DE2362054B2 - Durchflussmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser, der ein eine Kammer bildendes Gehäuse, einen Meßläufer mit einem Radialschaufelgitter, das achsenparallcle Schaufeln hat und in der Kammer drehbar gelagert ist, einen Flüssigkeitseinlaß in die Kammer sowie einen parallel daneben angeordneten Flüssigkeitsauslaß aus der Kammer, wobei der Einlaß eine Düse bildet, die einen Düsenstrahl des einströmenden Strömungsmediums auf den und praktisch tangential zu dem Läufer erzeugt, und Einrichtungen aufweist, die die Anzahl der Drehungen des Läufers abtasten, um ein der Durchflußmenge entsprechendes Signal zu erzeugen.

Solche Durchflußmesser, die mit einem als Peltonrai ausgebildeten Flügelrad arbeiten, sind bekannt (DT-PS 48 630 und 5 16 409). Bei diesen bekannten Strömungsanzeigern läuft das Flügelrad in einem zylindrischen Gehäuse. Der Nachteil dieser bekannten Strömungsmesser ist, daß sie nur in kleinen Bereichen unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten und/ oder Strömungsmengen eine lineare Anzeige ermöglichen. Außerdem sind diese bekannten Geräte nur mit einem verhältnismäßig großen Herstellungsaufwand zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es neben der Vereinfachung der Konstruktion des Gerätes eine Linearität der Durchflußmessung in einem großen Bereich unterschiedlicher Durchflußmengen zu erhalten. Insbesondere sollen sich auch kleine Durchflüsse von beispielsweise

50 cm³ pro Minute genauso zählen lassen, wie große Durchflüsse von vielen Leitern pro Minute.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Kammer einen annähernd rechteckigen Querschnitt aufweist und vier Seitenwände hat, die sich zwischen im wesentlichen parallelen Boden- und Deckenwänden erstrecken, und daß der Einlaß und der Auslaß .n und aus der Kammer durch dieselbe Seitenwand der Kammer hindurchgeführt sind, und daß je ein Bolzen zwischen Boden- und Deckenwänden in den beiden gegenüberliegenden Ecken der Kammer angeordnet ist, deren Achsen im wesentlichen parallel zu der des Läufers verlaufen.

Das Gerät der Erfindung besteht demnach aus einer rechteckigen Kammer, in die ein Düsenstrahl von einer Seite auf das Peltonrad gerichtet ist. Dieser Strahl durchströmt die Kammer und tritt an der gleichen Seite wieder aus. In den Ecken der Kammer sind Bolzen oder Stifte angeordnet, und es wurde gefunden, daß gerade diese Stifte und insbesondere in Strömungsrichtung gesehen, die ersten beiden wesentlich dazu beitragen, unterschiedliche Durchflüsse genau und linear zu messen.

Wenn der Einlaß und Auslaß einen ausreichenden Abstand von der am nächsten liegenden Seitenwand haben, kann ein Bolzen in einer oder beiden Ecken angeordnet sein, die dieser Seitenwand benachbart sind, so daß in jeder der vier Ecken der Kammer ein Bolzen vorgesehen ist.

Es wurde gefunden, daß die Anordnung der Bolzen oder Stäbe in den Ecken der Kammer die Linearität des Durchflußmessers, in dem sie vorgesehen sind, verbessert, und es wird angenommen, daß ein solcher Bolzen die Bildung eines Wirbels in der entsprechenden Kammer fördert, dessen Drehachse praktisch mit der Achse des Bolzens oder Stabes zusammenfällt, und daß der Wirbel an der Oberfläche des Bolzens infolge des »Coanda-Effekts« haftet. Auf diese Weise scheint eine stabile Zirkulation in den sogenannten Totwassergebieten vorhanden zu sein, die mit dem Durchsatz in der Kammer so zusammenarbeitet, daß der Hauptstrom rund um die Kammer geführt wird, wodurch sich Turbulenz in der Ecke verhindern läßt. In diesem Sinne wird unter »Totwassergebiet« ein Bereich verstanden, in dem sich strömungsmäßig nichts wesentlich ändert.

Wenn erforderlich, kann die Anordnung so ausgebildet sein, daß die Stäbe oder Bolzen hinsichtlich ihrer Stellung verstellbar sind. Außerdem kann die Fluchtung der Düse relativ zu dem Läufer ebenfalls verstellbar sein.

Die Düse kann ein längliches Mundstück haben, das praktisch parallel zur Läuferachse gerichtet ist.

