DE1167050B

DE1167050B - Device for measuring the mass flow of a liquid

Info

Publication number: DE1167050B
Application number: DEK28395A
Authority: DE
Inventors: Percy Scanes
Original assignee: George Kent Ltd
Current assignee: Elster Metering Holdings Ltd
Priority date: 1955-03-17
Filing date: 1956-03-16
Publication date: 1964-04-02

Description

Vorrichtung zum Messen des Massestromes einer Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Massestromes einer Flüssigkeit.Device for measuring the mass flow of a liquid The invention relates to a device for measuring the mass flow of a liquid.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Messen des Massestromes eines fließenden Medium bekannt, bei der die durchströmende Menge dadurch gemessen wird, daß gleichzeitig Gewicht und Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ermittelt werden. Für die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit ist dabei im Strömungsweg ein Rotor angeordnet, und es wird das Drehmoment gemessen, das zum Antrieb des Rotors mit einer konstanten Geschwindigkeit erforderlich ist. Ein derartiger Vorschlag bringt die Notwendigkeit mit sich, zur Messung des Massestromes die Werte aus zwei gesonderten Messungen untereinander zu vereinigen, und führt im übrigen zu einem komplizierten und umfangreichen Aufbau, der auch nicht vollständig mit im Strömungsweg der Flüssigkeit untergebracht werden kann. It is already a device for measuring the mass flow of a known flowing medium, in which the flowing volume is measured by that the weight and flow velocity of the medium are determined at the same time. There is a rotor in the flow path to determine the flow velocity arranged, and the torque is measured, which is used to drive the rotor a constant speed is required. Such a suggestion brings the necessity to measure the mass flow the values from two separate Combining measurements with each other, and otherwise leads to a complicated one and extensive structure, which is also not completely involved in the flow path of the liquid can be accommodated.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zum Messen der Durchflußmenge einer Flüssigkeit sind in einem Gehäuse zwei Propeller im Abstand voneinander angeordnet, die in entgegengesetzter Richtung mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden. In another known device for measuring the flow rate a liquid, two propellers are arranged in a housing at a distance from each other, which are driven in the opposite direction at constant speed.

Zwischen beiden Propellern liegt ein Reaktionsteil, dessen Drehbewegungen infolge der der Flüssigkeit durch die Propeller zugeführten Energie gemessen werden. Auch bei diesem bekannten Vorschlag erfolgt der Antrieb der Propeller von einer äußeren Kraftquelle, und auch diese Vorrichtung kann in ihrer Gesamtheit nicht im Strömungsweg der Flüssigkeit liegen.Between the two propellers there is a reaction part, its rotational movements as a result of the energy supplied to the liquid by the propellers. In this known proposal, too, the propellers are driven by one external power source, and this device in its entirety cannot im The flow path of the liquid.

Schließlich sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Mengenströmung einer Flüssigkeit mit Hilfe eines von der strömenden Flüssigkeit angetriebenen, in seiner Drehzahl regelbaren Rotors auch bereits Gegenstand eines älteren Rechts. Das Verfahren gemäß dem älteren Recht ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rotors durch Vergleich des dem Wert n2 (dem Quadrat der Drehzahl n) proportionalen Drehmoments, das von einer mit einer der Drehzahl des Rotors proportionalen Drehzahl rotierenden Masse abgeleitet ist, mit einem diesem entgegenwirkenden, durch in ihrer wirksamen Fläche veränderliche Flügel dem Wert n2 d (dem Produkt aus dem Quadrat der Drehzahl n und der Dichte d der Flüssigkeit) proportionalen Drehoment so reguliert wird, daß sie ein Maß für die Mengenströmung der Flüssigkeit bildet. Finally, a method and apparatus for measuring the Mass flow of a liquid with the help of one of the flowing liquid driven rotor, which can be regulated in its speed, is also already the subject of a older right. The procedure under the earlier law is characterized by that the speed of the rotor by comparing the value n2 (the square of the speed n) proportional torque produced by one proportional to the speed of rotation of the rotor Speed rotating mass is derived, with a counteracting this, by wings variable in their effective area have the value n2 d (the product of the Square of the speed n and the density d of the liquid) proportional torque is regulated so that it forms a measure of the mass flow of the liquid.

Dabei wird das von der rotierenden Masse abgeleitete, dem Wert n2 proportionale Drehmoment durch Fliehkraftwirkung hervorgerufen, während das dem Wert n2 d proportionale Drehmoment durch bewegliche Dämpfungsflügel, die am Rotor gegebenenfalls gemeinsam mit festen Antriebsflügeln vorgesehen sind, erzeugt wird. Bei dem Vorschlag gemäß diesem älteren Recht ändert sich die Drehzahl des Rotors zwar mit dem Massenstrom der Flüssigkeit, sie ist jedoch nicht ein direktes Maß für den Massenstrom der Flüssigkeit, sofern nicht zusätzliche empirische Maßnahmen getroffen werden, wie z. B. die Anordnung besonders geformter Flügel. The value derived from the rotating mass, the value n2 proportional torque caused by centrifugal force, while the dem Value n2 d proportional torque through movable damping vanes on the rotor are optionally provided together with fixed drive vanes is generated. In the proposal according to this earlier law, the speed of the rotor changes with the mass flow of the liquid, but it is not a direct measure for the mass flow of the liquid, unless additional empirical measures are taken be taken, such as B. the arrangement of specially shaped wings.

Durch die Erfindung soll eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Messen des Massestromes vorgeschlagen werden, bei der die Drehzahl des Rotors dem Massestrom der Flüssigkeit direkt proportional ist, ohne daß besondere, empirisch ermittelte Maßnahmen notwendig sind. The invention is intended to provide a simply constructed device for Measure the mass flow are proposed at which the speed of the rotor to the Mass flow of the liquid is directly proportional, without being special, empirical identified measures are necessary.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem Rotor, dessen Drehzahl durch Ausgleich zweier entgegenwirkender Drehmomente eingestellt wird, von denen das erste als Reaktionsmoment durch die Drehung des Rotors in der Flüssigkeit entsteht, während das zweite als Rückstellmoment von der Drehzahl des Rotors abhängt. Die Erfindung wird darin gesehen, daß der Rotor mit feststehenden, radial und im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Flügeln ausgebildet und durch einen gesonderten Antriebsmotor angetrieben ist, dessen Drehzahl nach Maßgabe der Differenz zwischen dem durch den Rotor erzeugten Reaktionsmoment und dem Rückstellmoment regelbar ist und bei Gleicheit beider Momente ein direktes Maß für den Massenstrom der Flüssigkeit bildet. Zweckmäßig ist dabei als Antriebsmotor für den Rotor ein durch den Flüssigkeitsstrom angetriebener und in seiner Drehzahl regelbarer Antriebsrotor vorgesehen, dessen Welle das Drehlager für den Rotor bildet und über ein mit Fliehgewichten besetztes Gelenksystem mit dem Rotor verbunden ist. To solve this problem, it is assumed that a rotor whose Speed is set by balancing two opposing torques, the first of which is the moment of reaction due to the rotation of the rotor in the liquid arises, while the second as a restoring torque depends on the speed of the rotor. The invention is seen in the fact that the rotor with fixed, radial and im formed and substantially parallel to the flow direction extending wings is driven by a separate drive motor, the speed of which according to the difference between the reaction torque generated by the rotor and the restoring torque is controllable and when both moments are equal, a direct measure of the mass flow the liquid forms. Appropriate is used as the drive motor for the rotor is driven by the flow of liquid and its speed can be regulated Drive rotor provided, the shaft of which forms the pivot bearing for the rotor and over a joint system fitted with flyweights is connected to the rotor.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem mit starren, parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Flügeln ausgerüsteten Rotor, der in einer strömenden Flüssigkeit rotiert, das von der Flüssigkeit auf den Rotor ausgeübte Reaktionsmoment T1 direkt dem Produkt aus der in der Zeiteinheit vorbeifließenden Flüssigkeitsmengem und der Rotationsgeschwindigkeit w des Rotors proportional ist. Wenn dieser Rotor durch Anlage eines von der Drehzahl des Rotors abhängigen, jedoch von der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit unabhängigen Rückstellmomentes T2 derart gegengesteuert wird, daß sich Reaktionsmoment und Rückstellmoment im Gleichgewicht miteinander befinden, ist die dann eingestellte Drehzahl des Rotors stets ein direktes Maß für den Massestrom der Flüssigkeit, wie nachfolgende Überlegung ausweist: Für das auf den Rotor ausgeübte Reaktionsmoment T, gilt Tal = C1 m w (wobei w die Winkelgeschwindigkeit des Rotors darstellt und C, eine Konstante ist). Für das Rückstellmoment T2 läßt sich die Beziehung aufstellen: T, = C.2 .Wx (wobei C2 und x wiederum Konstanten sind). Gemäß der Forderung T,=T2 ergibt sich: C m w =- C2 Wx und nach Umformung mit folgt daraus Die Rotationsgeschwindigkeit w und damit die Drehzahl des Rotors stellt sich also für jeden Wert von x (mit Ausnahme von x=l) als eine Funktion des Massestromes dar. Im Sonderfall x=2 ist die Rotationsgeschwindigkeit w sogar direkt dem Massestrom proportional, und die Gesamtzahl der Umdrehungen des Rotors bildet ein direktes Maß für die durchgeflossene Flüssigkeitsmenge. Natürlich können aber auch andere Werte von x gewählt werden, falls eine entsprechende Ansprechcharakteristik gewünscht wird.The invention is based on the knowledge that in a rotor equipped with rigid blades that run parallel to the direction of flow and that rotates in a flowing liquid, the reaction torque T1 exerted by the liquid on the rotor is directly related to the product of the amount of liquid flowing past in the unit of time and the Rotation speed w of the rotor is proportional. If this rotor is counteracted by applying a restoring torque T2, which is dependent on the speed of the rotor but independent of the flow rate of the liquid, in such a way that the reaction torque and restoring torque are in equilibrium with one another, the then set speed of the rotor is always a direct measure of the mass flow of the liquid, as the following consideration shows: For the reaction torque T exerted on the rotor, Tal = C1 mw (where w represents the angular velocity of the rotor and C, is a constant). The following relationship can be established for the restoring torque T2: T, = C.2 .Wx (where C2 and x are again constants). According to the requirement T, = T2 results: C mw = - C2 Wx and after forming with follows from this The speed of rotation w and thus the speed of the rotor is therefore for each value of x (with the exception of x = l) as a function of the mass flow. In the special case x = 2, the rotational speed w is even directly proportional to the mass flow, and the total number the number of revolutions of the rotor is a direct measure of the amount of liquid that has flown through. Of course, other values of x can also be selected if a corresponding response characteristic is desired.

Der Antrieb des Rotors kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder durch die Flüssigkeitsströmung oder durch eine äußere Kraft erfolgen, wobei jeweils Einrichtungen vorgesehen sind, die die Geschwindigkeit des Rotors in Abhängigkeit von der Gleichgewichtsbedingung der Momente T1 und T, steuern. Der Massestrom kann durch irgendeine übliche Zählvorrichtung angezeigt werden. The drive of the rotor can in the device according to the invention either by the liquid flow or by an external force, whereby in each case devices are provided which the speed of the rotor as a function of from the equilibrium condition of the moments T1 and T, control. The mass flow can can be displayed by any conventional counting device.

Falls das Rückstellmoment T2 durch die Fliehkraft einer Masse erzeugt wird, die mit einer der Drehzahl des Rotors proportionalen Drehzahl rotiert, gilt T, = C.,w2, so daß für den Gleichgewichtszustand (T,- T2 O) die besonders günstige Bedingung 14 . rn besteht. If the restoring torque T2 is generated by the centrifugal force of a mass is that with one of the speed of the rotor rotates proportional to the speed, applies T, = C., w2, so that for the equilibrium state (T, - T2 O) the particularly favorable Condition 14. rn exists.

Allerdings ist die Fliehkraft einer in einer Flüssigkeit rotierenden Masse noch von der Dichte der Flüssigkeit abhängig, so daß für das Rückstellmoment (mit dm für die Dichte der Masse und df für die Dichte der Flüssigkeit) der genauere Ausdruck T, = C2 (drn - d» 142 gilt. Diese Abhängigkeit macht sich bei großer Dichte der Flüssigkeit in der Genauigkeit der Meßwerte bemerkbar. Würde beispielsweise die Dichte der Flüssigkeit zwischen 0,5 und 1 schwanken und die Dichte der Masse etwa 8 betragen, ändert sich T2 zwischen den Werten 7 und 7,5. Diese Schwankung des Rückstellmoments T2 kann eliminiert werden durch Hinzufügen einer weiteren Masse mit einer anderen Dichte, wobei diese weitere Masse der Hauptmasse entgegenwirkt. Bei einer derartigen Anordnung gilt nämlich für das aus den kombinierten Fliehkräften abgeleitete Rückstellmoment: T2 = [C4 (dmtd,)Cã (dm2d,)] W7 -Durch geeignete Wahl der Dimensionen kann C4 = C5 gemacht werden, so daß sich T, = C4 C4(drni dm,>wergibt und tatsächlich das Moment T2 von der Dichte der Flüssigkeit unabhängig wird. However, the centrifugal force is one rotating in a liquid Mass still depends on the density of the liquid, so that for the restoring torque (with dm for the density of the mass and df for the density of the liquid) the more accurate Expression T, = C2 (drn - d »142 applies. This dependence becomes apparent at high density of the liquid is noticeable in the accuracy of the measured values. Would for example the density of the liquid fluctuate between 0.5 and 1 and the density of the mass be about 8, T2 changes between the values 7 and 7.5. This fluctuation of the restoring torque T2 can be eliminated by adding a further mass with a different density, this additional mass counteracting the main mass. In the case of such an arrangement, the following applies namely to that of the combined centrifugal forces Derived restoring torque: T2 = [C4 (dmtd,) Cã (dm2d,)] W7 -By suitable choice of the dimensions can be made C4 = C5, so that T, = C4 C4 (drni dm,> wer and in fact the moment T2 becomes independent of the density of the liquid.

Es ist weiterhin aber auch möglich, durch geeignete Wahl der Konstanten C4 und C5 einen bestimmten Anteil der Abhängigkeit von T2 von der Flüssigkeitsdichte beizubehalten, um den durch die Rotation der Flüssigkeit in der Vorrichtung auftretenden Zentrifugalkräften entgegenzuwirken. However, it is still also possible through a suitable choice of the constants C4 and C5 a certain proportion of the dependence of T2 on the liquid density to be maintained at the rate caused by the rotation of the liquid in the device Counteract centrifugal forces.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen in Einzelheiten erläutert. Dabei stellt dar Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt. In the following, embodiments of the invention are based on the Drawings explained in detail. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention in longitudinal section.

F i g. 2 das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 im Querschnitt, F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, Fig.4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, F i g. 5 das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 im Querschnitt, F i g. 6 das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 in einem weiteren Querschnitt. F i g. 2 shows the exemplary embodiment according to FIG. 1 in cross section, F. i g. 3 shows a second embodiment of the invention in longitudinal section, FIG third embodiment of the invention in longitudinal section, F i g. 5 the embodiment according to FIG. 4 in cross section, F i g. 6 shows the embodiment according to FIG. 4 in another cross-section.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2 befinden sich in der Leitung 1, durch welche die Flüssigkeit strömt, deren Massestrom gemessen werden soll, zwei Rotoren 2 und 4. Hierbei bildet der Rotor 4 den Antriebsrotor, er ist mit verstellbaren Flügeln 5 ausgerüstet, die so geformt und angeordnet sind, daß der Rotor 4 durch die Strömung in der Leitung 1 angetrieben wird. Der Rotor 2 ist der Reaktionsrotor, seine Flügel 3 verlaufen parallel zur Strömungsrichtung in der Leitung 1. Der Rotor 2 ist mit dem Rotor 4 so verbunden, daß er durch diesen in Drehung versetzt wird, wobei jedoch diese Verbindung derart beschaffen ist, daß die beiden sich drehenden Rotoren eine Relativbewegung zueinander ausführen können. Diese relative Drehbewegung hängt von den Werten von T1 und T, ab, sie wird dazu verwendet, die Stellung der Flügel 5 so zu steuern, daß durch entsprechende Änderung der Drehzahl des Rotors 4 die Werte von T1 und T2 in einem Gleichgewichtszustand gehalten werden. Sobald diese Bedingung eingestellt ist, drehen sich beide Rotoren mit gleicher Drehzahl, und diese Drehzahl ist, wie bereits dargelegt, ein Maß für den Massestrom der Flüssigkeit in der Leitung 1. In the embodiment according to FIG. 1 and 2 are in the line 1 through which the liquid flows, the mass flow of which is measured should, two rotors 2 and 4. Here, the rotor 4 forms the drive rotor, it is equipped with adjustable wings 5 which are shaped and arranged so that the rotor 4 is driven by the flow in the line 1. The rotor 2 is the reaction rotor, its blades 3 run parallel to the direction of flow in the Line 1. The rotor 2 is connected to the rotor 4 so that it is in Rotation is offset, however, this connection like that is that the two rotating rotors perform a movement relative to each other can. This relative rotation depends on the values of T1 and T, it becomes used to control the position of the wings 5 so that by appropriate Changing the speed of the rotor 4 increases the values of T1 and T2 in a state of equilibrium being held. As soon as this condition is set, both rotors will turn with the same speed, and this speed is, as already explained, a measure of the mass flow of the liquid in line 1.

Um das vorangehend beschriebene Verhalten der Rotoren zu erreichen, ist die Nabe des Rotors 4 mit einer Welle 15 verbunden, auf der die Nabe 9 des Rotors 2 drehbar gelagert ist. Die Welle 15 zieht den Rotor 2 mit, und zwar mit Hilfe eines Gelenksystems, bestehend aus einem auf der Welle 15 befestigten Arm 6 und daran sowie an der Nabe 9 angelenkten Lenkern 7 und 8, die an ihren einander zugekehrten Enden schwenkbar miteinander verbunden und an diesen Punkten mit Massen 10 versehen sind. Dieses Gelenksystems liegt innerhalb der Nabe 9 und ist so ausgeführt, daß Gravitationskräfte an den Massen ausgeglichen sind. In order to achieve the previously described behavior of the rotors, the hub of the rotor 4 is connected to a shaft 15 on which the hub 9 of the rotor 2 is rotatably mounted. The shaft 15 pulls the rotor 2 with it, with the help of a Articulation system, consisting of an arm 6 and attached to the shaft 15 and links 7 and 8 articulated on the hub 9, which face one another on their Ends pivotably connected to one another and provided with masses 10 at these points are. This joint system lies within the hub 9 and is designed so that Gravitational forces on the masses are balanced.

Sobald daher die Welle 15 durch den Rotor 4 in Drehung gesetzt wird, erfolgt mittels des Gelenksystems 6, 7 und 8 eine Übertragung der Drehbewegung auf den Rotor 2. Dieser Rotor erzeugt dadurch, daß seine Flügel 3 auf die in der Leitungl strömende Flüssigkeit aufprallen, das Reaktionsmoment Tl. Durch die Rotation der Massen 10 wird eine Zentrifugalkraft erzeugt, die das Rückstellmoment T2 der Nabe 9 des Rotors 2 zuführt. As soon as the shaft 15 is set in rotation by the rotor 4, the rotary movement is transmitted by means of the joint system 6, 7 and 8 the rotor 2. This rotor is generated in that its wings 3 on the in the line Impinging flowing liquid, the reaction torque Tl. By the rotation of the Masses 10, a centrifugal force is generated, which the restoring torque T2 of the hub 9 of the rotor 2 feeds.

Falls die Momente T1 und T2 im Gleichgewicht sind, rotieren Welle 15 und Rotoren 2 und 4 zusammen mit der gleichen Geschwindigkeit, wobei der Rotor 4 den Rotor 2 über die Welle 15 und das Gelenksystem 6, 7, 8 mitzieht. Sobald jedoch eine Störung des Gleichgewichts auftritt, bewirken entweder das über den Rotor 2 entwickelte Moment T1 oder das von den Massen 10 abgeleitete Moment T2, daß sich der Rotor 2 in die eine oder andere Richtung relativ zur Welle 15 dreht. Diese relative Drehbewegung wird dazu verwendet, die Geschwindigkeit der Spindel in Richtung auf eine Wiederherstellung des Gleichgewichtes zwischen den Momenten T1 und T.2 zu ändern. Zu diesem Zweck sind die Antriebsflügel 5 des Rotors 4 zur Justierung ihres Anstellwinkels auf radialen Drehzapfen 11 in der Nabe des Rotors 4 gelagert, und es sind an den Flügeln 5 Platten 12 befestigt, die mit Zähnen 13 versehen sind, welche mit entsprechenden Zähnen 13 am Ende der Nabe 9 des Rotors 2 im Eingriff stehen. If the moments T1 and T2 are in equilibrium, the shaft will rotate 15 and rotors 2 and 4 together at the same speed, the rotor 4 pulls the rotor 2 along via the shaft 15 and the joint system 6, 7, 8. As soon as however a disturbance of the equilibrium occurs, either cause this via the rotor 2 developed moment T1 or the moment T2 derived from the masses 10 that the rotor 2 rotates in one direction or the other relative to the shaft 15. This relative Rotary motion is used to increase the speed in the direction of the spindle to change a restoration of the equilibrium between the moments T1 and T.2. For this purpose, the drive vanes 5 of the rotor 4 are used to adjust their angle of attack mounted on radial trunnions 11 in the hub of the rotor 4, and there are to the Wings 5 plates 12 attached, which are provided with teeth 13, which with corresponding Teeth 13 at the end of the hub 9 of the rotor 2 are in engagement.

Solange die Momente T1 und T2 im Gleichgewicht sind, behalten die Antriebsflügel 5 ihre Lage bei, und die Drehzahl der Welle 15, die gleich ist der Drehzahl der beiden Rotoren2 und 4, ist proportional dem Massestrom der Flüssigkeit. Bei Störung des Gleichgewichts erfolgt jedoch in der beschriebenen Weise eine Änderung des Anstellwinkels der Flügel 5 und damit eine Justierung der Drehzahl der Welle 15 derart, daß sich das Gleichgewicht wieder einstellt und die Drehzahl der Welle 15 proportional dem Massestrom der Flüssigkeit in der Leitung 1 bleibt. As long as the moments T1 and T2 are in equilibrium, they keep Drive vanes 5 their location at, and the speed of the shaft 15, which is the same The speed of rotation of the two rotors 2 and 4 is proportional to the mass flow of the liquid. If the equilibrium is disturbed, however, a change takes place in the manner described the angle of attack of the blades 5 and thus an adjustment of the speed of the shaft 15 such that the equilibrium is restored and the speed of the shaft 15 remains proportional to the mass flow of the liquid in line 1.

Die Drehzahl der Welle 15 kann beispielsweise über ein Getriebe 14 abgenommen und entweder direkt auf ein in einem Gehäuse 16 befindliches Meßgerät übertragen werden oder über einen elektrischen Obertragungskanal zu einem entfernt angeordneten Zähler weitergeleitet werden.The speed of the shaft 15 can, for example, via a gear 14 removed and either directly to a measuring device located in a housing 16 transfer or via an electrical transmission channel to a remote one Counters are forwarded.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 und 2 wird die zum Justieren erforderliche Kraft durch das Zusammenwirken von Rotor 2 und Zentrifugalmassen 10 abgeleitet. In F i g. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der diese Teile insoweit entlastet sind und bei der, da nur eine sehr kleine Relativbewegung erforderlich ist, sich eine größere Genauigkeit in der Einstellung des Gleichgewichts und eine größere Meßgenauigkeit ergibt. In the arrangement according to FIG. 1 and 2 become the ones required for adjustment Force derived from the interaction of rotor 2 and centrifugal masses 10. In Fig. 3 shows an embodiment in which these parts are relieved in this respect are and in which, since only a very small relative movement is required, themselves greater accuracy in setting the balance and greater Measurement accuracy results.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind Strömungsleitflächen 17 vorgesehen, die die Richtung der Einwirkung der Strömung auf die Flügel 5' des Antriebsrotors 4 ändern. Die Flügel 5' sind in diesem Fall feststehende Flügel, und die relative Drehbewegung zwischen den Rotoren, die im Beispiel der F i g. 1 und 2 den Anstellwinkel der Flügel 5 steuert, bewirkt beim Beispiel der F i g. 3 eine Änderung der Winkeleinstellung der Leitflächen 17. In the embodiment according to FIG. 3 are flow guide surfaces 17 is provided, which determines the direction of the action of the flow on the wings 5 'of the Change the drive rotor 4. The wings 5 'are fixed wings in this case, and the relative rotational movement between the rotors, which in the example of FIG. 1 and 2 controls the angle of attack of the blades 5, in the example of FIG. 3 a change in the angular setting of the guide surfaces 17.

Die Leitflächen 17 sind auf Stifte 18 in einer stationären Nabe 19 gelagert. Sie sind mit gezahnten Platten 20 verbunden, die mit einer gezahnten, lose auf der Welle 15 gelagerten Scheibe 21 im Eingriff stehen. Eine Hülse 22 ist auf der Welle 15 drehbar und axial gleitbar gelagert. Diese Hülse trägt zwei Kegelzahnräder 23, von denen jedes in Eingriff mit einem Kronenrad 24 gebracht werden kann, das sich auf einem der Stifte 18 befindet, z. B. auf dem Stift 18'. Sobald die Hülse axial aus einer Neutralstellung (in der beide Kegelräder 23 außer Eingriff mit dem Kronenrad 24 sind) in eine ihrer Endstellungen bewegt wird, so daß das eine oder das andere Kegelrad 23 zum Eingriff mit dem Kronenrad 24 kommt, wird der Stift 18' gedreht, und die Einstellung der entsprechenden Leitfläche 17 verändert sich. Den anderen Leitflächen 17 wird eine entsprechende Bewegung über die jeweiligen Platten 20 und die gezahnte Scheibe 21 mitgeteilt. The guide surfaces 17 are on pins 18 in a stationary hub 19 stored. They are connected to toothed plates 20, which are connected to a toothed, are loosely mounted on the shaft 15 disk 21 in engagement. A sleeve 22 is rotatably and axially slidably mounted on the shaft 15. This sleeve carries two bevel gears 23, each of which can be brought into engagement with a face gear 24 which is on one of the pins 18, e.g. B. on pin 18 '. Once the sleeve axially from a neutral position (in which both bevel gears 23 are out of engagement with the Crown gear 24 are) is moved into one of its end positions, so that one or the other bevel gear 23 comes into engagement with the crown gear 24, the pin 18 ' rotated, and the setting of the corresponding guide surface 17 changes. The other guide surfaces 17 will have a corresponding movement over the respective plates 20 and the toothed disc 21 communicated.

Um die Leitflächen nach Maßgabe der Drehmomente T1 und T2 steuern zu können, wird die Hülse 22 durch einen Hebel 25 verstellt, der schwenkbar an einem Arm 26 auf der Welle 15 angebracht ist. Der Hebel 25 wiederum wird von einem Lenker 27 beaufschlagt, der durch die Relativbewegung zwischen der Nabe 9 des Rotors 2 und der Welle 15 betätigt wird und der an dem einen Ende an der Nabe 9 und an dem anderen Ende an dem Hebel 25 angelenkt ist. Entsprechend der Richtung der Relativbewegung (d. h. je nachdem, ob T1 oder T2 überwiegen) wird die Hülse 22 in die eine oder die andere Richtung bewegt und damit eine Justierung der Leitflächen 17 im entsprechenden Sinne herbeigeführt, bis schließlich das Gleichgewicht zwischen Tj und T2 durch Zunahme oder Abnahme der Drehzahl des Rotors wiederhergestellt ist. To control the guide surfaces according to the torques T1 and T2 to be able to, the sleeve 22 is adjusted by a lever 25 which is pivotable on a Arm 26 is mounted on shaft 15. The lever 25 in turn is controlled by a handlebar 27 is applied, which by the relative movement between the hub 9 of the rotor 2 and the shaft 15 is actuated and at one end to the hub 9 and at the the other end is hinged to the lever 25. According to the direction of the relative movement (i.e. depending on whether T1 or T2 predominate) the sleeve 22 is inserted into one or the other moves the other direction and thus an adjustment of the guide surfaces 17 in the corresponding Sense brought about until finally the equilibrium between Tj and T2 through Increase or decrease in the speed of the rotor is restored.

In den F i g. 4 bis 6 ist eine weitere Modifikation dargestellt, bei der die erforderliche Kraft zur Justierung der Drehzahl des Antriebsrotors 4 durch den Druckabfall in der Strömung der zu messenden Flüssigkeit geliefert wird. Diese Figuren zeigen auch eine Anordnung zur automatischen Kompensation der Dichte der zu messenden Flüssigkeit in der Art, die bereits theoretisch erörtert worden ist. In the F i g. 4 to 6 a further modification is shown, in which the force required to adjust the speed of the drive rotor 4 is provided by the pressure drop in the flow of the liquid to be measured. These figures also show an arrangement for automatic density compensation the liquid to be measured in the manner that has already been theoretically discussed is.

Auch bei dem Beispiel der F i g. 4 bis 6 sind in der Leitung 1 ein Reaktionsrotor 2 mit Flügeln 3 und ein Antriebsrotor 4 mit feststehenden Flügeln 5" vorhanden. Zum Unterschied von den anderen Ausführungsbeispielen wird jedoch das von dem Rotor 2 erzeugte Reaktionsmoment T1 gekuppelt mit dem von den Zentrifugalmassen erzeugten Moment T2 in der Weise zur Steuerung verwendet, daß der Strom der Flüssigkeit durch den Antriebsrotor 4 in Teilströme aufgeteilt wird. Deshalb sind die Flügel 5" des Rotors 4 ringförmig um einen im Rotor vorgesehenen zentralen Durchlaß 28 herum angeordnet, so daß die vom Reaktionsrotor 2 abströmende Flüssigkeit sowohl durch den Ring mit den Flügeln 5" als auch durch den Durchlaß 28 strömen kann. Also in the example of FIG. 4 to 6 are on line 1 Reaction rotor 2 with blades 3 and a drive rotor 4 with fixed blades 5 "available. In contrast to the other exemplary embodiments however, the reaction torque T1 generated by the rotor 2 is coupled to that of the moment T2 generated by the centrifugal masses is used for control purposes, that the flow of liquid through the drive rotor 4 is divided into partial flows will. Therefore, the blades 5 ″ of the rotor 4 are annular around one provided in the rotor central passage 28 arranged around, so that the flowing from the reaction rotor 2 Liquid both through the ring with the wings 5 "and through the passage 28 can flow.

Der Teilstrom durch den Durchlaß 28 wird von einem Ring 29 gesteuert, der zusammen mit einer Platte 30 für diesen Teilstrom einen Strömungskanal 31 von veränderlichem Querschnitt definiert. Der Ring ist fest mit einem Kolben 32 verbunden, der sich in einem Zylinder 33 bewegt. Dabei ist die eine Wand des Zylinders 33 durch die Platte 30 gebildet. The partial flow through the passage 28 is controlled by a ring 29, which, together with a plate 30 for this partial flow, has a flow channel 31 of variable cross-section defined. The ring is firmly connected to a piston 32, which moves in a cylinder 33. One wall of the cylinder 33 is through the plate 30 is formed.

Der Zylinder 33 besitzt zwischen dem Kolben 32 und der stromabwärts gelegenen Seite des Rotors 4 eine Öffnung 34, während über einen Kanal 35, der in der den Kolben 32 tragenden Welle 36 gebildet ist, eine Verbindung zwischen der anderen Seite des Kolbens und einer auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Rotors 4 befindlichen Öffnung 37 hergestellt ist. Damit kann der Druckabfall in dem strömenden Medium den Kolben 32 betätigen und die Drehzahl des Antriebsrotors 4 steuern. Um diese Steuerung jedoch nach Maßgabe der Momente T1 und T2 durchführen zu können, wird die Öffnung 37 durch ein Klappenventil 38 reguliert, das gemeinsam betätigt wird durch die Verschiebung des Rotors 2 auf der Welle 15 (auf Grund der Dichte des Mediums) und durch die Einwirkung der Zentrifugalmassen, welche, wie in den anderen Ausführungsbeispielen, von dem Antriebsrotor 4 angetrieben werden.The cylinder 33 has between the piston 32 and the downstream located side of the rotor 4 has an opening 34, while a channel 35, which in the shaft 36 carrying the piston 32 is formed, a connection between the other side of the piston and one on the upstream side of the rotor 4 located opening 37 is made. This can reduce the pressure drop in the flowing Medium actuate the piston 32 and control the speed of the drive rotor 4. Around however, to be able to carry out this control in accordance with the moments T1 and T2, the opening 37 is regulated by a flap valve 38 which is operated jointly is caused by the displacement of the rotor 2 on the shaft 15 (due to the density of the medium) and by the action of the centrifugal masses, which, as in the other exemplary embodiments, are driven by the drive rotor 4.

Die Teile sind so angeordnet, daß sich ein Teilstrom einstellt, der die Drehzahl des Antriebsrotors 4 proportional zum Massestrom der Flüssigkeit hält. The parts are arranged so that a partial flow is established, the keeps the speed of the drive rotor 4 proportional to the mass flow of the liquid.

Die Zentrifugalmassen in der Ausführungsform nach Fig. 4-bis 6 sind ebenfalls von einer abgeänderten Art. Es werden zwei Rotationssysteme verwendet, und jedes System umfaßt eine Masse 39, die an den Enden von Hebeln 41 angeordnet ist. Die Hebel 41 sind im Punkt 42 schwenkbar an dem Rotor 2 in der Nähe seines äußeren Umfangs angelenkt. Die Massen ragen durch Öffnungen 43 hindurch, die in der äußeren Wand des Rotors gebildet sind. Die Hebel 41 sind durch Lenker 44 miteinander verbunden, um sicherzustellen, daß sie sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft zusammen bewegen. Die Massen 39 und der Rotor 2 werden durch einen Arm 45 in Drehung versetzt, der an der Welle 15 des Antriebsrotors 4 befestigt und über einen Lenker 46 mit dem Hebel 41 eines der beiden Rotationssysteme verbunden ist. The centrifugal masses in the embodiment of Figures 4-6 are also of a modified type. Two rotation systems are used, and each system comprises a mass 39 located at the ends of levers 41 is. The levers 41 are pivotable at point 42 on the rotor 2 in the vicinity of his hinged outer circumference. The masses protrude through openings 43 in the outer wall of the rotor are formed. The levers 41 are connected to one another by means of handlebars 44 connected to ensure that they are under the action of centrifugal force move together. The masses 39 and the rotor 2 are rotated by an arm 45 offset, which is attached to the shaft 15 of the drive rotor 4 and via a link 46 is connected to the lever 41 of one of the two rotation systems.

Die Verbindungsstelle des Lenkers 45 mit dem Hebel 41 ist von dem Schwenkpunkt 42 des Hebels 41 abgelegen, so daß dieser Hebel sowohl durch die Wirkung des auf den Rotor 2 ausgeübten Zuges als auch durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Massen 39 verschwenken kann. Als Ergebnis daraus nimmt der Hebel 41 eine Stellung ein, die auf die Differenz zwischen den beiden Momenten T1 und T2 bezogen ist. Diese Stellung wird direkt auf das Klappenventil 38 übertragen, indem dieses Ventil von einem der beiden Hebel 41 getragen wird. The junction of the handlebar 45 with the lever 41 is of the Pivot point 42 of the lever 41 remote, so that this lever both by the action the pull exerted on the rotor 2 as well as by the effect of the centrifugal force can pivot on the masses 39. As a result, the lever 41 takes one Position a related to the difference between the two moments T1 and T2 is. This position is transmitted directly to the flap valve 38 by this Valve is carried by one of the two levers 41.

Um eine Wirkung einer Dichteänderung der Flüssigkeit auf die erzeugte Zentrifugalkraft auszuschalten oder wenigstens zu verringern, enthält jedes Rotationssystem eine zweite Masse 40 mit einem von der Masse 39 verschiedenen spezifischen Gewicht. Die beiden Massen 39 und 40 sind an einander gegenüberliegenden Enden des Hebels 41 angeordnet. Die eine Masse eines jeden Systems kann beispielsweise aus Messing bestehen und die Hauptmasse bilden, die das Moment T2 ansteigen läßt, während die andere Masse aus beispielsweise einem Kunststoff besteht und vornehmlich dazu dient, eine Dichtenänderung zu kompensieren, wie dies bereits weiter oben theoretisch dargelegt wurde. To produce an effect of a change in density of the liquid on the Switching off or at least reducing centrifugal force is part of every rotation system a second mass 40 with a specific weight different from the mass 39. The two masses 39 and 40 are at opposite ends of the lever 41 arranged. One mass of each system can be made of brass, for example exist and form the main mass, which allows the moment T2 to increase while the other mass consists of, for example, a plastic and is primarily used to to compensate for a change in density, as already explained theoretically above became.

In der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion ist das Zählwerk 16 für elektrischen Betrieb ausgeführt, es enthält einen in einem abgedichteten Gehäuse 47 angeordneten Schalter, der magnetisch durch einen auf der Welle 15 des Antriebsrotors 4 befindlichen Magneten 48 betätigt wird. In the construction shown in Fig. 4, the counter 16 is for electrical Operation carried out, it includes a disposed in a sealed housing 47 Switch that is magnetically operated by a located on the shaft 15 of the drive rotor 4 Magnet 48 is operated.

Es ist zu ersehen, daß in allen Ausführungsbeispielen die Drehzahl des Rotors 4 automatisch justiert wird, bis sich die Momente T1 und T2 ausgeglichen haben. Damit ist die Drehzahl unabhängig von den Eigenschaften des Antriebsrotors mit Bezug auf die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die ihn antreibt. It can be seen that in all embodiments the speed of the rotor 4 is automatically adjusted until the moments T1 and T2 are balanced to have. This means that the speed is independent of the properties of the drive rotor with respect to the speed of the liquid that propels it.

Es ist nicht erforderlich, einen Antriebsrotor 4 (der von dem Flüssigkeitsstrom getrieben wird) zum Antrieb des das Moment T1 erzeugenden Reaktionsrotors 2 zu verwenden, sondern dafür kann auch eine äußere Kraftquelle verwendet werden, die die Welle 15 antreibt. In diesem Fall wird die Differenz in der Drehzahl des Rotors 2 zur Drehzahl der Welle 15 oder die Abweichung irgendeines anderen Teiles des Ausgleichssystems vom Gleichgewicht dazu benutzt, die äußere Kraftquelle zu steuern. Beispielsweise kann die Welle 15 über eine geeignete Dichtung durch das Meßgehäuse hindurch mit einem Elektromotor angetrieben werden, wobei durch die Bewegung der Stifte 11 od. dgl. die Stellung eines Rheostaten oder eines ähnlichen Geschwindigkeitsreglers in dem Stromkreis des Motors gesteuert wird. Auch in diesem Fall ist dann bei ausgeglichenen Kräften die Drehzahl des Motors proportional dem Massestrom der durchströmenden Flüssigkeit. It is not necessary to have a drive rotor 4 (which is driven by the liquid flow is driven) to drive the reaction rotor 2 generating the torque T1, but an external power source can also be used for this, which is the shaft 15 drives. In this case, the difference in the rotational speed of the rotor 2 becomes Speed of shaft 15 or the deviation of any other part of the compensation system used by equilibrium to control the external source of force. For example can the shaft 15 through a suitable seal through the measuring housing an electric motor are driven, whereby od by the movement of the pins 11. Like. The position of a rheostat or a similar speed regulator is controlled in the circuit of the motor. In this case, too, is balanced Forces the speed of the motor proportional to the mass flow of the flowing through Liquid.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the mass flow of a Liquid with the help of a rotor, the speed of which is achieved by balancing two counteracting Torques is set, the first of which as a reaction torque by the Rotation of the rotor in the liquid occurs while the second acts as a restoring torque depends on the speed of the rotor, that the rotor (2) with stationary, radial and essentially parallel to the direction of flow extending wings (3) and driven by a separate drive motor is whose speed in accordance with the difference between that generated by the rotor Reaction torque and the restoring torque can be regulated and when both torques are equal forms a direct measure of the mass flow of the liquid.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the drive motor for the Rotor (2) driven by the flow of liquid and its speed adjustable drive rotor (4) is provided, the shaft of which (15) forms the pivot bearing for the rotor (2) and via a flyweights (10 or 39, 40) occupied joint system (6, 7, 8 or 45, 46) connected to the rotor (2) is.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the drive rotor (4) carries drive vanes (5) which are adjustable in their effective surface (Fig. 1).

4. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the drive rotor (4) is equipped with fixed drive wings (5 '), which Fixed guide vanes (17) which are variable in their angle of attack are connected upstream (Fig. 3).

5. Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that the setting of the drive vanes (5) or guide vanes (17) by means of a relative movement between the rotor (2) and the drive rotor (4) via a toothed gear (13 or 23, 24) takes place, on the one hand with said wings (5 or 17) and on the other hand is connected to the rotor (2).

6. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the drive rotor (4) is equipped with fixed drive vanes (5 "), the arranged in a ring around a central passage (28) located in the drive rotor (4) are that with a separate, according to the relative movement between the rotor (2) and the drive rotor (4) adjustable flow channel (31) is in connection and by the one according to the setting of the flow channel (31) variable Partial flow of the liquid flows (Fig. 4).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the flow channel (31) a hydraulic one acted upon by the pressure drop across the drive rotor (4) Contains unit (30, 32), the inlet of which is arranged in front of the drive rotor (4) and with a movement of the rotor (2) relative to the drive rotor (4) adjustable valve (38) is provided.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that each of the flyweights (39) has a counteracting flyweight (40) of different Density is assigned.

Documents considered: British Patent Specification No. 711 109, 739 840.