DE1423891C - Verfahren zum Begradigen der Fehler kuive eines Flugelraddurchfiußmessers und Vorrichtungen zur Durchfuhrung des Vcrfah rens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Begradigen der Fehlerkurve eines Flügelraddurchflußmessers mit einem drehbar gelagerten Meßflügelrad, welches durch das strömende Medium in Drehung versetzt wird und mit einem Umdrehungszählwerk gekoppelt ist, sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Fehlerkurve eines Flügelraddurchflußmessers zeigt an, in welchem Bereich von Durchflußmengen die. Messung innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen erfolgt.

üblicherweise wird die Fehlerkurve dadurch

erhalten, daß das Verhältnis ~ der Winkelgeschwindigkeit αϊ des Meßflügelrads zu der Durchflußmenge Q auf der Ordinate, die Durchflußmenge Q auf der Abszisse aufgetragen wird. Bei einem idealen Durchflußmesser wäre diese Fehlerkurve eine parallel zur Abszissenachse verlaufende Gerade. In Wirklichkeit weist die Fehlerkurve Abweichungen von diesem idealen Verlauf auf, und das Gerät ist nur für Messungen irr dem Bereich brauchbar, in dem diese Abweichungen innerhalb der vorgeschriebenen Fehlergrenzen liegen.

Diese Nichtlinearität zwischen Drehzahl und Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich daraus, daß das Meßflügelrad Reibungswiderstände zu überwinden hat, die eine andere Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit zeigen als die entsprechende Antriebskraft, so daß die Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl und der eines idealen kräftefreien Flügelrades, im folgenden mit Schlupf bezeichnet, nicht konstant ist.

Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Fehlerkurve von Flügelraddurchflußmessern zu begradigen und dadurch den Meßbereich zu erweitern. Insbesondere sind Versuche unternommen worden, die Abnahme der Meßgenauigkeit bei kleinen Durchflußmengen zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird bei dem it) der französischen Patentschrift 1 164 587 beschriebenen Durchflußmesser vor dem Meßflügelrad ein frei laufendes Kompensationsflügelrad angeordnet, dessen Flügel entgegengesetzt zu denjenigen des Meßflügelrades angestellt sind. Dadurch soll der Anströmwinkel am Meßflügelrad vergrößert werden, damit die prozentual größeren Reibungs- und Widerstandsmomente bei kleinen Drehzahlen ausgeglichen werden. Um möglichst gleiche Bedingungen am Meßflügelrad und am Kompensationsflügelrad zu schaffen, wird die Drehung des Meßflügelrads lichtelektrisch abgetastet.

Die Wirkung dieser Anordnung soll nach dem älteren Patent 1 120 165 dadurch verbessert werden, daß die Drehbewegung des Kompensationsflügelrads durch Widcrstandsmittel abbremsbar ist, wobei die Widerstandsmittel vorzugsweise aus einer magnetischen Wirbelstrombremse bestehen.

Alle diese Maßnahmen ergeben aber eine Begradigung der Fehlerkurve jeweils nur für Strömungsmedien vergleichbarer Beschaffenheit, insbesondere gleicher Viskosität. Wenn der gleiche Flügelradmesser Tür Strömungsmedien anderer Viskosität verwendet werden soll, muß die Kompensation entsprechend berichtigt werden.

Es besteht aber ein Bedarf an Durchflußmessern, mit denen Strömungsmedien sehr unterschiedlicher Viskosität (beispielsweise von .1 bis ll(X)cSt) in einem großen Bereich von Durchflußmengen (beispielsweise 1 :5) mit hoher Genauigkeit (±0,1%) gemessen werden können, ohne daß hierzu Änderungen am Meßgerät vorgenommen werden müssen. Diese Bedingungen bestehen z. B. bei Pipelines, durch die Produkte sehr unterschiedlicher Viskosität gefordert werden.

Die Viskosität des zu messenden Strömungsmediums ist insbesondere für den übergang von der laminaren zur turbulenten Strömung maßgeblich. Als Maß hierfür wird üblicherweise die Reynoldssche Zahl verwendet, eine dimensionslose Zahl, die für den gleichen Durchflußmesser der Geschwindigkeit und Dichte des Strömungsmediums direkt und der Viskosität des Strömungsmediums umgekehrt proportional ist.

Für jedes Strömungsmedium gibt es dann eine »kritische« Reynoldssche Zahl, bei der die laminare Strömung abreißt und turbulent wird. Wenn man die

obenerwähnte Fehlerkurve ~ = F(Q) aufträgt, weist

diese bei einer bestimmten Durchflußmenge einen ausgeprägten Höcker auf, der der kritischen Reynoldsschen Zahl entspricht. Nach unten hin fällt die Fehlerkurve steil-ab; dies ist der Bereich der laminaren Strömung, in der der Flügelraddurchflufjmesser nicht arbeiten kann. Nach oben hin schließt sich ein Ubergangsbereich an, in dem die Fehlerkurve allmählich zu dem horizontalen geraden Verlauf hin abfällt, den sie im rein turbulenten Bereich hat.

