DE2404822A1 - Lager fuer ein fluiddurchsatz-messgeraet - Google Patents

Description

zum Patentgesuch

der Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint-Dominique, Paris/Frankreich

betreffend:

"Lager für ein Fluiddurchsatz-Meßgerät"

Die Erfindung betrifft ein Lager für ein Fluiddurchsatz-Meßgerät.

Bei Durchsatz-Meßgeräten klassischen Typs mit einem Flügelrotor ist dieser üblicherweise auf Gleitlagern abgese'tützt. Da nämlich die Lager in das Fluid eintauchen, das häufig selbst abtragend wirkt, ist es im allgemeinen nicht möglich, Kugellager zu verwenden, die dann in abgedichtete Lagergehäuse eingesetzt werden müßten.

Bei den bekannten Durchsatz-Meßgeräten beobachtet man häufig das intermittierende Auftreten von Vibrationen, welche den Rotor abbremsen. Man kann dieses Phänomen leicht beispielsweise dann beobachten, wenn man den-Rotor in einer Luftströmung umlaufen läßt, unter bestimmten Bedingungen

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und insbesondere bei hohen Durchflußraten beginnt die Schraubej mit hörbaren Frequenzen zu vibrieren. Wenn -man dann die Luftströmung unterbricht, beendet die Schraube ihre Drehung, viel schneller als wenn keine Vibrationen vorgelegen haben.

Unter normalen Betriebsbedingungen wurden systematische Untersuchungen vorgenommen bei Durchfluß-Meßgeräten mit Vertikalachse, wie sie in Bohrlöchern angewandt werden. Diese Untersuchungen zeigen, daß bei ein- und demselben Durchsatz und bei identsichen Fluiden man häufig unterschiedliche Drehzahlen beobachten kann. Man kann beispielsweise eine erste Empfindlichkeitskurve zeichnen (Drehzahl der Schraube in Abhängigkeit vom Durchsatz), indem man langsam den Durchsatz ausgehend vom Wert Null steigert. Wenn man den Durchsatz plötzlich herabsetzt, ist die gemessene Drehzahl häufig kleiner als jene, die von der zuerst gezeichneten Empfindlichkeitskurve abzulesen wäre. Eine erneute langsame Vergrößerung des Durchsatzes ausgehend von diesem Wert ergibt demgemäß eine zweite Empfindlichkeitskurve, die im wesentlichen parallel zur ersten verläuft. Man kann aber die erste Kurve wieder erhalten, indem man den Durchsatz ausgehend von einem sehr niedrigen Wert langsam steigert. Die aif diese Weise eingeführten Meßfehler können 2o% betragen.

Diese Fehler, welche mit dem Auftreten der oben erwähnten Schwingungen zusammenfallen, können nicht von vornherein korrigiert werden, weil man weder die Größe noch den Augenblick ihres Auftretens vorhersagen kann. Es ist demgemäß sehr wichtig, dieses darüber hinaus zu einem sehr schnellen Verschleiß der Lager führende Phänomen zum Verschwinden zu bringen oder zumindest auf einen Minimalwert

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herabzudrücken.

Eine erste Lösung bestünde darin, die Lager zu schmieren. Diese Lösung ist jedoch schwierig in der Durchführung, weil die Lager von den durchströmenden Fluiden ausgewaschen werden.

Eine andere Lösung bestünde darin, das Spiel zwischen dem Rotorzapfen und dem Lager sehr klein zu halten. Leider aber bringt der Betrieb das Spiel sehr schnell auf einen größeren Wert, bei dem die Vibrationen wieder auftauchen. Ein sehr kleines Spiel kann nur dann aufrechterhalten werden, wenn die Lager sehr häufig ersetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lager für ein Fluiddurchsatz-Meßgerät zu schaffen, das einfach im Aufbau ist und bei dem das erwähnte Phänomen der Vibrationen nur minimal auftritt.

Ausgehend von einem Lager mit einer Haltekrone, die eine zentrisch bezüglich einer Achse ausgehIldete Ausnehmung aufweist und mit einem in die Ausnehmung eingesetzten Lagerring, in dem der Rotorzapfen des Geräts drehbar gelagert ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Lagerring in der Ausnehmung mit axialem und radialem Spiel angeordnet und bei überschreiten eines bestimmten Reibungsmoments zwischen Zapfen und Ring seinerseits relativ zu der Krone drehbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die

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beigefügte Zeichnung näher erläutert, die in

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Schraubendurchsatz-Meßgeräts mit einem Lager gemäß der Erfindung und in

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils von diesem Lager

zeigt.

Das Fluiddurchsatz-Meßgerät, das hier als Beispiel gewählt worden ist, dient der kontinuierlichen Messung des Durchsatzes von Fluiden, die in einem Förderbohrloch anfallen. Ein solches Durchsatζ-Meßgerät ist beispielsweise in dem französischen Patent 69 06 276 mit der Veröffentlich ungsnummer 2o 36 2oo beschrieben und dargestellt. Das Lager gemäß der Erfindung kann aber selbstverständlich auch bei anderen Geräten mit beispielsweise horizontaler Drehachse eingesetzt werden.

Gemäß Fig. 1 umfaßt das Meßgerät in üblicher Ausbildung eine Schraube oder einen Flügelrotor Io mit Flügeln 11 auf einer Welle 12, die drehbar auf zwei symmetrischen Lagern 13 bzw. 14 gelagert ist, welche ihrerseits in einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt sind. An jedem Ende der Welle 12 ist ein zylindrischer Lagerzapfen 15 eingepreßt, der aus sehr hartem Material, beispielsweise Wolfram-Karbit, besteht.

Das untere Lager 14 umfaßt eine Haltekrone 16, in deren Innenraum eine zylindrische Ausnehmung 17 eingearbeitet ist. Im oberen Teil dieser Ausnehmung befindet sich ein Gewinde 18, in das eine Scheibe 2o eingeschraubt ist

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mit einer Innenlauffläche 21, die ein Präisionsfinish aufweist und gegebenenfalls einer Oberflächenbehandlung unterworfen worden ist. Im Inneren oder Oberfläche 21 befindet sich ein Rubinring 22, dessen Außendurchmesser derart gewählt ist, daß er frei relativ zu der Scheibe 2o drehbar ist. Eine Stoßsicherung 23, bestehend aus einem Rubinstirnlager 24, ist in einer Metallhülse 25 angeordnet und in der Ausnehmung 17 untergebracht. Eine Feder 26, geführt von der Hülse 25, liegt unter Druck zwischen dem Stirnlager 24 und der Unterseite der Ausnehmung 17. Die Längsversetzungen des Ringes 22 sind nach oben durch eine Schulter 2 7 der Scheibe 2o begrenzt undnach unten durch die Oberseite des Stirnlagers 2 4.

Der Zapfen 15, dessen Ende auf dem Stirnlager 24 aufsitzt, durchsetzt den Ring 22 derart, daß er frei in dessen Inneren umlaufen kann. Die Innenfläche und die Außenfläche des Lagerringes 22 können etwas konvex oder ballig ausgebildet sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Um Größenordnungen anzugeben, hatte in einer bestimmten Ausführungsform der Zapfen 15 einen Durchmesser von etwa 1 mm und das Spiel zwischen dem Zapfen 15 und dem Ring 22 einerseits, sowie zwischen dem Ring 22 und der Scheibe 2ο andererseits lag in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimetern.

Man hat festgestellt, daß dieser zwischengeschaltete Lagerring zwischen dem Zapfen 15 und der Krone 16 es ermöglicht, das Vibrationsphänomen, das oben erläutert wurde, selbst dann zu eliminieren, wenn das Spiel des Ringes gegenüber den benachbarten Elementen sich infolge Abnützung erheblich vergrößert. In dem oben erwähnten Beispiel wurden unter normalen Betrxebsbedingungen keinerlei Vibrationen mehr beobachtet und auch dann noch nicht, wenn das Spiel in der Größenordnung von Zehntel Millimetern lag. Eine Erklärung für dieses Phänomen der Vibrationsunterdrückung ist wahrscheinlich die folgende:

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Im Falle eines Zapfens, der in einer festen klassischen Lagerschale umläuft, erfolgen die Vibrationen des Rotors,ausgelöst durch nicht ganz bekannte Gründe, beispielsweise plötzliche Veränderung des Durch- ■ satzes, mit einer Frequenz oder einem Frequenzgemisch entsprechend der Resonanz des Rotors. Diese Vibrationen werden aufrechterhalten durch dLe tangentielle Reibung des Zapfens auf der Lagerschale. Wenn man sich vorstellt, daß der Rotor fest wäre und die Lagerschale um den Zapfen umliefe, verhält sich die Lagerschale bezüglich des Rotors in ähnlicher Weise wie ein Bogen auf einer Geigenseite. Man kann sich demgemäß gut vorstellen, daß diese Vibrationen unterdrückt werden können, wenn die in Kontakt stehenden Flächen geschmiert werden. Das Lager übt auf den Zapfen bei der Rotation eine Folge von mikroskopischen Bremsvorgängen aus, und die dadurch freigesetzte Energie wird dazu verwendet, die Vibrationen aufrechtzuerhalten.

Bei Verwendung eines Lagers gemäß der Erfindung dreht sich der Zapfen 15 solange keine Vibrationen vorliegen relativ zum Ring 22, wobei dieser letztere fest bleibt, weil das Reibungsmoment, das auf seine einen größeren Durchmesser aufweisende Außenseite wirkt, größer ist als das an seiner Innenfläche. Wenn Vibrationen auftreten, führen die Mikrobremsvorgänge zwischen dem Zapfen und dem Ring zu auf den Ring wirkenden Impulsen, welche diesen zur Drehung antreiben. Die Vibrationen werden nicht mehr aufrechterhalten, und der Ring kommt wieder zur Ruhe, wonach der Zapfen wiederum im Inneren des Ringes umläuft. Selbst dann, wenn der Ring während einer gewissen Zeit zur Drehung angetrieben wird, beobachtet man nur eine geringfügige Herabsetzung der Drehzahl infolge Vergrößerung des Drehmoments der gesamten umlaufenden Masse und der Vergrößerung des Bremsmoments, das jetzt auf die Außenseite des Ringes wirkt.

Das beschriebene Lager bildet demgemäß eine sehr einfache Lösung für ein manchmal kritisches Problem, das

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bei der Herstellung und Verwendung von Durchfluß-Meßgeräten auftritt, deren Lager allgemein nicht geschmiert werden können.

(Patentansprüche)

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   l.y Lager für ein Fluiddurchsatz-Meßgerät mit einer Haltekrone, die eine zentrisch bezüglich einer Achse ausgebildete Ausnehmung aufweist und mit einem in die Ausnehmung eingesetzten Lagerring, in dem der Rotorzapfen des Geräts drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (22) in der Ausnehmung mit axialem und radialem Spiel angeordnet und bei überschreiten eines bestimmten Reibungsmoments zwischen Zapfen (15) und Ring seinerseits relativ zu der Krone (2o) drehbar ist.
2. 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kronenausnehmung in Axialrichtung von ebenen, sich senkrecht zu der Achse erstreckenden Schultern abgeschlossen ist, zwischen denen die Axialbewegung des Lagerringes begrenzt ist.
3. 3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schultern (24) von einem Anschlagteil (25) einer elastisch abgestützten Stoßsicherung gebildet ist.
4. 4. Lager nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und/oder äußere ümfangsflache des Lagerringes (22) konvex ausgebildet sind.

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