DE10309665B3

DE10309665B3 - Messeinsatz für einen Flügelradzähler mit verbesserter Fehlerkurve

Info

Publication number: DE10309665B3
Application number: DE2003109665
Authority: DE
Inventors: Walter Klass
Original assignee: Hydrometer GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2023-03-07

Abstract

Messeinsatz für einen Flügelradzähler mit das Flügelrad aufnehmendem Kanalring-Oberteil und -Unterteil, wobei die Stirnfläche des Kanalring-Unterteils als Flüssigkeitseinlass mit zur Drehebene geneigten Eingangskanälen ausgebildet ist, wobei in den Eingangskanälen Führungsrippen angeformt sind, die die durchströmende Flüssigkeit radial nach innen leiten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Messeinsatz für einen Flügelradzähler mit einem das Flügelrad aufnehmenden Kanalring-Oberteil und Kanalring-Unterteil, wobei die Stirnfläche des Kanalring-Unterteils als Flüssigkeitseinlass mit in Drehrichtung geneigten Eingangskanälen ausgebildet ist, in denen Führungsrippen angeformt sind.
Beim Betrieb strömt die Flüssigkeit, im Allgemeinen Wasser, über den Einlass des Anschlussgehäuses ringförmig in die Eingangskanäle des Messeinsatzes bis hin zum Flügel, versetzt diesen in Rotation und gelangt dann in den Auslass des Anschlussgehäuses zurück. Ein mit dem Messeinsatz gekoppeltes Zählwerk des Flügelradzählers nimmt über eine Kopplung die Umdrehungen des Flügelrads auf und zeigt über eine Übersetzung die durchgeflossene Flüssigkeitsmenge an.
Bei dieser Ausbildung eines Flügelradzählers entstehen Messfehler, da der Flügel sich nicht immer proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Wassers dreht. Diese Messfehler werden in einem Diagramm als sogenannte Fehlerkurve dargestellt. Die Fehlerkurve hat einen Verlauf, in dem die Fehlerabweichungen bei niedrigen Durchflüssen in den positiven Bereich steigen, danach in den negativen Bereich abfallen und sich bei höheren Durchflüssen der Null-Linie der Fehlerkurve annähern. Diese Charakteristik liegt im Anlaufverhalten des Flügelrads und in der Gestaltung der Einlasskanäle, Staurippen und Abstände des Flügelrads zu Kanalring-Oberteil und Kanalring-Unterteil begründet.
Durch das ruckartige Anlaufen des Flügels, erzeugt durch die Trocken- bzw. Haft-Reibung des Flügels in den Lagerstellen, dreht der Flügel aufgrund der einsetzenden Gleitreibung im Verhältnis zur durchgeflossenen Wassermenge zu schnell, dadurch entsteht ein positiver Messfehler.
Nach diesem sogenannten Anlaufen wird der Flügel durch die Strömungsgeschwindigkeit wieder gebremst, wodurch der Wert des Messfehlers in den negati ven Bereich fällt, was bedeutet, dass zu wenig Flüssigkeitsdurchsatz gemessen wird.
Wird die Strömungsgeschwindigkeit schließlich noch weiter erhöht, so nähern sich die Messfehler der NuII-Linie des Fehlerbandes. Das proportionale Verhältnis von Flügelradumdrehung zur Durchflussgeschwindigkeit bzw. Durchflussmenge wird wieder hergestellt.

Aus der DE 44 40 683 A1 ist ein Messeinsatz für einen Flügelradzähler der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei dem Führungsrippen am Ende der Einlasskanäle vorgesehen sind, um die Einflüsse von Ablagerungen in diesem Bereich zu reduzieren.

In der EP 0 520 306 A2 ist zur Erzielung eines verbesserten Umlenkens des aufsteigenden Wassers in die Horizontale das Flügelbecheroberteil mit einer parabolisch gekrümmten Schürze versehen.

Die WO 93/06439 A1 zeigt schließlich einen Flügelradzähler mit Kanalringoberteil und Kanalringunterteil, wobei ein dreieckförmiger Strömungsteiler zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnet ist. Diese Maßnahme hat jedoch keinen Einfluss auf das Anlaufverhalten des Flügelradzählers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Messeinsatz der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass sowohl das Anlaufen des Zählers verbessert wird, als auch die Messfehler im unteren und mittleren Durchflussbereich nahezu aufgehoben werden, sodass sich eine flachere Fehlerkurve einstellt und dadurch der Fehler insgesamt vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rippen als an der Kanalring-Innenwand anliegende, in Draufsicht dreieckförmige, Noppen auf den unteren Flächen der Eingangskanäle ausgebildet sind, die die durchströmende Flüssigkeit radial nach innen leiten.

Durch diese Führungsrippen, die gezielt die Durchströmung in Richtung Flügel führen, und einem teilweisen Vorbeiströmen der Flüssigkeit zwischen Flügelrad und Kanalring entgegenwirken – was bei niedrigen Durchsätzen angesichts der herrschenden laminaren Strömung normalerweise nicht zu verhindern ist – wird zunächst erreicht, dass der Flügel früher anläuft und der negative Fehler bei Q_min minimiert wird. Q_min ist dabei ein Wert von ca. 2% der Nenn-Durchsatzgeschwindigkeit Q_Nenn, für die ein Flügelradzähler ausgelegt ist.