Der Höcker der Fehlerkurve liegt natürlich für jedes Strömungsmedium bei einem anderen Wert der Durchflußmenge. Man würde also für jedes Strömungsmedium eine eigene Fehlerkurve erhalten.

Wenn man aber das Verhältnis ^ nicht als Funktion der Durchflußmenge Q, sondern als Funktion der Reynoldsschen Zahl Re aufträgt, erhält man für alle Strömungsmedien die gleiche Fehlerkurve, die nur noch vom Aufbau des Meßgeräts, aber nicht mehr von der Viskosität oder den sonstigen Eigenschaften des zu messenden Strömungsmediums abhängt.

Auf Grund dieser Erscheinung erhält man mit dem gleichen Flügelraddurchflußmesser bei der Messung von Strömungsmedien zunehmender Viskosität bei gleichen Durchflußmengen zunehmende Meßfehler, so daß entweder der Meßbereich entsprechend der größten vorkommenden Viskosität stark eingeschränkt ist oder die Anzeige von der Viskosität abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, den Verlauf der Fehlerkurve eines Flügelraddurchflußmessers im Bereich kleinerer Reynoldsscher Zahlen derart zu beeinflussen, daß die auf die Durchflußmenge bezogene Winkelgeschwindigkeit des Meßflügelrades im Ubergangsbereich zwischen turbulenter und laminarer Strömung bis zur kritischen Reynoldsschen Zahl den gleichen konstanten Wert beibehält wie im turbulenten Strömungsbereich.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die im Übergangsbereich zwischen dem turbulenten und dem laminaren Strömungszustand des Mediums auftretende Zunahme der auf die Durchflußmenge bezogenen Winkelgeschwindigkeit des Meßflügelrades dadurch kompensiert wird, daß von einer Flüssigkeitsbremse ein mit der Viskosität des Mediums zunehmendes Drehmoment vorbestimmter Größe erzeugt wird, welches entweder als Bremsmoment direkt am Meßflügelrad angreift oder mittels eines dem Medium vor Eintritt in das Meßflügelrad erteilten

Dralls als zusätzliches Antriebsmoment auf das Meßflügelrad übertragen wird.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß sich die Meßwertanzeige des Flügelraddurchflußmessers selbsttätig an Strömungsmedien mit unterschiedlicher Viskosität anpaßt, wodurch der Meßbereich zur kleineren Reynoldsschen Zahl hin erweitert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung darin, daß die Flüssigkeitsbremse direkt mit der Welle des Meßflügelrades verbunden ist.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Flüssigkeitsbremse mit der Welle eines in geeignetem Abstand stromaufwärts vor dem Meßflügelrad zusätzlich angeordneten zweiten Flügelrades verbunden ist, dessen Flügel einen den Flügeln des Meßflügelrades entgegengesetzten Anstellwinkel aufweisen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 ein Diagramm zur Darstellung des gesamten von der Reibung des Strömungsmediums verursachten Flügelradschlupfes in Abhängigkeit von der Reynoldssehen Zahl,

F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Fehlerkurve eines Flügelraddurchflußmessers in Abhängigkeit von der Reynoldsschen Zahl,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Flügelraddurchflußmesser gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Verbesserung der Fehlerkurve bei dem Flügelraddurchflußmesser von F i g. 3,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch einen Flügelraddurchflußmesser gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Flügelraddurchflußmessers von F i g. 5.

Zum besseren Verständnis der folgenden Beschreibung sind in F i g. 1 und 2 zwei Diagramme dargestellt, die das typische Verhalten eines Flügelraddurchflußmessers zeigen. F i g. 1 stellt den durch die viskose Reibung des Strömungsmediums verursachten Schlupf des Flügelrades als Funktion der Reynoldsschen Zahl dar. In diesem Diagramm können drei Bereiche unterschieden werden.

Bei sehr kleinen Reynoldsschen Zahlen Re (d. h. bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten für ein gegebenes Medium) ist die Strömung laminar. In diesem Bereich ändert sich der Schlupf S_f entsprechend dem Ausdruck

"'" Re

bis zu einem Minimum, das bei der kritischen Reynoldsschen Zahl liegt, die zugleich die Grenze dieses Bereichs bildet.

Bei großen Reynoldsschen Zahlen Re ist der Schlupf konstant: ο _ f

da in diesem Bereich die Strömung vollkommen turbulent ist.

Zwischen diesen beiden Bereichen liegt eine Ubergangszone, in der sich der Schlupf nach dem Ausdruck

ändert. °^£<

F i g. 2 zeigt das Verhältnis "' der Winkelgeschwindigkeit i'i des Meßflügelrads zu der DurchfiußmengeÖ. Für einen idealen Durchflußmesser wäre die Kurve

für diesen Wert ^ eine parallel zur Abszissenachse verlaufende Gerade; dann wäre im gesamten Meßbereich die Drehzahl des Meßflügclrads der Durchflußmenge genau proportional. In Wirklichkeit ver-

ringert sich der Wert " um den in F i g. 1 dargestellten Schlupf, und die diese Differenz >

\Q/ideal

darstellende Kurve ist die Fehlerkurve des Flügelraddurchflußmessers.

