Hauptelemente des Messgerätes in den verschiedenen Stellungen während eines Betriebszyklus zeigen, und
Fig. 11 bis 14 schematische Darstellungen von vier weiteren Ausführungsformen.
Bei der in Fig. 1 bis 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt das Messgerät ein Gehäuse
10, das durch einen rohrförmigen Körper 20 und Stirnplatten 21 und 22 gebildet ist, welche am Körper 20 mittels Bolzen 23 zum Abschluss des Körpers befestigt sind. Das Gehäuse 10 umschliesst einen Hohlraum von annähernd dreiblättrigem Querschnitt, indem das Gehäuse drei zylindrische ge krümmte Dichtungswandteile 24, 25 und 26 aufweist.
Zwischen diesen ist eine Kammer 27, eine Einlass- kammer 28 und eine Auslasskammer 29 gebildet. Die Einlass-und Auslasskammern 28 bzw. 29 sind durch eine Öffnung 30 miteinander verbunden, welche in der dargestellten Ausführungsform relativ kurz ist.
Die Dichtungswandteile 25 und 26 sind so angeordnet, dass deren Längsmittelebenen sich in der Rotationsachse des weiter unten erwähnten Dichtungsrotors unter einem Winkel von 90 schneiden.
Das Gehäuse 10 ist mit Einlass-und Auslassstut- zen 35 bzw. 36 versehen, die mit den Einlass-und Auslasskammern 28 bzw. 29 über Einlass-und Aus lassöffnungen 37 bzw. 38 in Verbindung stehen, welche letzteren sich zwischen den gekrümmten Wandteilen 24 und 25 und zwischen den Wandteilen 24 und 26 befinden. Das Gehäuse 10 ist so ausgebildet, dass sich die Stutzen an einander gegenüberliegenden Stellen desselben befinden und annähernd in der gleichen Flucht liegen.
Der Durchgang durch das Gehäuse 10 vom Einlassstutzen durch die Kammern 28 und 29 zum Auslassstutzen 36 bildet wohl keine Gerade, jedoch weist dieser keine abrupten Richtungswechsel auf, und der Durchfluss der Flüssigkeit durch das Gehäuse kann demzufolge relativ gleichmässig geschehen, wie nachfolgend näher erläutert ist.
Innerhalb des Gehäuses 10 und konzentrisch zur Kammer 27 ist ein Dichtungsrotor 40 angeordnet, der mit an der Oberfläche verteilten, einander diametral entgegengesetzten konvexen bzw. konkaven Abschnitten 41 bzw. 42 versehen ist, wobei die Abschnitte 41 Dichtungsabschnitte bilden und die konkaven Abschnitte Vertiefungen 42a im Rotor 40 bilden. Die Abschnitte 41 erstrecken sich vorzugsweise je über 90 des Umfanges des Rotors, so dass die Vertiefungen 42a sich ebenfalls über je 90 erstrecken.
Der Dichtungsrotor 40 ist auf einer Welle 43 angeordnet, die sich durch Öffnungen 44 in den Stirnplatten 21 und 22 erstreckt und in den Kugellagern 45 gelagert ist, die in Sitzen 46 in den Stirnplatten 21 und 22 vorgesehen sind. Die Kugellager 45 (sowie auch die Lager der andern Rotoren, welche nachfolgend beschrieben sind) sind somit ausserhalb des Gehäuses 10 angeordnet und demzufolge nicht der Flüssigkeit ausgesetzt, welche durch das Messgerät fliesst.
Der Dichtungsrotor 40 besitzt solche Grösse, dass bei der Rotation desselben seine konvexen Umfangsabschnitte 41 dem gekrümmten Wandabschnitt 24 entlangstreichen, wobei das Spiel zwischen dem Rotor und diesem Wandabschnitt so klein ist, dass eine Flüs- sigkeitsdichtung entsteht. Der Umfangsbereich des Teils 24 ist mindestens so gross oder vorzugsweise etwas grösser als derjenige der Vertiefungen 42a, so dass jederzeit eine Dichtung zwischen dem Rotor 40 und diesem Wandteil erzielt wird. Der genannte Rotor verhindert somit jeden direkten Durchfluss von Flüssigkeit von der Einlassöffnung 37 durch die Kammer 27 in die Auslassöffnung 38.
Zum Zweck der Vergrösserung der Dichtungswirkung sind die konvexen Umfangsabschnitte 41 des Dichtungsrotors mit sehr kleinen Erhöhungen versehen (nicht dargestellt), welche sich parallel zur Achse des Rotors erstrecken und die zusammen mit der Wand 24 eine Labyrinthdichtung bilden. Bei der Verdrehung des Rotors erzeugen dabei die Erhöhungen in der im Spielraum zwischen den Abschnitten 41 und der Wand 24 eine Turbulenz, welche einen eigentlichen Durchfluss von Flüssigkeit zwischen diesen Teilen 24 und 41 verhindert.
Der Rotor 40 kann in verschiedenen Arten her gestellt werden, jedoch besitzt derselbe vorzugsweise hohle Ausbildung, um dessen Gewicht und demzu folge auch dessen Massenträgheit zu verringern. Er kann beispielsweise aus Rohr hergestellt sein. Ein Rohr aus geeignetem Material kann beispielsweise entlang einer Axialebene entzweigeschnitten werden, wodurch zwei halbzylindrische Teile entstehen. Diese beiden halbzylindrischen Teile, welche die konkaven Abschnitte 42 des Rotors bilden sollen, werden mit der Welle 43 in diametral versetzter Lage verschweisst und auf die vorbestimmte Grösse abgedreht, wobei die Randteile der halbzylindrischen Abschnitte entfernt werden. Ein entsprechendes Rohr wird darauf über diese nicht mehr ganz halbzylindrischen Teile geschoben und an diesen durch Punktschweissung befestigt.
Das Rohr wird darauf in Längsrichtung aufgeschnitten, um diejenigen Teile zu entfernen, welche den Abschnitten 42 gegenüberliegen bzw. sich zwischen den Kanten dieser Teile erstrecken. Der Rotor wird darauf auf seinen endgültigen Durchmesser abgedreht.
Das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung des Rotors erlaubt die Verwendung von rostfreiem Stahl zur Herstellung desselben, was sich für Mess- geräte für korrosive Flüssigkeiten als sehr vorteilhaft gezeigt hat. tXberdies werden somit keine Gussteile benötigt, um den Rotor herzustellen, und die Bearbeitung desselben ist sehr einfach. Es ist auch nicht not wendig, denselben zu härten. Zweckmässigerweise wird auch die Welle 43 des genannten Rotors, wie übrigens auch alle andern nachbeschriebenen Wellen, aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Da alle Umfangsabschnitte, nämlich die Abschnitte 41 und die Abschnitte 42, sich je über einen Bogen von 90 erstrecken und da dieselben paarweise einander diametral entgegengesetzt sind, ist der Rotor sowohl statisch als auch dynamisch ausbalanciert.
Der Dichtungsrotor 40 ist vorzugsweise an seinen beiden Enden offen und immer mit Flüssigkeit gefüllt. Demzufolge besteht zwischen dem Innern des Dichtungsrotors und dem Innern des Gehäuses kein Druckunterschied, so dass der Flüssigkeitsdruck innerhalb des Messgerätes iiberall derselbe ist.
In der Einlasskammer 28 ist ein Verdrängungs- rotor 50 vorgesehen, der eine Welle 51 und eine Schaufel 52 aufweist. Die Welle 51 ist in Lagern 53 ähnlich den vorbeschriebenen Lagern 45 abgestützt, welche Lager in den Stirnplatten 21 und 22 vorgesehen sind. Die Welle 51 ist mit einem in Achsrichtung verlaufenden Schlitz 54 versehen, in welchen die Schaufel 52 eingepasst ist und in welchem dieselbe mittels Schrauben 55 gesichert ist. Der Schlitz 54 kann bis in die Lagerflächen der Welle verlaufen.
Die Schrauben 55 erstrecken sich durch Schlitze 65 in der Schaufel 52, wodurch die letztere in radialer Richtung bezüglich der Welle 51 justiert werden kann.
Der Verdrängungsrotor 50 ist so angeordnet, dass derselbe um eine Achse rotiert, welche konzentrisch zur Wand 25 der Einlasskammer 28 verläuft, so dass die Dichtungsoberfläche R der Schaufel 52 die Wand 25 bestreicht, wobei zwischen den beiden Teilen nur ein geringer Abstand vorhanden ist. Die äussere Flä- che R und die Stirnkanten 58 (Fig. 6) sind mit in Längsrichtung verlaufenden Erhöhungen oder Rippen (nicht dargestellt) versehen, die zusammen mit den Wänden der Einlasskammer 28 Labyrinthdichtungen bilden. Die Wand 25 erstreckt sich über einen Bereich von angenähert 180 (vorzugsweise genau 180 ), wobei die Oberfläche R des Verdrängungsrotors angeordnet ist, um über den vollen Bereich der Wand 25 dichtend mit dieser zusammenzuwirken.
Ein zweiter Verdrängungsrotor 60 ist in der Aus lasskammer 29 angeordnet und besitzt eine dem Ver drängungsrotor 50 ähnliche Ausbildung. Der Ver drängungsrotor 60 weist eine Welle 61 und eine Schaufel 62 auf, welche ausgebildet ist, um die Wand 26 der Auslasskammer 29 mit geringem Abstand zu bestreichen. Die Schaufel 62 ist in der Welle 61 mittels Schrauben 65 gesichert. Wenn die Rotoren 50 und 60 installiert sind, ist die Welle 61 so eingestellt, dass deren Schrauben 65 bezüglich den Schrauben 55 in der Welle 51 um 90 versetzt sind.
Die Durchmesser der Wellen 51 und 61 sind so gewählt, dass beide der Bahn der Abschnitte 41 des Dichtungsrotors 40 nahe benachbart sind, um zwischen den Wellen 51 und 61 einerseits und den Um fangsabschnitten 41 anderseits in den entsprechenden Lagen der letzteren Flüssigkeitsdichtungen zu bilden.
Die Wellen 51 und 61 sind vorzugsweise mit in Längs- richtung verlaufenden kleinen Erhöhungen (nicht dargestellt) versehen, die ebenfalls Labyrinthdichtungen bilden. Die Oberflächen S der Wellen 51 und 61, welche mit dem Dichtungsrotor 40 zusammenwirken, sind selbstverständlich genau zylindrisch und konzentrisch zur Rotationsachse der Welle. Die Dich tungsfläche S erstreckt sich beidseitig der Längsmit- telebene durch den Verdrängungsrotor um je einen gleichen Betrag.
Diese Dichtungsfläche erstreckt sich überdies über einen Bereich, der demjenigen der zugehörigen Verdrängungskammer entspricht, demzufolge bei der in Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungs- form um 180 . Die Oberfläche T jedes Verdrängungs- rotors, an welcher die Flüssigkeit zur Ausübung einer Verdrängungskraft wirksam ist und welche als Ver drängungsoberfläche bezeichnet werden kann, ist durch die Dichtungsoberfläche S an der Welle und die äussere Dichtungsoberfläche R an der Schaufel begrenzt. Auf die Oberflächen R oder S wird von der Flüssigkeit keine Verdrängungskraft ausgeübt.
Es ist klar, dass der Rotor auch andere als die dargestellte Form besitzen könnte. Es ist jedoch wichtig, dass jeder der Rotoren eine innere Dichtungsfläche S besitzt, die wie beschrieben und gezeigt angeordnet und ausgebildet ist, und dass jeder Rotor eine äussere Dich tungsfläche R besitzt, die relativ schmal ist, wobei sich zwischen den beiden Dichtungsflächen eine Verdrän- gungsfläche erstreckt, deren Ausbildung die Aufrechterhaltung eines Spieles 57 (Fig. 5) zwischen derselben und dem Dichtungsrotor gewährleistet, um keine Flüssigkeit einzuschliessen und in der Flüssigkeit keine zu starke Turbulenz zu erzeugen.
Die Erhöhungen oder Rippen (nicht dargestellt), welche an den verschiedenen Dichtungsflächen wie beschrieben vorgesehen sein könnten, besitzen der auszumessenden Flüssigkeit bzw. deren Viskosität entsprechende Grösse, jedoch sollten dieselben genügend klein sein, um trotz Erzeugung von Turbulenz eine Beeinträchtigung der Messfunktion zu vermeiden.
Es hat sich gezeigt, dass zur Ausmessung von leichten Erdölprodukten vorzügliche Resultate mit Erhöhun- gen bzw. Vertiefungen von ungefähr 1, 6 mm Tiefe und angenähert 0, 8 mm Breite erzielt wurden. Die Vertiefungen 42a im Dichtungsrotor, welche durch die konkaven Umfangsabschnitte 42 definiert sind, werden genügend tief gemacht, um das Bestreichen derselben durch die Verdrängungsschaufel 52, 62 zu erlauben.
Vorzugsweise ist das Spiel zwischen der Schaufelfläche R und den konkaven Abschnitten ge nügend gross, um ein Zurückfliessen der Flüssigkeit ohne übermässige Behinderung zu erlauben, das heisst ein Durchfliessen der Flüssigkeit durch den Zwischenraum zwischen Verdrängungsrotor und Dichtungsrotor, wenn die Schaufel des ersteren eine Vertiefung des letzteren bestreicht. Beispielsweise kann in der in Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform ein Spiel vorgesehen sein, das bis zu 50 0/o der Distanz zwischen der Achse des Verdrängungsrotors und der äusseren Dichtungsfläche R beträgt.
Die konkaven Abschnitte 42 können jegliche Form aufweisen, die ein genügendes Spiel für die Schaufeln 52, 62 ge währleisten. Die Vertiefungen sind vorzugsweise kreisförmig im Querschnitt, da dies den gedrängtesten Aufbau ermöglicht.
Der Dichtungsrotor 40 und die Verdrängungs- rotoren 50 und 60 stehen zusammen in Antriebsverbindung, so dass dieselben gleichzeitig und mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit rotieren, wobei dieselben auch in einer vorbestimmten Winkel-bzw.
Phasenlage gehalten werden. Der Dichtungsrotor dreht sich halb so schnell wie die Verdrängungsroto- ren, welche beiden untereinander die gleiche Ge schwindigkeit aufweisen. Zu diesem Zweck sind Zahnräder 70 und 71 auf den über die Stirnplatte 22 herausragenden Enden der Wellen 51, 61 vorgesehen.
Ein angetriebenes Rad 72 ist am entsprechenden Ende der Welle 43 angebracht, wobei die drei vorgenannten Zahnräder 70, 71 und 72, wie in Fig. 3 dargestellt, miteinander in Eingriff stehen. Die Zahnräder sind gegen Verdrehung bezüglich deren Wellen mittels Muttern 73 und Sicherungsscheiben 74 gehalten, wobei ein Teil 75 jeder Sicherungsscheibe in das zugehörige Zahnrad eingreift, während ein abgebogener Ansatz 76 an einer Seitenfläche der Mutter 73 anliegt (Fig. 4).
Die in der Stirnplatte 21 angeordneten Lager sind durch eine Deckplatte 80, und die in der Stirnplatte 22 vorgesehenen Lager sowie auch die Wellenenden und die durch dieselben getragenen Zahnräder sind durch eine Deckplatte 81 abgeschlossen, welche beiden Deckplatten mittels Schrauben 82 am Körper 20 befestigt sind.
Die Lager können dadurch geschmiert werden, dass die Zwischenräume zwischen den Deckplatten und den Stirnplatten mit einer geeigneten Schmierflüssigkeit gefüllt werden, wobei auf beiden Seiten des Lagers der gleiche Flüssigkeitsdruck aufrechterhalten werden kann. Anderseits kann in jeder Stirnplatte zum Druckausgleich eine kleine Offnung vorgesehen sein.
Eine Welle 85 (Fig. 4) ist in einem abgedichteten Lager 86 abgestützt und steht mit der Welle 43 des Dichtungsrotors in Antriebsverbindung. Die Welle 85 ist über eine Schnecke 87, ein Schneckenrad 88 und eine Welle 89 mit einem Zähler 90 von handelsübli- cher Ausbildung verbunden (Fig. 1 und 2), wobei diese Antriebsteile in einem an der Deckplatte 81 befestigten Gehäuse 91 eingeschlossen sind. Ein Justierglied 92 ist am Gehäuse 91 befestigt und trägt seinerseits den Zähler 90. Das Gehäuse 91 kann mit einer Markierung von geeigneter Teilung bezüglich des Mess- gehäuses beziehungsweise um die Achse der Zäh- lerwelle versehen sein. Ebenso kann der Zähler 90 bezüglich des Gehäuses 91 einstellbar sein.
Der Zäh- ler 90 ist bestimmt, die Umdrehungen des Dichtungsrotors zu messen, die in einem vorbestimmten festen Verhältnis zu den Umdrehungen der Verdrängungs- rotoren stehen und dadurch die durch den Apparat fliessenden Volumeneinheiten anzeigen. Der Zähler 90 ist wie üblich ausgebildet, um die Flüssigkeitsmenge in Volumeneinheiten oder Gewichtseinheiten anzugeben, wie zum Beispiel Gallonen oder Liter oder Pfund oder Kilogramm.
Wenn das Messgerät zum Ausmessen von Flüssig- keit verwendet werden soll, werden Auslass-und Ein lassüberleitung 94 und 93 (Fig. 2) an die Flüssig- keitsleitung angeschlossen.
Die Strömung der Flüssigkeit durch das Messgerät erzeugt eine Verdrängung der Schaufeln der Rotoren 50 und 60 bzw. eine Verdrehung derselben, und da jeder derselben mit dem Dichtungsrotor 40 in Antriebsverbindung steht, wird derselbe mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Verdrängungsrotoren angetrieben. Die Winkellage zwischen dem Verdrän- gungsrotor und dem Dichtungsrotor wird während der ganzen Betriebszeit des Messgerätes aufrechterhalten. Zu Beschreibungszwecken wird angenommen, dass ein Zyklus des Messgerätes aus einer Umdrehung des Dichtungsrotors besteht.
Die Fig. 7 bis 10 stellen schematisch vier verschiedene Lagen der Rotoren bei der Beschreibung eines halben Zyklus dar. In der in Fig. 8 gezeigten Lage befindet sich der Einlassrotor 50 in Dichtungsoder Arbeitsstellung und wirkt somit sowohl mit dem Dichtungsrotor 40 als auch mit der Wand der Ein lasskammer 28 dichtend zusammen, so dass die Ein lassöffnung 37 von der Kammer 28 abgeschlossen ist.
Gleichzeitig befindet sich der Verdrängungsrotor 60 ebenfalls in Dichtungslage und schliesst im Zusammenwirken mit dem Dichtungsrotor und mit der entsprechenden Gehäusewand die Kammer 29 von der Auslassöffnung 38 ab. Es ist ersichtlich, dass in der Dichtungslage der Rotoren zwischen Endlagen drei Dichtungen gebildet werden, nämlich eine zwischen dem Verdrängungsrotor und dem Gehäuse, eine weitere zwischen dem Verdrängungsrotor und dem Dichtungsrotor und eine dritte zwischen dem Dichtungsrotor und dem Gehäuse. Die durch das Messgerät fliessende Flüssigkeit veranlasst demzufolge den Ein lassrotor 50, sich innerhalb der Einlasskammer 28 zu verdrehen (Fig. 9), wobei die vor der Schaufel 52 befindliche Flüssigkeit durch die Passage 30 in die Kammer 29 und zum Auslass 36 fliesst.
Der Rotor 40 wird hierbei in eine Stellung verdreht, in welcher derselbe zur Aufnahme der Rotorschaufel 52 bereit ist (Fig. 10), wonach sich die Schaufel über die Lage nach Fig. 7 in die in Fig. 8 dargestellte Lage begibt, in welcher eine Umdrehung des Verdrängungsrotors 50 oder ein halber Zyklus des Messgerätes ausgeführt ist.
Der Rotor 60 ist bezüglich des Rotors 50 um 90 versetzt. Infolge dieser Versetzung befindet sich der Rotor 60 in einer Lage, in welcher die Auslasskammer 29 abgeschlossen wird, wenn der Einlassrotor die Kammer 28 (Fig. 8) abschliesst, und öffnet die Aus lasskammer, wenn sich der Einlassrotor in der Einlass- kammer verdreht. Während der vorgenannten Verdrehung des Einlassrotors bewegt sich der Auslassrotor mit dessen Schaufel 62 an der Auslassöffnung 38 vorbei und verbindet dieselbe mit der Auslassöffnung 29, worauf sich die Schaufel des Rotors 60 in eine Vertiefung im Dichtungsrotor (Fig. 9) bewegt und sich in diesem verdreht, währenddem der Einlassrotor die Wand der Kammer 28 bestreicht.
Die Schaufel des Auslassrotors 60 bewegt sich darauf über die Verbindungspassage 30 (Fig. 10) und bestreicht darauf die Wand der Auslasskammer (Fig. 7), bis derselbe wieder in der Stellung gemäss Fig. 8 angelangt ist. Die Relativlage der Kammerwände der Verdrängungsroto- ren und des Dichtungsrotors ist so gewählt, dass die Dichtung zwischen jedem Verdrängungsrotor und dem Dichtungsrotor gleichzeitig mit der Dichtung zwischen der Schaufel dieses Verdrängungsrotors und der Wand am Einlassende der entsprechenden Kammer erstellt wird.
In gleicher Weise wird die Dichtung zwischen jedem Verdrängungsrotor und dem Dichtungsrotor gleichzeitig mit der Dichtung zwischen der Schaufel des Verdrängungsrotors und der Wand am Auslassende der zugehörigen Kammer aufgehoben. Die Verdrängungsrotoren befinden sich somit nacheinander in dichtendem Zusammenwirken mit dem Dichtungsrotor und mit dem Gehäuse wäh- rend einer halben Umdrehung derselben oder wäh- ren einer Verdrängungs - oder Arbeits -Phase.
Während des übrigen Teiles einer Verdrehung sind sie sowohl vom Gehäuse wie auch vom Dichtungsrotor distanziert und befinden sich in ihrer unwirksamen oder Rückkehrp-Phase. Es ist ersichtlich, dass während der Bewegung eines Verdrängungs- rotors durch dessen Verdrängungsphase der andere Rotor sich durch dessen Rückkehrphase bewegt.
Die relative Lage der Bohrungen für die Schrauben 55 und 65 in den Verdrängungsrotoren ist so gewählt, dass zwischen einem Verdrängungsrotor und dem Dichtungsrotor eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet wird. Es ist klar, dass der Oberflächen- teil jeder Welle, in welcher die Bohrung gebildet ist, eine Unterbrechung erfährt, so dass die Dichtung zwischen diesem Oberflächenteil und dem Mantel d'es Dichtungsrotors nicht vollständig ist.
Durch die gewählte Anordnung befindet sich jedoch immer dann, wenn ein mit einer Bohrung versehener Ober flächenteil der Welle des einen Verdrängungsrotors mit dem Dichtungsrotor zusammenwirkt, der andere Verdrängungsrotor in einer Lage, in welcher derselbe mit einer ununterbrochenen Oberfläche mit dem Dichtungsrotor dichtend zusammenwirkt. Demzufolge ist in keinem Moment des Operationszyklus eine Stellung vorhanden, in welcher beide unterbrochenen Oberflächen der Verdrängungsrotoren dichtend mit dem Dichtungsrotor zusammenwirken, und demzufolge ist auch ein Entweichen von Flüssigkeit zwischen diesen Oberflächen und dem genannten Rotor auf ein Minimum beschränkt.
Während des zweiten halben Zyklus des Mess- gerätes führen die beiden Rotoren 50 und 60 eine weitere volle Umdrehung aus, währenddem der Dichtungsrotor 40 seine Umdrehung beendet. Wäh- rend der zweiten Umdrehung bzw. der zweiten Hälfte des Zyklus arbeiten die Verdrängungsroto- ren mit anderen Vertiefungen des Dichtungsrotors zusammen als während der ersten Hälfe des Zyklus, jedoch ist die Wirkungsweise im übrigen die gleiche.
Während jedes halben Zyklus des Messgerätes schliesst der Einlassrotor zuerst die Einlasskammer und bestreicht dieselbe, um eine Flüssigkeitsmenge zu verdrängen, welche dem wirksamen Volumen dieser Kammer gleich ist, das heisst dem Volumen der Kammer zwischen den beiden Extremstellungen des Verdrängungsrotors 50 beim Bestreichen derselben (Fig. 8 bzw. Fig. 10). Während dieser Bewegung des Einlassrotors ist die Auslasskammer offen, um den Auslass einer entsprechenden Menge von Flüssigkeit aus dem Messgerät zu erlauben. Darnach bestreicht der Auslassrotor die Auslasskammer, um eine dem wirksamen Volumen derselben entsprechende Flüs- sigkeitsmenge zu verdrängen, wodurch ein halber Operationszyklus des Gerätes beendet wird.
Es ist deshalb ersichtlich, dass während jedes halben Zyklus eine Flüssigkeitsmenge verdrängt wird, die dem zweifachen wirksamen Volumen der Einlasskammer oder der Auslasskammer entspricht, da deren wirksame Volumen die gleichen sind. Da jede Schaufel die zugehörige Kammer während eines vollen Zyklus des Messgerätes (das heisst einer vollen Umdrehung des Dichtungsrotors) zweimal bestreicht, entspricht die verdrängte Flüssigkeitsmenge während eines vollen Zyklus dem vierfachen effektiven Volumen einer solchen Kammer.
Durch das beschriebene Messgerät wird die in demselben verdrängte Flüssigkeit während jeder vol len Umdrehung des Richtungsrotors bzw. jedes Zyklus genau bemessen. Die Rotation des Blockierungsrotors 40 wird durch das Getriebe 87, 88, die Welle 89 und das Justierglied 92 auf den Zähler 90 über- tragen. Der Zähler zählt, wie vorerwähnt, die Zahl der Umdrehungen bzw. zeigt dieselben an, jedoch vorzugsweise in Volumen-oder Gewichtseinheiten, welche während der gezählten Umdrehungen verdrängt werden.
Das Messgerät kann für verschiedene Verwendungszwecke in einer grossen Zahl von verschiedenen Grössen hergestellt werden. Zur Messung von leichten Erdölprodukten wurden vorzügliche Resultate mit einer Ausführungsform entsprechend der vorbeschriebenen gemacht, wobei der Radius der Ver drängungsrotoren, bis zur Schaufelfläche R gemessen, 35 mm betrug und wobei der Durchmesser des Dichtungsrotors 82 mm war. Die Länge der verschiedenen Kammern betrug etwa 100 mm. Das Mess- gerät hatte eine Verdrängung pro Zyklus von 720 cm3, so dass bei einer Drehzahl von 375 U/min des Dichtungsrotors ein Volumen von 270 Liter pro Minute verdrängt wurde. Das Messgerät kann allerdings auch für Verdrängungen von 5-70 000 Liter pro Minute gebaut werden.
Das beschriebene Messgerät lässt sich jedoch nicht nur zur Ausmessung von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität verwenden, sondern kann auch für solche von hoher Viskosität, wie zum Beispiel für Schwer öle, angewendet werden.
Bei einem Messgerät der oben beschriebenen Grösse darf das Spiel zwischen den relativ beweglichen Teilen bei einer Flüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 40 Saybolt Sekunden (Universal) ungefähr 0, 00375 mm betragen.
Während die bevorzugte eine Ausführungsform des Messgerätes gemäss Fig. 1 bis 10 mit zwei Ver drängungsrotoren und einem Dichtungsrotor mit zwei Vertiefungen versehen ist, können auch eine grössere Zahl von Verdrängungsrotoren zusammen mit einem Dichtungsrotor verwendet werden, welcher eine entsprechende Zahl von Vertiefungen aufweist. Anderseits kann der Dichtungsrotor auch eine grössere oder kleinere Zahl von Vertiefungen besitzen, als Verdrän- gungsrotoren vorgesehen sind. In den Fig. 11 bis 14 sind solche Ausführungsformen dargestellt.
Nachfolgend sind die hauptsächlichsten wesentlichen Merkmale der Konstruktion niedergelegt, auf welchen das beschriebene Messgerät basiert und welche auch für weitere Ausführungsformen Geltung haben. Diese sind wie folgt :
1. Alle Dichtungskontakte zwischen a) den Verdrän- gungsrotoren und dem Gehäuse, b) den Verdrän- gungsrotoren und dem Dichtungsrotor, c) dem
Dichtungsrotor und dem Gehäuse (mit Ausnahme derjenigen zwischen den Rotoren und den Ge häuse-Stirnwänden) finden an zylindrischen Ober flächen und konstanten Radien statt.
2. Mit Ausnahme der ständig erhaltenen Dichtungen zwischen den Rotoren und den Gehäuse-Stirn- wänden werden jeweils zwischen Endlagen nur drei Dichtungen aufrechterhalten, wobei diese
Dichtungen jeweils gleichzeitig gewechselt werden, so dass bei der Bildung einer Dichtung zwischen dem Verdrängungsrotor und dessen Kammer wei tere Dichtungen zwischen dem gleichen Verdrän- gungsrotor und dem Dichtungsrotor und zwischen letzterem und dem Gehäuse gebildet werden.
3. Die Zahl (D) der Verdrängungsrotoren entspricht der Zahl (C) der Verdrängungskammern.
4. Der totale Winkelbereich aller Verdrängungskam- mern entspricht 360 , und demzufolge ist der Win kelbereich (a) jeder Verdrängungskammer gleich 360 dividiert durch durch Zahl Zahl der Kammern.