Die Einrichtungen, die zum Abtasten der Umdrehungsdrehzahl des Läufers verwendet werden, können in üblicher Weise ausgebildet sein und viele solcher Einrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Bei der bevorzugten Ausführungsform jedoch hat wenigstens eine Läuferschaufel ein magnetisches Element an ihrem äußeren Ende, das Impulse in einem Induktionsabtastgerät nahe der Kammer erzeugt, wodurch die Drehzahlen des Rotors abgegriffen werden können.

Es ist in Durchflußmessern der oben beschriebenen Art, insbesondere wenn sie für medizinische und chirurgische Zwecke oder auf pharmazeutischem oder nahrungsverarbeitendem Gebiet verwendet werden, oft erforderlich, die inneren Passagen zu reinigen oder zu sterilisieren, was dadurch bewirkt wird, daß Dampf in das Meßgerät injiziert wird. Die Strömungsgeschwindigkeiten, denen das Meßgerät während dieses Verfahrens ausgesetzt ist, sind gewöhnlich weit über denen, für die es ausgelegt ist, und deshalb liegt ein beträchtliches Risiko der Beschädigung der Läuferlager vor, wenn Dampf in ein ungeschütztes Meßgerät eingeleitet wird und man den Rotor mit einer Geschwindigkeit überhalb dem normalen Betriebsbereich drehen läßt. Ein solcher Zustand wird oft als »bursting« eines Läufers bezeichnet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine sichere Dampfreinigung eines Durchflußmessers nach der Erfindung dadurch ermöglicht werden, daß im Bereich der AuslaßöFfnung der Kammer eine Strömung, die die Kammer durch diese Auslaßöffnung betritt, daran gehindert wird, auf den Rotor so stark aufzutreffen, daß sie ihn überdreht.

Der Durchflußzähler kann daher normalerweise unter den Strömungsbedingungen betrieben und andererseits sicher gereinigt werden, indem ein Dampfstrom am Auslaß eingelassen wird, d. h. in umgekehrter Strömungsrichtung.

Bei einer Ausführungsform haben solche Einrichtungen ein Leitelement, das teilweise den Auslaß verschließt, so daß eine Reversierströmung um die Kammer zu dem Kammereinlaß gerichtet werden kann, deren Komponenten den Läufer in beiden Richtungen zu drehen suchen, so daß eine Nettodrehung oder die tatsächliche Drehung innerhalb der normalen Betriebsbedingung des Läufers erfolgt.

In einem Strömungsmeßgerät, bei dem die Einlaß- und Auslaßöffnungen sich in derselben Seitenwand der Kammer und hinreichend weit von der nächstliegenden Seitenwand an die Anordnung eines Bolzens in jeder Ecke neben dieser Seitenwand befinden, kann das Leitelement vorzugsweise die Form einer Sprengkammer haben, die auf diesen beiden Bolzen sitzt. Die Klammer hat eine Aussparung, die eine ungehinderte Strömung vom Einlaß in die Kammer ermöglicht. Ein Teil der Klammer schließt jedoch die Auslaßöffnung teilweise ab.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt einer ersten Ausführungsform eines Durchflußmessers,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 in F i g. 1 und

F i g. 3 eine Endansicht teilweise im Schnitt des Durchflußmessers nach F i g. 1 in Richtung des Pfeiles A.

Die Deckplatte 15 ist entfernt, um die Sicht in das Innere des Gerätes freizugeben.

Die Fig.4 und 5 sind Schnittansichten, ähnlich wie F i g. 2, von einer zweiten Ausführungsform, die für eine Dampfreinigung eingerichtet ist, wobei in den Figuren die Strömungsrichtungen in Normalrichtung und Umkehrrichtung eingezeichnet sind. In den Fig.4 und 5 werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in den F i g. 1 bis 3 verwendet.

Fig.6 zeigt ein Leitelement, das in dem Durchflußmesser nach den F i g. 4 und 5 verwendet wird.

In F i g. 1 ist ein Durchflußmesser mit einem hohlen zylindrischen Gehäuse 1 dargestellt, daß eine koaxiale Bohrung 2 aufweist, die an einem Ende 2Λ geschlossen ist, und zwei Durchflußöffnungen 3 und 4 hat, von denen jede ein Innengewinde 3Λ bzw. 4A für die Aufnahme von Leitungsanschlüssen (nicht dargestellt) aufweist.

In die Bohrung 2 ist ein Block mit einem Zylinder 6, der einen Schlitz βΛ hat, eingesetzt. Der Block hat weiter eine Strömungsöffnung 8, die eine Düse bildet, sowie eine Strömungsöffnung 9. Beide Strömungsöff-

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nungen sind so angeordnet, daß sie mit den Gewindebohrungen 3 und 4 fluchten, und dadurch einen Einlaß und einen Auslaß für ein fließfähiges Medium in und aus der Kammer bilden, die durch den Schlitz 6A und die Bohrung 2 des Gehäuses 1 begrenzt ist.

Ein Stift 10, der aus dem Ende des Blockes 6 herausragt, greift in eine Bohrung 11 in dem Gehäuse 1 ein und gewährleistet die richtige Ausfluchtung aller Durchflußöff nungen.

Ein Rotor 12, ähnlich wie ein Schaufelrad, der Lagerzapfen 13 an seinen beiden Seiten aufweist, ist drehbar in dem Schlitz 6A gelagert. Hierfür sind Spitzenlager 14 vorgesehen, die für die Einstellung drehbar in koaxialen Gewindebohrungen 6C in dem Block 6 angeordnet sind. Der Rotor oder Läufer 12 hat eine Anzahl radialer Schaufeln 12Λ, von denen jede in einem kolbenförmigen Teil 125 liegt, in dem ein kleiner Stab aus ferritischem Material eingelagert ist, wie das mit dem Bezugszeichen 5 in F i g. 2 angedeutet wird. Der Läufer 12 und die Düse 8 sind so angeordnet, daß aus der :i Düse 8 austretende Flüssigkeit auf die Läuferschaufeln nahe dem kolbenförmigen Teil 12ß in einer Richtung auftrifft, die praktisch tangential zu einem Läuferumfang verläuft.

In jeder Ecke des Schlitzes 6Λ ist ein kreiszylinderför- : miger Bolzen 7, der in einer Bohrung 6D in dem Rotorblock 6 gehalten wird. Jeder Bolzen 7 sitzt in einer Bohrung im Preßsitz. Die Bolzen erstrecken sich quer zum Schlitz 6Λ zwischen den parallelen Flächen 6£und 6F desselben. Die Achsen der zylindrischen Bolzen ; verlaufen praktisch parallel zur Läuferachse. Wie deutlich aus Fig.2 ersehen werden kann, hat jeder Bolzen einen Abstand von den Wänden, so daß das fließfähige Medium frei zwischen jedem Bolzen und den Wänden fließen kann.

Die Läuferkammer, die von dem Schlitz 6Λ gebildet wird, und der Teil der Bohrung 2, die den Schlitz begrenzt, sind von einem Deckel 15 und einer Dichtung 16, die mit dem Gehäuse 1 durch Schrauben 17 fest verbunden sind, gasdicht abgeschlossen. Der Deckel enthält einen induktiven Fühler, der sich durch ihn hindurch erstreckt und in eine Bohrung 15A in dem Deckel eingeschraubt ist. Der Fühler weist eine, mit einem Außengewinde versehene Hülse 19, einen in beispielsweise einem Epoxyharz eingebetteten Induktor 20 und ein elektrisches Kabel 20 auf, das mit dem Induktor 20 verbunden ist und zu einer bekannten elektronischen Einrichtung führt, die die Umdrehungszahl des Rotors mißt, indem sie die zyklischen Änderungen des Wertes der Induktivität des Induktors 20 abtastet, wenn die ferritischen Elemente 5 in den Schaufelabschnitten 12ßbei Drehung des Läufers 12 an dem Induktor vorbeigeführt werden. Weiter ist eine Überwurfmutter 26 und eine mit dieser zusammenarbeitende Dichtung 24 vorgesehen, die das Kabel umschließt und eine Dichtung zwischen diesem und der Fühlerhülse 19 bewirkt. Die Fühlerhülse 19 drückt eine Kunststoffdichtung 18 gegen den Absatz 15ß, wenn sie in die Bohrung 15Λ eingeschraubt wi;d und erzeugt dadurch eine Abdichtung gegen den Kammerinhalt.

Ein Vorteil der an Hand der Zeichnungen beschriebenen Konstruktion besteht darin, daß der Rotorblock leicht ausgewechselt werden kann, ohne daß das Leitungsnetz, dem der Durchflußzähler zur Messung der Durchsatzströmung zugeordnet ist, beeinträchtigt wird.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann die Düse 8 einen Einsatz mit exzentrischer Bohrung aufweisen, die drehbar in dem Block 6 angeordnet ist, wodurch der Flüssigkeitsstrahl relativ zu dem Läufer eingestellt werden kann. Ein solcher Einsatz ist mit 8Λ in den F i g. 4 und 5 beispielsweise dargestellt.

Zwar weisen der dargestellte Bolzen oder die dargestellten Bolzen einen kreisförmigen Querschnitt auf und dieser Querschnitt ist bevorzugt, jedoch können sie auch andere Querschnittskonfigurationen haben, z. B. elliptischen Querschnitt. An den Enden, an denen sie in den Bohrungen 6D gehalten werden, können die Bolzen exzentrisch ausgebildet sein, so daß durch Drehen des Bolzens dessen genaue Anordnung in der Kammer gewählt werden kann. Diese Auswahl der Bolzenstellung kann empirisch bestimmt werden. Die Einstellung kann sich als besonders wichtig herausstellen, insbesondere bei dem Bolzen, der sich unmittelbar neben der Düse 8 befindet. Außerdem kann, wie oben erwähnt, die Anzahl der Bolzen in jeder Kammer so bestimmt werden, daß eine optimale Arbeitsweise des Meßgerätes gewährleistet ist.

In den Fig.4 und 5 ist ein Durchflußmesser ähnlich wie in den F i g. 1 und 3 dargestellt (Einzelheiten des induktiven Fühlers wurden weggelassen), jedoch hat in diesem Fall das Meßgerät Einrichtungen, mit denen eine in die Rotorkammer aus der normalerweise als Auslaßöffnung 9 dienenden Passage eintretende Flüssigkeit so abgelenkt wird, daß der Durchflußzähler sicher mit einer Dampfrückströmung gereinigt werden kann.

ι Bei der dargestellten Ausführungsform wird dies mit einem Leitelement 25 erreicht, das im einzelnen in F i g. 6 dargestellt ist. Das Leitelement besteht aus einer Kammer aus korrosionsbeständigem Stahl, die über die Bolzen 7 neben den Einlaß- und Auslaßöffnungen der ·> Kammer gespannt ist. Eine Aussparung 25Λ ist in der Kammer vorgesehen, um unter normalen Betriebsbedingungen die Ausströmung aus der Düse 8 zuzulassen, wobei der Teil 25ßdie Mündung der öffnung 9 abdeckt. Die Strömung unter normalen Strömungsbedinguno gen, d. h. während des Messens, wird in F i g. 4 durch die Pfeile angedeutet. Die Strömung tritt in die Läuferkammer aus der Düse 8 ein und trifft auf den Läufer 12 praktisch tangential hierzu auf, wodurch der Läufer genau wie bei der Ausführungsform 1 bis 3 gedreht wird. i-> Die Strömung fließt um die Kammer und teilt sich um den Teil 25ß des Leitelementes auf, bevor sie aus der Kammer über die Auslaßöffnung 9 austritt. Überschlagsmäßig wird die Linearität eines Durchflußmessers, der entsprechend der Zeichnung aufgebaut ist, •vi unter normalen Betriebsbedingungen nur etwa ! bis '/2% durch die Anwendung des Leitelements reduziert, d. h., für die meisten praktischen Anwendungszwecke hat das Leitblech eine vernachlässigbarc Wirkung auf die Meßeigenschaften des Gerätes und v, kann aus diesem Grunde immer in dem Meßgeräi belassen werden, es muß also nicht unmittelbar voi einer Reinigung eingesetzt werden.

In Fig. 5 ist das Gerät während des Reinigungsvor gangs dargestellt, d. h., wenn Dampf zu der normaler Wi Auslaßverbindung 4 in das Meßgerät eingelassen wird Wie dargestellt teilt sich die Strömung nach dem Eintrit in die Rotorkammer auf, und es wurde gefunden, daß ii einem Durchflußmesser, der so aufgebaut ist wie in de Zeichnung dargestellt, die Summe der Strömungen, di' t.■"> längs den mit den Pfeilen angezeigten Wegen zu de Düse 8 strömen, sich hinsichtlich der Wirkung auf di Drehung des Läufers aufheben, so daß tatsächlich diese Läufer nicht in Drehung versetzt wird.

Das Leitelement kann natürlich auch andere Formen als dargestellt haben. Zum Beispiel kann es prismatisch, d. h. dreieckig sein und im Bereich der Auslaßöffnung zu der Kammer so angeordnet sein, daß es mit einer Spitze im Sinne der Rückströmung stromaufwärts zeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser, der ein eine ,aramer bildendes Gehäuse, einen Meßläufer .nit einem Radialschaufelgitter, das achsenparallele Schaufeln hat und in der Kammer drehbar gelagert ist, einen Flüssigkeitseinlaß in die Kammer sowie einen parallel daneben angeordneten Flüssigkeitsauslaß aus der Kammer, wobei der Einlaß eine Düse bildet, die einen Düsenstrahl des einströmenden Strömungsmediums auf den und praktisch tangential zu dem Läufer erzeugt, und Einrichtungen aufweist, die die Anzahl der Drehungen des Läufers abiasten, um ein der Durchflußmenge entsprechendes Signal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (6A) einen annähernd rechteckigen Querschnitt aufweist und vier Seitenwände hat, die sich zwischen im wesentlichen parallelen Boden- und Deckenwänden (6£, 6Fj erstrecken, und daß der Einlaß (3, 8) und der Auslaß (4, 9) in und aus der Kammer (6A) durch die Seitenwand der Kammer hindurchgeführt sind, und daß je ein Bolzen (7) zwischen Boden- und Deckenwänden (6E, 6F)in den beiden gegenüberliegenden Ecken der Kammer angeordnet ist, deren Achsen im wesentlichen parallel zu der des Läufers (12) verlaufen.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (3,8) und der Auslaß (4, 9) in und aus der Kammer (6A) durch dieselbe Seitenwand der Kammer an Stellen geführt sind, die einen Abstand von der nächsten Seitenwand haben.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Ecke der Kammer ein Bolzen (7) angeordnet ist.

4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolzen (7) einen kreisförmigen Querschnitt hat.

5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolzen (7) einen elliptischen Querschnitt hat.

6. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung wenigstens eines Bolzens (7) einstellbar ist.

7. Durchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Bolzen (7) exzentrisch in der oberen und der unteren Wand (6E, 6F) der Kammer so gehalten ist, daß er durch Drehen um seine Achse eingestellt werden kann.

8. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Düse (8) relativ zu dem Läufer (12) verstellbar ist.

9. Durchflußmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (8) die Form einer exzentrischen Bohrung in einem Einsatz (8A) hat, der in einer Seitenwand der Kammer so gelagert ist, daß die Fluchtung der Düse (8) relativ zu dem Läufer (12) durch Drehen des Einsatzes (SA) eingestellt werden kann. ι

10. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (8) ein verlangen?? Mundstück hat. das parallel zu der Achse des Läufers (12) gerichtet ist.

11. Durchflußmesser nach einem der vorherge- ι henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Läuferschaufel (\2A) ein magnetisches Element (5) an ihrer Spitze (12ßj enhält, um Impulse in einem Induktionsfühler (19—24) in der Nähe der Kammer (6A) zu erzeugen, so daß die Anzahl der Drehungen des Läufers (12) gemessen wird.

12. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Auslaßöffnung (9) der Kammer Einrichtungen vorgesehen sind, die einen aus dem Auslaß (4, 9) in die Kammer eintretenden Strom vom Auftreffen auf den Läufer (12) ausreichend ablenken, um diesen nicht zu überdrehen.

13. Durchflußmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtungen ein Leitelement (25) aufweisen, das die Auslaßöffnung (9) teilweise abdeckt, so daß eine Strömung rund durch die Kammer zum Einlaß (3, 8) so gerichtet wird, daß sie den Läufer im Sinne beider Richtungen drehen will und die Nettodrehung in dem normalen Betriebsbereich des Rotors bleibt.

!4. Durchflußmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (3, 8) und die Auslaßöffnung (4, 9) durch dieselbe Seitenwand an Stellen angeordnet sind, die einen Abstand von der nächsten Seitenwand haben, und daß ein Bolzen (7) in jeder der beiden Ecken neben der Seitenwand vorgesehen ist, wobei das Leitelement (25) die Form einer Klammer hat, die über die beiden Bolzen (7) gespannt ist, und die Klammer eine Aussparung (25/4J aufweist, die einen ungehinderten Strom vom Einlaß (8) in die Kammer ermöglicht, jedoch ein Teil (25B) vorgesehen ist, der teilweise die Auslaßöffnung (9) abdeckt.

15. Durchflußmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement prismatisch ist, wobei eine Spitze stromaufwärts in Richtung der Rückströmung aufweist.