DE1917108C - Turbinenstromungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung heiriffi einen Turbinenströmungsmcsscr mit einem Paar stromlinienförmiger und konzentrisch innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses sowie mit voneinander abgewandten verjüngten Enden angeordneter Rotorbefestigungsschilde, mit einer mit Rntorhlültern rings am Umfang versehenen Rohranordnung zwischen den Schilden, die jeweils eine Strömungmilieldruckkammcr mit einer vergrößerten Öffnung am inneren Ende aufweisen, mit einer zwischen den Schilden in deren Rotorwellcnhalterungcn befestigten Welle zur Aufnahme des zwischen den Schilden frei drehbaren Rotors und mit durch die Wandung der Schilde in die Strömungsmitteldruckkammern führenden Strömungsmiiielkanülcn zur Erzeugung von auf gegenüberliegende Rotorflächen wirkenden Druckausgleichskräften.

Bei einem bekannten Turbinenströmungsmesser dieser Art sind die Rotorbefestigungsschilde kegelförmig ausgeführt. Jeweils dicht hinter der Kegelspitze befinden sich als Strömungsmittelkanäle öffnungen, die auf Grund der spitzkegeligen Ausführung der Schildkörper nahezu parallel zur Strömungsrichtung des Strömungsmittels verrufen und darüber hinaus nach innen kegelförmig verjüngt sind. Diese Anordnung dient dem Zweck, innerhalb der kegeligen Schildkörper Strömungsmitteldruckkammern zu bilden, um lcn in den Kammern wirkenden Druck zur Stabilisierung der Rotorlage bei sich ändernden Strömungsverhältnissen des Strömungsmittel innerhalb des rohrförmigen Gehäuses zu verwenden, indem die Rotornabe auf beiden Seiten mit dem jeweiligen Kammerdruck beaufschlagt wird. Auf Grund ihrer Lage und Ausbildung stellt sich jedoch in den Strömungsmiüeldruckkammern lediglich der statische Strömungsmitteldruck ein, dessen Wirkung begrenzt ist und insbesondere bei sich schnell häufig ändernden Slrömungsverhältnissen keine rasche Stabilisierung der Rotorlagc in Anpassung an die jeweiligen Strömungsverhältnisse zuläßt. Insbesondere bei Anwendungsfällen, bei denen schnelle Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit auftreten, ist es jedoch von großer Bedeutung, daß das Meßgerät eine maximale Empfindlichkeit für Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit aufweist, wofür gewöhnlich eine rasche Stabilisierung der Rotorlage Voraussetzung ist.

Es ist außerdem wünschenswert, einen Turbinenströmungsmesser ITPt größter Anpassungsfähigkeit an sich rasch ändernde Sirornungsvcrhältnisse dort einsetzen zu können, wo bisher komplizierte Geräte anderer Bauart verwendet werden, di: gewöhnlich genauer arbeiten. Andererseits besteht die Forderung, den einfachen Aufbau, für den Turbinenströmungsmesser bekannt sind, im Prinzip beibehalten zu können.

fs besteht daher die Aufgabe, einen Turbincnslrömtingsmcsser der eingangs genannten Art /u schaffen, der eine schnellere Anpassung an Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit auf Grund einer wirksameren Stabilisierung der Rotorlage zuläßt, insbesondere für Strömungsmittel geringerer Viskosität, und sich durch eine verhältnismäßig einfache Bauart hinsichtlich seiner Konstruktion und Montage auszeichnet.

Zur Lösung der Aufgabe ist crfindungsgemäß vorgesehen, daß sich die Strömungsniitlelkanäle jeweils von einem Bereich engsten Durchflußquerschnitts /wischen den Schilden und der Innenwand des rohrfi'*migcn Gehäuses aus diagonal nach innen in die Simi.-iiiniisniittcldruckkammern erstrecken und ihre Eintriltsöffnungen senkrecht zur allgemeinen Ströinungsrichlung des Strömungsmittel in radial von der Kammerwandung außen vorstehenden Stegen angeordnet sind.