5. Der Winkel (2) zwischen den Achsen von benach barten Verdrängungsrotoren bezüglich der Achse des Dichtungsrotors ist gleich 360 dividiert durch die Zahl B der Vertiefungen im Dichtungsrotor, abzüglich dem Winkel (fol) eines konvexen Segmen tes (Dichtungsoberfläche) der Oberfläche des Dich tungsrotors.
6. Der Winkelbereich (fol) jeder Dichtungsfläche am
Dichtungsrotor ist gleich 360 dividiert durch das
Produkt aus der Zahl B der Vertiefungen im Dich tungsrotor und der Zahl D der Verdrängungs- rotoren.
7. Der Winkelbereich (@) der Oberfläche an jedem Verdrängungsrotor, welche mit dem Dichtungs rotor dichtend zusammenwirkt, entspricht dem
Winkelbereich (a) des Dichtungskontaktes zwi schen dem Verdrängungsrotor und dem Gehäuse.
8. Der Winkelbereich ((fi) der Oberfläche am Ge häuse, welche dichtend'mit dem Dichtungsrotor zusammenwirkt, muss mindestens so gross sein wie der Winkelbereich (A) einer Vertiefung im Dich tungsrotor.
9. Alle Vertiefungen im Dichtungsrotor besitzen einen gleichen Winkelbereich und sind gleichmässig über die Oberfläche des Dichtungsrotors verteilt.
Bei der Anwendung der vorerwähnten Konstruktionsprinzipien auf die Ausführungsform gemäss Fig. 1 bis 10 zeigt sich, dass zwei Verdrängungsrotoren und eine gleiche Zahl von Verdrängungskammern vorgesehen sind, dass der Winkelbereich (a) jeder Ver drängungskammer 360 /2 oder 1809 beträgt, dass der Winkel (s) zwischen benachbarten Verdrängungs- rotoren 360 /2 minus 360 /2 X 2 oder 90O ist, dass der Winkelbereich (, B) jeder Dichtungsoberfläche am Dichtungsrotor 3600/2 X 2 oder 90ç) beträgt, dass der Winkelbereich (e))
der Dichtungsoberfläche an jedem Verdrängungsrotor 180 ist und dass der Winkelbereich (0) der Gehäuseoberfläche, welche dichtend mit dem Dichtungsrotor zusammenwirkt, 90 beträgt.
In gewissen Fällen kann das Verhältnis 360 360
B B. D einen Wert ergeben, der für alle praktischen Grössen des Messgerätes Interferenz zwischen Rotoren er geben würde. In solchen Fällen ist es notwendig, den
0 Ausdruck B mit einem ganzzahligen Faktor, gro- sser als 1, z. B. 2, zu multiplizieren, um einen Wert für zu erhalten, der eine praktische Ausführung des Messgerätes erlaubt.
Die Ausführungsformen gemäss den Fig. 11 bis 14 sind schematisch dargestellt. Sie sind alle der Aus führungsform gemäss Fig. 1 bis 10 generell ähnlich, jedoch sind diese geänderten Ausführungsformen mit unterschiedlichen Anzahlen von Verdrängungsroto- ren oder unterschiedlichen Zahlen von Vertiefungen im Dichtungsrotor versehen, oder beides, und die Gehäuse sind unterschiedlich ausgebildet und gewisse Teile unterschiedlich proportioniert und entsprechend angeordnet. In Fällen, wo eine grössere Zahl von Ver drängungsrotoren vorgesehen ist, sind natürlich entsprechende Zahnräder (nicht dargestellt) vorhanden.
In allen geänderten Ausführungsformen sind zwei öffnungen, nämlich eine Einlass-und eine Auslass- öffnung, vorgesehen, und die Verdrängungskammern sind in Serie zwischen diesen Öffnungen angeordnet.
Es ist nur ein Dichtungsrotor vorhanden, der mit einer Gehäusefläche zwischen den zwei Öffnungen dichtend zusammenwirkt.
Das in Fig. 11 dargestellte Messgerät besitzt ein Gehäuse 110 mit einer Einlassöffnung 138 und einer Auslassöffnung 137, zwei Verdrängungskammern 128 und einen Gehäusewandteil 124. Im Gehäuse 110 sind zwei Verdrängungsrotoren 150 angeordnet, deren Schaufeln dichtend mit den Wänden der Verdrän- gungskammern 128 zusammenwirken bzw. dieselben bestreichen. Im Gehäuse 110 ist ebenfalls ein Dichtungsrotor 140 drehbar gelagert, der drei Vertiefungen 142 aufweist und ausgebildet ist, um in diesen Vertiefungen die Verdrängungsrotoren aufzunehmen, und welcher drei Dichtungsabschnitte 141 besitzt, die dichtend mit der Wand 124 und mit den Verdrängungsrotoren zusammenwirken.
Die drei Rotoren sind untereinander durch Zahnräder (nicht dargestellt) verbunden, um gemeinsam in einer vorbestimmten Phasenlage verdreht zu werden, wodurch die Verdrängungsrotoren nacheinander und einzeln dichtend mit dem Gehäuse und gleichzeitig mit dem Dichtungsrotor zusammenwirken. Die Funktionsweise dieses Messgerätes ist ähnlich derjenigen des Mess- gerätes nach der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform. Die Drehzahl des Dichtungsrotors ist bezüglich derjenigen der Verdrängungsrotoren so gewählt, dass jeder der letzteren dichtend mit jeder der Dichtungsoberflächen 141 zusammenwirkt und darauf in die folgende Vertiefung 142 eintritt.
Aus Fig. 11 ist ersichtlich, dass der Winkelbereich jeder Verdrängungskammer 180 beträgt, dass der Winkel zwischen benachbarten Verdrängungsrotoren ebenfalls 180t'ist, dass der Winkelbereich der Wellendichtungsoberfläche an jedem Verdrängungsrotor ebenfalls 180 beträgt, dass der Winkelbereich der Dichtungsflächen am Dichtungsrotor 60 ist und dass der Winkelbereich der Dichtungsfläche am Gehäuse, mit welcher der Dichtungsrotor zusammenwirkt, wenigstens 60 ist.
Eine weitere Ausführungsform des Messgerätes ist in Fig. 12 gezeigt, welches ein Gehäuse 210 mit Einlass-und Auslassöffnungen 238 bzw. 237 besitzt, das überdies drei Verdrängungskammern 228 und eine Dichtungswand 224 hat. Im Gehäuse 210 sind drei Verdrängungsrotoren 250 angeordnet, deren Schaufeln zum Bestreichen der Wände der Verdrän- gungskammern 228 ausgebildet sind. Im Gehäuse 210 ist überdies ein Dichtungsrotor 240 drehbar gelagert, der drei zur Aufnahme der Schaufeln der Ver drängungsrotoren bestimmte Vertiefungen 242 und drei zum Zusammenwirken mit der Wand 224 und den Verdrängungsrotoren bestimmte Dichtungsabschnitte 241 aufweist.
Die vier Rotoren stehen über Zahnräder (nicht dargestellt) in Antriebsverbindung miteinander und werden in einer vorbestimmten Phasenlage miteinander verdreht, so dass die Ver drängungsrotoren nacheinander und einzeln mit dem Gehäuse und dem Dichtungsrotor dichtend zusammenwirken. Die Funktionsweise dieser Ausführungs- form ist ähnlich der in Fig. 1 bis 10 gezeigten bevorzugten Ausführungsform des Messgerätes. Die drei Verdrängungsrotoren bestreichen nacheinander die entsprechenden Kammern, wobei sich immer nur ein Rotor in der Arbeitsphase befindet, währenddem die beiden andern unwirksam sind. Die Dichtungen, welche jeder Verdrängungsrotor gleichzeitig mit dem Gehäuse und dem Dichtungsrotor bildet, sind untereinander die gleichen.
Aus Fig. 12 ist ersichtlich, dass der Winkelbereich jeder Verdrängungskammer 120 beträgt, der Winkel zwischen benachbarten Verdrän- gungsrotoren 80 ist, der Winkelbereich der Wellendichtungsfläche an jedem Verdrängungsrotor 120 beträgt, der Winkelbereich jeder Dichtungsfläche am Dichtungsrotor 40 beträgt und der Winkelbereich der Dichtungsfläche am Gehäuse, mit welcher der Dichtungsrotor zusammenwirkt, mindestens 80 sein muss.
Eine weitere Ausführungsform des Messgerätes ist in Fig. 13 dargestellt und besitzt ein Gehäuse 310 mit einer Einlassöffnung 338, einer Auslassöffnung 337, drei Verdrängungskammern 328 und einer Dichtungswand 324. Im Gehäuse 310 sind drei Verdrän- gungsrotoren 350 angeordnet, deren Schaufeln bei deren Drehung die Wände der Verdrängungskammern 328 bestreichen. Überdies ist im Gehäuse 310 ebenfalls drehbar ein Dichtungsrotor 340 vorgesehen, der zur Aufnahme der Schaufeln der Verdrängungsroto- ren vier Vertiefungen 342 aufweist und vier Dichtungsabschnitte 341 zum Zusammenwirken mit der Wand 324 und mit den Verdrängungsrotoren besitzt.
Die vier Rotoren stehen über Zahnräder (nicht dargestellt) miteinander in Antriebsverbindung und verdrehen sich deshalb gleichzeitig und in vorbestimmter Phasenlage, so dass dieselben nacheinander und einzeln mit dem Gehäuse und gleichzeitig mit dem Dichtungsrotor zusammenwirken. Die Wirkungsweise dieses Messgerätes ist ähnlich derjenigen nach der bevorzugten Ausführungsform gemäss Fig. 1 bis 10.
Aus Fig. 13 ist ersichtlich, dass der Winkelbereich jeder Verdrängungskammer 120 , der Winkel zwischen benachbarten Verdrängungsrotoren 60 , der Winkelbereich der Wellendichtungsfläche an jedem Verdrängungsrotor 120 , derjenige jeder Dichtungsfläche am Verdrängungsrotor 30 beträgt und derjenige der Dichtungsfläche am Gehäuse zum Zusammenwirken mit dem Dichtungsrotor mindestens 60 betragen muss.
Das in Fig. 14 gezeigte Messgerät besitzt ein Gehäuse 410 mit einer Einlassöffnung 438, einer Aus lassöffnung 437, drei Verdrängungskammern 428 und einer Dichtungswand 424. Im Gehäuse 410 sind drei Verdrängungsrotoren 450 drehbar angeordnet, deren Schaufeln die Wände der Verdrängungskammern 428 bestreichen. Ebenfalls drehbar ist im Gehäuse 410 ein Dichtungsrotor 440 vorgesehen, der mit zwei zur Aufnahme der Schaufeln der Verdrängungsrotoren bestimmte Vertiefungen 442 versehen ist und welcher zwei Dichtungsabschnitte 441 aufweist, welche mit der Wand 424 und mit den Verdrängungsrotoren dichtend zusammenwirken.
Die vier Rotoren stehen über Zahnräder (nicht dargestellt) in Antriebsverbindung miteinander, so dass die Verdrängungsrotoren nacheinander und einzeln dichtend mit dem Gehäuse und gleichzeitig mit dem Dichtungsrotor zusammenwirken. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform des Messgerätes ist ähnlich derjenigen des Messgerätes nach der bevorzugten Ausführungsform gemäss Fig. 1 bis 10.
Aus Fig. 14 ist ersichtlich, dass der Winkelbereich jeder Verdrängungskammer 120 , der Winkel zwischen benachbarten Verdrängungsrotoren 60 , der Winkelbereich der Wellendichtungsfläche an jedem Verdrängungsrotor 120 , derjenige jeder Dichtungsfläche am Dichtungsrotor 60 beträgt und derjenige der Dichtungsfläche am Gehäuse, die mit dem Dichtungsrotor zusammenwirkt, mindestens 120 betragen muss.
Da das Messgerät von der positiven Verdrängungs- art ist und ein Minimum an Trägheitsmoment der beweglichen Teile und überdies ein Minimum an stö- render Beeinflussung der Flüssigkeitsströmung durch dasselbe aufweist, ist der Druckverlust sehr klein und das Messgerät deshalb sehr genau. Da die Drehzahl des Dichtungsrotors relativ klein ist, nämlich ein Bruchteil derjenigen der Verdrängungsrotoren, ist das Antriebsmoment des Messgerätes relativ niedrig, da überdies zwischen den einzelnen Teilen nur minimale Reibung vorhanden ist, sind die Reibungsverluste des Gerätes sehr klein. Die Ausbildung und Anordnung der Teile ist überdies so, dass kein Schub in axialer Richtung erzeugt wird.
Infolge der Anordnung der Elemente ist weder eine Kompression vorhanden, noch wird beim Durchfluss der Flüssigkeit ein Vakuum erzeugt. Es entsteht deshalb keine stossweise Strömung, und die Verdrän- gung der Flüssigkeit ist während jedes Zyklus gleichmässig. Wenn sich der Einlassrotor bzw. dessen Schaufel aus der Vertiefung im Dichtungsrotor bewegt, ist diese Vertiefung nicht abgedichtet, sondern gegen die Einlasskammer offen, so dass durch die Bewegung der Rotorschaufel kein Vakuum entstehen kann. Wenn die Schaufel des Auslassrotors sich in die Vertiefung des Dichtungsrotors bewegt, ist diese gegen die Aus lasskammer offen, so dass infolge der Bewegung der Schaufel in der Vertiefung keine Kompression der Flüssigkeit möglich ist.
Diese Eigenschaften sind auch gewährleistet, wenn ein oder mehrere Verdrängungs- rotoren zwischen den Einlass-und Auslassrotoren angeordnet sind.
Die Ausbildung des Gehäuses und die Anordnung der Rotoren in der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 bis 10 gestattet Ein-und Auslassöffnun- gen von maximalem Durchflussquerschnitt. Uberdies ist infolge der Ausbildung eine gleichmässige Strö- mung der Flüssigkeit durch das Messgerät möglich, so dass derselben ein äusserst geringer Widerstand entgegengesetzt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 bis 10 sind die Einlass-und Auslassöffnungen an entgegengesetzten Seiten des Gehäuses angeordnet und liegen in einer gemeinsamen Flucht, was das Anschliessen an Leitungen erleichtert. Wenn anderseits die Verhältnisse dies wünschbar machen, kann das Messgerät mit Einlass-und Auslassanschlüssen versehen sein, die unterschiedliche Winkel bezüglich der bevorzugten Ausführungsform aufweisen.
Bei einer Ausführungsform mit zwei Verdrängungsrotoren, die je eine einzige Schaufel aufweisen, und mit einem Dichtungsrotor, der zwei Vertiefungen besitzt, wie dies in der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, können Verdrängungsrotoren mit Schaufeln von maximaler wirksamer Länge verwendet werden. Es ist deshalb eine maximale Verdrängung pro Umdrehung möglich. Die Messleistung des Gerätes ist dabei für jede gewünschte äussere Grösse relativ hoch. Bei jeder Drehung des Dichtungsrotors wird eine Flüssigkeitsmenge verdrängt, die dem vierfachen effektiven Volumen einer der Kammern entspricht.
Die Konstruktion des Messgerätes gestattet eine vollständige symmetrische Ausbildung, so dass dasselbe reversierbar ist, wodurch sich die Auslassöff- nung an die Zuführleitung und die Einlassöffnung an die Abführleitung anschliessen lässt und die Drehrich tung umgekehrt wird. Sofern das Messgerät mit einem normalen Zähler verwendet wird, muss dieser umgekehrt werden, um eine positive Anzeige zu erhalten.
Sofern der Zähler selbst reversierbar ist, kann das Messgerät subtrahierend verwendet werden, in welchem Fall der Zähler die in entgegengesetzter Richtung durchfliessende Flüssigkeitsmenge von derjeni- gen in der vorhergehenden Richtung durchgeflossenen Menge abziehen würde. Das Messgerät kann auch in dessen Orientierung bezüglich der Leitungen reversiert werden. Wo dies wünschenswert ist, können zu diesem Zweck die Deckplatten und Stirnplatten sowie die zugehörigen Teile entfernt und in umgekehrter Lage befestigt werden.
Die Anordnung der Rotoren und deren Dreh- richtung ist so gewählt, um aus dem Messgerät Fremdkörper durch die Auslassöffnung herauszutragen. Innerhalb des Gehäuses sind keine Taschen vorhanden, innerhalb welchen sich solche Fremdkörper ablagern könnten. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist überdies so, dass Fremdkörper von den Dichtungen zwischen dem Dichtungsrotor und den Verdrängungs- rotoren weggetragen werden.
Die beschriebenen Messgeräte benötigen sehr wenig Unterhalt, sind in ihrer Konstruktion sehr einfach und besitzen deshalb nur wenige Justierung be nötigende Teile. Überdies sind keine Verdrängungs- teile vorhanden, die einer Gleitreibung ausgesetzt sind, so dass praktisch überhaupt keine Abnützung auftritt. Zum Zwecke der Reinigung des Messgerätes können die Deckplatten und Stirnplatten, welche das Innere des Gehäuses freigeben, leicht entfernt werden. Die Lager sind normaler Konstruktion und kön- nen leicht ersetzt werden, sofern die Abnützung einen solchen Ersatz notwendig machen sollte.
Rotary displacement machine for liquid
The present invention relates to a rotary displacement machine for liquids and in particular to one which is suitable for use as a flow measuring device. The machine can also be used as a pump, motor, compressor or fan.
Flow meters for liquids have a large number of possible uses. One such application is in the field of petroleum products and such meters are used in connection with the manufacture, transportation, refining and sale of these products. Measuring devices of this type are also used for other liquids, in particular for those which are produced, stored, transported and traded in large quantities. Of course, it is necessary and desirable that such measuring devices have great accuracy over a long period of operation.
Rotary displacement measuring devices are known which have sufficient accuracy, but their manufacture is relatively expensive due to the design thereof. Attempts have been made to reduce the cost of manufacture, but this has resulted in a loss of accuracy and excessive maintenance requirements and other disadvantages.
One of the usual causes for the inaccuracy of known measuring devices is an effect known as the compression of the liquid or the suction of a vacuum by the measuring device. In the former effect, the liquid is trapped in a space between the parts of the measuring device in such a way that said space becomes smaller as the parts move through a certain operating cycle.
Accordingly, the parts exert a compression effect on the liquid, which results in a pulsation effect of the measuring device and in a loss of energy, resulting in a corresponding inaccuracy in the measurement of the liquid. The term drawing in a vacuum is used for an effect opposite to that of the compression of the liquid. The parts move in such a way that the liquid is moved through a chamber, the content of which increases with each operating cycle. As a result, the parts mentioned have the tendency to create a vacuum within this chamber, which also causes an abrupt flow and an inaccuracy in the measurement.
The present invention now aims to provide a rotary displacement machine by means of which the aforementioned disadvantages can be avoided. The machine according to the invention, which has a housing with constantly open inlet and outlet openings, a first wall part and a plurality of sealing wall parts arranged between the inlet and outlet openings, a plurality of displacement rotors so rotatably mounted in the housing, in order to seal with the same Cooperate number of you device wall parts, wherein each of the displacement rotors is designed to cooperate over a part of its revolution with the associated you device wall part,
a seal rotor rotatably mounted in the housing, which has alternately arranged concave and convex peripheral parts, the convex parts successively cooperating with the first wall part and the displacement rotors in a sealing manner and always at least one of the convex parts cooperating with the first wall part and with the concave parts arranged are to rotate at a distance from the displacement rotors, and has coupling means via which the displacement rotors and the sealing rotor are in operative connection and are rotated in a predetermined phase position at the same time, is characterized in that each displacement rotor over such a fraction of its rotation cooperates sealingly with the associated sealing wall part,
which corresponds to the reciprocal number of the displacement rotors present and only during this fraction of its rotation simultaneously sealingly cooperates with a convex part of the sealing rotor, one of the displacement rotors after the other simultaneously sealingly cooperating with the housing and a convex part of the sealing rotor and with a displacement rotor exactly in the point in time reaches the sealing position when another Ver displacement rotor moves out of this sealing position.
In the drawing, several exemplary embodiments of the rotary displacement machine according to the invention are shown. Show it :
1 shows a side view of a displacement measuring device with a broken part shown in section,
FIG. 2 shows an end view of the measuring device according to FIG. 1,
3 shows a section along line 3-3 in FIG. 1, shown on an enlarged scale,
4 shows a vertical section through the measuring device, shown on an enlarged scale, the counting mechanism being omitted,
Fig. 5 is a section along line 5-5 in Fig. 4,
6 shows a section along line 6-6 in FIG. 5,
Fig.
7 to 10 are schematic representations corresponding to FIG. 5 on a reduced scale, which show the main elements of the measuring device in the various positions during an operating cycle, and
11 to 14 are schematic representations of four further embodiments.
In the preferred embodiment shown in FIGS. 1 to 6, the measuring device has a housing
10, which is formed by a tubular body 20 and end plates 21 and 22 which are fastened to the body 20 by means of bolts 23 to terminate the body. The housing 10 encloses a cavity of approximately three-leaf cross-section, in that the housing has three cylindrical ge curved sealing wall parts 24, 25 and 26.
A chamber 27, an inlet chamber 28 and an outlet chamber 29 are formed between these. The inlet and outlet chambers 28 and 29 are connected to one another by an opening 30, which is relatively short in the embodiment shown.
The sealing wall parts 25 and 26 are arranged such that their longitudinal center planes intersect at an angle of 90 in the axis of rotation of the sealing rotor mentioned below.
The housing 10 is provided with inlet and outlet nozzles 35 and 36, which are connected to the inlet and outlet chambers 28 and 29 via inlet and outlet openings 37 and 38, respectively, which are located between the curved wall parts 24 and 25 and between the wall parts 24 and 26. The housing 10 is designed in such a way that the nozzles are located at opposite points of the same and are approximately in the same alignment.
The passage through the housing 10 from the inlet port through the chambers 28 and 29 to the outlet port 36 does not form a straight line, but it does not have any abrupt changes in direction, and the flow of liquid through the housing can therefore be relatively even, as explained in more detail below.
A sealing rotor 40 is arranged within the housing 10 and concentrically to the chamber 27, which is provided with diametrically opposed convex or concave sections 41 and 42 distributed on the surface, the sections 41 forming sealing sections and the concave sections forming depressions 42a Form rotor 40. The sections 41 preferably each extend over 90 of the circumference of the rotor, so that the depressions 42a also extend over 90 each.
The seal rotor 40 is arranged on a shaft 43 which extends through openings 44 in the end plates 21 and 22 and is mounted in ball bearings 45 which are provided in seats 46 in the end plates 21 and 22. The ball bearings 45 (as well as the bearings of the other rotors, which are described below) are thus arranged outside the housing 10 and consequently not exposed to the liquid which flows through the measuring device.
The sealing rotor 40 is of such a size that when it rotates its convex circumferential sections 41 brush along the curved wall section 24, the play between the rotor and this wall section being so small that a liquid seal is created. The circumferential area of the part 24 is at least as large or preferably somewhat larger than that of the depressions 42a, so that a seal between the rotor 40 and this wall part is achieved at all times. The named rotor thus prevents any direct flow of liquid from the inlet opening 37 through the chamber 27 into the outlet opening 38.
For the purpose of increasing the sealing effect, the convex circumferential sections 41 of the sealing rotor are provided with very small elevations (not shown) which extend parallel to the axis of the rotor and which together with the wall 24 form a labyrinth seal. When the rotor rotates, the increases in the clearance between the sections 41 and the wall 24 create turbulence which prevents the actual flow of liquid between these parts 24 and 41.
The rotor 40 can be made in various ways, but the same preferably has a hollow design in order to reduce its weight and consequently its inertia. It can for example be made of pipe. A pipe made of a suitable material can be cut in two, for example, along an axial plane, thereby producing two semi-cylindrical parts. These two semi-cylindrical parts, which are to form the concave sections 42 of the rotor, are welded to the shaft 43 in a diametrically offset position and turned to the predetermined size, the edge parts of the semi-cylindrical sections being removed. A corresponding pipe is then pushed over these no longer completely semi-cylindrical parts and attached to them by spot welding.
The tube is then cut lengthways to remove those parts which oppose the sections 42 or extend between the edges of these parts. The rotor is then turned to its final diameter.
The above-described method for producing the rotor allows the use of stainless steel for producing the same, which has proven to be very advantageous for measuring devices for corrosive liquids. Furthermore, no castings are required to manufacture the rotor, and the machining of the same is very easy. Nor is it necessary to harden it. Expediently, the shaft 43 of the said rotor, like all the other shafts described below, is also made of stainless steel.
Since all circumferential sections, namely sections 41 and sections 42, each extend over an arc of 90 and since they are diametrically opposed to each other in pairs, the rotor is balanced both statically and dynamically.
The seal rotor 40 is preferably open at both ends and is always filled with liquid. As a result, there is no pressure difference between the interior of the seal rotor and the interior of the housing, so that the fluid pressure within the measuring device is the same everywhere.
A displacement rotor 50 is provided in the inlet chamber 28 and has a shaft 51 and a blade 52. The shaft 51 is supported in bearings 53 similar to the bearings 45 described above, which bearings are provided in the end plates 21 and 22. The shaft 51 is provided with a slot 54 running in the axial direction into which the blade 52 is fitted and in which it is secured by means of screws 55. The slot 54 can extend into the bearing surfaces of the shaft.
The screws 55 extend through slots 65 in the blade 52, whereby the latter can be adjusted in the radial direction with respect to the shaft 51.
The displacement rotor 50 is arranged so that it rotates about an axis which is concentric with the wall 25 of the inlet chamber 28, so that the sealing surface R of the vane 52 brushes the wall 25 with only a small distance between the two parts. The outer surface R and the end edges 58 (FIG. 6) are provided with elevations or ribs (not shown) running in the longitudinal direction, which together with the walls of the inlet chamber 28 form labyrinth seals. The wall 25 extends over an area of approximately 180 (preferably exactly 180), the surface R of the displacement rotor being arranged to cooperate with the wall 25 in a sealing manner over the full area thereof.
A second displacement rotor 60 is arranged in the outlet chamber 29 and has a displacement rotor 50 similar to the United States. The displacement rotor 60 has a shaft 61 and a blade 62 which is designed to brush the wall 26 of the outlet chamber 29 at a small distance. The blade 62 is secured in the shaft 61 by means of screws 65. When the rotors 50 and 60 are installed, the shaft 61 is adjusted so that its screws 65 are offset by 90 with respect to the screws 55 in the shaft 51.
The diameters of the shafts 51 and 61 are chosen so that both the path of the sections 41 of the seal rotor 40 are closely adjacent to form liquid seals between the shafts 51 and 61 on the one hand and the circumferential sections 41 on the other in the corresponding positions of the latter.
The shafts 51 and 61 are preferably provided with small elevations (not shown) running in the longitudinal direction, which likewise form labyrinth seals. The surfaces S of the shafts 51 and 61 which cooperate with the seal rotor 40 are of course exactly cylindrical and concentric to the axis of rotation of the shaft. The sealing surface S extends on both sides of the longitudinal center plane through the displacement rotor by the same amount.
This sealing surface also extends over an area which corresponds to that of the associated displacement chamber, consequently by 180 in the embodiment shown in FIGS. 1 to 6. The surface T of each displacement rotor, on which the liquid acts to exert a displacement force and which can be referred to as the displacement surface, is delimited by the sealing surface S on the shaft and the outer sealing surface R on the blade. No displacement force is exerted on the surfaces R or S by the liquid.
It is clear that the rotor could also have a shape other than that shown. It is important, however, that each of the rotors has an inner sealing surface S which is arranged and designed as described and shown, and that each rotor has an outer sealing surface R which is relatively narrow, with a displacement between the two sealing surfaces. extension surface extends, the formation of which ensures the maintenance of a game 57 (Fig. 5) between the same and the seal rotor so as not to include any liquid and not to generate excessive turbulence in the liquid.
The elevations or ribs (not shown), which could be provided on the various sealing surfaces as described, have a size corresponding to the liquid to be measured or its viscosity, but should be sufficiently small to avoid impairment of the measuring function despite the generation of turbulence.
It has been shown that, for the measurement of light petroleum products, excellent results were obtained with elevations or depressions approximately 1.6 mm deep and approximately 0.8 mm wide. The recesses 42a in the seal rotor, which are defined by the concave peripheral portions 42, are made sufficiently deep to allow the displacement vane 52,62 to sweep them.
The clearance between the blade surface R and the concave sections is preferably large enough to allow the liquid to flow back without excessive hindrance, that is, the liquid to flow through the space between the displacement rotor and the sealing rotor when the blade of the former has a recess in the latter coated. For example, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, a clearance can be provided which is up to 50% of the distance between the axis of the displacement rotor and the outer sealing surface R.
The concave portions 42 can have any shape that ensure sufficient play for the blades 52, 62 ge. The depressions are preferably circular in cross-section as this allows the most compact structure.
The sealing rotor 40 and the displacement rotors 50 and 60 are together in drive connection, so that they rotate simultaneously and at a predetermined angular velocity, the same also at a predetermined angular or angular velocity.
Phasing are kept. The seal rotor rotates half as fast as the displacement rotors, which both have the same speed as one another. For this purpose, gears 70 and 71 are provided on the ends of the shafts 51, 61 protruding beyond the end plate 22.
A driven wheel 72 is attached to the corresponding end of the shaft 43, the three aforementioned gears 70, 71 and 72, as shown in Fig. 3, meshing with each other. The gears are held against rotation with respect to their shafts by means of nuts 73 and lock washers 74, a part 75 of each lock washer engaging the associated gear, while a bent projection 76 rests on a side surface of the nut 73 (FIG. 4).
The bearings arranged in the end plate 21 are closed by a cover plate 80, and the bearings provided in the end plate 22 as well as the shaft ends and the gears carried by the same are closed by a cover plate 81, which two cover plates are fastened to the body 20 by means of screws 82.
The bearings can be lubricated by filling the spaces between the cover plates and the end plates with a suitable lubricating liquid, whereby the same liquid pressure can be maintained on both sides of the bearing. On the other hand, a small opening can be provided in each face plate for pressure equalization.
A shaft 85 (Fig. 4) is supported in a sealed bearing 86 and is in drive connection with the shaft 43 of the seal rotor. The shaft 85 is connected via a worm 87, a worm wheel 88 and a shaft 89 to a counter 90 of commercially available design (FIGS. 1 and 2), these drive parts being enclosed in a housing 91 fastened to the cover plate 81. An adjusting member 92 is attached to the housing 91 and in turn carries the counter 90. The housing 91 can be provided with a marking of suitable pitch with respect to the measuring housing or around the axis of the counter shaft. The counter 90 can also be adjustable with respect to the housing 91.
The counter 90 is intended to measure the revolutions of the sealing rotor, which are in a predetermined fixed ratio to the revolutions of the displacement rotors and thereby indicate the volume units flowing through the apparatus. The counter 90 is designed as usual to indicate the amount of liquid in units of volume or units of weight, for example gallons or liters or pounds or kilograms.
If the measuring device is to be used for measuring liquid, outlet and inlet transfer lines 94 and 93 (FIG. 2) are connected to the liquid line.
The flow of fluid through the meter displaces or rotates the blades of rotors 50 and 60, and since each is in driving communication with seal rotor 40, it is driven at half the angular velocity of the displacement rotors. The angular position between the displacement rotor and the sealing rotor is maintained during the entire operating time of the measuring device. For descriptive purposes it is assumed that one cycle of the measuring device consists of one revolution of the seal rotor.
7 to 10 schematically represent four different positions of the rotors in the description of half a cycle. In the position shown in FIG. 8, the inlet rotor 50 is in the sealing or working position and thus acts both with the sealing rotor 40 and with the wall the inlet chamber 28 sealingly together, so that the inlet opening 37 is closed off from the chamber 28.
At the same time, the displacement rotor 60 is also in the sealing position and, in cooperation with the sealing rotor and with the corresponding housing wall, closes the chamber 29 from the outlet opening 38. It can be seen that three seals are formed in the sealing position of the rotors between end positions, namely one between the displacement rotor and the housing, another between the displacement rotor and the sealing rotor and a third between the sealing rotor and the housing. The liquid flowing through the measuring device consequently causes the inlet rotor 50 to rotate within the inlet chamber 28 (FIG. 9), the liquid in front of the blade 52 flowing through the passage 30 into the chamber 29 and to the outlet 36.
The rotor 40 is rotated into a position in which it is ready to receive the rotor blade 52 (FIG. 10), after which the blade moves via the position according to FIG. 7 into the position shown in FIG. 8, in which a Revolution of the displacement rotor 50 or half a cycle of the measuring device is executed.
The rotor 60 is offset by 90 with respect to the rotor 50. As a result of this offset, the rotor 60 is in a position in which the outlet chamber 29 is closed when the inlet rotor closes the chamber 28 (FIG. 8) and opens the outlet chamber when the inlet rotor rotates in the inlet chamber. During the aforementioned rotation of the inlet rotor, the outlet rotor with its blade 62 moves past the outlet opening 38 and connects the same to the outlet opening 29, whereupon the blade of the rotor 60 moves into a recess in the seal rotor (FIG. 9) and rotates in it while the inlet rotor sweeps the wall of chamber 28.
The blade of the outlet rotor 60 then moves over the connecting passage 30 (FIG. 10) and then brushes the wall of the outlet chamber (FIG. 7) until it has reached the position according to FIG. 8 again. The relative position of the chamber walls of the displacement rotors and the seal rotor is chosen so that the seal between each displacement rotor and the seal rotor is created at the same time as the seal between the blade of this displacement rotor and the wall at the inlet end of the corresponding chamber.
Likewise, the seal between each displacement rotor and the seal rotor is broken at the same time as the seal between the vane of the displacement rotor and the wall at the outlet end of the associated chamber. The displacement rotors are thus one after the other in sealing cooperation with the sealing rotor and with the housing during half a revolution of the same or during a displacement or working phase.
During the remainder of a twist, they are spaced from both the housing and the seal rotor and are in their inoperative or return phase. It can be seen that while a displacement rotor is moving through its displacement phase, the other rotor is moving through its return phase.
The relative position of the bores for the screws 55 and 65 in the displacement rotors is selected so that a perfect seal is ensured between a displacement rotor and the sealing rotor. It is clear that the surface part of each shaft in which the bore is formed is interrupted, so that the seal between this surface part and the casing of the sealing rotor is not complete.
Due to the chosen arrangement, however, whenever an upper surface part provided with a bore of the shaft of one displacement rotor interacts with the seal rotor, the other displacement rotor is in a position in which it cooperates with an uninterrupted surface to form a seal with the seal rotor. As a result, at no moment in the operating cycle is there a position in which both interrupted surfaces of the displacement rotors sealingly cooperate with the sealing rotor, and consequently any leakage of liquid between these surfaces and said rotor is also restricted to a minimum.
During the second half cycle of the measuring device, the two rotors 50 and 60 perform a further full revolution, during which the sealing rotor 40 ends its revolution. During the second revolution or the second half of the cycle, the displacement rotors work together with other depressions in the seal rotor than during the first half of the cycle, but the mode of operation is otherwise the same.
During every half cycle of the measuring device, the inlet rotor first closes the inlet chamber and sweeps it in order to displace an amount of liquid which is equal to the effective volume of this chamber, i.e. the volume of the chamber between the two extreme positions of the displacement rotor 50 when it is being swept (Fig. 8 and 10). During this movement of the inlet rotor, the outlet chamber is open to allow an appropriate amount of liquid to be discharged from the meter. The outlet rotor then sweeps the outlet chamber in order to displace an amount of liquid corresponding to the effective volume of the same, whereby half an operating cycle of the device is ended.
It can therefore be seen that during each half cycle an amount of liquid is displaced which corresponds to twice the effective volume of the inlet chamber or the outlet chamber, since their effective volumes are the same. Since each vane sweeps the associated chamber twice during a full cycle of the measuring device (i.e. one full revolution of the seal rotor), the amount of liquid displaced during a full cycle corresponds to four times the effective volume of such a chamber.
By means of the measuring device described, the liquid displaced in the same is precisely measured during each full rotation of the directional rotor or each cycle. The rotation of the blocking rotor 40 is transmitted to the counter 90 by the gearing 87, 88, the shaft 89 and the adjusting member 92. As mentioned above, the counter counts the number of revolutions or displays the same, but preferably in units of volume or weight, which are displaced during the counted revolutions.
The meter can be manufactured in a large number of different sizes for different uses. For the measurement of light petroleum products, excellent results were made with an embodiment according to the above-described, wherein the radius of the displacement rotors, measured up to the blade surface R, was 35 mm and the diameter of the seal rotor was 82 mm. The length of the various chambers was about 100 mm. The measuring device had a displacement per cycle of 720 cm3, so that at a speed of 375 rpm of the seal rotor a volume of 270 liters per minute was displaced. However, the measuring device can also be built for displacements of 5-70,000 liters per minute.
However, the measuring device described can not only be used to measure liquids with low viscosity, but can also be used for liquids with high viscosity, such as heavy oils, for example.
In the case of a measuring device of the size described above, the play between the relatively moving parts in a liquid with a viscosity of about 40 Saybolt seconds (universal) may be about 0.00375 mm.
While the preferred embodiment of the measuring device according to FIGS. 1 to 10 is provided with two displacement rotors and a sealing rotor with two depressions, a larger number of displacement rotors can be used together with a sealing rotor which has a corresponding number of depressions. On the other hand, the sealing rotor can also have a larger or smaller number of recesses than the displacement rotors. Such embodiments are shown in FIGS.
The main features of the construction on which the described measuring device is based and which also apply to other embodiments are set out below. These are as follows:
1. All sealing contacts between a) the displacement rotors and the housing, b) the displacement rotors and the sealing rotor, c) the
Sealing rotor and the housing (with the exception of those between the rotors and the housing end walls) take place on cylindrical upper surfaces and constant radii.
2. With the exception of the permanently maintained seals between the rotors and the housing end walls, only three seals are maintained between the end positions
Seals are changed at the same time, so that when a seal is formed between the displacement rotor and its chamber, further seals are formed between the same displacement rotor and the sealing rotor and between the latter and the housing.
3. The number (D) of the displacement rotors corresponds to the number (C) of the displacement chambers.
4. The total angular range of all displacement chambers corresponds to 360, and consequently the angular range (a) of each displacement chamber is equal to 360 divided by the number of chambers.
5. The angle (2) between the axes of neighboring displacement rotors with respect to the axis of the seal rotor is equal to 360 divided by the number B of the indentations in the seal rotor, minus the angle (fol) of a convex segment (seal surface) of the surface of the seal rotor .
6. The angular range (fol) of each sealing surface on the
Seal rotor is equal to 360 divided by that
Product of the number B of the indentations in the seal rotor and the number D of the displacement rotors.
7. The angular range () of the surface on each displacement rotor, which cooperates sealingly with the sealing rotor, corresponds to this
Angular range (a) of the sealing contact between tween the displacement rotor and the housing.
8. The angular range ((fi) of the surface on the housing, which interacts with the sealing rotor in a sealing manner, must be at least as large as the angular range (A) of a recess in the sealing rotor.
9. All recesses in the seal rotor have the same angular range and are evenly distributed over the surface of the seal rotor.
When applying the above-mentioned construction principles to the embodiment according to FIGS. 1 to 10, it can be seen that two displacement rotors and an equal number of displacement chambers are provided, that the angular range (a) of each displacement chamber is 360/2 or 1809, that the angle ( s) between adjacent displacement rotors is 360/2 minus 360/2 X 2 or 90O that the angular range (, B) of each seal surface on the seal rotor is 3600/2 X 2 or 90ç) that the angular range (e))
of the sealing surface on each displacement rotor 180 and that the angular range (0) of the housing surface which sealingly cooperates with the sealing rotor is 90.
In certain cases the ratio can be 360 360
B B. D result in a value that would give interference between rotors for all practical quantities of the measuring device. In such cases it is necessary to use the
0 Expression B with an integer factor greater than 1, e.g. B. 2 to multiply in order to obtain a value for which allows a practical implementation of the measuring device.
The embodiments according to FIGS. 11 to 14 are shown schematically. They are all generally similar to the embodiment according to FIGS. 1 to 10, but these modified embodiments are provided with different numbers of displacement rotors or different numbers of recesses in the seal rotor, or both, and the housings are designed differently and certain parts are proportioned differently and arranged accordingly. In cases where a larger number of Ver displacement rotors are provided, corresponding gears (not shown) are of course available.
In all of the modified embodiments, two openings, namely an inlet opening and an outlet opening, are provided, and the displacement chambers are arranged in series between these openings.
There is only one sealing rotor which cooperates in a sealing manner with a housing surface between the two openings.
The measuring device shown in FIG. 11 has a housing 110 with an inlet opening 138 and an outlet opening 137, two displacement chambers 128 and a housing wall part 124. Two displacement rotors 150 are arranged in the housing 110, the blades of which cooperate or seal with the walls of the displacement chambers 128 coat the same. A sealing rotor 140 is also rotatably mounted in the housing 110, which has three recesses 142 and is designed to accommodate the displacement rotors in these recesses, and which has three sealing sections 141 which cooperate in a sealing manner with the wall 124 and with the displacement rotors.
The three rotors are connected to one another by gearwheels (not shown) in order to be rotated together in a predetermined phase position, whereby the displacement rotors cooperate one after the other and individually sealing with the housing and simultaneously with the sealing rotor. The functioning of this measuring device is similar to that of the measuring device according to the preferred embodiment described above. The rotational speed of the sealing rotor is selected with respect to that of the displacement rotors such that each of the latter cooperates in a sealing manner with each of the sealing surfaces 141 and then enters the following recess 142.
From Fig. 11 it can be seen that the angular range of each displacement chamber is 180, that the angle between adjacent displacement rotors is also 180t ', that the angular range of the shaft sealing surface on each displacement rotor is also 180, that the angular range of the sealing surfaces on the sealing rotor is 60 and that the Angular range of the sealing surface on the housing, with which the sealing rotor interacts, is at least 60.
A further embodiment of the measuring device is shown in FIG. 12, which has a housing 210 with inlet and outlet openings 238 and 237, which furthermore has three displacement chambers 228 and a sealing wall 224. Three displacement rotors 250 are arranged in the housing 210, the blades of which are designed for brushing the walls of the displacement chambers 228. In addition, a sealing rotor 240 is rotatably mounted in the housing 210, which has three indentations 242 intended for receiving the blades of the displacement rotors and three sealing sections 241 intended for cooperation with the wall 224 and the displacement rotors.
The four rotors are in drive connection with one another via gears (not shown) and are rotated with one another in a predetermined phase position so that the displacement rotors one after the other and individually cooperate with the housing and the sealing rotor in a sealing manner. The functioning of this embodiment is similar to the preferred embodiment of the measuring device shown in FIGS. 1 to 10. The three displacement rotors stroke the corresponding chambers one after the other, with only one rotor in the working phase, while the other two are ineffective. The seals that each positive displacement rotor forms simultaneously with the housing and the sealing rotor are the same as one another.
From Fig. 12 it can be seen that the angular range of each displacement chamber is 120, the angle between adjacent displacement rotors is 80, the angular range of the shaft sealing surface on each displacement rotor is 120, the angular range of each sealing surface on the sealing rotor 40 and the angular range of the sealing surface on the housing with which the seal rotor interacts must be at least 80.
A further embodiment of the measuring device is shown in FIG. 13 and has a housing 310 with an inlet opening 338, an outlet opening 337, three displacement chambers 328 and a sealing wall 324. In the housing 310, three displacement rotors 350 are arranged, the blades of which the Paint the walls of the displacement chambers 328. In addition, a sealing rotor 340 is also rotatably provided in the housing 310, which has four recesses 342 for receiving the blades of the displacement rotors and four sealing sections 341 for interacting with the wall 324 and with the displacement rotors.
The four rotors are drive-connected to one another via gears (not shown) and therefore rotate simultaneously and in a predetermined phase position so that they interact one after the other with the housing and simultaneously with the sealing rotor. The mode of operation of this measuring device is similar to that according to the preferred embodiment according to FIGS. 1 to 10.
From Fig. 13 it can be seen that the angular range of each displacement chamber 120, the angle between adjacent displacement rotors 60, the angular range of the shaft sealing surface on each displacement rotor 120, that of each sealing surface on the displacement rotor 30 and that of the sealing surface on the housing to interact with the sealing rotor is at least 60 must be.
The measuring device shown in FIG. 14 has a housing 410 with an inlet opening 438, an outlet opening 437, three displacement chambers 428 and a sealing wall 424. Three displacement rotors 450 are rotatably arranged in the housing 410, the blades of which brush the walls of the displacement chambers 428. Also rotatably provided in the housing 410 is a sealing rotor 440 which is provided with two recesses 442 intended for receiving the blades of the displacement rotors and which has two sealing sections 441 which cooperate in a sealing manner with the wall 424 and with the displacement rotors.
The four rotors are in drive connection with one another via toothed wheels (not shown), so that the displacement rotors one after the other and individually cooperate in a sealing manner with the housing and simultaneously with the sealing rotor. The functioning of this embodiment of the measuring device is similar to that of the measuring device according to the preferred embodiment according to FIGS. 1 to 10.
From Fig. 14 it can be seen that the angular range of each displacement chamber 120, the angle between adjacent displacement rotors 60, the angular range of the shaft sealing surface on each displacement rotor 120, that of each sealing surface on the sealing rotor 60 and that of the sealing surface on the housing which cooperates with the sealing rotor, must be at least 120.
Since the measuring device is of the positive displacement type and has a minimum of moment of inertia of the moving parts and, moreover, a minimum of disruptive influence on the liquid flow by the same, the pressure loss is very small and the measuring device is therefore very accurate. Since the speed of the sealing rotor is relatively low, namely a fraction of that of the displacement rotors, the drive torque of the measuring device is relatively low, and since there is only minimal friction between the individual parts, the friction losses of the device are very small. The design and arrangement of the parts is also such that no thrust is generated in the axial direction.
As a result of the arrangement of the elements, there is neither compression, nor is a vacuum created when the liquid flows through. There is therefore no intermittent flow and the displacement of the liquid is even during each cycle. When the inlet rotor or its blade moves out of the depression in the sealing rotor, this depression is not sealed, but rather is open to the inlet chamber, so that the movement of the rotor blade cannot create a vacuum. When the blade of the outlet rotor moves into the recess of the seal rotor, it is open towards the outlet chamber, so that no compression of the liquid is possible as a result of the movement of the blade in the recess.
These properties are also guaranteed if one or more displacement rotors are arranged between the inlet and outlet rotors.
The design of the housing and the arrangement of the rotors in the preferred embodiment according to FIGS. 1 to 10 allow inlet and outlet openings of maximum flow cross-section. In addition, as a result of the design, a uniform flow of the liquid through the measuring device is possible, so that it is opposed by an extremely low resistance.
In the preferred embodiment according to FIGS. 1 to 10, the inlet and outlet openings are arranged on opposite sides of the housing and are in common alignment, which facilitates the connection to lines. On the other hand, if the circumstances make this desirable, the measuring device can be provided with inlet and outlet connections which have different angles with respect to the preferred embodiment.
In an embodiment with two positive displacement rotors, each having a single vane, and with a seal rotor having two recesses, as is the case in the preferred embodiment, displacement rotors with vanes of maximum effective length can be used. A maximum displacement per revolution is therefore possible. The measuring performance of the device is relatively high for any desired external size. With each rotation of the seal rotor, an amount of liquid is displaced which corresponds to four times the effective volume of one of the chambers.
The construction of the measuring device allows a completely symmetrical design, so that it can be reversed, whereby the outlet opening can be connected to the supply line and the inlet opening can be connected to the discharge line and the direction of rotation is reversed. If the meter is used with a normal meter, it must be reversed to get a positive reading.
If the counter itself is reversible, the measuring device can be used to subtract, in which case the counter would subtract the amount of liquid flowing through in the opposite direction from the amount flowing through in the previous direction. The measuring device can also be reversed in its orientation with respect to the lines. To this end, where desired, the cover plates and face plates and associated parts can be removed and secured in an inverted position.
The arrangement of the rotors and their direction of rotation is chosen so that foreign bodies can be carried out of the measuring device through the outlet opening. There are no pockets within the housing in which such foreign bodies could be deposited. The direction of flow of the liquid is also such that foreign bodies are carried away by the seals between the seal rotor and the displacement rotors.
The measuring devices described require very little maintenance, are very simple in their construction and therefore only have a few parts that require adjustment. In addition, there are no displacement parts that are exposed to sliding friction, so that there is practically no wear at all. For the purpose of cleaning the measuring device, the cover plates and face plates which expose the interior of the housing can easily be removed. The bearings are of normal construction and can easily be replaced if wear and tear make such a replacement necessary.