Um den starken Anstieg des prozentualen Fehlers mit einer großen Überhöhung im unteren Messbereich zu minimieren, sollen in Ausgestaltung der Erfindung die Führungsrippen so geformt sein, dass sich im unteren und mittleren Messbereich Wirbel bilden. Diese Strömungswirbel üben bei steigendem Durchfluss einen Widerstand auf die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers aus, wodurch ein zu großer Anlaufimpuls durch das einströmende Wasser auf die Flügel vermieden wird.

Dabei soll die Form der Führungsrippen so getroffen sein, dass die Wirbel im mittleren Messbereich ein im Wesentlichen senkrechtes Auftreffen des eintretenden Flüssigkeitsstrahls auf die Flügelpaletten des Flügelrads bewirken. Durch die angestrebten, sich ausbildenden definierten Wirbel bewegt sich das Wasser nicht geradlinig im Wesentlichen tangential zur unteren Fläche der Eingangskanäle fort, sondern wird in Drehrichtung in Richtung der Flügel ausgerichtet. Der Impuls auf den Flügel wird durch das relativ senkrechte Auftreffen des Wasserstrahls auf die Flügelpaletten verstärkt und damit wird im mittleren Messbereich ein zu starkes Abfallen der Fehlerkurve vermieden.

Die vorstehend angesprochenen Strömungsverhältnisse lassen sich sehr einfach dadurch erreichen, dass die Rippen als an der Kanalring-Innenwand anliegende, in Draufsicht dreieckförmige, Noppen auf den unteren Flächen der Eingangskanäle ausgebildet sind, wobei die dreieckigen Noppen, die selbstverständlich nur einen radial außenliegenden Teil der unteren Flächen der Eingangskanäle überdecken, bevorzugt an den Vorderkanten der unteren Flächen der Eingangskanäle enden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf das Kanalring-Unterteil mit integrierten Führungsrippen in den Einlasskanälen,
2 eine perspektivische Teilansicht des Kanalring-Unterteils nach 1,
3 eine Abwicklung des Abschnitts III-III in 2,
4 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie IV-IV in 1,
5 eine typische Fehlerkurve für Anordnungen ohne Führungsrippen und
6 eine Fehlerkurve mit Führungsrippen gemäß den 1 bis 4.
Die 1 bis 4 zeigen in unterschiedlichen Ansichten und Abwicklungen ein Kanalring-Unterteil 1, dessen eine Lagerhülse 2 für das nicht gezeigte Flügelrad enthaltende Stirnfläche 3 Einlasskanäle 4 aufweist, die in der Draufsicht der 1 gesehen, von unten her von der zu messenden Flüssigkeit durchströmt werden. Nach dem Durchsetzen erfolgt eine Umlenkung und anschließend gelangt das Wasser durch die Auslaufkanäle 5 im Mittelabschnitt wieder nach unten in das Anschlussgehäuse innerhalb der Flüssigkeitszuleitung. Erfindungsgemäß sind auf den unteren Flächen 6 der Eingangskanäle 4 Führungsrippen 7 angeformt, die als in Draufsicht im Wesentlichen dreieckförmige Noppen ausgebildet sind, die sich bis zu den Vorderkanten 8 der unteren Flächen 6 erstrecken. Stromabwärts, also in Drehrichtung des nicht gezeigten Flügels erkennt man im Übrigen Staurippen 9, die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind.
Während bei einer Ausbildung eines Messeinsatzes für einen Flügelradzähler ohne die erfindungsgemäßen Führungsrippen sich eine Fehlerkurve ergibt, wie es in 5 dargestellt ist, bei der sehr große Schwankungen und ein relativ schlechtes Anlaufverhalten beobachtet werden, ergibt sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen dreieckförmigen Führungsrippen eine völlig andere Fehlerkurve ohne Ausreißer im Anlaufbereich die außerhalb des Fehlerbandes liegen, ohne starke Erhöhung im unteren Durchflussbereich und ohne starken Abfall im mittleren Durchflussbereich und die ersichtlich erheblich horizontaler verläuft und andererseits auch insgesamt geringere Fehler in den einzelnen Durchflussbereichen zeigt.
In 3 ist vereinfacht angedeutet, wie durch die Form der Führungsrippen 7 im mittleren Messbereich Wirbel 10 entstehen, die dazu führen, dass sich das Wasser nicht geradlinig, also tangential zur unteren Fläche 6 bewegt, sondern durch die Wirbelbildung in Richtung Flügelpalette ausrichtet, sodass der Impuls auf den Flügel durch das relativ senkrechte Auftreffen des Wasserstrahls auf die Flügel paletten verstärkt wird. Dies vermeidet zu starkes Abfallen der Fehlerkurve, wie dies ohne die Führungsrippen 7 in 5 gezeigt ist.

Claims

Messeinsatz für einen Flügelradzähler mit das Flügelrad aufnehmenden Kanalring-Oberteil und -Unterteil, wobei die Stirnfläche des Kanalring-Unterteils als Flüssigkeitseinlass mit zur Drehebene geneigten Eingangskanälen ausgebildet ist, in denen Führungsrippen (7) angeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (7) als an der Kanalring-Innenwand (11) anliegende, in Draufsicht dreieckförmige, Noppen auf den unteren Flächen (6) der Eingangskanäle (4) ausgebildet sind, die die durchströmende Flüssigkeit radial nach innen leiten.
Messeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrippen (7) so geformt sind, dass sich im unteren und mittleren Messbereich Wirbel bilden.
Messeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrippen so geformt sind, dass die Wirbel (10) ein im Wesentlichen senkrechtes Auftreffen des eintretenden Flüssigkeitsstrahls auf die Flügel des Flügelrades bewirken.
Messeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dreieckigen Noppen an den Vorderkanten (8) der unteren Flächen (6) enden.