Dieser erfindungsgemäße Aufbau des Turbinenströmungsmessers beruht auf der Erkenntnis, daß eine wirksamere und entsprechend schnellere Stabilisierung der Rotorlage bei Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels er-

lc reicht werden kann, wenn man den im Bereich des Turbinenströmungsmesr.er^ maximal verfügbaren Dru-jk, und zwar den maximal verfügbaren Staudruck des Strömungsmittels benutzt. Dadurch erreicht man eine erhr.bTich genauere Messung der Strömungsgeschwindigkeiten von Strömungsmitteln, insbesondere von solchen mit geringerer Viskosität, in einem großen Meßbereich, da das Ausgleichssystem zur Stabilisierung der Rotorlage erheblich schneller anspricht und die Rotorlage in kürzester

ao Zeit stabilisiert. Zu diesem Zweck sind die Strömungsmittelkanäle sowohl am gegenüber dem Rotor stromaufwärtigen wie an dem stromabwärtigen Schildkörper dort angebracht, wo der Staudruck des Strömungsmittels am größten ist, nämlich im Bereich

as des engsten Durchflußquerschnitts zwischen den Schilden und der Innenwand de» rohrförmigen Gehäuses. Von dort erstrecken sich die· Strömungsmittelkanäle diagonal nach innen in die Strömangsmitteldruckkammern, so daß der Staudruck auf dem Weg durch die Kanäle in vollem Umfang erhalten und in den Kammern wirksam wird. Die Eintrittsöffnungen der Strömungsmittelkanäle sind senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung des Strömungsmittels gerichtet. Um hierfür keine besonderen Vor- Sprünge od. dgl. an den Schildköroern vorsehen zu müssen, sind die Strömungsmittelkanäle durch die Stege hindurchgeführt, die sich als radiale Abstützungselemente zwischen der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses und den Schildkörpern erstrekken. In deren senkrecht zur Strömungsrichtun_fe des Strömungsmittels liegenden Stirnflächen sind die Kanalöffnungen angebracht.

Die erfindungsgemäß erreichte Anpassungsfähigkeit und Empfindlichkeit des Strömungsmessers hat

zur Folge, daß eine Anpassung der Rotorlage bereits bei geringen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt und damit eine hohe Meßgenauigkeit erzielt wird. Der erfindungsgemäße Strömungsmesser eignet sich daher insbesondere zur Messung von Flüssigkeiten mit geringerer Dichte, wie Benzin. Darüber hinaus läßt er sich auch für Meßzwecke verwenden, die bisher genaueren Meßinstrumenten anderer Bauart vorbehalten waren.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Turbincnströmiingsmessers, der in der Nutzbarmachung erheblich höherer AusglcichsdrUcke zur Stabilisierung der Rotorlage besteht, wird darüber hinaus mit einer relativ einfachen Bauart erreicht, die sich konstruktiv leicht ausführen läßt und eine einfache Montage gcwährlcistet.

Es ist vorteilhaft, den Stabilisierungsvorgang noch dadurch zu beschleunigen, daß die Strömungsmittelkanälc in den stromabwärtigen Stegen größer sind als die Strömungsmittelkanälc in den stromaufwärtigen Stegen, um einen zusätzlichen Gegendruck zum Ausgleich der durch das auf die Rotorschaufeln auftreffcnderi Strömungsmittel verursachten stromabwärts gerichteten Zugkräfte zu erzeugen.

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Damit die Strömungsvediäilnisse und deren Änderungen in vollem Umfang auf die Rotorschaufeln Wirksam werden können, isi eine Weiterbildung der J: rfinüung gekennzeichnet durch einen Ablenkring, der an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses ungeordnet ist, um die Strömung im Rereich der Innen-Wiindung auf die Rotorschaufeln zu lenken.

liine weitere Verbesserung des erfindungsgemiißen Sirrinnmgsmessers ist gekennzeichnet durch Ab-Mundshalter an der Innenseite des rohrförmigen Gehi'.uses, die an den radialen Stegen der Befestigungs-.sdiilde anliegen, um den Abstand zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen des ersten und des zweiten Befestigungsschildes zu schaffen.

Um die Forderungen nach einem montagegelechten Aufbau des erfindungsgemäßen Strömungsmesser:; zu erfüllen, ist es vorteilhaft, daß die stromlinienförmigen Rotorbefestigungschilde jeweils ein nahezu spitz zulaufendes äußeres Ende mit einer »xial verlaufenden Gewindeöffnung als Zugang zu den jeweiligen Rotorwellenhalterungc-n durch die jeweiligen Strcmungsmitteldruckkammern hindurch to wie Schraubverschlüsse für jede Gewindeöffnung aufweisen, um nach dem Zusammenbau eine im wesentlichen glatte äußere Strömungsfläche an jedem Rotorbefestiguiigsschild zu schaffen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß sich der erfindungsgemäße Strömungsmesser leicht anbringen läßt und seine inneren Teile leicht zugänglich bleiben, ohne daß seine Stromlinienform beeinträchtigt wird.

Wesentliche Vorteile für die Fertigung des erfindungsgemäßen Strömungsmessers ergeben sich dadurch, daß zur einfacheren Herstellung das stromaufwärts und das stromabwärts gelegene Rotorbefestigungsschild gleiche Form besitzen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Turbinenströmungsmessers mit teilweise weggebnchenen und/oder im Schnitt dargestellten Teilen,

F i g. 2 eine Stirnansicht im Schnitt längs der Linie2-2 von Fig. 1 zur Veranschaulichung der Schaufelhalterungen für das stromaufwärts gelegene Rotorbefestigungsschild und die Rotorschaufeln selbst,

F i g. 3 eine Stirnansicht im Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 1 zur Veranschaulichung der Scheufclhalterungen des stromabwärts gelegenen Rotorbefestigungsschildes.

Die Zeichnungen zeigen einen Turbinenströmungsmesser 1, der aus einem rohrförmigen Gehäuse besteht, das ein stromaufwärtiges Rotorbefestigungsschild 3 und ein stroniabwärtigcs Rotorbefestigungsschild 4 umgibt und trägt. Beide Schilde 3 und !ragen gemeinsam einen Rotor 5. Ein bekanntes Anzeigegerät 6 ist im Bereich des Rotors S an der Außenseite des rohrförmigen Gehäuses 2 befestigt und zeigt die durch den Rotor 5 verlaufende Strömung des Strömungsmittels an, da sich der Rotor in Abhängigkeit von der Strömungsmittclströnuing innerhalb da. Gehäuses 2 dreht.

Das stromai'fwärtige Rotorbefestigungsschild enthält mehrere mit diesem Schild einteilig ausgeführte radiale Stege 7, die einen stromlinienförmigen Schildkörpcr 8 ir. koaxialer Lage innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 2 tragen. Das Schild 3 enthält eine Nase 9. eine Kammerwandung 10, in der eine zentrale Strönuingsmitteldruckkammer 11 enthalten ist, eine siromabwiirtige Austriiuöffnung 12 und eine mit dem Schild 3 einteilig ausgeführte RnUtrwelienhaltemng 13, die sich vom stromabwärtigen l-iule der Kammerwandiing 10 aus in die Mitte der stroniabwärtigcn Austrittsöffiuing 12 der Strömungsmiueldruekkammer Il erstreckt.

Mehrere Strömungsmiitelkanäle 14 verlaufen diagonal nach innen durch die jeweiligen radialen ίο Stege 7 und verbinden einen ringförmigen Slrömungskanal 15, der durch das rohrförmige Gehäuse 2 und das Schild 3 begrenzt wird, mit der zentralen Druckkammer 11 innerhalb des Schildes 3. Jeder Steg 7 besitzt eine stromaufwärts sowie quer zur Strömungsrichuing gerichtete Stirnfläche 16 mit wenigstens einer Einlrittsöffnung 17 für einen der Simmungskanäle 14, die im wesentlichen in der Mitte zwischen dem Schildkörper 8 und der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses 2 angeordnet sind. Die jcweiao ligen Eintrittsöffnungen 17 s.'.gen deshalb im Bereich des maximal verfügbaren Ströinungsdruck;>, der sich auf Grund der Staudruckwirkung ergibt, und die Kanäle 14 übertragen diesen Druck unmittelbar auf -iie Kammer 11 und damit auf die stromabwärts gelegene Austrittsöffnung 12.

Die Nase 9 des Schildkörpers 8 enthält auch eine axiale, verschraubte Gewindeöffnung 19, die normalerweise mit einem Schraubverschluß 20 in Form eines Bolzens verschlossen ist. Die Öffnung 19 ermöglicht einen Zugang zum Ein- und Ausbau des Rotors 5. Die Rotonvellenhalterung 13 besitzt eine axiale öffnung 21, durch die ein Ende der Rotorwelle 22 verläuft. Eine Rotorwellenmutter 23 ist an dem Ende der Rotorwelle 22 aufgeschraubt, um die Rotorwellenhalterung 13 zu befestigen. Ein Axiallager 24 ist in einer Ausnehmung 25 am stromabwärtigen Ende der axialen öffnung 21 um die Rotorwelle 22 angeordnet. Ein Strömungsablenkungsring 26 ist — in Strömungsrichtung gesehen — unmittelbar hinter den radialen Stegen 7 angeordnet und weist eine innere abgeschrägte Fläche 27 zum Ablenken des Strömungsmittels auf die Rotorschaufeln 28 des Rotors 5 auf.

Die Rotorschaufeln 28 sind gewundene, schaufelblattartige Teile, wie in F i g. 2 angedeutet ist, und verlaufen radial von einer zentralen Nabe 29 nach außen, die eine zentral angeordnete, axiale Rotorwellenöffnung 30 besitzt, durch die die Rotorwelle verläuft und den Rotor 5 drehbar trägt. Ein Paar Lagerhülsen 3) und 32 sind koaxial um die Welle angeordnet und sorgen für eine im wesentlichen reibungsfreie Drehung des Rotors 5. Ein äußerer zylindrischer Ring 33 umgibt die Rotoischaufeln und ist jeweils mit ihren äußeren Kanten verbunden, um dem Rotor 5 eine zusätzliche mechanische Festigkeit /v verleihen.

Das stromabwärtige Ende der Rotorwelle ist einer Rotorwellenhalterung 34 gelagert, die der stromaufwärtigen Rotorwellenhalterunjz 13 gleicht. Die übrigen Teile des stromabwärtigen Rotorbefcstigungsschildes 4 sind denen des slromaufwärtigen Rotorbefestigungsschildcs 3 gleich. Die Nase 35 des stromabwärtigen Befestigungsschildes 4 weist stromabwärts, und die Eintrittsöffnung 36 der Strömungsmittcl-6g druckkammer 37 weist stromaufwärts gegen die slromabwärtige Austrittsöffnung 12, so daß die zentrale Nabe 29 des Rotors 5 zwischen diesen an der Rotorwelle 22 angeordnet ist.

Jeder radiale Steg 38 des stromabwärtigen Rolorbcfcstigungsschildes 4 besitzt eine stromaufwärtige Stirnfläche^, die eine oder mehrere Strömungstnittcleintrittsöffnungen 40 besitzt, die das Strömungsmittel von dem ringförmigen Strömungskanal 5 15 durch die diagonalen Kanäle 41 in eine Druckkammer 42 innerhalb der Kammerwand 43 des Schildkörpers 44 lenken. Fs ist erwünscht, mehrere Strömungsmitteleintrittsöffnungen 40 in jedem Steg 38 oder wenigstens größere Strömungsmittelkanäle ίο als die Kanäle 14 der stromaufwärtigen Stege 7 auszubilden, um die durch das Auftreffen des Strömungsmillels auf die Rotorschaufel 28 verursachten einseitigen Zugkräfte am Rotor auszugleichen. Das Strömungsmittel tritt in die Druckkammer 42 durch die Kanäle 41 ein und erzeugt einen ausgleichenden Strömungsmitteldruck, der auf die stromabwärtige Seite der zentralen Rotornabe 29 wirkt. Ein Axiallager 45 ähnlich dem Axiallager 24 ist in einer Ausnehmung 46 der axialen Wellenöffnung 47 der Rotor- ao wellenh altern ng 34 angeordnet. Eine gleiche Rotorwellenmutter48 ist auf das stromabwäTtige Ende der Rotorwelle 22 aufgeschraubt. Eine Zylinderöffnung 49 und ein Schraubverschluß 50 in Form eines Bolzens in der Nase 35 haben die gleiche Aufgabe und »5 Funktion wie die vorherbeschriebene öffnung 21 und der Verschluß 20.

Zwischenräume 51 und 52, die zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen der Rotorbefestigungsschilde 3 und 4 und den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen der zentralen Rotornabe 29 während des normalen Strömungsmeßvorgangs des Rotors bestehen, sind sehr klein, da der maximal verfügbare Strömungsm'»?!dnirk in Strömungsrichtung oberhalb und unterhalb des Rotors 5 ausgenutzt wird. Da zusätzlich hohe Ausgleichsdrücke verwendet werden, spricht das Rotorausglcichssystem sehr schnell an und führt daher sehr viel schneller als bisher üblich zu einer Stabilisierung der Rotorlage. Der beschriebene Strömungsmesser ist daher insbesondere bei Strömungsmessungen von Flüssigkeiten mit geringerer Dichte, wie Benzin, genauer als bisher bekannte Bauarten.

Die stromlinienförmigen, mit Stegen versehenen Rotorbefestigungsschilde besitzen im wesentlichen die gleiche Form und können mittels einer einzigen Gußoder Gesenkfonrt od. dgl. hergestellt werden. Es ist nur erforderlich, die Anordnung der diagr^alen Kanäle zu ändern, um die Verwendung als stromaufwärtige cder stromabwärtige Rotorbefestigungs- so Schilder festzulegen. Es ist auch zu beachten, daß durch geeignete Ventilausrüstung in den diagonalen Kanälen 14 und 41 und durch zusätzliche, gegenwinklige ventilversehene Kanäle der Strömungsmesser reversibel gemacht werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Turbinenströmungsmesser mit einem Paar stromlinienförmiger und konzentrisch innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses sowie mit voneinander abgewandten verjüngten Enden angeordneter Rotorbefestigungsschilder, mit einer mit Rotorblättern rings am Umfang versehenen Rotoranordnung zwischen den Schilden, die jeweils eine Strönuingsmitteldruckkammer mit einer vergrößerten öffnung am inneren Fnde aufweisen, mit einer zwischen den Schilden in deren Rotorwcllenhalterungen befestigten Welle zur Aufnahme des zwischen den Schilden frei drehbaren Rotors und mit durch die Wandung der Schilde in die Strömungsmitteldruckkammern führenden Slrömungsmittelkanälen zur Erzeugung von auf die gegenüberliegenden Rotorflächen wirkenden Druckausgleichskräften, d a durch gekennzeichnet, daß sich die Strömungsmittelkanäle (14, 41) jeweils von einem Bereich engsten Durchflußquerschnitts zwischen den Schilden (3, 4) und der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses (2) aus diagonal nach innen in die Strömungsmitteldruckkammirn (H, 37, 42) erstrecken und ihre Eintrittsöffnungen (17, 40) senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung des Strömungsmittels in radial von der Kammerwandung (10, 43) außen vorstehenden Stegen (7, 38) angeordnet sind.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelkanäle (41) ir den stromabwärtigen Steg (38) größer sind als die Strömungsmittelkanäle (14) in den stromaufwärtigen Stegen (7) um einen zusätzlichen Gegendruck zum Ausgleich der durch das auf die Rotorschaufeln (28) auftreffende Strömungsmittel verursachten stfomabwärtsgerich teten Zugkräfte zu erzeugen.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Ablenkring (26), der an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses (2) angeordnet ist, um die Strömung im Bereich der Innenwandung auf die Rotorschaufeln (28) zu lenken.

4. Strömungsmesser nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Abstandshalter an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses (2), die an den radialen Stegen (7. 38) der Befestigungsschilde (3, 4) anliegen, um den Abstand zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Befestigungsschilde (3, 4) zu schaffen.

5. Strömungsmesser nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurc'/ gekennzeichnet, daß die stromlinienförmigen Rotorbefestigungsschilde (3. 4) jeweils ein nahezu spitz zulaufendes äußeres Ende mit einer axial verlaufenden Gewindeöffnung (19. 49) als Zugang zu den jeweiligen Rotorwellenhalterungen (13. 34) durch die jeweiligen Strömungsmitteldruckkammern (11. 37. 42) hindurch sowie Schraubverschlüsse (20. 50) für jede Gewindeöffnung (19. 49) aufweisen, um nach dem Zusammenbau eine im wesentlichen glatte äußere Strömungsfläche an jedem Rotorbefestigungsschild (3, 4) zu schaffen.

6. Strömungsmesser nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß zur einfacheren Herstellung das stromaufwärts und das stromabwärts gelegene Rotorbefestigungsschild (3. 4) gleiche Form besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen