DE1423241C3 - Flügelraddurchflußmesser - Google Patents
FlügelraddurchflußmesserInfo
- Publication number
- DE1423241C3 DE1423241C3 DE19591423241 DE1423241A DE1423241C3 DE 1423241 C3 DE1423241 C3 DE 1423241C3 DE 19591423241 DE19591423241 DE 19591423241 DE 1423241 A DE1423241 A DE 1423241A DE 1423241 C3 DE1423241 C3 DE 1423241C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- impeller
- flow
- measuring
- flow meter
- annular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/10—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
- G01F1/115—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission with magnetic or electromagnetic coupling to the indicating device
- G01F1/1155—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission with magnetic or electromagnetic coupling to the indicating device with magnetic coupling only in a mechanical transmission path
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
ο = der Flügelsehnenlänge (c) zum Flügelabstand (s) beim mittleren Flügelradius im Bereich
zwischen 1,1 und 1,5 liegt.
7. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad
(98) zwischen 12 und 24 Flügel (100) trägt, deren Anströmwinkel von den Füßen bis zu den Spitzen
im wesentlichen gleichförmig ist und, bezogen auf die Welle (90) des Flügelrades, zwischen 40
und 60° liegt.
8. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
des Durchmessers der inneren Begrenzungswand zum Durchmesser der äußeren Begrenzungswand des ringförmigen Strömungskanals (60) bei
einem Durchflußmesser für Flüssigkeiten im Bereich zwischen 0,60 und 0,75 und bei einem solchen
für Gase zwischen 0,70 und 0,85 liegt.
Die Erfindung betrifft einen Flügelraddurchflußmesser für ein durch eine Rohrleitung strömendes
Medium, der einen ringförmigen, zur Rohrachse parallelen Strömungskanal aufweist, in dem die Flügel
eines drehbar gelagerten Meßflügelrades angeordnet sind, dessen Welle über eine magnetische Kupplung
mit einem Umdrehungszählwerk verbunden ist.
Flügelraddurchflußmesser dieser Art, wie sie aus der USA.-Patentschrift 2 713 261 und aus den britischen
Patentschriften 691780 und 744 852 bekannt sind, weisen den Nachteil auf, daß auf Grund der strömungsmechanischen
Eigenschaften nur in einem geringen Betriebsbereich ein lineares Verhältnis zwisehen
Flügelraddrehzahl und Strömungsgeschwindigkeit besteht. Bei diesen bekannten Flügelraddurchflußmcssern
ist das Verhältnis zwischen Flügelraddrehzahl und Strömungsgeschwindigkeit bei kleinen
Reynoldschen Zahlen, also bei laminarer Strömung, ein anderes als bei turbulenter Strömung, und es ergibt
sich eine weitere erhebliche Abweichung im Übergangsbereich zwischen turbulenter Strömung und
laminarer Strömung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lineares Verhältnis zwischen Meßflügelraddrehzahl
und Strömungsgeschwindigkeit über den ganzen Betriebsbereich zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die äußere Begrenzungswand des ringförmigen Strömungskanals
an der Stelle des Meßflügelrades eine Ringnut aufweist, die in Strömungsrichtung breiter
als die Flügelspitzen ist und in Umfangsrichtung das Meßflügelrad vollständig umgibt und daß der Außendurchmesser
der Meßflügel mindestens gleich dem Außendurchmesser des ringförmigen Strömungskanals
ist, so daß die äußeren Spitzen der einzelnen Flügel mit relativ reichlich bemessenem axialem und radialem
Spiel tn die Ringnut hineinragen und darin umlaufen können.
In der deutschen Patentschrift 946 486 wird ein Wasserzähler beschrieben, der zwei hintereinandergeschaltete
konzentrische koaxiale Schrauben aufweist, deren Welle senkrecht zur Rohrleitung steht,
durch die das Medium hindurchströmt. Bei einem Ausführungsbeispiel dieses Wasserzählers sind die
Spitzen der äußeren Schaufeln mit einem Rohr verbunden, das einen das Flügelrad außen abschließenden,
mit diesem umlaufenden Zylinder bildet. Rund um diesen Zylinder ist ein feststehendes Rohr angeordnet,
das dieselbe Höhe wie die Schaufeln der Schraube, welche es umschließt, besitzen kann. Das
feststehende Rohr weist eine Ringnut auf, in der der umlaufende Zylinder frei drehbar ist. Durch diese
Ausführungsform soll allerdings nur ermöglicht werden, die Fläche, an welcher eine Wasserreibung
auftritt, auf der Seite der äußeren Schraube gleich der Reibungsfläche auf der Seite der inneren Schraube
zu machen, und zwar im Fall, wo diese Gleichheit infolge der Abmessungen des Wasserzählers nicht mit
einer anderen Anordnung erzielt werden kann. Dabei dient die Ringnut selbst nur dem Zweck, den das
Flügelrad umschließenden Zylinder ganz aufzunehmen, um den Durchlaßquerschnitt in der äußeren
Schraube nicht zu verringern.
