DE2139114C3 - DurchfluBmesser - Google Patents
DurchfluBmesserInfo
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Description
55
60
Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser mit einem, einen Durchlaßkanal aufweisenden Gehäuse, mit
einer oberen und einer unteren, einen Fluiddurchlaß begrenzenden Seitenplatte, von denen die obere
Seitenplatte und das Gehäuse eine obere Kammer und die untere Seitenplatte und das Gehäuse eine untere
Kammer begrenzen, mit senkrecht zu dem'Fluiddurchlaß
angeordneten, mit Läufern versehenen Wellen, die sich auf untere Axiallager abstützen, und die ferner u
der oberen Seitenplatte und in der unteren Seitenplatt«
angeordneten Radiallagern gelagert sind, und mi einem, auf dem Gehäuse engeordneten Zähler, desser
Zählwerk mit dem Ende einer der Wellen gekuppelt ist
Bei dem eingangs beschriebenen Durchflußmesser der als Meßgerät dient, handelt es sich um einer
Fluiddurchfluß- oder Fluidniengenmesser der Vercirängebauart.
Ein solcher Durchflußmesser dient zum Messen der Durchflußmenge eines Fluids durch Zählen
oder Registrieren der Umdrehungen seiner Läufer Dabei wird ein zwischen den Läufern und der innerer
Gehäusewand gebildeter Meßraum ausgenutzt. Bei einem derartigen, als Meßgerät verwendeten Durchflußmesser
nimmt die zwischen den Läufern und dem inneren Gehäuse hindurchtretende Leckmenge Einfluß
auf den Gerätefehier. Wenn die Leckmenge klein ist, erzielt man selbst bei kleinen Durchflüssen ein genaues
Meßergebnis. Um bei kleinen Durchflußmengen den Gerätefehler zu verbessern, muß die Leckmenge so
gering wie möglich gehalten werden. Hieraus folgt, daß auch der Drehwiderstand der Läufer minimal sein soll.
Fs ist bereits ein Durchflußmesser der eingangs erwähnten Art bekannt (GB-PS 3 00 599), dessen mit
Läufern versehene Wellen sich auf untere Axiallager abstützen. Mit einer solchen Anordnung läßt sich zwar
schon auch bei kleinen Durchflüssen ein genaues Meßergebnis erreichen, jedoch wird sich bei langem
Lauf auch eine Lagerabnutzung einstellen, die den Einsatz des Durchflußmessers für sehr kleine Durchflußmengen
unbrauchbar macht. Darüber hinaus lassen die Reibungskräfte der Axiallager es nicht zu, daß die
Durchflußmengen unter einen bestimmten Wert vermindert werden.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Durchflußmesser nach dem
Oberbegriff des Anspruchs I den Reibungswiderstand bei Drehung der Läufer zu verringern, daß kleinste
Durchflußmengen mit Sicherheit bestimmt werden können.
Die^e Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die obere Kammer und die untere Kammer mit dem
Durchflußkanal durch Durchlaßkanäle verbunden sind.
Es wird folglich der Differenzdruck zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Durchflußmessers ausgenutzt,
um das Auflagegewicht der Läufer und der Wellen herabzusetzen. Dadurch wird der Drehwiderstand
zwischen Läuferwellen und Lager weiter vermindert. Durch die Ableitung eines Teils des Fluids aus dem
Durchflußkanal in die obere und untere Kammer werden einerseits das Getriebe und andererseits die
Lager durch das Fluid geschmiert, insbesondere wenn es sich um öl handelt, so daß sich auch deshalb die Läufer
leichter drehen. Bei kleinen Durchflüssen ist der Gerätefehler doch geringer als bei den bisher bekannten
Anordnungen, und es ergibt sich eine höhere Lebensdauer.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß es bereits bekannt ist, (FR-PS 15 57 513) bei Ovalradzählern einen
Druckausgleich zwischen der Meßkammer und dem die Wellenenden aufnehmenden Seitenkammern vorzusehen.
Dieser Druckausgleich dient jedoch nicht zur Entlastung der Läuferwellen, da die Läuferwellen
horizontal verlaufen.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Durchlaßkanal die untere Kammer mit dem Einlaß und der zweite Durchlaßkanal die obere Kammer mit dem
Auslaß verbindet
Ferner ist es zweckmäßig, als Material für die Lager und die Läuferwellen besonders harte Legierungen zu
verwenden, die korrosions- und verschleißfest sind.
Ausführungsformen von zum Stand der Technik gehörenden Durchflußmessern sowie Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten Durchflußmessers von oben,
Fig.2 eine Schnittseitenansicht längs der Linie 11-11
des in Fig. 1 dargestellten bekannten Durchflußmessers,
Fig.3 e:ne Schnittansicht von oben auf einen nach
der Erfindung ausgebildeten Durchflußmesser,
Fig.4 eine Schnittansicht von der Seite längs der
Linie IV-IV des in Fig.3 dargestellten Durchflußmessers,
F i g. 5 eine graphische Darstellung des Gerätefehlers
in Abhängigkeit von dem Durchfluß und
Fig.6 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen dem Differtnzdruck und dem Durchfluß.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte bekannte Durchflußmesser 10 enthält ein Gehäuse Il und einen
Zähler 12, der auf dem Gehäuse angeordnet ist. An der einen Seite des Gehäuses 11 befindet sich ein Einlaß 13
und auf der anderen Seite ein Auslaß 14. An dem Gehäuse 11 sind eine obere innere Gehäuseplatte 15
und eine untere innere Gehäuseplatie 16 befestigt. Die Platten sind in senkrechter Richtung um einen
vorgegebenen Abstand voneinander entfernt angeordnet und begrenzen einen Fluiddurchlaß. Gehäuseinnenkörper
17a und 17f> mit halbkreisförmigen Abschnitten
I83 und 186 sind innerhalb des Gehäuses 11 zwischen
der oberen Platte 15 und der unteren Platte 16 angeordnet. D;r beschriebene Durchflußmesser 10 wird
in einer solchen Stellung betrieben, daß ein durch den Einlaß 13 und den Auslaß 14 gelegter Querschnitt in
einer horizontalen Ebene liegt.
An Wellen 19 und 20 befestigte Läufer 21 und 22 sind innerhalb eines Raumes drehbar angeordnet, der durch
die obere Platte 15, die untere Platte 16 und die rGehäuseinnenkörper 17a und 176 begrenzt wird. Die
obere und die untere Platte 15 und 16 sind mit Gleit- oder Radiallagern 23, 25 und 24, 26 aus Kohle oder
einem ähnlichen Stoff ausgerüstet. Die Läuferwellen 19 .und 20 werden von den Radiallagern 23, 24 und 15, 26
bezüglich der Horizontalebene senkrecht ausgerichtet und an Transversalschwingungen gehindert.
Die unteren Enden der Wellen 19 und 20 werden von Axiallagern 29 und 30 mit Kugeln 27 und 28 untersützt.
Als Material für die unteren Enden Jer Wellen 19 und 20, die Kugeln 27 und 28 und die Axiallager 29 und 30
kommen äußerst harte Legierungen in Frage, beispielsweise Wolframcarbid und Chromcarbid, die außerordentlich
korrosionsbeständig und verschleißfest sind. Ein Stützkörper 31, dessen unteres Ende in eine Öffnung
des Gehäuses 11 wasserdicht eingepaßt ist, ist mit seinem oberen Ende an der unteren Oberfläche der
unteren Platte 16 befestigt. Lagerbausätze 32 und 33, deren obere Abschnitte von den Axiallagern 29 und 30
gebildet werden, sind mit ihren Gew:ndekörpern 34 und 35 in den Stützkörper 31 eingeschraubt. Die Lagerbausätze
32 und 33 greifen wasserdicht in den Stützkörper 31 ein und können darin in senkrechter Richtung
gleitend hin- und hergeschoben werden.
Durch die Zwischenräume zwischen den Wellen 19 und 20 und den Radiallagern 24 und 26 tritt ein zu
messendes Fluid in eine Kammer 40 ein, die sich zwischen der unteren Platte 16 und dem Stützkörper 31
befindet. Die Axiallager 29 und 30 mit den Kugeln 27 und 28 sind daher von dem Fiuid umgeben, wodurch der
Reibungswiderstand der Lager vermindert wird.
An den oberen Enden der Wellen 19 und 20 sind Führungszahnräder 36 und 37 befestigt. Die Führungszahnräder 36 und 37 stehen miteinander in Eingriff, so
daß sich die Läufer 21 und 22 gemeinsam drehen. Ein am oberen Ende der Welle 20 befestigter, mn Zähnen
versehener Körper 39 greift in ein Zahnrad 38 ein. Über den Zahnkörper 39 und das Zahnrad 38 wird die
Drehbewegung der Wellen 19 und 20 zu einem Zählwerk in dem Zähler 12 übertragen. Die Führungszahnräder können entfallen, wenn man als Läufer ovale
Zahnräder benutzt.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des beschriebenen
Durchflußmessers 10 erläutert.
Wenn das zu messende Fluid durch den Einlaß 13 in den DurchDußmesser strömt, werden die Läufer 21 und
22 infolge des Differenzdrucks zwischen dem Einlaß 13 und dam Auslaß 14 gedreht. Mit jeder Umdrehung der
Läufer 21 und 22 strömt eine vorgegebene Fluidmenge aus dem Auslaß. Die Drehbewegung der Läufer 21 und
22 wird über die Welle 20, den Zahnkörper 39 und das Zahnrad 38 zum Zählwerk des Zählers 12 übertragen.
Auf diese Weise kann das Zählwerk die durchströmte Durchflußmenge messen.
Die Läuferwellen 19 und 20 werden von den Lagern 23,24, 25 und 26 lediglich in seitlicher Richtung und von
den Lagern 29 und 30 lediglich in senkrechter Richtung gehalten. Der senkrechte Auflagedruck der Wellen
einschließlich des Eigengewichts der Läufer 21 oder 22 und der Wellen 19 oder 20 wird somit lediglich von
einem einzigen Lager 29 oder 30 aufgenommen. Durch das Einfügen der Lagerkugeln 27 und 28 zwischen die
unteren Enden der Wellen 19 und 20 und die Auflageflächen der Axiallager 29 und 30 werden die
Auflageflächen der Wellen 19 und 20 auf den Axiallagern 29 und 30 so gering wie möglich gehalten.
Daher ist der Reibungswiderstand der Wellen 19 und 20 äußerst gering. Die Wellenbelastung, die die Lager 23,
24, 25 und 26 aufnehmen, ist lediglich eine Querbelastung, die infolge des Differenzdrucks des Fluids beim
Drehen der Läufer 21 und 22 auftritt. Das Eigengewicht der Läufer 21 und 22 und der Wellen 19 und 20 belastet
die Radiallager nicht. Aus diesem Grunde ist die Wellenbelastung schon bei dem bekannten Durchflußmesser
äußerst gering.
Dadurch daß die die Axiallager 29 und 30 berührenden Flächen so klein wie möglich sind und in
Verbindung damit die Belastung der Radiallager 23 bis 26 so gering wie möglich gehalten wird, tritt nur ein
äußerst kleiner Drehwiderstand auf, so daß bereits ein äußerst geringer Differenzdruck in der Lage ist, die
Läufer 21 und 22 mit den Wellen 19 und 20 zu drehen.
In der Fig. 5 ist der Gerätefehler in Abhängigkeit von dem Durchfluß dargestellt. Wie es aus der Kurve
hervorgeht, ist bei einem nach der Erfindung aufgebauten Durchflußmesser der Gerätefehler bei kleinen
Durchflüssen sehr gering.
An Hand der F i g. 3 und 4 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den F i g. 1 bis 4 sind
ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf eine besondere Beschreibung dieser Teile kann im
folgenden verzichtet werden.
Der in den F i g. 3 und 4 dargestellte Durchflußmesser
50 enthält ein Gehäuse 51 und einen Zähler 12. Das Gehäuse 51 weist einen Durchlaßkanal 53 auf, der einen
kleinen Durchmesser hat und den Einlaß 13 mit emer unteren Kammer 52 verbindet, die von dem Gehäuse 51
und der unteren Platte 16 begrenzt wird. In dem Gehäuse 51 ist ein weiterer Durchlaßkanal 55
vorgesehen, der ebenfalls einen kleinen Durchmesser hat und den Auslaß 14 mit einer oberen Kammer 54
verbindet, die von dem Gehäuse 51 und der oberen Platte 15 begrenzt wird.
Ein Stützkörper 56 mit einer an seiner einen Seite vorgesehenen Durchgangsöffnung 57 ist mit seinem
oberen Ende an der unteren Oberfläche der unteren Platte 16 befestigt. Der untere Abschnitt des Stützkörpers
56 ist wasserdicht in eine Öffnung eingepaßt, die in dem Gehäuse 51 vorgesehen ist. Eine in dem
Stützkörper 56 vorgesehene Kammer 65 steht über den Durchlaßkanal 53, die untere Kammer 52 und die
Durchgangsöffnung 57 mit dem Einlaß 13 in Verbindung und wird mit dem zu messenden Fluid angefüllt. Die
obere Kammer 54 steht über den Durchlaßkanal 55 mit dem Auslaß 14 in Verbindung und wird ebenfalls mit
dem Fluid angefüllt.
Nahe beim Austritt des Durchlaßkanals 55 zur oberen Kammer 54 ist eine Einstellschraube 58 vorgesehen, mit
der die Auslrittsfläche eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann man die Schraube 58 von der
Außenseite des Gehäuses 51 drehen. Innerhalb des Einlasses 13 ist zum Erzeugen eines Differenzdrucks
eine Hilfsplatte 59 vorgesehen. Die Hilfsplatte 59 kann durch Drehen einer Einstelleinrichtung 60 eingestellt
werden, die an der Hilfsplatte 59 befestigt ist. An den oberen Enden der Lager 23 und 25 und an den unteren
Enden der Lager 24 und 26 sind Labyrinthdichtungspakkungen 61, 63 und 62, 64 vorgesehen, die ein
Durchsickern des Fluids verhindern. Die Läufer 21 und 22 und ihre Wellen 19 und 20 sind in der gleichen Weise
angeordnet wie bei dem bereits beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. So sind die Läufer
21 und 22 und die Wellen 19 und 20 senkrecht ausgerichtet. Die Lager 23 bis 26 nehmen auftretende
Querkräftc auf. Die Auflager 29 und 30 unterstützen die Wellen in senkrechter Richtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung laufen die unteren Enden der Wellen 19 und 20 konisch zu und werden direkt von
den Lagern 29 und 30 getragen. Anstelle der Spitzenlagerung kann man aber auch eine Kugellagerung
verwenden, wie es bei dem ersien Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Durchflußmessers
50 erläutert. Wenn das zu messende Fluid über den Einlaß 13 in den Durchflußmesser einströmt,
werden die Läufer 21 und 22 infolge des Differenzdrucks des Fluids zwischen dem Einlaß 13 und dem
Auslaß 14 gedreht. Dieser Differenzdruck ist eine Folge des Drehwiderstands der Läufer 21 und 22. Die
Beziehung zwischen der Durchflußmenge und dem Differenzdruck ist in der F i g. 6 dargestellt. Dabei gibt
die Kurve C einen Zustand an, bei dem sich die Hilfsplatte 59 zum Erzeugen eines Differenzdrucks in
einer solchen Stellung befindet, in der der Widerstand,
den die Platte 59 dem durch den Einlaß ί3 strömenden Fluid entgegensetzt, mimimal ist.
Es sei angenommen, daß zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14 ein Differenzdruck von Δ Ρ\ herrscht,
wenn der Durchfluß Q\ beträgt. Der Druck des Fluids im
Einlaß 13 wird über den Durchlaßkanal 53, die untere Kammer 52 und die Durchgangsöffnung 57 in die
Kammer 65 im Stützkörper 56 übertragen. Der Druck des Fluids im Auslaß 14 wird über den Durchlaßkanal 55
in die obere Kammer 54 übertragen. Der Fluiddruck in der Kammer 65 stimmt somit mit dem Druck im Einlaß
13 überein. Der Fluiddruck in der Kammer 54 stimmt mit dem Druck im Auslaß 14 überein. Der Fluiddruck in
der Kammer 54 ist somit um A P\ geringer als der Druck in der Kammer 65.
Aus diesem Grund wird auf die waagrechten Flächen
ίο der Wellen 19 und 20 und der Labyrinthdichtungspakkungen
62 und 64 eine senkrecht nach oben gerichtete Kraft ausgeübt. Die Läufer 21 und 22 und die Wellen 19
und 20 nehmen die nach oben gerichtete Kraft auf.
Die senkrecht nach oben wirkende Kraft /i kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
/i = a η Δ
Dabei ist a die effektive Fläche des Rotors 21 (22) und der Labyrinthdichtungspackung 62 (64), η der Labyrintheffekt
und Δ P\ der Differenzdruck zwischen der Kammer 65 und der Kammer 54.
Die auf das Lager 29 (30) ausgeübte Wellenbelastung IV2 beträgt somit:
2S IV1-Zi= IV, - «7 ij 4
Dabei ist IV1 das Gesamtgewicht des Läufers 21 (22)
und der Welle 19(20).
Die senkrechte Auflagerkraft des Lagers 29 (30) ist somit um die Kraft /i, die durch den Differenzdruck
erzeugt wird, kleiner als das Gesamtgewicht IV1.
Wenn man die auf das Lager 29 (30) ausgeübte Wellenbelastung weiter vermindern will, kann man die
den Differenzdruck einstellende Hilfsplalte 59 verdrehen. Wenn man die Hilfsplatte 59 mit der Einstelleinrichtung
60 um einen gewünschten Winkel dreht, nimmt der Strömungswiderstand im Einlaß 13 zu. Es ergibt sich
dann die durch die Kurve D in der Fig.6 dargestellte
Beziehung zwischen dem Differenzdruck und dem Durchfluß. Bei dem Durchfluß von Q\ tritt jetzt ein
Differenzdruck von Δ P2 auf. Durch das Verstellen der
Hilfsplatte 59 ist somit der Differenzdruck um einen Wert (Δ P2 - Δ P1) angewachsen. Die von dem Lager 29
(30) aufgenommene Wellenbelastung IV2, ergibt sich
entsprechend der Gleichung (2) wie folgt:
IV2■ == IV1 - a η Δ P2 . (3)
Durch passende Wahl der effektiven Fläche a und des Differenzdrucks Δ P2 kann man somit für die Wellenauflagerkraft
W2 einen kleinen Wert erhalten.
Wenn die unteren Abschnitte der Wellen 19 und 20 und die Lager 29 und 30 allmählich verschleißen und die
unteren Oberflächen der Läufer 21 und 22 auf der oberen Oberfläche der unteren Platte 16 laufen, nimmt
der Drehwiderstand der Läufer zu. Damit ist jedoch
auch eine Zunahme des Differenzdrucks Δ Ρ verbunden.
Der erhöhte Differenzdruck Δ P hat eine größere nach oben gerichtete Kraft zur Folge, die auf die Läufer 21
und 22 ausgeübt wird. Auf die Läufer 2t und 22 wirkt
somit eine Kraft ein, die die Läufer nach oben drückt Auf diese Weise werden die unteren Oberflächen der
Läufer 21 und 22 von der oberen Oberfläche der unteren Platte 16 abgehoben. Die Zunahme des Drehwiderstands
wird somit durch einen erhöhten Differenzdruck zum Teil ausgeglichen.
Wenn die unteren Endabschnitte der Wellen 19 und 20 und die Lager 29 und 30 in einem solchen Maße
abgeschliffen sind, daß der Differenzdruck den erhöhten Drehwiderstand nicht mehr ausgleichen kann, ist es
möglich, die Gewindekörper 34 und 35 von der Außenseite des Gehäuses 51 derart zu drehen, daß die
Wellen 19 und 20 und die Läufer 21 und 22 um einen geeigneten Betrag angehoben werden, so daß die Lager
wiederum das gesamte Auflagegewicht aufnehmen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Durchflußmesser mit einem einen Durchlaßkanal aufweisenden Gehäuse, mit einer oberen und
einer unteren einen Fluiddurchlaß begrenzenden Seitenplatte, von denen die obere Seitenplatte ur.d
das Gehäuse eine obere Kammer und die untere Seitenplatte und das Gehäuse eine untere Kammer
begrenzen, mit senkrecht zu dem Fluiddurchlaß angeordneten, mit Läufern versehenen Wellen, die
sich auf untere Axiallager abstützen, und die ferner in in der oberen Seitenplatte und in der unteren
Seitenplatte angeordneten Radiallagern gelagert sind, und mit einem auf dem Gehäuse angeordneten
Zähler, dessen Zählwerk mit dem Ende einer der Wellen gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Kammer (54) und die untere Kammer (52) mit dem Durchflußkanal durch
Durchlaßkanäle (53,55) verbunden sind.
2. Durchflußmesser nach Anspruch 1 mit horizontalem Fluiddurchlaß, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Durchlaßkanal (53) die untere Kammer (52) mit dem Einlaß (13) und der zweite Durchlaßkanal
(55) die obere Kammer (54) mit dem Auslaß (14) verbindet.
3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaß (13) des Gehäuses
(51) ein mit einer Einstelleinrichtung (60) drehbarer Strömungswiderstandskörper (59) angeordnet ist.
4. Durchflußmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche des
in die obere Kammer (54) mündenden Durchlaßkanals (55) mit einer Einrichtung (58) einstellbar ist.
5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eines in
der unteren Kammer angeordneten Stützkörpers
(56) in das Gehäuse eingepaßt ist und die Axiallager trägt und daß der Stützkörper eine Durchgangsöffnung
(57) aufweist, über die der Fluiddruck von der unteren Kammer (52) in eine innerhalb des
Stützkörpers ausgebildete Kammer (65) gelangt.
6. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den oberen
und unteren Abschnitten der Wellen innerhalb der unteren und oberen Labyrinthdichtungspackungen
(61, 62, 63, 64) angeordnet sind, die jeweils den Fluiddruck in der unteren und oberen Kammer
aufnehmen.
7. Durchflußmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallager
aus einer äußerst harten Legierung bestehen, die korrosions- und verschleißfest ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2242071 | 1971-04-10 | ||
JP2242071 | 1971-04-10 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2139114A1 DE2139114A1 (de) | 1972-10-19 |
DE2139114B2 DE2139114B2 (de) | 1976-08-05 |
DE2139114C3 true DE2139114C3 (de) | 1977-03-31 |
Family
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