DE1953199A1

DE1953199A1 - Gas-Stroemungsmesser

Info

Publication number: DE1953199A1
Application number: DE19691953199
Authority: DE
Inventors: Pohl Lothar Louis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-10-28
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1971-04-29
Also published as: FR2021733A1; DE1953199C3; CH498380A; GB1278288A; DE1953199B2

Description

GASSTROEMUNGS-MESSER

Die Erfindung betrifft ein Messgeraet um die Durchfluss-Menge eines Gases oder einer Fluessigkeit durch ein Horn* zu bestimmen. Dieses Messgeraet enthaelt ein Turbinenrad^,dessen Achse quer zur Stroemungsrichtung angeordnet ist und welches von der Stroemung in tangentiaier Richtung zum ürehkreis dieses Rades beaufschlagt ist. Die Drehzahl üea Turömenraaes soll in einem moeglicnst weiten Messbereich in einem linearen Verhaeltniss nur Geschwindigkeit: des vorbeistroemenaen Gases stehen.Bekannte Stroemungs-Messer,mit Turbinenraßdern ι arbeitend,haben Schwierigkeiten diese erwuenschte Eigenschaft der Linearitaet ueber einen genuegend weiten Bereich von Stroemungs-Geschwindigkeiten zu erhalten,was besonders l'uer Gasleitungen mit kleineren Rohr-Durchmesserη gilt.Bei sehr kleinen Gas-Geschwindigkeiten ist die Empfindlichkeit aes Turbinen-Fades gegenueber der Anstroemung nicht hoch genug um anzulaufen und bei kleinen Gas-Geschwindigreiten ist die Drehzahl des Turbinenrades teilweise zu niedrig,waehrend bei hohen Gas-Gescnwindigkeiten durch zu hohe Drehzahlen zu hohe Durchfluss-Mengen angezeigt werden.

Der "Gaestroeuiuiigs Messer der vorliegenden Erfindung besitzt Anordnungen und Vorrichtungen welche diesem Verhalten des lurbinenrades gegenuebeE..au8gleichendwirken,sodass ueber einen erweiterten Bereich der Durchi'luss-Mengen ein lineares Verhaeltniss besteht zwischen Drehzahl-Zunahme dee Turbinenrades und Geschwindigkeitszunahme dec Oasstroemung.

Gemaese der Erfindung wird dieses dadurcn erreicht ,dass in Stroeoiungsrichtung hinter dem Turbinenrad - vom Hiuptkanal ein Seitenkanal abzweigt mit einer derartigen Kruemmmg versehen, dass die Stroemung wiederum in Richtung des Tm binenrarde'g ^: umgelernt», wird und welcner mit einem duesenioerraigen Auslauf

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versehen ist,so angeordnet,dass die umgelenkte btroemuij& Turbinenrad in derselben urehrichtung beaufschlagt und da§s dieser Seitenkanal in einen Rueckluehrkanal mit entgegengesetzter Kruemraung uebergeht,welcher wiederum in den Hauptkanal in Stroemungsrichtung hinter der Abzweigung des Seitenkanals auslaueft,wobei die Stroeraung durch den Ifeuptkanal und durch den Seitenkanal mit Hilfe von Kontrollflaechen gesteuert wird. Somit wird besonders bei kleinen Gasgeschwindigkeiten das Turbinenrad ein zweites Mal von der Stroemung beaufschlagt und eine hoehere Antriebskraft fuer das Turbinenrad erzeugt, waehrend bei hohen Gasgeschwindigkeiten diese zweite Beaufschlagung des Turbinenrades ausfaellt und somit die Antriebskraft fuer das Turbinenrad verhaeltnissmaessig geringer ist Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefuegten Zeichnungen beschrieben und erlauetert.wobei bedeuten Fig. 1) Ein Laengsschnitt durch den Stroemüngsmesser

Fig. 2) Ein Querschnitt durch den Stroemungs-Messer entlang der Linie A-A

Als Ausfuehrungs-Beispiel ist ein Gaastroemungs-Messer fuer kleine Rohrdurchmesser gewaehlt,welcher mit einer elektronischen Abtastvorrichtung ausgeruestet ist·

Der Gaeatroemungs-Messer setzt sich zusammen aus dem Kauüt-Gehauese I und dem Turbinenrad-Gehauese II .

Das Haupt-Gehauese I wird gebildet von einem Mittel-Gehauese welches einen viereckigen Querschnitt besitzt und an einer Laengsseite offen ist,und dem Eintritts-Rohr 2 und von einem Austritts-Rohr 3.Der runde Durchfluss-Querschnitt des Eintritts-Rohres verengt sich zu einem viereckigen Querschnitt der Venturi-Duese Zwei gegenueberliegende Wandflaechen dieser Venturi-Duese 4 werden gebildet einerseits durch die einstellbare Anstell-Flaeche anderseits durch eine Seitenflaeche des Venturi-Abschnittes

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Dieser Venturi-Abschnitt 6 ist auswechselbar,sodass zum Beispiel der Venturi-Abschnitt 7 eingesetzt werden kann,welcher eine groessere Scheitelhoehe besitzt und somit der Durchfluss-Querschnitt der Venturi-Duese 4 verkleinert wird.in Stroemungsrichtung hinter dem engsten Durchfluss-Querschnitt.der Venturi-Duese 4 ist das Turbinenrad S angeordnet.dermassen,dass sich dessen Drehkreis seitlich der Symmetrie-Linie des Laengs-Schnittes der Venturi-Duese 4 .: befindet.Eine Verlaengerungs-Linie der Neigungs-Linie der Anstellflaeche 5 schneidet den Drehkreis des Turbinenrades #. Das turbinenrad 8 ist durch einen Drehkreis angedeutet,da der Einbau verschiedener Bauformen von. Querstrom - und Tangential-Turbinenraedern moeglich ist.In weiterem Abstand hinter dem Turbinenrad S ist im Hauptkanal die Hauptkontrollflaeche 9 angeordnet ,welche besonders bei kleinen Stroemungsgeschwindigkeiten den Hauptkanal an dieser Querschnittsstelle vollstaendig schliessen kann.Zwischen dem Turbinenrad 3 und der Hauptkontrollflaeche 9 zweigt ein Seitenkanal 10 ab in welchem die Stroemung umgelenkt wird.wiederum in itichtung auf das Turbinenrad 8.Seitenkanal. 10 besitzt einen duesenfoermigen Auslauf 11 zur Beschleunigung der Stroemung und teilweisen Beaufschlagung des Turbinenrades β,wobei Zwischenwand 12,zugleich eine Verlaeneerung einer Wand des duesenfoermigen Auslaufs 11 bildend,dicht am Drehkreis des Turbinenrades vorbeifuehrt,Der Seitenkanal 10 geht nun ueber in den Rueckfuehrkanal 13,welcher einen Eingang mit entgegengesetzter Kruemmung besitzt und dessen eine Wand zugleich von der Zwischenwand 12 gebildet wird,Der Rueckfuehrkanal 13 laueft aus in den Hauptkanal in Stroemungsrichtung hinter der Abzweigung des Seitenkanals 10 und hinter der Hauptkontrollflaeche 9.1m Auslauf des Rueckfuehrkanals 13 ist Kontrollflaeche 14 eingebaut,welche besonders bei

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hohen Stroemungsgeschwindigkeiten im Hauptkanal den Rueckfuehrkanal an dieser Querschnittsstelle vollstaendig schliessen kann. Der viereckige Durchfluss-Querschnitt des Hauptkanals,welcher noch an den Einbaustellen der Hauptkontrollflaeche 9 und der Kontrollflaeche 14 besteht geht allmaehlich ueber in den runden Durchfluss-Querschnitt des Austritts-Rohres 3. Alle Kontrollflaechen haben Vorrichtungen um die Einstell-Geschwindigkeit zusteuern oder diese in einer bestimmten Drehstellung festzuhalten.Als Beispiel ist die Einstellvorrichtung fuer. die Anstellflaeche 5 gezeigt,welche aus einer Einstellschraube mit Rueckhol-Feder besteht,sodass die Neigung der Anstellflaeche und somit der Grad der Beaufschlagung des Turbinenrades β ein- . stellbar ist.

Das Turbinenrad-Gehauese II ist als eine auswechselbare Baueinheit ausgefuehrt,welche in das Mittel-Gehauese 1 des Haupt-Gehaueses I eingesetzt werden kann.Dieses Turbinenrad- Gehaue se, II; (Fig.2). ist aufgebaut' ■ aus einer Grundplatte mit einer darunter angeordneten parallelen Platte,welche damit teilweise auch die Seitenwaende fuer die Durchfluss-Kanaele bilden.Zwischen diesen beiden Platten ist das turbinenrad δ ,der Venturi-Abschnitt 6,die Haupt-Kontrollflaeche 9,die Kontrollflaeche 14 und die Anstell-Flaeche 5 eingebaut.Die entsprechenden Achsen sind durch Bohrungen in der Grundplatte hindurchgefuehrt.Die Achse 16 des -Turbinenrades $ besitzt ein Spitzenlager 17 und ein Spitzenlager 13,welches in der Lagerhalterung 19 angebracht ist.In der Grundplatte befindet sich eine groessere Bohrung mit dem Verschluss-Deckel 20,welches die Auswechselbarkeit des Turbinenrades 8 erleichtert.In Fig.2 ist dieeAchse 21 der Haupt-Kontrollflaeche 9 zu sehen,mit der Anordnung der Haltefeder 22.Ebenfalls ist zu erkennen die Rueckholfeder 23 und Teil einer mechanischen Anlenkung 24 an die

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anderen Achsen der Kontrollflaeche 14 und der Anstell-Flaeche Auf der Achse des Turbinenrades S ist der Geber 25 fuer .die elektronische Abtast-Vorrichtung befestigt,welcher aus 2 sich gegenueberliegenden Metallteilen zusammengesetzt ist.Dicht am Drehkreis des Gebers 25 liegt der Eisenkern der Schwingspule der elektronischen Abtastvorrichtung.A_uf dem Gehaueseteil 27, welcher auf der Grundplatte des Airbinenrad-Gehaueses II aufgesetzt ist,befindet sich der Abschluss-Deckel 28. In Betrieb durchstroemt das Gas das Eintritts-Rohr 2 und wird in der folgenden Venturi-Duese 4 beschleunigt.Eine beschleunigte Stroemung ist im Wesentlichen ueber das Turbinenrad Ö hinweg gerichtet .Somit beaufschlagt nur ein Teil der Gasstroemung zu einem Teil das turbinenrad S,wobei durch guehstige Auslegung der Venturi-Duese 4 und des Turbinenrades Ö genuegend grosse Antriebs -Kraefte.erzeugt werden um auch ein mechanisches Getriebe fuer Zaehlwerke anzutreiben.Bei hoeheren Stroemungs Geschwindigkeiten durchstroemt das Gas den Bereich der Kontrollflaechen fast unbehindert und verlaesst nach Ueberleitung in das Austritfce<-Rohr 3 den Uasstroemungs-Messer.Bei diesen Stroemungs Geschwindigkeiten liegen die Haupt-Kontrollflaeche 9 und Kontrollflaeche 14 ungefaehr parallel zur Stroemungsrichtung im Hauptkanal.Die Drehstellung dieser Kontrollflaechen ist bestimmt durch den Gleichgewichtszustand zwischen von der Stroemung an diesen erzeugten Kraeften und den Federkraeften der eingestellten Rueckholfedern,wenn auch die Massen dieser Kontrollsysteme statisch ausgeglichen sind,Die von der Stroemung auf diese Kontrollflaechen ausgeuebten Kraefte sind bei hoeherer Stroemungsöeschwindigkeit hauptsaechlich die Folgen einer Stroemungs-Ablenkungjwaehrend bei niedrigen Stroemungs-Geschwindigkeiten hauptsächlich Staudruecke wirken .

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-ir.

Bei geringer werdenden Durchfluss-Mengen und kleineren auf die Hauptkontrollflaeche 9 wirkenden Stroemungskraeften" wird diese zurueckdrehen und einen kleineren Durchfluss-Querschnitt im Hauptkanal freigeben .Gleichzeitig wird bei mechanischer Anlenkung der Hauptkontrollflaeche 9 mit der Kontrollflaeche 14, welche kleinere Abmessungen besitzt,diese ebenfalls zurueckgedreht und der Durchfluss-Querschnitt im Auslauf des Rueckfuehrkanals vergroessert.Nun wird ein Teil der Gasstroemung des Hauptkanäls in den Seitenkanal IO umgelenkt,sodass nach Durch-

f stroemung des duesenfoermigen Auslaufs 11 das turbinenrad 3 auf der anderen üadseite in derselben Drehrichtung wiederum beaufschlagt wird.Nach Arbeitsabgabe an das Turbinenrad 8 tritt das Gas in den Rueckfuehrkanal 13 ein,in welchen ebenfalls die Gasstroemung aufgenommen wird ,welche entsteht,wenn ein Teil der Gasstroemung im Hauptkanal hinter dem engsten Durchfluss ,-Querschnitt der Venturi-Duese 4 am Turbinenrad 3 sofort umgelenkt wird.Nach Durchstroemung des Hueckfuehrkanals 13 tritt das Gas in den Hauptkanal wieder ein,wobei dieses,an der Kontroll-

) flaeche 14 vorbeistroeraend_tauch eine Kraft auf diese ausuebt.

Diese ist gemaess der Anordnung der Kontrollflaeche 14 entgegengesetzt wirkend der Kraft,welche im Hauptkanal von der Gasstroemung auf die Kontrollflaeche 14 ausgeuebt wird.

Bei kleinen Dürchfluss-Mengen ,ist der Staudruck zu gering um die Hauptkontrollflaeche 9 zu bewegen ,sodass der Hauptkanal an dieser Querschnittsstelle vollstaendig geschlossen ist. Die gesamte Gasstroemung wird umgelenkt und durch den Rueck-. fuehrkanal 13 geleitet,wobei die Kontrollflaeche 14 weit geoeffnet ist. Ein hoher Teil der kinetischen Energie der gesamten Gasstroemung wird nun am Turbinenrad # umgesetzt mit einem

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erhoehten Wirkungsgrad,sodass die Drehzahl des turbinenrades Ö zunimmt gegenueber derjenigen,welche erreicht wird.bei einfacher Ueberstroemung des Turbinenrades β ohne ^ümlenkung der Gasstroemung und ohne Hauptkontrollflaeche 9-Die Empfindlichkeit des Gasstroemungs-Messers kann weiterhin erhoeht werden,sodass das Turbinenrad Ö bei moeglichst kleinen Durchfluss-Mengen in Drehung versetzt wird.Einerseits wird die Stroemungsgeschwindigkeit in der Venturi-Duese 4 erhoeht durch Einsatz des Venturi-Abschittes 7 anderseits wird die Anstellflaeche 5 derartig eingestellt ,dass ein groesserer Anteil des Turbinenrades 8 von der Gasstroemung beaufschlagt wird.Die Grenzen fuer diese Massnahmen sind gesetzt dadurch ,dass der Druckverlust nicht zu hoch wird und im Bereich der hohen Durchfluss-Mengen die Linearitaet erhalten werden kann. Die Einstellung und Eichung des Gasstroemungs-Messers erfolgt in 2 Stufen .Zuerst wird fuer kleine Durchfluss-Mengen die.:.· Hauptkontrollflaeche 9 in Zu-Stellung und die Kontrollflaeche 14 in Offen-Stellung gehalten und fuer einen annehmbaren Bereich der Durchfluss-Mengen eine Linearitaet erreicht indem die guenstigsten Binstellungs-Verhael"tnisse fuer die Venturi-Duese 4 und die Anstellflaeche 5 gewaehlt werden.^ann v/erden bei hoeheren Durchfluss-Mengen der Oeffnungs-Beginn der Hauptkontrollflaeche 9 der Schliessungs-Heginn der Kontrollflaeche 14 und deren vonein ander abhaengigen weiteren Drehbewegungen festgelegt,indem die entsprechenden Rueckholfeder-Kraefte eingestellt werden und das guenstigste Anlenkungsverhaeltniss zwischen den beiden Kcmtrollflaechen,unisomit der lineare Messbereich erweitert wird. Um die Drehbewegung des Turbinenrotors 3 nicht durch zusaetztliche mechanische oder magnetische Kraefte zu belasten wird in der Abtastvorrichtung ein hochfrequentes Feld der Schwingspule 26 durch den Geber 25 imTakt der Uraareimngen eedaempft um einen modulierten

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hochfrequenten Wechselstrom zu erzeugen.

Claims

Patent-Ansprueche

Gasstroemungs-Messer zur "Bestimmung der Durchfluss-Menge . durch ein Rohr,enthaltend ein turbinenrad,dessen Drehachse quer zur Stroemungsrichtung angeordnet ist,versehen mit einem Einlaufrohr mit sich stetig verengenden Innen-Querschnitt,eine Duese mit einem viereckigen Duesen -Austrittsquerschnitt formend und mit einem Auslaufrohr und mit Mitteln ausgeruestet um die Umdrehungen dieses Airbinenrades auf eine Anzeigevorrichtung zu uebertragen und zu ^ zaehlen dadurch gekennzeichnet ,dass

in Stroemungsrichtung hinter dem Turbinenrad vom Hauptkanal ein Seitenkanal abzweigt mit einer derartigen Kruemmung versehen,dass die Stroemung in Richtung des turbinen rades umgelenkt wird,und welcher mit einem duesenfoermigen Auslauf versehen ist,so angeordnet,dass die umgelenkte Stroemung das Turbinenrad in derselben Drehrichtung wieder beaufschlagt und dass dieser Seitenkanal in einen Rueck fuehrkanal mit entgegengesetzter Kruemraung uebergeht, welcher in den Hauptkanal in Stroemungsrichtung hinter der Abzweigung des Seitenkanals auslaueft,wobei die Stroemung durch den Rauntkanal und durch den Seitenkanal mit Hilfe von Kontrollflaechen gesteuert wird.

2) Gasstroemungs-Messer nach Patent-Anspruch i) dadurch gekennzeichnet ,dass

im Hauptkanal in Stroemungsrichtung hinter der Abzweigung des Seitenkanals eine von Stroemungskraeften bewegte Hauptkontrollflaeche angeordnet ist,welche eine derartige Form und Groesse besitzt,dass der Hauptkanal an dieser Querschnittsstelle voll.staendig abgeschlossen werden kann .

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3) Gasstroemungs-Messer nach Patent-Anspruch l)dadurch gekennzeicnet,dass

eine von Stroemungskraeften bewegte Kontrollflaeche im Auslauf des Ruckfuehrkanals eingebaut ist,welche eine derartige Form und Groesse besitzt,dass die Stroemung durch den Rueckfuehrkanal vollstaendig unterbrochen werden kann.

M Gasstroemungs-Messer nach Patent-Anspruch ?} und 3)

dadurch gekennzeichnet,dass

die Hauptkontrollflaeche im Hauptkanal und die Kontrollflaeche im Auslauf des Ruckfuehrkanals und eine bewegliche und einstellbare Anstellflaeche im Hauptkanal in Stroemungsrichtung vor dem turbinenrad durch mechanische Steuer-Mittel zumindest teilweise miteinander verbunden sind.

5) Gasstroemungs-Messer nach Patent-Anspruch D dadurch gekennzeichnet,dass

der Seitenkanal,in Stroemungsrichtung hinter dem Turbinenrad vom Hauptkanal abzweigend,unmittelbar hinter dem Drehkreis des Turbinenrades beginnt und die Stroemung unmittelbar am Drehkreis des Turbinenrades entlang umgelenkt wird.

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