Beim Flügelraddurchflußmesser gemäß der Erfindung schaltet die Ringnut die Leckwirkung des Spiels
zwischen den Außenkanten der Läuferflügel und dem Turbinengehäuse vollständig aus. Die ungewöhnliche
Größe des tatsächlichen Spiels bei dieser Einrichtung schaltet jegliche mögliche Störung durch vom Mediumstrom
mitgeführte Teilchen aus, macht die Einhaltung enger Herstellungstolcranzen überflüssig und
vermindert dadurch die Herstellungskosten.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Flügelraddurchflußmessers sind
folgende Überlegungen notwendig: Bei einem theoretisch idealen Flügelraddurchflußmesser, bei welchem
alle Flüssigkeit durch das Flügelrad hindurchgeht und bei welchem keine Widerstandsmomente beim Durchgang
der Flüssigkeit auftreten, bewegt sich das Flügelrad in einer exakt abgestimmten Beziehung zur
Flüssigkeitsströmung, und es ist keine Kraft erforderlich, um dieses anzutreiben. Unter diesen Umständen
ist das Meßverhältnis der Winkelgeschwindigkeit des Flügelrades zur Strömungsrate der Flüssigkeit ideal
und konstant.
Im wirklichen Betrieb treten jedoch Widerstandskräfte von solcher Art und Größe auf, daß ein beträchtlicher
und veränderlicher Schlupf des Flügelrades erzeugt wird. Dadurch wird aber die Genauigkeit
des Meßgerätes beeinflußt, wenn dieser Schlupf nicht kompensiert wird. Es kann angenommen werden,
daß üblicherweise diese Widerstandskräfte aus zwei Kräften bestehen. Es ist eine Widerstandskraft
F1n vorhanden, die durch den mechanischen
Widerstand der Reibung hervorgerufen wird, welche durch die Lagerlasten und die Registrierbelastungen
erzeugt wird, und es ist ferner eine Widerstandskraft Ff vorhanden, die durch die Reibung der Flüssigkeit
erzeugt wird, die auf den sich drehenden Rotor einwirkt. Diese Kräfte addieren sich und bilden
eine totale Widerstandskraft Fn
Fr = Fm + F,. (1)
Die TotalkraftFn die im Gegensatz zu-der in Leitungsturbinen
auftretenden Kräften sehr klein ist, muß von einer Antriebskraft Fd überwunden werden,
die von dem Medium ausgeübt wird, welches durch die Schaufeln des Meßflügelrades hindurchgeht. Wenn
das Flügelrad synchron und stationär gedreht wird, so ist die Antriebskraft Fd gleich der gesamten Widerstandskraft
Ε* 17 17 _J_ Z7 (0\
Durch die Einwirkung dieser Widerstandskraft neigt das Flügelrad zum Schlupfen und dreht mit
einer Drehzahl, die etwas kleiner ist als die ideale Synchrondrehzahl.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist bei den bisher bekannten Flügelraddurchflußmessern der Rotorschlupf
für laminare Strömung, die Übergangsströmung und für turbulente Strömungen nicht konstant,
sondern verändert sich beträchtlich, so daß das Verhältnis von Winkelgeschwindigkeit zur Strömungsrate
nicht konstant ist, was zu Meßfehlern führt.
Es wurde nun gefunden, daß die erfindungsgemäße Turbulenzdichtung in der Aussparung einen bedeutenden
Einfluß auf die Meßgenauigkeitskurve hat, und zwar dadurch, daß auf das Meßflügelrad ein zusätzlicher
veränderlicher Widerstand ausgeübt wird. Im wesentlichen erzeugt diese Widerstandskraft, die
durch die Turbulenzdichtung an den Spitzen der Flügel induziert wird, einen zusätzlichen Rotorschlupf,
durch den Meßungenauigkeiten kompensiert werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann die Ringnut mit Vorteil einen rechteckigen
Querschnitt haben.