Entsprechend dem Verlauf der Schlupfkurve weist diese Fehlerkurve drei verschiedene Bereiche auf:

Der im Bereich großer Reynoldsscher Zahlen liegende Abschnitt 54 verläuft im wesentlichen parallel zu der idealen Kurve, so daß in diesem Bereich eine genaue Messung möglich ist, weil die konstante Abweichung leicht berücksichtigt werden kann. Der in der Ubergangszone liegende Abschnitt 52 steigt mit kleiner werdenden Reynoldsschen Zahlen allmählich an, und bei der kritischen Reynoldsschen Zahl besteht ein ausgeprägter Hocker 50, von dem aus die Fehlerkurve im Bereich der laminaren Strömung rasch abfällt.

Wenn die Kurven von F i g. 1 und 2 in Abhängigkeit von der Strömungsmenge Q anstatt von der Reynoldsschen Zahl Re gezeichnet würden, erhielte man für verschiedene Strömungsmedien verschiedene Kurven, deren Höcker an verschiedenen Stellen lägen, und zwar bei um so größeren Strömungsmengen, je höher die Viskosität des Strömungsmediums ist. Dadurch, daß die Kurven auf die Reynoldssche Zahl bezogen sind, gilt die gleiche Kurve für alle Strömungsmedien.

Die in F i g. 2 gezeigte Fehlerkurve für Flügelraddurchflußmesser wurde durch Versuchsergebnisse in vollem Umfang bestätigt. Für Strömungsmedien von niedriger und mittlerer Viskosität, wie Luft, natürliche Gase, Benzin, Wasser, dünnflüssige öle od. dgl., arbeitet ein Flügelraddurchflußmesser von angemessener Größe (100 mm Durchmesser und darüber) für die praktisch bedeutsamen Durchflußmengen hauptsächlich im ebenen Teil der Fehlerkurve. Im Falle von Strömungsmedien von hoher Viskosität jedoch fällt der Hocker der Kurve in den Geltungsbereich der Fehlerkurve, und dies führt zu einer ziemlich hohen maximalen Abweichung.

Im folgenden werden zwei Ausführungsformen von Flügelraddurchflußmessern beschrieben, bei denen Maßnahmen getroffen sind, um den Hocker der Fehlerkurve zu beseitigen, so daß diese bis herab zu der kritischen Reynoldsschen Zahl im wesentlichen gerade verläuft.

Der in F i g. 3 gezeigte Axialströmungsflügelraddurchflußmesser besteht aus einem zylindrischen Rohr 20, in dem ein stromlinienförmig ausgebildeter Verdrängungskörper 22 mittels längsverlaufender und in glejchen Abständen angeordneter Rippen koaxial

befestigt ist. Der Verdrängungskörper ist unterteilt, und in dem zwischen den beiden Teilen bestehenden Zwischenraum ist ein Meßflügelrad 30 gelagert. In dem hinteren Abschnitt 28 des Verdrängungskörpers

ist ein Getriebe angeordnet, über das die Welle 65 des Mcßflügclrads 30 mit einem Zählwerk 32 verbunden ist.

Im vorderen Abschnitt 70 des Verdrängungskörpers ist eine Flüssigkeitsbremse 60 zum Erzeugen eines viskositälsabhängigcn Bremsmoments untergebracht. Zu diesem Zweck ist eine Trommel 62 drchfest an einer koaxialen Verlängerung 64 der Meßflügclradwcllc 65 montiert. Die Trommel 62 ist eine hohle abgedichtete Einheit mit einem Durchmesser von solcher Größe, daß ein enger Zwischenraum zwischen ihr und der Innenwand 66 eines feststehenden becherförmigen Teiles 68 vorhanden ist. Das becherförmige Teil 68 ist am einen Ende koaxial zum Mcßflügelrad 30 innerhalb des Verdrängungskörperabschnittes 70 an einer Flanschplattc 71 montiert, die an dem Verdrängungskörper mittels Schrauben 72 befestigt ist.

Das in, der Strömungsrichtung vordere Ende des becherförmigen Teils 68 ist durch eine ebene kreisrunde Endplatte 73 verschlossen. An der Endplatte 73 ist mittels Schrauben 74 ein hohles Anschlußglied 75 koaxial zur Verlängerung 64 der Flügelradwcllc befestigt. Um einen Teil des zu messenden Strömungsmediums zu dem Anschlußglied 75 zu fördern, ist eine kleine Abzweigleitung 76 vorgesehen, deren eines Ende in einem bestimmten Abstand in der Strömungsrichtung vor dem Verdrängungskörper 22 mit der Hauptrohrlcitung 78 verbunden ist, in die das Rohr 20 des Durchflußmessers eingefügt ist.

Das andere Ende der Abzweigleitung 76 endet in dem Anschlußglied 75, so daß es mit dessen Innerem in Verbindung steht. Auf diese Weise wird ein vorherbestimmter Teil des durch die Leitung 78 strömenden, zu messenden Strömungsmediums durch die Abzweigleitung 76 in das Innere des Anschlußgliedcs 75 geführt, von wo es durch eine Reihe von in der Endplatte 73 gebildeten Löchern 80 in das hohle Innere des becherförmigen Teil 68 gelangt und zwischen der Innenwand 66 und der Trommel 62 zu radialen Austrittskanälen 82 in der Flanschplatte 71 strömt. Die Auslrittskanälc 82 münden in der Strömungsrichtung vor dem Meßflügelrad 30 in den kreisringförmigen Strömungsweg 84, der zwischen dem vorderen Abschnitt 70 des Verdrängungskörpers 22 und dem rohrförmigen Gehäuse 20 besteht. Das Strömungsmedium, das zwischen der Innenwand 66 des becherförmigen Teils 68 und der Trommel 62 hindurchgeht, ist also immer von der gleichen Art und hat im wesentlichen die gleiche Viskosität wie das im Hauptströmungswcg 84 befindliche zu messende Strömungsmedium. Der Zwischenraum zwischen der Trommel 62 und dem becherförmigen Teil 68 ist so beschaffen, daß die Strömung in diesem Zwischenraum innerhalb des Betriebsbereiches des Meßgerätes laminar verläuft, also wirbelfrei ist. Während die Trommel 62 sich dreht, wird also eine viskose Bremskraft erzeugt, die der Drehung der Trommel Widerstand leistet. Die Größe dieser Bremskraft hängt von der Oberfläche der Trommel 62 ab. Diese Bremskraft kann daher nach Bedarf verändert werden, indem die axiale Länge der Trommel vergrößert oder verkleinert wird, wodurch eine geringere bzw. eine größere Widerstandskraft auf die Trommel ausgeübt wird.

Die viskose Bremskraft, die auf die Trommel wirkt, verursacht einen Schlupfs,'., der zu dem von der Reibung des Strömungsmediums beim Durchgang durch das Meßflügclrad 30 erzeugten Schlupf Sj zusätzlich hinzutritt. Da der Schlupf S₁'. von einer laminaren Strömung erzeugt wird, verläuft er nach dem Ausdruck S' = _F , und er hat, wenn er als Funktion

der Rcynoldsschen Zahl gezeichnet wird, einen Kurvcnvcrlauf von der Art der unterbrochenen Linie 90 in F i g. 4.

Ohne diesen ausgleichenden Schlupfs,'., der von der Flüssigkeitsbremse 60 erzeugt wird, hätte die Fchlcrkurve des Flügclraddurchflußmesscrs die Form

ίο der Kurve 92.

Wenn der Flügclraddurchflußmesscr mit der Flüssigkeitsbremse 60 ausgestattet ist, ergibt sich als Fchlerkurve die Kurve 94 (F i g. 4). Durch Verändern der Länge der Trommel 62 wird die Bremskraft und mit ihr der Schlupfs,', verändert, bis bei der kritischen Reynoldsschen Zahl der Schlupf S,'. gleich ist der Differenz zwischen dem dem Flügelrad im Bereich der turbulenten Strömung aufgezwungenen Schlupfs, und dem dem Flügelrad bei der kritischen Reynoldssehen Zahl aufgezwungenen Schlupf S₁. Die Größe des Schlupfes S,'. infolge des auf die Trommel 62 wirkenden viskosen Strömungswiderstandes hat, wenn sie zu dem natürlichen Schlupf S₇ zusätzlich hinzutritt, eine Glättung der auf die Reynoldsschc Zahl bezogenen ursprünglichen Fehlerkurvc 92 zur Folge.. Die Kurve 94, die man durch die Beziehung

[S, + S₁'.)

erhält, zeigt nicht mehr den Hocker 96 der Kurve 92. Die Genauigkeit eines Flügclraddurchflußmessers mit der auf die Reynoldsschc Zahl bezogenen Fehlerkurve 94 zeichnet sich deutlich durch die Tatsache aus. daß die Fehlerkurve 94 im Bereich Rcynoldsscher Zahlen oberhalb der kritischen Reynoldsschen Zahl im wesentlichen parallel zu der Kurve 98 der Idealwerte ( g j verläuft. Infolgedessen ist, da der Schlupf S, im gesamten Bereich oberhalb der kritischen Reynoldsschen Zahl konstant ist. eine genaue Messung der Durchflußmenge gewährleistet.

In F i g. 5 ist eine andere Ausführungsform des Flügelraddurchfiußmessers dargestellt. Diese enthält ein frei drehbares Flügelrad 110 (im folgenden als »freies Flügelrad« bezeichnet), das in einem geeigneten Abstand in der Strömungsrichtung vor dem Meßflügelrad 30 angeordnet und mit einer Flüssigkeitsbremse 114 verbunden ist. Das freie Flügelrad 110 dreht sich gegenläufig zu dem Meßflügelrad 30.

Der Flügelraddurchflußmesser nach F i g. 5 besteht im übrigen wieder aus dem zylindrischen Rohr 20 mit einem stromlinienförmigen Verdrängungskörper 22, der koaxial in dem Rohr 20 mittels im Abstand voneinander angeordneter Streben 120 getragen ist. Der Verdrängungskörper 22 ist in zwei, Abschnitte unterteilt, und der hintere Verdrangungskörperabschnitt 28 wird in dem hinteren Rohrabschnitt 26

f>° koaxial von in gleichen Abständen angeordneten längsverlaufenden Rippen 128 gehalten. Am Verdrängungskörperabschnitt 28 ist das Mcßflügelrad 30 gelagert und über ein Antriebsgetriebe mit einem nicht dargestellten Zählwerk verbunden. Das Mcßflügelrad

f>5 30 trägt Flügel 130 an Radialspeichen 132, die in dem Zwischenraum zwischen den beiden Abschnitten des Verdrängungskörpers 22 an einer vom Ende der Mcßflügelradwelle 134 getragenen Nabe 136 befestigt

sind. Das freie Flügelrad 110 ist unabhängig von dem Meßflügelrad 30 an einer Welle 140 montiert. Die Welle 140 ist innerhalb des vorderen Abschnittes des Verdrängungskörpers 22 mittels Saphir-Radiallagern 142 und 144 koaxial zu dem Verdrängungskörper und zum Meßflügelrad 30 gelagert und mittels eines von einer Stütze 146 getragenen, elastisch abgestützten Saphir-Schublagers gegen Bewegung in der Strömungsrichtung axial elastisch gehalten.

Das freie Flügelrad 110 ist von ähnlicher Konstruktion wie das Flügelrad 30. Es hat eine Nabe 148, von dem in gleichen Winkelabständen angeordnete Speichen 150 strahlenförmig ausgehen, deren jede an ihrem äußeren Ende einen Flügel 152 trägt. Der Anstellwinkel der Flügel 152 ist annähernd gleich groß wie der Anstellwinkel der Flügel 130, aber entgegengesetzt, zu diesem in bezug auf die gemeinsame Drehachse der Flügelräder 110 und 30. Die Flügelräder 110 und 30 laufen also mit im wesentlichen gleicher Winkelgeschwindigkeit in entgegengesetztem Drehsinn um.

Um zu verhindern, daß ein Teil des zu messenden Strömurigsmediums die Flügelräder 110 und 30 umgeht, und um zu erreichen, daß im wesentlichen das gesamte Strömungsmedium durch die Flügelräder geht und somit die Meßgenauigkeit verbessert wird, sind an den einander zugewandten Enden der Rohrabschnitte 20 und 26 ringförmige Glieder 154 und 156 angeschweißt. Diese ringförmigen Glieder 154 und 156 sind mittels eines zwischen ihnen eingelegten kreisringförmigen Distanzringes 158, an dem sie zentriert anliegen, in festgelegtem Abstand voneinander axial fluchtend gehalten. Dieser Distanzring ist mittels zweier in Nuten eingelegter Runddichtungen 160 und 162 abgedichtet, und der Distanzring und die Ringglieder sind mittels gleichmäßig über den Umfang verteilter Maschinenschrauben 164 zusammengeschraubt. Die Teile 154, 156 und 158 begrenzen je eine ringförmige Aussparung 166 bzw. 168 an der Innenseite, die so bemessen'und ausgebildet ist, daß sie zur Aufnahme der äußeren Enden der Flügel 130 und 152 geeignet ist und eine Wirbelsperre (d. h. eine den Durchtritt von Strömungsmedien verhindernde Wirbelbildung) ergibt, die die Flügel 130 bzw. 152 umgibt und somit verhindert, daß ein Teil des zu messenden Strömungsmediums die Flügelräder 110 bzw. 30 umgeht, ohne durch die Flügel derselben hindurchzutreten. Der Distanzring 158 ist mit einer mit ihm aus einem Stück gebildeten konzentrischen Nabe 170 ausgestattet, deren Außendurchmesser am Umfang 172 gleich ist dem Außendurchmesser des zylindrischen Mittelteils des Verdrängungskörpers 22, 28. Diese Nabe wird vom Außenring 174 des Distanzrings 158 koaxial zu dem Verdrängungskörper 22 mittels mehrerer, vorzugsweise dreier, über den Umfang verteilter Radialspeichen 176 gehalten. Die Größe, Anzahl und Form dieser Speichen sind so gewählt, daß sie auf die Strömung zwischen den Flügelrädern 110 und 30 keinen wesentlichen Einfluß haben.

Der Abstand zwischen dem freien Flügelrad 110 und dem Meßflügelrad 30 ist wichtig Tür die Bestimmung der Gesamtleistung des Flügelraddurchflußmessers und ist so kurz, daß die Tangcntialkomponente der Austrittsgeschwindigkeit des Strömungsmediums aus dem freien Flügelrad durch die Reibung des Strömungsmediums beim Durchtritt durch den Zwischenraum nicht in nennenswertem Maße vermindert wird. Der Abstand ist jedoch groß genug.

daß die Wirkung der infolge des Vorhandenseins des freien Flügelrades 110 in der Strömungsrichtung vor dem Meßflügelrad 30 erzeugten Verwirbelung nur gering ist, wenn das Strömungsmedium das Meßflügelrad erreicht. Versuchsergebnisse lassen erkennen, daß dieser Abstand mindestens gleich sein soll der Sehnenlänge der Flügel des freien Flügelrades.

Um ein zusätzliches Bremsmoment auf das freie Flügelrad 110 auszuüben, ist eine zylindrische Tromme! 178 an dem dem Flügelrad 110 abgewandten Ende der Welle 140 befestigt. Ein Becherglied 180 besitzt im Inneren eine zylindrische Aussparung, die so groß ist, daß sie die Trommel 178 frei aufnehmen kann. An dem Becherglied 180 ist eine koaxiale Spindel 184 angeformt, die koaxial zur Welle 140 in Lagern 186 und 188 axial gleitfähig angeordnet ist. Die Lager 186 und 188 sind in dem Verdrängungskörper 22 montiert. Das Becherglied 180 ist in F i g. 5 nach links derart axial verschiebbar, daß es einen mehr oder weniger großen Abschnitt der Trommel 178 umgibt. Dies geschieht durch Drehen einer Welle 190, an der ein Zahnrad 192 befestigt ist, das mit einer an der Spindel 184 gebildeten Zahnstange 194 dauernd im Eingriff steht." Der in dem Verdrängungskörper 22 gebildete Hohlraum 196, in dem das Becherglied 180 und die Trommel 178 angeordnet sind, steht über die öffnungen 198 in der Endplatte 200 des vorderen Abschnitts des Verdrängungskörpers 22 mit dem Ringkanal 197 in Verbindung, durch den das zu messende Strömungsmedium fließt, so daß der Hohlraum 196 mit Strömungsmedium von der gleichen Viskosität wie das zu messende Strömungsmedium erfüllt wird. Der Außendurchmesser der Trommel 178 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Aussparung 182, so daß zwischen der Außenfläche der Trommel 178 und der zylindrischen Wand der Aussparung 182 ein geringfügiger Zwischenraum besteht.

Da der radiale Zwischenraum zwischen der Trommel 178 und dem Becherglied 180 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird auf das Flügelrad 110 ein zusätzliches Bremsmoment ausgeübt, das von der Viskosität des Strömungsmediums, der radialen Breite des Zwischenraums und dem Grad der Überlappung des Becherglieds 180 und der Trommel 178 abhängt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Grad der Überlappung einstellbar, doch kann er auch im Werk fest eingestellt sein.

Bei dieser Äusführungsform, bei der vor dem Meßflügelrad 30 ein frei drehbares Flügelrad 110 angeordnet ist, das frei ist von jeglicher anderen Belastung als der der auf sie einwirkenden Reibung des Strömungsmediums, der Wirkung der Flüssigkeitsbremse und der in den Flügelradwellenlagern wirkenden Reibung, die vernachlässigbar ist, hängt die auf den Umfang der Rohranordnung bezogene Tangcntialkomponente der absoluten Geschwindigkeit des aus dem freien Flügelrad 110 austretenden Strömungsmediums von der Viskosität des zu messenden Strömungsmediums ab. Diese Tangentialkomponente der Geschwindigkeit übt beim Eintritt des zu messenden Strömungsmediums in das Meßflügelrad 30 auf dieses eine zusätzliche Antriebskraft aus. Wird diese zusätzliche Antriebskraft so gewählt, daß sie stets gleich der gesamten auf das Meßflügclrad wirkenden Wider-

f>5 Standskraft ist, unabhängig vom Strömungszustand bzw. der Strömungsgeschwindigkeit, so sind der absolute Austrittswinkel des Strömungsmediums und die Tangentialkomponente der absoluten Austrittsge-

1 MO

Claims (7)

1. 9 10

   schwindigkeit des Strömungsmediums aus den Flü- digkeit «/ des freien Flügelrades entgegengesetzt ge-

   geln 130 des Meßflügelrads 30 gleich Null. In diesem richtet ist.

   Fallwürde sich das Meßflügelrad also wie ein ideales Das Strömungsmedium verläßt das Meßflügelrad 30 kräftefreies Flügelrad ohne Schlupf drehen. In der mit einer absoluten Geschwindigkeit i>₄, die nahezu Praxis wird allerdings dieser Idealzustand nie vollstän- 5 rein axial gerichtet ist. Im Idealfall ist die Geschwindig erreicht, doch kann durch die Anbringung des digkeit V₄, rein axial. In der Praxis kann jedoch eine freien Flügelrades 110 mit der Flüssigkeitsbremse 114 sehr geringfügige Tangentialkomponente V₁₄. auftreten, der Einfluß der Viskosität des Strömungsmediums auf Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Änderung der das Meßergebnis auf einen vernachlässigbar kleinen Tangentialgeschwindigkeit . I v„ die dazu erforderlich Wert vermindert werden. 10 ist, das Meßflügelrad anzutreiben, bei dieser AusUntersuchungen haben gezeigt, daß die Genauig- führungsform nicht mehr durch eine* Tangentialkeit des Meßflügelrades 30 nur durch die Differenz komponente V₁₄. der Austrittsgeschwindigkeit aus dem der von der Reibung des Strömungsmediums ver- Meßflügelrad zum Ausdruck gebracht wird, sondern ursachten, auf das Meßflügelrad 30 und das freie vielmehr die Änderung der Tangentialgeschwindig-Flügelrad 110 wirkenden Widerstandskräfte, die mit 15 keit zwischen der nicht axialen Geschwindigkeit V₃ Ff und Ff bezeichnet werden sollen, beeinträchtigt und der rein axialen Geschwindigkeit V₄. darstellt, wird. Die Genauigkeit des Meßflügelrades allein, ohne Wenn also die Tangentialkomponente v,₃ der Einfreies Flügelrad, wird durch die absolute Größe der trittsgeschwindigkeit in das Meßflügelrad von geWiderstandskraft Ff bestimmt, die von der auf das eigneter Größe ist, erzeugt sie die Antriebskraft F_d, Meßflügelrad wirkenden Reibung des Strömungs- 20 die zum überwinden der Widerstandskräfte F₁- infolge mediums verursacht wird. Diese Widerstandskraft F₁ der auf das Meßflügelrad 30 wirkenden Reibung des ist ziemlich groß, und zwar von solcher Größe, daß Mediums erforderlich ist, und die Austrittsgesdiwinsie zu wesentlichen Ungenauigkeiten bei Messungen digkeit V₄. aus dem Meßflügelrad ist jederzeit rein von Strömungsmedien hoher Viskosität fuhren. Die axial. Wenn außerdem die Tangentialkomponente r,'₃ Differenz zwischen den von der Reibung des Strö- 25 der Eintrittsgeschwindigkeit in das Meßflügelrad 30, mungsmediums verursachten Widerstandskräften entsprechend der auf das Meßflügelrad 30 wirkenden (Ff — Ff) kann bei dem Ausführungsbeispiel von Widerstandskraft F_/(' veränderbar gemacht wird, er-F i g. 5 für alle Durchflußmengen innerhalb des Be- gibt sich bei dem Meßflügelrad ein konstantes Vertriebsbereichs durch die Flüssigkeitsbremse 114 auf . ... . ,„ , „,.. , , ,-.·,■ ^ ,
   ein genügend kleines Maß vermindert werden, und 30 haltn.s-^-der Flugelradgeschwind.gke.t „ zur Durch-

   zwar dadurch, daß man die Beiwerte, die die Größe flußmenge Q.

   der auf das freie Flügelrad wirkenden Reibung des Eine ausreichende Größe der Tangentialkompo-Strömungsmediums bestimmen, beeinflußt. Wenn eine nente v,₂ der Austrittsgeschwindigkeit aus dem freien solche Größengleichheit (nämlich F'_S = F_S) erreicht Flügelrad wird durch die Flüssigkeitsbremse 114 erist, wird die Genauigkeit des Meßflügelrades 30 von 35 reicht. Der Hauptgrund dafür ist folgender: Für der Viskosität des Strömungsmediums im wesent- Medien von sehr hoher Viskosität ist die Reynoldslichen unabhängig. sehe Zahl sehr niedrig. Bei sehr niedrigen Reynolds-

   In F i g. 6 ist die Wirkung des freien Flügelrades sehen Zahlen hat das freie Flügelrad 110 einen grö-

   110 auf das Meßflügelrad 30 bei Synchronbedingungen ßeren Schlupf als das Meßflügelrad 30, da das letztere

   durch* Geschwindigkeitsvektordiagramme in bezug 40 von dem ersteren unterstützt wird. Da die Reibung

   auf die Flügel 130 und 152 der Flügelräder schema- des Strömungsmediums zur Drehgeschwindigkeit des

   tisch veranschaulicht. Das Strömungsmedium tritt Flügelrades im wesentlichen proportional ist, ist die

   axial mit der Geschwindigkeit D₁ in das freie Flügelrad von der Reibung F_f des Strömungsmediums auf das

   110 ein und versetzt dieses in eine Drehung mit einer Meßflügelrad ausgeübte Widerstandskraft F₁ größer

   Winkelgeschwindigkeit n/, so daß die Flügel 152 sich 45 als die auf das freie Flügelrad wirkende Widerstands-

   mit einer entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit kraft Fj-, wenn die beiden Flügelräder ähnlich sind

   r'(»' bewegen. Da das freie Flügelrad 110 unter einer und gleich große, den viskosen Widerstand erzeugende

   Widerstandskraft F'_s steht, die von der Reibung des Flächen haben. Die Differenz der Widerstandskräfte

   Strömungsmediums herrührt, erfährt die Anfangs- (F, — F'_f) kann dadurch weitgehend vermindert wer-

   geschwindigkeit u, des eintretenden Strömungsmedi- 50 den, daß das freie Flügelrad 110 über seine Achse mit

   ums eine Änderung der Größe und Richtung während der Trommel 178 zum Erzeugen eines zusätzlichen

   des Durchgangs durch das freie Flügelrad, so daß das viskosen Widerstands verbunden ist. Die erforder-

   Strömungsmedium eine mit V₂ bezeichnete Austritts- liehe Größe des zusätzlichen viskosen Widerstandes

   geschwindigkeit erreicht. Diese Austrittsgeschwindig- wird dadurch erhalten, daß man die Stellung des nicht

   keit V₂ hat eine tangentiale Geschwindigkeitskompo- 55 drehbaren Bechergliedes 180 in bezug auf die um-

   nente v,₂, die den Schlupf des freien Flügelrades in- laufende Trommel 178 des freien Flügelrades 110 in

   folge seiner Widerstandskräfte direkt widerspiegelt, der Achsrichtung entsprechend einstellt. Infolgedessen

   und entspricht im wesentlichen der Eintrittsgeschwin- gleicht das freie Flügelrad den Einfluß der Viskosität

   digkeit V₃ am Meßflügelrad 30, die nicht mehr rein sowohl unterhalb als auch oberhalb der kritischen

   axial ist, sondern eine der Tangentialkomponente v_l2 60 Reynoldsschen Zahl weitgehend aus.

   der Austrittsgeschwindigkeit entsprechende Tangen- _ .. ,

   tialkomponente v_l3 aufweist. Patentansprüche:

   Da das freie Flügelrad 110 von ähnlicher Kon- I. Verfahren zum Begradigen der Fehlerkurve

   struktion ist wie das Meßflügelrad 30, seine Flügel eines Flügelraddurchflußmessers mit einem dreh-

   jedoch in einer Richtung geneigt sind, die der Neigung ^ft5 bar gelagerten Meßflügelrad, welches durch das

   der Flügel des Meßflügelrades entgegengesetzt ist, strömende Medium in Drehung versetzt wird und

   läuft das Meßflügelrad 30 mit einer Winkelgeschwin- mit einem Umdrehungszählwerk gekoppelt ist,

   digkeit «> um, deren Richtung der der Winkelgeschwin- dadurch gekennzeichnet, daß die im

   Ubergangsbereich zwischen dem turbulenten und dem laminaren Strömungszustand des Mediums auftretende Zunahme der auf die Durchflußmenge

   (Q) bezogenen Winkelgeschwindigkeit (^) des Meßfiügelrades (30) dadurch kompensiert wird, daß von einer Flüssigkeitsbremse (62, 64, 66) ein mit der Viskosität des Mediums zunehmendes Drehmoment vorbestimmter Größe erzeugt wird, welches entweder als Bremsmoment direkt am Meßflügelrad (30) angreift oder mittels eines dem Medium vor Eintritt in das Meßflügelrad erteilten Dralls als zusätzliches Antriebsmoment auf das Meßflügelrad übertragen wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsbremse (62, 64, 66) direkt mit der Welle des Meßfiügelrades (65) verbunden ist. .
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsbremse (62, 64, 66) mit der Welle (140) eines in geeignetem Abstand stromaufwärts vor dem Meßflügelrad (30) zusätzlich angeordneten zweiten Flügelrades (110) verbunden ist, dessen Flügel (152) einen den Flügeln des Meßfiügelrades (130) entgegengesetzten Anstellwinkel aufweisen.
4. 4. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch, gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsbremse (62, 64, 66) aus einer zylindrischen Trommel (62, 178) besteht, deren Mantelfläche in geringem Abstand der zylindrischen Innenfläche (66, 182) eines dazu koaxialen feststehenden becherförmigen Teils (68, 180) gegenübersteht, und daß der ringförmige Zwischenraum zwischen den beiden zylindrischen Flächen mit dem zu messenden Medium gefüllt ist, dessen Strömung zwischen diesen Flächen bei deren Relativdrehung gegeneinander unabhängig von der zu messenden Strömungsmenge durch entsprechend gering gewählten Abstand der Flächen stets laminar ist.
5. 5. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende becherförmige Teil (68, 180) zur Veränderung der gegenseitigen Überlappung der beiden zylindrischen Flächen relativ zu der zylindrischen Trommel (62, 178) axial verstellbar ist.
6. 6. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (62,178) und das feststehende becherförmige Teil (68, 180) im hohlen Inneren eines stromlinienförmigen Verdrängungskörpers (28, 22) angeordnet sind, der koaxial im Innern des Durchflußrohres (20) des Durchflußmessers so angebracht ist, daß ein ringförmiger Strömungsweg (84, 197) besteht, in welchem die_Flügel (130,152) der Flügelräder (3OrIlO) liegen, und daß das hohle Innere dps Verdrängungskörpers mit dem Durchflußrohr in Verbindung steht.
7. 7. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Innere des becherförmigen Teils über eine Abzweigleitung (76) mit einer vor dem Verdrängungskörper liegenden Stelle des Durchflußrohres (20) und über Kanäle (82) mit einer vor dem Flügelrad (30) liegenden Stelle des ringförmigen Strömungsweges (84) in Verbindung steht.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen