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Einrichtung zur Bestimmung oder Iiessun, von Strömungsmengene Die
Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Bestimmung oder Messsung von strömungsmengen
für flüssigkeiten und andere fluide Medien, und es ist ein Ziel der Erfindung, eine
verbesserte hydrodynamische einrichtung zur Bestimmung oder messung von strömungsm3engen
zu schalfen, welche zusätzlich zur Bestimmung der Strömungsmenge eine Erhöhung des
Druckes und/oder der STrömungsgeschwindigkieit erzeugt, swo daß die Einrichtung
als eine kombinierte Pump- und Strömungsmengenmeßeinrichtung verwendet werden kann.
Zu diesem Zweck weist eine erfindungsgeßäß e Strömungsmengenmeßeinrichtung einen
mit Schaukeln
Schaufeln oder Flügeln versehenenm, angetriebenen
Rotor auf und ein normalerweise stationäres, mit Schaufeln oder Flügeln verehenes
Torsionsmeßglied, durch welches hindurch das aus dem Rotor austretende Medium hindurch
geht. Die Schaufeln oder Flügel wenigstens eines die-er Glieder sind derart angreordneb,
daß ein positiver druckgradient oder wenigstens ein positiver Gesamtenergiegradient
erzeugt wird, llenn der Rotor angetrieben wird, wobei die Auslaßwinkel der Schaufeln
oder Flügel des Rotors und des Torsionsmomentenmeßgliedes eine derartifge Bezichung
haben, da wenn die Strömung durch den Rotor und das Torsionsmomentenmeßglied hindurch
geht, wenn der Rotor stationär gehal-ten wird, diese Strömung kein Qorsionsmoment
auf das Torsionsmomentenmeßglied azusübt. Im Falle einer Axialströmungspumpe mit
konstantem Radius ist diese Bedingung erfühlt, wenn die Austrittswinkel der Schaufeln
oder Flügel des Drehmomentenmeßgliedes gleich den Austrittswinkieln der Rotorschaufeln
sind, wobei die Gesamtstärken der Schaufeln am Auslaßende ebenfalls gleich den Gesamtstärken
der Schaufeln oder Flügel am Einlaßende sind, da in diesem Ball die tangentiale
Bewegungsgröme der Flüssigkeit, die aus dem ho-t-or austritt und in das Drehmomentenmeßglied
eintritt, gleich der tangentialen Bewegungsgröme der Plüssigkeit
keit
ist, die aus dem Drehmomentenmeßglied austritt, und zwar unabhängig ovn Absolutwert
der Strömungsgeschwindigkeit, Im Fall einer Zentrifugalpumpe oder allgemein in solchen
Fällen, in denen er hauptradialabstand von der Achse des strömungskanals zum auslaß
des drehmomentenmeßgliedes sich vom entsprechenden Abstand am Auslaß des Rotors
unterscheidet, müssen als offensichtlichen Gründen die winkel verschieden sein,
damit am Drehmomentenmeßglied kein Drehomoent auftritt, wenn der Rotor stationär
gehalten wird. In jeden Fall beruht die Bestimmung der Strömungsmenge auf der tatsache,
daß das Drehmoment eines Strömungsablenkungsgliedes um eine achse proportional flei
Produkt der Strömungsmenge åeI Unterschied cer Tangentialströmungsgeschwindigkeiten
am Einlaß und am Auslaß multipliziert mit dem Hauptr Mius ist, wenn Einlaß und auslaß
am gleichen Radius stattfinden. Wenn der Einlaß und der Auslaß es Drenmomentenmeßgliedes
verschledene Hauptradial-Abstände von der Achse e des Strömungskansles haben, müssen
die Tangentialkomponenten der Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeit auf einen
gemeinsamen Radius reduziert werden, Da in jedem Fall der Unterschied zwischen dei
Einlao- und austrittsgeschwindi @eiten des rehmomentenmeßgliedes gleich der Umfantgsgeschwindigketi
de Rotors ist, wenn alle Ten ential-
Tangentialgeschwindigkeiten
auf einen gemeinsamen radialen Abstand von der Rotorachse reduziert sind, ist die
Strömungsmenge gleich dem gemessenen Drehmoment, dividiert durch das Produkt des
besagten radialen Abstandes und der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors an dern besagten
radialen Abstand von der Achse. Wenn sich deshalb der Pumpenläuvfer dauernd mit
einer konstanten Drehzahl dreht, ist die strömungsmenge direkt dem gemessenen Drehmoment
proportional, während in dem Fall, in dem eine Pumpe mit veränderlicher Drehzahl
betrieben wird, die Strömungsmenge dem Quotienten des Drehmoments, dividiert durch
die Rotordrehzahl proportional ist0 In dem zuletzt genannten Fall müssen deshalb
Mittel vorgesehen sein, um die Rotordrehzahl festzustellen.
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In der Zeichnung-ist eine schematische, teilweise geschnittene seitenansicht
einer Ausführungsform der erfindung dargestellt.
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Bin Kanalabschnitt 1, der um eine Achse 2 herum einen kreisförmigen
Querschnitt hat, enthält eine Rotorwelle 3, die in Antriebsverbindung mit einem
Motor 13 steht, und iese Rotorwelle 3 ist koaxial innerhalb des Kanales 1 angeordnet.
hrX dem sunde der Welle 3, das zum Einlaß
Einlaß tA des Kanales
1 hinweist, trägt die Welle 3 einen Rotor in Form eines Flügelrades 4. Das Flügelrd
4 weist Laufradflügel 5 auf die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß das
Flügelrad eine Strömung länge des Kanales in Richtung des Pfeiles A erzeugt, wenn
die Welle in einer vorbestimmten Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Die Flügel 5
enden in einer gemeinsamen radialen Ebene unter rechten winkeln zur Achse 2 und
der endetil eines jeden einzeln,en Flügels bildet einen Winkel # mit dieser Ebene.
Das Drehmementgenmeßelement oder allgemeiner das Drehmomentenbestimmungselement
weist einen Satz von Flügeln 2 auf, die auf einen Körper 7 montiert sind, der als
stator bezeichnet werden soll. Dieser Stator hat die Form eines dünnwandigen Rohres,
welches die Flügel 6 in der Nähe eines Endes trägt, während das andere Ende des
Rohrförmigen Körpers 7 im Kanalabschnitt t mittels Streben 8 befestigt ist, die
stromlinienförmige Querschnitte haben. Der Abschnitt des Rohres 7 zwischen den Schaufeln
o- und den Streben 8 ist durch Längsschlitze 9 unterteilt, um die elastische Torsionsfederung
zu erhöhen, und eine Elektrische Deformationsmeßeinrichtung 10 mit variablem Widerstand
ist in diesem Bereich am Rohr 7 angeordnet, um das von den Schaufeln 6 ausgeübte
Drehmoment zu messen. Ähnlich wie die Flügel 4 des Luafrades
rades
sind die Statorflügel o derart geformt, daß diese in einer gemeinsamen Ebene senkrecht
zur achse 2 enden, wobei der Endteil eines jeden Flügels einen inkel # bildet, der
gleich dem Winkel ist, der zwischen deil auslaßenden eines jeden Flügels 4 und einer
Ebene senkrecht zur Achse 2 gebildet wird. In der Zeichnung sind zur deutlicheren
Darstellung dieses Winkels # die lttgeI 6, die symmetrisch zur Achse 2 verlaufen.
mit vergrßmerter Länge dargestellt.
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Es sie bemerkt, daß vom Standpunkt der Drehmomentenmessung aus Lediglich
die winkel # an den Auslaßenden eines jeden der Schaufelsätze # und @ und Bedeutung
sind, so daß die winkel der Schaufeln oder Flügel 4 und 6 an den Einlaßenden derart
gewählt werden können, daß eine optimale Pumpwirkung erzielt wird. Zusätzlich ist
ein satz dirffusorschaufeln dergestellt, dei stromabwärts von den Drehmomentenmeßstatorschaufeln
6 angeordnet sind, um die leistung der Pumpe dadurch zu verbessern , daß die wirbelkomponente
der Strömung, die aus den Schaufeln 5 austritt, verwendet wird. Diese Wirbelkomponente
wurde geschaffen, um die Gleichheit der Winkel # an d-en Auslässen der Stator- und
rotorflügel zu erhalten. Diese Diffusorflügel bilden beim dargestellten ausführungsbeispiel
ein
ein Ganzes mit den Streben b, wobei diese Streben in geeigneter
Weise profiliert sind, wie es schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.
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Diese Streben 6 werden auch, wie dargestellt, verwendes, um einen
l@gerbauteil ii zuhalten, der die Welle 3 in der Nähe des laufrades 4 trägt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bringt, verglichen mit bekannten
dynamischen Strömungsmessern, den Vorteil mit sich, daß die in vielen Falzen vorhandene
Noptwendigkeit, zusätzlich zum Strömungsmeßgerät eine hunpe fir die Flüssigkeit
vorzusehen, ausgeschaltet wird. Gleichzeivig ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Erzaeu ung nines erheblichen Drehmomentes unu durch die erfindung wird ein robuster
Aufbau eines Strömungsmeßgerätes geschluffen, da durch die Verwendung der Vorrichtung
als Pumpe, die Energie, die zur Erzeununhg des Drehmomentes erforderlich ist, nicht
als wärme abgefährt wird, sondern zu Pumpzwecken verwendet wird.
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Patentansprüche