Es hat sich ferner gezeigt, daß mit Vorteil die axiale Länge der Ringnut gleich einem ganzzahligen
Vielfachen ihrer in radialer Richtung gemessenen Tiefe an der strom auf wärtigen Seite sein kann. Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der innere Durchmesser des ringförmigen Strömungskanals größer sein als der Fußkreisdurchmesser der
Flügel des Meßflügelrades.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
die Projektion aller Flügel auf eine zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene eine ringförmige geschlossene
Fläche ergibt.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß
das Verhältnis σ = —■ der Flügelsehnenlänge c zu
Flügelabstand 5 beim mittleren Flügelradius im Bereich
zwischen 1,1 und 1,5 liegt.
Mit besonderem Vorteil kann das Flügelrad zwischen 12 und 24 Flügel tragen, deren Anströmwinkel
von den Füßen bis zu den Spitzen im wesentlichen gleichförmig ist und, bezogen auf die Welle des
Flügelrades, zwischen 40 und 60° liegt.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel liegt das Verhältnis des Durchmessers der
inneren Begrenzungswand durch Durchmesser der äußeren Begrenzungswand des ringförmigen Strö-
2- mungskanals bei einem Durchflußmesser für Flüssigkeiten
im Bereich zwischen 0,60 und 0,75 und bei einem solchen für Gase zwischen 0,70 und 0,85.
Die Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Flügelraddurchflußmesser,
insbesondere für Gase,
F i g. 2 eine Schnittansicht durch den Flügelraddurchflußmesser, genommen längs der Linie 2-2 in
F i g. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der
Linie 3-3 der F i g. 2,
Fig. 4 eine Schnittansicht im vergrößerten Maßstab des Meßflügelrades,
F i g. 5 eine vergrößerte Schnittansicht der Ringnut und der Flügelspitze,
F i g. 6 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 6-6 der F i g. 4,
F i g. 7 eine perspektivische Darstellung des Meßflügelrades,
F i g. 8 eine Teilansicht des Meßflügelrades,
F i g. 9 eine Seitenansicht eines der Flügel des Meßflügelrades nach F i g. 8,
Fig. 10 eine Draufsicht auf den Flügel nach
Fig. 9,
Fig. 11 eine Abwicklung eines teilweisen Zylinderschnittes
durch die Außenkanten der Flügel des Meßflügelrades nach F i g. 8 und
Fig. 12 eine Abwicklung eines teilweisen Zylinderschnitts
durch die Wurzeln der Flügel des Meßflügelrades nach F i g. 8.
Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen Flügelraddurchflußmesser
20, insbesondere für Gase mit einem auseinandernehmbaren, zweiteiligen Gehäuse, das aus einem
ersten rohrförmigen Eintrittsabschnitt 22 und einem zweiten ebenfalls rohrförmigen Austrittsabschnitt 28
besteht. Der Eintrittsabschnitt 22 weist einen an seinem einen Ende angeschweißten Anschlußflansch
24 und einen an seinem inneren Ende angeschweißten Verbindungsflansch 26 auf. Der Austrittsabschnitt 28
hat den gleichen Durchmesser wie der Eintrittsabschnitt 22, mit dem er achsgleich fluchtet, und hat
einen an seinem äußeren Ende angeschweißten An-
i 423 241
schlußflansch 30 und einen am inneren Ende angeschweißten Flansch 32, der gegen den Flansch 26 anliegt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die beiden Flansche 26 und 32 durch über den Umfang gleichmäßig
verteilt angeordnete Schrauben 34 miteinander verbunden. Die Fuge zwischen den Flanschen
26 und 32 ist durch einen O-Ring 36 abgedichtet, der in einer ringförmigen Aussparung in der am
Flansch 32 anliegenden Stirnfläche des Flansches 26 gehalten und zusammengedrückt ist. Der Innendurchmesser
der Abschnitte 22 und 28 ist vorzugsweise gleich dem der Leitung, in der der Flügelraddurchflußmcsser
eingebaut ist.
Ein stromlinienförmig ausgebildeter zweiteiliger Einsatz mit einer stromauf gelegenen Nase 38 und
einem stromab gelegenen Konus 40 ist innerhalb der Abschnitte 22 bzw. 28 koaxial zu diesen montiert und
enthält die Einrichtung zum Messen des Mediums und den Antriebsmechanismus für das Zählwerk. Die
Teile 38 und 40 des Einsatzes bilden zusammen mit den Innenwandungen der Abschnitte 22 ung 28 einen
ringförmigen Strömungskanal mit venturiartigem Verlauf zwischen dem Eintrittsende des Flügelraddurchfiußmesscrs
20 am Flansch 24 und dem Austrittsende aus dem Flügelraddurclifiußmcsser am Flansch 30.
Die Nase 38 weist einen Zylinderabschnitt 42 mit einer stirnseitigen Aussparung44 zur Aufnahme eines
Lagerträgers 46 auf, der mittels Schrauben 48 befestigt ist, eine am gegenüberliegenden Ende mittels
Schrauben 52 starr befestigte Platte 50 und einen Kopf 54, der an der Platte 50 mittels eines Gewindebolzens
56 starr befestigt ist. Die Außenfläche 58 des Kopfes 54 hat einen Querschnitt, der sich in Strömungsrichtung
verbreitert, so daß der Strom des Gases oder Mediums von einem Strom mit zylindrischem
Querschnitt in einen Strom mit ringförmigem Querschnitt im ringförmigen Kanal 60 umgewandelt
wird, der von der Außenfläche des Zylinderabschnittes 42 und der zylindrischen Innenwand des
Gehäuseabschnitts 22 begrenzt wird. Die Nase 38 wird im Gehäuseabschnitt 22 von radialliegenden
Rippen 62 getragen, die um die Achse der Nase 38 herum gleichmäßig verteilt angeordnet und mittels
Schrauben 64 mit dem Zylinderabschnitt 42 starr verbunden sowie mittels Schrauben 66 an dem Gehäuseabschnitt
22 starr befestigt sind. Die Rippen 62 sind an ihren gegenüberliegenden Enden stromlinienförmig
ausgebildet, und ihre Länge in axialer Richtung ist so gewählt, daß jede Geschwindigkeitskomponente
des Mediumstroms in tangentialer Richtung ausgeschaltet wird, so daß, wenn der Strom sich dem Ende
des Gehäuseabschnitts 22 nähert, die Strömungsrichtung im wesentlichen eine rein axiale ist.
Der stromab gelegene Konus 40 ist ein Hohlkörper 68, dessen Außenfläche 70 in Strömungsrichtung
konvergiert und der einen zylindrischen Abschnitt 72 aufweist, der zur Außenfläche des Zylinderabschnitts
42 koaxial verläuft und den gleichen Durchmesser hat. Der Konus endet in einer Spitze 74 und ist gekrümmt,
um die Strömung des Mediums beim Übergang aus dem ringförmigen Kanal 60 in den zylindrischen
Kanal unter minimaler Wirbelbildung und minimalem Druckverlust zu führen. Der Hohlkörper
68 ist innerhalb des Gehäuseabschnitts 28, zu diesem koaxial, mittels gleichmäßig über den Umfang verteilter
Bolzcnpaarc 76 und 78, die in den Hohlkörper 68 eingeschraubt sind, und mittels Schrauben 80, die
durch die Wand des Gehäuscabschnitts28 hindurchgeführt
und in die Enden der Bolzen 76 und 78 eingeschraubt sind, montiert. In einem Ende des Hohlkörpers
68 ist gegenüber der Nase 38 eine bei 84 mit öffnungen versehene Platte 82 montiert, die einen
Schublagerträger 86 trägt.
Der Meßflügelradsatz 88 besteht aus einer Welle 90, aus magnetischem Material gebildet, die mittels
im Abstand voneinander angeordneter Radiallager 92 und 94 im Lagerträger 46 gelagert und mittels
eines vormagnetisieren Hufeisendauermagneten 96 magnetisch aufgehängt ist, der im Lagerträger 46
oberhalb der Welle 90 montiert ist, einem mit Speichen versehenen Meßflügelrad 98, das gleichmäßig
über den Umfang verteilte Flügel 100 auf-
!j weist, die innerhalb des Ringkanals 60 angeordnet
sind und sich quer über diesen erstrecken, und einer Antriebskupplung 102 für einen magnetischen Antrieb
in Form eines Dauermagneten, der am gegenüberliegenden Ende der Welle 90 außerhalb des
Lagers 92 befestigt ist. Die Lager 94 sind Ringsaphir-Radiallager. Diese Lager sollen in erster Linie die
radiale Lage des Meßflügelrades 98 festlegen. Sie haben nur eine Belastung zu tragen, da das Gewicht
des Meßflügclrads durch die magnetische Aufhängung des Magneten 96 getragen wird und das Meßflügelrad
in hohem Maß ausgewuchtet ist. Die geringe Axialbewegung des Meßflügelradansatzes 88 und der
Welle 90 (0,25 bis 0,38 mm) während des Ablaufens und Stillsetzens des Flügelraddurchflußmessers gewährleistet
eine selbsttätige Reinigung der Radiallager 92 und 94. Die magnetische Kraft des Magneten
96 ist von solcher Größenordnung, daß sie dem Gewicht,, des Meßflügelradsatzes 88 entspricht, und
die Wirkungslinie der magnetischen Kraft verläuft durch den Schwerpunkt des Meßflügelradsatzes 88.
Bei einer praktischen Ausführungsform beträgt das Gesamtgewicht des Meßflügelradsatzes 88 etwa 71g
und das Trägheitsmoment etwa 1,44 kg cm2. Der Dauermagnet 96 ist derart vorentmagnetisiert, daß
er nach Einbau in den Meßflügelradsatz seine remanente Magnetisierung unbegrenzt behält. Zwischen
dem Magneten 96 und der Welle 90 soll ein genügender Luftspalt (bei einer praktischen Ausführungsform z. B. 2,5 mm) vorgesehen sein, so daß ein un-
vermeidbares Radialspiel der Welle 90 in den Lagern 92 und 94 die magnetische Kraft nicht in nennenswertem
Maß ändert.
Das Meßflügelrad 98 ist zwischen den benachbarten Enden der Nase 38 und des Konus 40 an der
Verbindungsstelle der Flansche 26 und 32 angeordnet und ist nach dem Abbau des Gehäuseabschnitts
28 zusammen mit dem darin montierten .Konus 40 bequem zugänglich. Der ganze Meßflügelradsatz kann
dann als Einheit herausgenommen werden, wenn die Schrauben 48 gelöst werden. Diese Einheit ist in
Fig. 7 dargestellt.
Da der in F i g. 2 gezeigte Flügelraddurchflußmcsscr
in erster Linie für die Messung von Gasen bestimmt ist, hat das Meßflügelrad 98 eine Form, wie
es im einzelnen in den Fig. 4 bis 12 dargestellt ist.
Es besteht aus einer Nabe 97, die am Ende der Welle 90 befestigt ist und mehreren, bei der dargestellten
Ausführungsform achtzehn Speichen 99, von denen jede einen Flügel 100 trägt. Die Flügel 100 bestehen
aus dünnem Blech, sind hohl, und, wie in Fig. 9 bis 12 dargestellt, konturiert. Die Flügel 100 sind
gerade, symmetrische, aerodynamisch günstig ausgebildete Flügclkörper mit geringem Widerstand mit
einem Verhältnis von Flügelsehnenlänge zu Flügelabstand σ von etwa 1,1 bis 1,5. Die Sehnen schließen
mit der Achse beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 55,5° ein. Wenn ein etwas
höherer Anlaufstrom zulässig ist, können zur Verminderung der Kosten die profilierten Flügel durch
gerade ebene Plättchen ersetzt werden.
Die Schubkraft des Meßflügelradsatzes 88 wird (Fig. 4) von einem Saphirschublager aufgenommen,
das an einem Stopfen 104 montiert ist, der in elastischer Weise durch eine Druckfeder 106 gehalten
und im Lagerträger 86 des Konus 40 montiert ist. die elastische Abstützung dieses Lagers verhindert
eine Beschädigung desselben während des Transports. Der normale Schub des Meßflügelradsatzes 88 ist sehr
gering und beträgt etwa 62,5 g bei einer Nennleistung von 575 nfVh Luft unter atmosphärischem Druck bei
der dargestellten Ausführungsform.
Wie in den F i g. 4 und 5 gezeigt, weist die Außenwand des geraden ringförmigen Strömungskanals 60
des Flügelraddurchflußmessers eine Ringnut 107 auf, in die die äußeren Enden der Flügel 100 vorspringen,
wobei das Spiel in axialer und radialer Richtung reichlich bemessen ist, z.B. lV2mm oder darüber
beträgt.
Der magnetische Antrieb 102 (F i g. 2), der am linken Ende der Turbinenläuferwelle 90 montiert ist,
ist durch ein geschlossenes, nicht magnetisches Rohr 110 hindurch mit einem magnetischen Folgeglied· 108
magnetisch gekoppelt. Das Rohr 110 bildet eine statische Dichtung für das Medium und ist mittels einer
Tragplatte 112 am ZylinderabschnitJ 42 montiert. Diese Tragplatte 112 ist mittels Schrauben 114 befestigt
und mittels einer in einer Nut ar» Zylinderabschriitt 42 eingelegten und zusammengedrückten
O-Ring-Dichtung 116 und mittels einer in der Platte 112 in einer Nut eingelegten und zusammengedrückten
O-Ring-Dichtung 118 abgedichtet. Das magnetische Folgeglied 108 treibt ein Ritzel 120, das, wie
Fig. 2 und 3 zeigen, über ein Getriebe mit einer vertikalstehenden Welle 122 verbunden ist, die ihrerseits
mit einer Zählwerksantnebswelle 124 gekuppelt ist. Die Zählwerksantnebswelle 124 (Fig. 3) ist
durch ein festes rohrförmiges Gehäuse 126 hindurchgeführt. Dieses Gehäuse 126 erstreckt sich durch den
ringförmigen Kanal 60 zwischen den Abschnitten 22 und 42 und ist am Zylinderabschnitt 42 durch eine
eingesetzte Buchse 128 befestigt, die im zusammengebautem Zustand im wesentlichen zu einem Bestandteil
des Zylinderabschnittes42 wird. Die statisch flüssigkeitsdichte Beziehung zwischen dem Gehäuse
126 und dem Stopfen 128 wird durch einen O-Ring 130 hergestellt. Das Gehäuse 126 ist am Abschnitt 22
mittels eines Einsatzgliedes 132 montiert, das angeschweißt ist. Ein O-Ring 134 bildet eine statische
Abdichtung gegen das Medium zwischen dem Gehäuse 126 und dem Einsatzglied 132.
Die Welle 124 ist mit einer Eingangswelle 136 eines herkömmlichen Anzeigers 138 mit Zifferblatt
einer Uhr (Fig. 1 und 3) verbunden, der bzw. die oben am Flügelraddurchflußmesser 20 montiert ist
und in einem aufrechten rohrförmigen Stutzen 140 untergebracht ist, der im wesentlichen radial vorspringend
an der Außenseite des rohrförmigen Gliedes 22 starr befestigt ist.
Die axiale Länge der Ringnut 107 ist im wesentlichen gelich einem ganzzahligcn, geradzahligen Vielfachen
ihrer in radialer Richtung gemessenen Tiefe.
Das Verhältnis des Durchmessers des Einsatzes zum Durchmesser des Gehäuses steht in einer direkten
Beziehung zum Druckverlust, zum Anlaufverlust, zur Flügelausbildung und zur Meßflügelraddrehzahl. Ein
niedriger Druckverlust erfordert einen großen Druckflußquerschnitt, daher ein niedriges Verhältnis -=-
während ein niedriger Anlauffluß eine hohe Eintrittsgeschwindigkeit und daher ein großes Verhältnis '
erfordert. Wenn im Interesse niedriger Herstellungskosten gerade Flügel, wie in Fig. 4, verwendet
werden, soll das Verhältnis--! nicht unter 0,75 betragen,
damit über die gesamte Länge des Flügels ein entsprechend guter Wirkungsgrad desselben erreicht
wird. Für eine gegebene Durchflußmenge pro Zeiteinheit und einen gegebenen Flügelwinkel ist die
Läuferdrehzahl durch das Verhältnis ' direkt be-
stimmt. Der Wert dieses Verhältnisses ' soll so ge-
wählt sein, daß sich ein optimaler Betriebsbereich von Läuferdrehzahlen hinsichtlich der Empfindlichkeit,
Ansprechgenauigkeit und Lebensdauer des Flügelradzählers ergibt. Der richtige Wert des Verhältnisses
' des Flügelradzählers muß daher ein
Kompromiß zwischen den oben besprochenen Forderungen sein.
Durch Analyse und Versuch wurde gefunden, daß die optirrtalen Werte des Durchmesserverhältnisses
von Flügefradzählern
(),6()< Dl <0,75 für Flüssigkeiten
0,7()< Dl <0,85 für Gase
Dn
Dn
Für Werte von '-> 0,75 können bei geringem
Verlust an Gesamtwirksamkeit gerade Flügel verwendet werden (wie im folgenden noch eingehend besprochen).
Profilierte Flügel ergeben eine bessere Leistung als
Flügel in Form von ebenen Plättchen, und zwar insbesondere bei niedrigen Durchflußmengen je Zeiteinheit.
Die ersteren haben einen größeren Anstellwinkel, einen höheren Zug oder Auftrieb und einen
geringeren Widerstand für einen gegebenen Angriffswinkel, so daß sich ein höheres Antriebsdrehmoment
für einen gegebenen Schlupf des Läufers und ein geringerer Wert für den strömungsdynamischen Widerstandskoeffizienten
und somit ein niedrigerer Wert für den Anlauffluß ergibt.
Innerhalb eines kleinen Bereiches des Anströmwinkels
sind außerdem sowohl die absolute Größe als auch der Betrag der Änderung des strömungsdynamischen
Widerstandskoeffizienten merklich kleiner, wenn strömungsdynamisch günstig ausgebildete Profile
verwendet werden als bei ebenen Plättchen, und dies hat eine bessere lineare Beziehung zwischen der
Flügelraddrehzahl und eier Durchflußmenge je Zeiteinheit über einen weiten Bereich des Durchflusses
zur Folge. Ein anderer Vorteil strömlingsdynamisch günstig ausgebildeter Profile ist in der Tatsache be-
409 621/460
gründet, daß sie unter nur geringster Preisgabe des Wirkungsgrades der Flügel das Erreichen der gewünschten
mechanischen Festigkeit und Steifigkeit ermöglichen. In Anwendungsfällen jedoch, in denen
eine äußerst hohe Genauigkeit und ein weiterer Bereich von Durchflußmengen je Zeiteinheit nicht erforderlich
ist, geringe Kosten jedoch wesentlich sind, erweise11, sich Flügel in der Form ebener Platten befriedigend,
da der Angriffswinkel bei mäßigen und hohen Durchflußmengen je Zeiteinheit gewöhnlich
sehr klein und im wesentlichen konstant ist.
Niedriges Gewicht und niedriges Trägheitsmoment des Läufers erfordert dünne Flügel. Versuche haben
außerdem gezeigt, daß die Flügcldicke auf die strömungsdynamischen
Eigenschaften der Flügel innerhalb des Betriebsbereichs der Strömungsmessung keinen nennenswerten Einfluß hat. Die Flügeldicke
soll daher auf einem mit der mechanischen Festigkeit, der Steifigkeit und mit Gesichtspunkten der
Fertigung zu vereinbarenden Mindestmaß gehalten werden. Für Flügelradzähler für Gase, bei denen es
auf das Gewicht und das Trägheitsmoment des Läufers ganz entscheidend ankommt, können in
einigen Anwendungsfällen hohle Flügel verwendet werden.
Bei gegebenem Strömungszustand gibt es eine optimale Flügeleinstellung, die einen günstigen Wirkungsgrad
der Flügel ergibt. Für einen innerhalb seines Betriebsbereiches der Strömungsmessung arbeitenden
Flügelradzähler mit symmetrischen, profilierten Flügeln ist der Wirkungsgrad auch innerhalb
eines Bereiches von ± 10° Abweichung "von der oprimalen
Flügelstcllung noch gut. Ein hohes Antriebsdrehmoment erfordert jedoch große Elügelwinkel,
während ein geringer Druckverlust einen kleinen Flügelwinkel erfordert. Der wünschenswerte Bereich
der Flügelwinkel gemessen in bezug auf die Achsrichtung stellt daher einen Kompromiß zwischen den
obengenannten Faktoren und dem erwünschten Wert der maximalen Läuferdrehzahl dar und ergibt sich
durch den Versuch zu 40° </J<60°.
Der Flügelwinkel soll für Medien von niedriger Dichte, z. B. Gase, etwas höher sein als für Medien
von hoher Dichte, wie Flüssigkeiten.
Es wurde gefunden, daß die Flügel eines Flügelradzählers von hoher Genauigkeit genügend eng beieinander
angeordnet sein sollen, so daß die Abweichung zwischen dem Austrittswinkel des Mediums
\; und dem Flügelaustrittswinkel /f., vernachlässigbar
klein sein soll und somit v, ä-·/*., = konstant
über den gesamten Betriebsbereich ist. In geringem Abstand voneinander angeordnete Flügel
bedingen ein hohes Verhältnis a — von Flügel-
sehncnlünge zum Flügelabstand. Ein hohes Verhältnis
ο bedeutet jedoch eine große Fliigclgesamtfläche,
und dies führt zu hoher Flügelprofilreibung. Der richlige
Wert von π soll daher genügend niedrig sein, um einen niedrigen Flügelreibungsvcrlust zu gewährleisten,
andererseits jedoch hoch genug sein, daß das Medium durch die Flügelanordnung genau geführt
wird, und zwar unter einem Winkel, der praktisch gleich ist dem der Flügelanordnung selbst. Glücklicherweise
ist die tatsächliche Ablenkung, die das Medium durch die Flügelanordnung erfährt, nur sehr
gering, und es ist nur ein mäßiger Wert des Ausfüllungsgrades erforderlich, um die Bedingung \.,rs/7.,
zu erfüllen.
Versuchsergebnisse zeigen, daß sich die folgenden Grenzen für π als wünschenswert ergeben:
l,l<o< 1,5.
Der Wert für -i soll für kompressible Medien, wie
Gase, etwas höher sein als für inkompressible Medien, z. B. Flüssigkeiten.
Für einen gegebenen Wert von ο ist nach den Ergebnissen
von Versuchen der Wirkungsgrad der Flügel um so höher, je kleiner die Zahl der Flügel
ist. Andererseits führt eine höhere Flügclzahl zu größerer Gleichmäßigkeit der Geschwindigkeitsverteilung,
des Druckes und des zur Wirkung gebrachten Drehmomentes. Außerdem führt eine hohe Flügelzahl
bei gegebenem Ausfüllungsgrad zu einem Läufer von geringerer Länge in axialer Richtung, von geringerem
Gewicht und geringerem Trägheitsmoment. Der optimale Wert der Läuferflügelzahl ist also ein Kompromiß
zwischen den obengenannten Forderungen. Versuche haben gezeigt, daß der erwünschte Bereich
der Flügelzahl Z
12 Z. Z Z. 24
Dabei soll die Flügelzahl für kompressible Medien, wie Gase, etwas größer sein als für inkompressible
Medien, z. B. Flüssigkeiten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Flügelraddurchflußmesser für ein durch eine
Rohrleitung strömendes Medium, der einen ringförmigen, zur Rohrachse parallelen Strömungskanal aufweist, in dem die Flügel eines drehbar
gelagerten Meßflügelrades angeordnet sind, dessen Welle über eine magnetische Kupplung mit einem
Umdrehungszählvverk verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzungswand des ringförmigen Strömungskanals
(60) an der Stelle des Meßflügelrades (98) eine Ringnut (107) aufweist, die in Strömungsrichtung
breiter als die Flügelspitzen (100) ist und in Umfangsrichtung das Meßflügelrad vollständig umgibt,
und daß der Außendurchmesser der Meßflügel mindestens gleich dem Außendurchmesser
des ringförmigen Strömungskanals ist, so daß die äußeren Spitzen der einzelnen Flügel mit relativ
reichlich bemessenem axialem und radialem Spiel in die Ringnut hineinragen und darin umlaufen
können.
2. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (107)
einen rechteckigen Querschnitt hat.
3. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale
Länge der Ringnut (107) gleich einem ganzzahligen Vielfachen ihrer in radialer Richtung, gemessenen
Tiefe an der stromaufwärtigen Seite ist.
4. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Durchmesser des ringförmigen Strömungskanals (60) größer ist als der Fußkreisdurcjimesser der
Flügel (100) des Meßflügelrades.
5. Fügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion
aller Flügel (100) auf eine zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene eine ringförmige geschlossene
Fläche ergibt.
6. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US71786358A | 1958-02-27 | 1958-02-27 | |
DER0025028 | 1959-02-24 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1423241A1 DE1423241A1 (de) | 1968-10-03 |
DE1423241B2 DE1423241B2 (de) | 1970-11-12 |
DE1423241C3 true DE1423241C3 (de) | 1974-05-22 |
Family
ID=25991246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19591423241 Expired DE1423241C3 (de) | 1958-02-27 | 1959-02-24 | Flügelraddurchflußmesser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1423241C3 (de) |
-
1959
- 1959-02-24 DE DE19591423241 patent/DE1423241C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1423241A1 (de) | 1968-10-03 |
DE1423241B2 (de) | 1970-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2244178C3 (de) | Durchflußmesser für Flüssigkeiten | |
DE2254481C3 (de) | Durchflußmesser für Fluide | |
DE2540733B2 (de) | Axialgebläse mit Laufschaufeln | |
DE2132811C3 (de) | Turbinen-Durchflußmesser | |
DE3128322A1 (de) | Durchflussmesser fuer fluessigkeiten | |
DE3112959A1 (de) | Turbinenlaeufer eines durchflussmessers | |
DE1798391A1 (de) | Fluegelraddurchflussmesser | |
DE1423241C3 (de) | Flügelraddurchflußmesser | |
DE2536172C2 (de) | Volumenmeßgerät | |
DE1960186A1 (de) | Stroemungsmessgeraet | |
DE3303532A1 (de) | Fluegelrad | |
DE3923142C2 (de) | Flügelradzähler zum Messen einer Flüssigkeitsmenge | |
DE1548962A1 (de) | Lagerkonstruktion,insbesondere fuer Turbinen-Stroemungsmesser | |
DE806830C (de) | Nabe fuer Schiffsschrauben oder Turbinen mit verstellbaren Fluegeln | |
DE2258646C3 (de) | Durchflußmesser | |
AT239563B (de) | Durchflußmengenmesser für strömungsfähige Medien | |
DE1548881C3 (de) | DurchfluBmesser für strömende Medien | |
DE2508927A1 (de) | Durchflussmessgeraet | |
DE19535683C2 (de) | Woltmannzähler | |
AT257972B (de) | Turbinen-Strömungsmesser | |
DE1473142C3 (de) | Turbinendurchflußmesser | |
DE1623946C3 (de) | Flügelradmesser | |
DE2234680A1 (de) | Durchflussmesser | |
DE3924496C2 (de) | Durchströmturbine | |
EP1271110B1 (de) | Wassermessgerät mit Kunststoffgehäuse |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |