DE1623983B1 - Durchflussmesser - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchfluß,- lagerung sehr einfach ausgebildet werden kann. Die messer, welcher einen in einem Rohrkörper drehbar Sacklöcher auf der Außenseite des Rotorkranzes bilgelagerten Rotor mit achsparallelen Laufschaufeln den einzelne Wirbelkammern, die das Strömungsprofil und auf der Zuflußseite dieses Rotors eine festste- des in der Ringkammer zirkulierenden Strömungshende Leitvorrichtung aufweist, deren stabilisierende 5 mittels unterbrechen, einen mit dem Kranz umlaufen-Leitschaufeln unter einem Winkel größer als null den Ring des Strömungsmittels erzeugen und damit Grad zu der im wesentlichen achsparallelen Strömung eine Verringerung des Einflusses von Viskositätsbefestigt sind, und bei dem zwischen Rotorumfang änderungen bewirken. Das laminare Strömungsprofil und der zylindrischen Umhüllung des gesamten Strö- eines viskosen Mediums wird abgeflacht und in ein mungskörpers eine Ringkammer besteht, wobei der io Strömungsprofil mit fast gleich großen Geschwindig-Außendurchmesser: des Rotors größer ist als der keitsvektoren übergeführt, so daß eine genauere ErInnendurchmesser der Umhüllung auf der Zu- und fassung der mittleren Durchflußgeschwindigkeit mög-Abflußseite. lieh ist.

Durchflußmesser dieser Art sind aus der USA.- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind durch Patentschrift 3 248 945 bekannt. Gegenüber den sonst 15 die Unteranspüche gekennzeichnet,
allgemein üblichen Turbinendurchflußmessern mit Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der schräg angestellten Laufschaufeln ergeben sie den Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt
Vorteil, daß die von der Strömung auf den Rotor F i g. 1 einen Längsschnitt des Durchflußmessers,
ausgeübten Axialkräfte verringert werden, so daß das Fi g. 2 ein schematisches Strömungsbild und
Rotorlager entlastet und die Meßgenauigkeit verbes- 20 Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Aussert wird. Außerdem entsteht in der in der Rotor- schnittes nach Fig. 1 in größerem Maßstab,
ebene vorgesehenen Ringkammer in der Rohrleitung Der in der Fig. 1 dargestellte Durchflußmesser eine ringförmige Wirbelströmung, die den Einfluß weist einen Rohrkörper 1 auf, der mit Anschlüsvon Viskositätsänderungen auf die Meßgenauigkeit sen 2 und 3 versehen ist, mittels deren der Durchvermindert. 25 flußmesser in eine Leitung eingeschaltet werden

Aus der französischen Patentschrift 1306 324 ist es kann.

andererseits bekannt, zur Entlastung des Rotorlagers Im mittleren Hohlraum des Rohrkörpers 1 sind

zwischen Rotornabe und Lagerträger Druckfelder zwei feststehende Leitvorrichtungen 4 und 5 mit zur

vorzusehen. Ein Stau auf der Abflußseite und ein Sog achsparallelen Strömung geneigten oder gekrümmten

auf der Zuflußseite bewirken eine Kraft, die dem 30 Leitschaufeln 6 und 7 angeordnet, die dem Medium

Axialschub der Strömung entgegengerichtet ist. Die eine gleichgerichtete Rotationsbewegung aufzwingen.

Größe dieser Kraft ist jedoch wegen der relativ Zwischen diesen zwei als Stabilisatoren wirkenden

kleinen Nabenfläche, an der der Staudruck wirkt, Leitvorrichtungen ist ein Rotor 8 vorgesehen, der aus

begrenzt. einer Nabe 9, geraden und achsparallel verlaufenden

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Er- 35 Schaufeln 10 und einem diese Schaufeln umschließen-

findung die Aufgabe zugrunde, einen Durchfluß- den Kranz 11 besteht.

messer der eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Leitbei dem eine zusätzliche Entlastung des Rotorlagers vorrichtungen 4 und 5 in ihrem Aufbau identisch und erreicht wird und gleichzeitig der Einfluß der Viskosi- bilden mit dem Rotor 8 einen als Baueinheit symmetät des Strömungsmediums durch die bekannte 4° irischen Strömungskörper für -beide Durchfluß-Wirbelströmung vermindert wird, richtungen, !ede Leitvorrichtung trägt ein axiales,

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, konisches Abschirmglied 12 bzw. 13 und einen

daß der Rotor einen die Schaufeln umschließenden Außenring 14 bzw. 15, die mit den schraubenförmig

die innere Umrandung der Ringkammer bildenden gekrümmten Leitschaufeln 6 bzw. 7 vorzugsweise aus

Kranz aufweist und auch auf der Abflußseite eine 45 einem Stück bestehen. Die Achse 16 des Rotors 8

Leitvorrichtung vorgesehen ist und jede Leitvorrich- läuft in zwei in den Abschirmgliedern 12 und 13 vor-

tung einen Außenring trägt, dessen dem Rotor zu- gesehenen Lagern 17 und 18.

gewandte Stirnseite, welche die Seitenwand der Ring- Die Nabe 9 des Rotors 8 weist einen Ringmagnet

kammer bildet, derart geformt ist, daß ein Teil der 19 auf, der mit einer Impulsspule 20 zusammen-

Strömung durch den abflußseitigen Ringspalt zwi- 5° arbeitet, die sich in einem zwischen den Anschlüssen

sehen Rotor und Leitvorrichtung in die Ringkammer 2 und 3 des Rohrkörpers eingeführten Gehäuse 21

abgeleitet und gegen die Stirnfläche eines radialen für den gesamten Strömungskörper befindet. Wird

Vorsprunges des Rotorkranzes auftritt, der an der der Rotor in Drehung versetzt, so wird in der Spule 20

Außenseite mit Sacklöchern versehen ist, die das Strö- ein Strom induziert. Die von dieser Spule stammenden

mungsprofil des in der Ringkammer zirkulierenden 55 Impulse können beispielsweise in einem nicht näher

Strömungsmittels unterbrechen und^einen mit dem dargestellten Verstärker verstärkt und über eine

Rotorkranz umlaufenden Ring des Strömungsmittels Schmitt-Trigger-Anordnung mit nachgeschaltetem

erzeugen. Wandler für die direkte Mengenmessung verwendet

Die erfindungsgemäße Ausbildung ergibt die Wir- werden.

kung, daß einerseits ein auf den Rotorkranz entgegen 60 Der Rotorkranz 11 bildet mit dem Gehäuse 21 und der Strömungsrichtung wirkender Rückstau erzeugt den anliegenden Stirnflächen 22 und 23 der Außenwird und andererseits eine ringförmige Strömung ringe 14 und 15 eine Ringkammer 24. Der Innenaußerhalb des Rotorkranzes auftritt. Durch die Stau- durchmesser der Außenringe 14 und 15 ist etwas kleidruckwirkung in der Ringkammer und demnach ner als der Innendurchmesser des Rotorkranzes 11. durch die dem auf den Rotor ausgeübten axialen 65 Dadurch entstehen zwei vorspringende Randteile 25 Strömungsdruck entgegengesetzte Kraft des Druck- und 26, die den abflußseitigen Eintritt des Mediums feldes werden die auf den Rotor wirkenden Axial- in die Ringkammer 24 und den zuflußseitigen Austritt leräfte weitgehend ausgeglichen, so daß die Rotor- des Mediums aus der Ringkammer 24 erleichtern.

Auf dem Umfang des Rotorkranzes 11 sind eine Anzahl Sacklöcher 27 angebracht, welche Viskositätseinflüsse weitgehend kompensieren. Bei steigender Viskosität bildet sich in einem Rohr ein kegelförmiges Strömungsprofil, so daß die Strömungsvektoren in Rohrmitte größer sind als an der Rohrwandung. Zur Abflachung des Strömungsprofils wird die Grenzschicht in bekannter Weise durch ringförmige Nuten unterbrochen. Dieses Prinzip wird auch bei den Sacklöchern 27 angewendet, die als Wirbelkammern die Grenzschicht unterbrechen und einen umlaufenden Flüssigkeitsring bilden, der ein der Reynoldsschen Zahl umgekehrt proportionales Drehmoment erzeugt und eine Viskositätskompensation bewirkt. Da die Ringspalte zwischen dem Rotorkranz und den Außenringen 14 und 15 ebenfalls als ringförmige Nuten zu betrachten sind, tragen sie auch zur Viskositätskompensation bei.

Die F i g. 2 zeigt ein schematisches Strömungsbild, welches den Durchfluß in Richtung des Pfeils 28 darstellt. Auf der Eintrittsseite bildet das strömende Medium noch keine axial ausgerichtete Strömung. In der ersten Leitvorrichtung 4 mit der gekrümmten Beschaufelung 6 erhält die Strömung einen stabilisierenden Drall, der auch Turbulenz unterdrückt. Beim Eindringen in die gerade, radiale Beschaufelung 10 verleiht das Medium dem Rotor 8 ein Moment um seine Achse 16. Das strömende Medium wird im weiteren Verlauf in den gekrümmten Leitschaufeln 7 der zweiten Leitvorrichtung 5 erneut ausgerichtet und verläßt den Strömungskörper mit einer Rotationsbewegung um die Achse des Rohrkörpers.

Der Ausgleich der axialen Kräfte und die Viskositätskompensation werden nachstehend an Hand der Fig. 3 nochmals kurz erläutert. Der nach außen abgedrängte Teil 29 des durch den Rotor 8 fließenden Mediums wird durch den vorspringenden Randteil 26 in die Ringkammer 24 umgelenkt, wo eine Wirbelbildung 30 an der Stirnfläche 31 des radialen Vorsprungs 32 des Rotorkranzes 11 stattfindet. Die durch die Staudruckwirkung resultierende Kraft auf der Abflußseite der Ringkammer 24 wirkt dem auf den Rotor 8 ausgeübten Strömungsdruck entgegen und gleicht den Axialschub des Rotors aus. Dadurch wird auch bei plötzlich auftretenden Geschwindigkeitsänderungen der Strömung die axiale Bewegung des Rotors 8 weitgehend gedämpft, so daß vor allem die abflußseitige Lagerung des Rotors vor Beschädigungen geschützt wird.

Das in der Ringkammer 24 von der Stau- zur Sogseite zirkulierende Medium wird zum Teil durch die als Wirbelkammern wirkenden Sacklöcher 27 mitgenommen, wodurch ein mitlaufender Flüssigkeitsring gebildet wird, der in gewissen Bereichen eine Verringerung des Einflusses von Viskositätsänderungen bewirkt. Die Füllung der Zuflußseite der Ringkammer 24 wird von der vorbeistreichenden Randströmung abgesaugt, so daß die Zirkulation eines Teils des Mediums in der Wirbel- bzw. Ringkammer 24 automatisch gewährleistet ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser, welcher einen in einem Rohrkörper drehbar gelagerten Rotor mit achsparallelen Laufschaufeln und auf der Zuflußseite dieses Rotors eine feststehende Leitvorrichtung aufweist, deren stabilisierende Leitschaufeln unter einem Winkel größer als null Grad zu der im wesentlichen achsparallelen Strömung befestigt sind, und bei dem zwischen Rotorumfang und der zylindrischen Umhüllung des gesamten Strömungskörpers eine Ringkammer besteht, wobei der Außendurchmesser des Rotors größer ist als der Innendurchmesser der Umhüllung auf der Zu- und Abflußseite, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (8) einen die Schaufeln (10) umschließenden die innere Umrandung der Ringkammer (24) bildenden Kranz (11) aufweist und auch auf der Abflußseite eine Leitvorrichtung (5) vorgesehen ist und jede Leitvorrichtung (4,5) einen Außenring (14,15) trägt, dessen dem Rotor zugewandte Stirnseite, welche die Seitenwand der Ringkammer bildet, derart geformt ist, daß ein Teil der Strömung durch den abflußseitigen Ringspalt zwischen Rotor (8) und Leitvorrichtung (5) in die Ringkammer (24) abgeleitet und gegen die Stirnfläche (31) eines radialen Vorsprungs (32) des Rotorkranzes (11) auftrifft, der an der Außenseite mit Sacklöchern (27) versehen ist, die das Strömungsprofil des in der Ringkammer zirkulierenden Strömungsmittels unterbrechen und einen mit dem Rotorkranz umlaufenden Ring des Strömungsmittels erzeugen.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallelen Schaufeln (10) des Rotors (8) gerade ausgebildet sind.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallelen Schaufeln (10) des Rotors (8) radial angeordnet sind, so daß die Achse des Rohrkörpers in der Schaufelebene liegt.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallelen Schaufeln des Rotors gekrümmt ausgebildet sind,

5. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallelen Schaufeln des Rotors radial gekrümmt ausgebildet sind.

6. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden feststehenden Leitvorrichtungen (4, 5) dieselbe schraubenförmige Beschaufelung aufweisen, die der Strömung auf der Zuflußseite einen stabilisierenden Drall erteilt und auf der Abflußseite eine insgesamt axial ausgerichtete Strömung erzeugt.

7. Durchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitvorrichtungen in ihrem Aufbau identisch sind und zusammen mit dem in den Abschirmgliedern derselben koaxial gelagerten Rotor einen als Baueinheit symmetrischen Strömungskörper für beide Durchflußrichtungen bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen