DE1252426B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^M/Syn^ PATENTAMT

Wgf&V DeutscheKl.: 42e-3

AUSLEGESCHRIFT — i««*

Aktenzeichen: G 34490IX b/42 e

1 252426 Anmeldetag: 16.Märzl962

Auslegetag: 19. Oktober 1967

Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Messen des volumetrischen Durchsatzes eines strömenden Mediums (Gas oder Flüssigkeit), wie sie im Hauptpatent beschrieben sind.

Das Verfahren zum Messen des volumetrischen Durchsatzes eines strömenden Mediums erfolgt nach dem Hauptpatent mittels eines, Turbinenzählers derart, daß man die Turbine mit Hilfe der dem strömenden Medium vor dem Eingang in die Turbine vermittelten Drehgeschwindigkeit umlaufen läßt und die Drehgeschwindigkeit der Turbine zum Messen des volumetrischen Durchsatzes verwendet und ist dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Strömung des Mediums vor dem Eingang in die Turbine in eine wirbelfreie Strömung umgewandelt wird, die die Turbine in Umdrehung versetzt, und daß die Drehgeschwindigkeit der Turbine so geregelt wird, daß am Ausgang der Turbine eine rein axiale Strömung besteht. Zu diesem Zweck wird am Ausgang der Turbine die etwa auftretende Rotationsbewegung der Strömung festgestellt und in Abhängigkeit davon ein auf die Turbine wirkendes Bremsorgan gesteuert.

Nach dem Hauptpatent ist die Vorrichtung zum Messen des volumetrischen Durchsatzes eines strömenden Mediums (Gas oder Flüssigkeit) mit einem im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse versehen, in dem eine Turbine mit zur Achse geneigten geraden oder gekrümmten Schaufeln vorgesehen ist, deren Drehgeschwindigkeit auf ein Zählwerk übertragen wird. Dabei kennzeichnet sich diese Vorrichtung dadurch aus, daß vor der Turbine in an sich bekannter Weise feste Leitschaufeln angeordnet sind und hinter der Turbine ein Regelorgan vorhanden ist, welches auf die etwa auftretende restliche Rotationsbewegung der Strömung anspricht und in Abhängigkeit davon ein auf die Turbine wirkendes Bremsorgan steuert. Auf diese Weise wird am Ausgang der Turbine eine rein axiale Strömung des Mediums erhalten.

Weist das die Turbine verlassende Medium keinerlei Drall bzw. Rotationsbewegung mehr auf, so ist die von der Turbine aus dem strömenden Medium aufgenommene Leistung ein Maximum. Unter diesen Umständen weist auch der Wirkungsgrad der Turbine, d. h. das Verhältnis der an der Turbinenachse zur Verfügung stehenden Leistung zu der im strömenden Medium in Form lebendiger Energie am Eingang der Turbine vorhandenen Leistung, einen Höchstwert auf. Bei maximalem Wirkungsgrad der Turbine ist seine Umlaufgeschwindigkeit proportional dem volumetrischen Durchsatz des hindurchströmenden Mediums, und der mit der Turbinenwelle ge-Verfahren und Vorrichtung zum Messen des
volumetrischen Durchsatzes eines strömenden
Mediums

Zusatz zum Patent: 1 220 158

Anmelder:
Gaz de France, Paris
¹S Vertreter:

Dr. F. Vollmer, Patentanwalt,
Hamburg-Wandsbek, Schloßstr. 6

Als Erfinder benannt:
Daniel Souriau, Paris

Beanspruchte Priorität:
^a5 Frankreich vom 20. März 1961 (856 096)

kuppelte Umdrehungszähler integriert also die volumetrische Durchflußmenge über die Zeit und gibt unmittelbar das hindurchgeflossene Volumen an.

Bei dem im Hauptpatent angegebenen Ausführungsbeispiel wurde, um den Zähler bei maximalem Wirkungsgrad der Turbine arbeiten zu lassen, eine Regeleinrichtung vorgesehen, die als Strömungsprüfer ein Flügelrad mit axial gerichteten Flügeln benutzt, der eine auf die Turbine wirkende magnetische Bremseinrichtung steuert. Diese Bremseinrichtung verwendet bewegliche Permanentmagnete, mit deren Hilfe ein veränderliches Bremsmoment auf die Turbine ausgeübt wird, wobei die Veränderung des Bremsmoments durch eine Verschiebung der erwähnten Magnete gegenüber der Turbine erreicht wird. Diese Verschiebung wird mit Hilfe des Flügelrades herbeigeführt, das über eine Übertragungs- und Ubersetzungsanordnung, z. B. mittels einer Schraube mit beweglicher Mutter, wirksam wird.

Beim Gegenstand nach dem Hauptpatent muß die Turbine mehr oder weniger gebremst werden, damit der Zähler mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten kann. Bei zu geringen volumetrischen Durchsätzen

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werden die mit dem Gegenstand anch dem Hauptpatent erhaltenen Meßergebnisse ungenau.

Die vorliegende Zusatzerfindung soll diesen Nachteil vermeiden und hat die Aufgabe, den Gegenstand des Hauptpatents so zu verbessern, daß seine Anwendungsgrenzen, insbesondere in Richtung zu den kleineren Volumendurchsätzen hin, unter Beibehaltung der Meßgenauigkeit erweitert werden.

Beim Verfahren zum Messen des volumetrischen Durchsatzes eines strömenden Mediums (Gas oder Flüssigkeit) mittels eines Turbinenzählers nach dem Hauptpatent, bei dem man die Turbine mit Hilfe der dem strömenden Medium vor dem Eingang in die Turbine vermittelten. Drehgeschwindigkeit umlaufen läßt, die Drehgeschwindigkeit der Turbine zum Messen des volumetrischen Durchsatzes verwendet, die axiale Strömung, des Mediums vor dem Eingang in die Turbine in eine wirbelfreie Strömung umwandelt, die die Turbine in Umdrehung versetzt, und bei dem man die Drehgeschwindigkeit der Turbine so regelt, daß an ihrem Ausgang eine rein axiale Strömung besteht, wird die Aufgabe gemäß der Zusatzerfindung dadurch' gelöst, daß die auf die Turbine übertragene Rotationsbewegung des strömenden Mediums vor dem Eingang in die Turbine in Abhängigkeit von der etwa auftretenden restlichen Rotationsbewegung des Mediums am Turbinenausgang unmittelbar beeinflußt wird, derart, daß am letzteren eine rein axiale Strömung herrscht.

Auf diese Weise können auch noch sehr kleine Volumendurchsätze mit großer Genauigkeit erfaßt werden, ohne daß hierfür das Volumen des den Zähler durchströmenden Mediums beeinflußt werden müßte. ;;;

Bei der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent mit einem im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse, in dem eine Turbine mit zur Achse geneigten geraden oder gekrümmten Schaufeln vorgesehen ist, deren Drehgeschwindigkeit auf ein Zählwerk übertragen wird, wobei vor der Turbine Lejt- ,b?w. Stabilisatorschaufeln angeordnet sind und hinter der Turbine ein Regelorgan vorhanden ist, welches auf die etwa auftretende restliche Rotationsbewegung der Strömung anspricht, wird die Aufgabe gemäß der Zusatzerfindung dadurch gelöst, daß die Stabilisatorschaufeln verstellbar angeordnet und durch das Regelorgan über einen mechanischen Antrieb in Abhängigkeit der etwa auftretenden restlichen Rotationsbewegung der Strömung steuerbar sind.

Auf diese Weise verursacht eine Änderung des Anstellwinkels der Stabilisator- bzw. Leitschaufeln im Sinn eines erhöhten Dralls bzw. einer erhöhten Rotationsbewegung des in die Turbine eintretenden Mediums eine Vergrößerung des Drehmoments und/ oder der Umlaufgeschwindigkeit der Turbine. Umgekehrt bewirkt eine Beeinflussung des Anstellwinkels der Stabilisatorschaufeln im Sinn eines kleineren Dralls des in die Turbine eintretenden Mediums die entgegengesetzte Wirkung, d. h. eine Verringerung des Drehmoments und/oder der Umlaufgeschwindigkeit der Turbine. '-.·'■

Das Regelorgan, das wie beim Hauptpatent aus einem Flügelrad mit axial gerichteten Flügeln besteht, verstellt die Stabilisatorschaufeln mit Hilfe des mechanischen Antriebs in dem Sinn, daß die etwa auftretende restliche Rotationsbewegung der Strömung am Ausgang der Turbine bis auf den Wert Null ver-

ringert und auf diesem Nullwert gehalten wird, d.h., daß am Ausgang der Turbine eine rein axiale Strömung herrscht.

Mit Vorteil kann der mechanische Antrieb der Stabilisatorschaufeln aus einem schwenkbaren abgekröpften Hebel bestehen, der von der Welle des Flügelrades verschwenkt wird und auf einen das Zählergehäuse umgebenden Ring einwirkt, der einen Satz von abgekröpften Hebeln verstellt, welche als Schwenkachsen der Stabilisatorschaufeln dienen.

Zwecks besseren Verständnisses der Zusatzerfindung wird nachstehend eine zweckmäßige Ausführungsform des verbesserten Turbinenzählers mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die diesen Zähler schaubildlich im Längsschnitt darstellt.

Der in der Zeichnung dargestellte Zähler besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 1, in dessen Innenraum ein Stabilisator 2 mit verstellbaren Leitschaufeln 2 a vorgesehen ist. Diese Stabilisatorbzw. Leitschaufeln 2 a sind um radial gerichtete Achsen schwenkbar zwischen dem Gehäuse 1 und einem zentralen Getriebekasten 3 angeordnet, wobei Ausbuchtungenla und 3 a vorgesehen sind, um die Verstellung der besagten Schaufeln zu ermöglichen. Das Getriebegehäuse 3 wird durch axial gerichtete Rippen 3 b gehalten, die an der Innenwand des Gehäuses 1 angeschweißt sind. Hinter dem Stabilisator 2 ist eine Turbine 4 angeordnet, die aus einer Nabe 4 a, einem Flansch 4 & und Schaufeln 4 c besteht, die auf dieser Nabe sitzen und den ganzen freien Raum zwischen Nabe 4 a und Gehäuse 1 vollkommen bestreichen, abgesehen von dem mechanisch nötigen Spiel. Die Welle 5 der Turbine 4 läuft in zwei Lagern 6, 7, die an der Hinterwand und der Vorderwand des Getriebekastens 3 befestigt sind. Über eine Schnecke 8 und ein Schneckenrad 9 treibt die Welle 5 die Achse 10 eines Umdrehungszählers an, die in am Getriebekasten 3 und Zählergehäuse 1 vorgesehenen Lagern 11, 12 läuft. Die Regeleinrichtung, d. h. das Regelorgan besteht aus einem Flügelrad 13, das eine Nabe 13 a, einen Flansch 13 & und radial und axial gerichtete ebene Schaufeln 13 c besitzt und auf die Rotationsbewegung des strömenden Mediums am Ausgang der Turbine 4 anspricht. Die Welle 14 des Flügelrades 13 dreht sich in Lagern 15,16, die in der Vorderwand und in der Hinterwand eines mit dem ersten Getriebekasten 3 fluchtenden zweiten Getriebekastens 17 sitzen, der mittels axial gerichteten Rippen 17 a an der Innenwand des Zählergehäuses 1 befestigt ist. Die Welle 14 wirkt über eine Schnecke 18 und ein Schneckenrad 19 auf einen abgekröpften Hebel 20, 20 a ein, der dichtend aus dem Zählergehäuse 1 herausgeführt und in zwei Lagern 21, 22 verschwenkbar ist, welche vom Getriebekasten 17 und dem Zählergehäuse 1 getragen werden. Das freie Ende 20 a des Hebels 20, 20 a greift in eine zur Turbinenwelle 5 parallele Bohrung 23 a eines das Zählergehäuse 1 umgebenden Ringes 23 ein und verstellt unter Vermittlung dieses Ringes einen Satz von abgekröpften Hebeln 24, die in vom Zählergehäuse 1 getragenen Lagern 25 verschwenkt werden können und dazu dienen, die Schaufeln 2 a des Stabilisators gemeinsam zu verstellen. Die freien Enden 24 a dieser Hebel greifen in Bohrungen 236 des Ringes 23 ein, während die anderen Enden an den Stabilisatorschaufeln 2 a befestigt sind.

Im Betrieb strömt das Medium, dessen volumetrischer Durchsatz ermittelt werden soll, in dem

Claims (3)

durch die Pfeile /, f angegebenen Sinn durch das Zählergehäuse 1 und wird durch den Stabilisator 2 beeinflußt, der dem Medium eine Rotationsbewegung erteilt. Die Energie des entsprechend umlaufenden Mediums, die mittels des Stabilisators 2 in lebendige Kraft umgeformt wurde, wird durch die Turbine 4 wiedergewonnen, und die Bewegung des Mediums am Turbinenausgang kann dabei durch die Turbine 4 in eine Parallelströmung (parallel zur Achse des Zählers) umgeformt werden, wenn nämlich die Turbine 4 mit ihrem günstigsten Wirkungsgrad arbeitet. Die von der Turbine 4 aufgenommene Leistung ist also dann ein Maximum, wenn das Medium beim Verlassen der Turbine 4 keine Rotationsbewegung mehr zeigt, d. h. wenn das Medium die Turbine 4 in Strömungsfäden verläßt, die parallel zur Achse des Zählers verlaufen. In diesem Fall erhält das Flügelrad 13 keinerlei Impuls und bleibt in Ruhe. Infolgedessen bewegen sich dann auch die mit diesem Flügelrad 13 verbundenen Teile nicht. Die von der Turbine 4 aufgenommene ao Leistung dient einerseits zur Überwindung der mechanischen Reibung und andererseits zum Antrieb der Welle 5 und der daran angeschlossenen Geräte. In diesem Betriebszustand arbeitet der Zähler mit maximalem Wirkungsgrad, und die Umlaufgeschwindigkeit der Turbine 4 ist proportional der Rotationsgeschwindigkeit des Mediums am Ausgang des Stabilisators 2. Der Drehzahlmesser kann also die volumetrische Durchflußmenge des strömenden Mediums über die Zeit integrieren und unmittelbar das ausströmende Volumen des Mediums anzeigen. Ist dagegen der Wirkungsgrad der Turbine 4 kleiner als sein Maximalwert, so weist das die Turbine 4 verlassende Medium noch eine gewisse Rotationsbewegung auf und übt einen Drehimpuls auf das Flügelrad 13 aus, der letzteres im gleichen Sinn umlaufen läßt. Das Flügelrad 13 verschwenkt den Hebel 20 in entsprechendem Sinn und veranlaßt eine Verdrehung des Ringes 23 sowie ein Verschwenken der mit diesem Ring verbundenen Hebel 24. Die Schaufeln 2 a des Stabilisators werden zugleich um einen entsprechenden Winkel verschwenkt und bewirken so eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit und -bewegung des Mediums am Eintritt der Turbine 4. Damit ändert sich auch die Umlaufgeschwindigkeit dieser Turbine, und zwar derart, daß der Restdrall bzw. die restliche Rotationsbewegung des strömenden Mediums am Ausgang der Turbine 4 Null wird. Der Turbinenzähler arbeitet dann mit maximalem Wirkungsgrad. Das vorstehend im Zusammenhang mit einer verbesserten Bauart des Turbinenzählers beschriebene Verfahren zum Messen des volumetrischen Durchsatzes eines strömenden Mediums stellt eine Vereinfachung dar, insofern, als die durch den Stabiii- sator2 in lebendige Kraft umgeformte Energie des strömenden Mediums ständig so groß gehalten wird, daß sie zur Gänze von der Turbine 4 wiedergewonnen wird und am Ausgang der Turbine eine rein axiale Strömung besteht und dadurch das Bremsorgan des Turbinenzählers nach dem Hauptpatent in Fortfall gekommen ist. Außerdem zeigt sich, daß die Anwendungsgrenzen des neuen Zählers erweitert sind, und zwar insbeson- dere in Richtung auf geringe Durchsatzvolumina; dies hängt damit zusammen, daß die Verstellung der Stabilisatorschaufeln eine Regelung des Durchflußquerschnittes ergibt, derart, daß das den Stabilisator verlassende Medium noch eine zur Betätigung der Turbine ausreichende Geschwindigkeit besitzt. Es lassen sich verschiedene Abwandlungen in Anwendung bringen. So kann beispielsweise die als reine Axialturbine ausgebildete Turbine durch eine solche von beliebiger Bauart ersetzt werden, etwa durch eine Radialturbine, ein Peltonrad od. dgl. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen des volumetrischen Durchsatzes eines strömenden Mediums (Gas oder Flüssigkeit) mittels eines Turbinenzählers, bei dem man die Turbine mit Hilfe der dem strömenden Medium vor dem Eingang in die Turbine vermittelten Drehgeschwindigkeit umlaufen läßt, die Drehgeschwindigkeit der Turbine zum Messen des volumetrischen Durchsatzes verwendet, die axiale Strömung des Mediums vor dem Eingang in die Turbine in eine wirbelfreie Strömung umwandelt, die die Turbine in Umdrehung versetzt, und die Drehgeschwindigkeit der Turbine so regelt, daß an ihrem Ausgang eine rein axiale Strömung besteht, nach Patent 1220158, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Turbine übertragene Rotationsbewegung des strömenden Mediums vor dem Eingang in die Turbine in Abhängigkeit von der etwa auftretenden restlichen Rotationsbewegung des Mediums am Turbinenausgang unmittelbar beeinflußt wird, derart, daß am letzteren eine rein axiale Strömung herrscht.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse, in dem eine Turbine mit zur Achse geneigten geraden oder gekrümmten Schaufeln vorgesehen ist, die Drehgeschwindigkeit auf ein Zählwerk übertragen wird, wobei vor der Turbine Leit- bzw. Stabilisatorschaufeln angeordnet sind und hinter der Turbine ein Regelorgan vorhanden ist, welches auf die etwa auftretende restliche Rotationsbewegung der Strömung anspricht, nach Patent 1 220 158, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisatorschaufeln (2 a) verstellbar angeordnet und durch das Regelorgan (13) über einen mechanischen Antrieb (20, 23, 24) in Abhängigkeit der etwa auftretenden restlichen Rotationsbewegung der Strömung steuerbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Antrieb der Stabilisatorschaufeln (2 a) aus einem schwenkbaren abgekröpften Hebel (20 a) besteht, der von der Welle (14) des Regelorgans (13) verschwenkt wird und auf einen das Zählergehäuse (1) umgebenden Ring (23) einwirkt, der einen Satz von abgekröpften Hebeln (24 a) verstellt, welche als Schwenkachsen (24) der Stabilisatorschaufeln (2 a) dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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