DE2535746C3 - Flügelraddurchflußmesser - Google Patents

Description

Es handelt sich im Folgenden um einen Flügelraddurchflußmesser, zur Messung des Volumens eines strömenden Gases, mit einem drehbar gelagerten und mit einem Umdrehungszähler gekuppelten Meßflügelrad, bei welchem eine auf das Meßflügelrad einwirkende, von einer durch das Gas beeinflußte Einrichtung betätigte Bremse vorgesehen ist, und vor dem Meßflügelrad ein Strömungsteiler angeordnet ist.

Der vorgeschlagene Rügelraddurchflußmesser findet insbesondere Anwendung zur Mengenmessung eines zeitlich aussetzend (intermittierend) strömenden Gases.

Flügelraddurchflußmesser sind allgemein bekannt und sie werden seit längerer Zeit unter anderem auch zur Messung des Verbrauches von mit Heizgas betriebenen Heizungsanlagen eingesetzt. Solange dabei das Heizgas den Flügelraddurchflußmesser in kontinuierlichem Strom durchsetzt, ist der Fehler, mit dem die Volumenmessung des Gases durchgeführt wird, klein; er liegt bei einer Belastung des Zählers bis zu 20% von dessen Nennlast bei etwa ±2% vom Meßwert und er beträgt maximal ±1% im Meßbereich von 20% bis 100% Nennlast. Fließt der Gasstrom jedoch intermittierend, dann kann ein Flügelraddurchflußmesser zur Verbrauchsmessung nicht mehr herangezogen werden, weil dessen Meßfehler je nach Art des pulsierenden Betriebes auf etwa +20% oder mehr ansteigt, d. h. ein viel zu hoher Verbrauch angezeigt würde. Der intermittierende Betrieb wird aber bei Gaszentralheizungen angewandt, wo ein Gasbrenner zur Re- -^r> gelung des Wärmebedarfes so gesteuert wird, daß er im EIN-AUS-Betrieb arbeitet.

Der erwähnte hohe positive Meßfehler bei intermittierendem Betrieb des Flügelraddurchflußmessers ist dadurch bedingt, daß beim Einsetzen der Gasströ-J <> mung das Meßflügelrad sehr rasch beschleunigt, während es auf Grund seiner Massenträgheit weiterdreht, wenn der Gasstrom plötzlich stehen bleibt. Bei diesem Weiterdrehen läuft zwangsläufig der mit dem Meßflügelrad gekuppelte Umdrehungszähler mit, so daß das Gerät mehr Gasverbrauch anzeigt als tatsächlich stattgefunden hat.

Flügelraddurchmesser sind von ihrem Aufbau her recht einfach; sie sind deshalb sehr zuverlässig und unterliegen kaum dem Verschleiß, so daß großes Interesse daran besteht, diese Geräte nicht nur zur Mengenmessung von kontinuierlich fließenden Gasen, sondern auch von intermittierend strömenden Heizgasen einzusetzen.

Es ist somit die Aufgabe gestellt, einen Flügelraddurchflußmesser der eingangs erwähnten Bauart konstruktiv so auszugestalten, daß er zur Volumenmessung von intermittierend fließendem Gas verwendbar ist.

Maßnahmen, welche die Unterdrückung von Meßfehlern bei Flügelraddurchflußmessern zum Ziele haben, sind bekannt. Um die thermische Ausdehnung eines solchen, zur Messung von Flüssigkeiten vorgesehenen Gerätes zu berücksichtigen, ist mit der US-Patentschrift 3822591 vorgeschlagen worden, am Gehäuse ein Bimetall-Element anzuordnen, dessen freies Ende einen Bremsklotz trägt, welcher von diesem bei steigender Temperatur der Flüssigkeit in zunehmendem Maße auf die Drehwelle gedrückt wird und dadurch das Meßflügelrad bremst. Das erwähnte, bei intermittierendem Betrieb auftretende Meßfehlerproblem kann damit allerdings nicht gelöst werden.

Zur Begradigung der aus der Nicht linearität zwischen Drehzahl und Strömung resultierenden Fehlerkurve eines Flügelraddurchflußmessers ist mit der deutschen Auslegeschrift 1423891 ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem von einer Flüssigkeitsbremse ein mit der Viskosität des Meßmediums zunehmendes Drehmoment erzeugt wird, welches

entweder als Bremsmoment oder mittels eines dem Medium mitgeteilten Dralls als Antriebsmoment auf das Meßflügelrad einwirkt. Diejenigen Meßfehler, welche auf Grund der Trägheiten der am Meß vorgang beteiligten Massen auftreten, können mit dieser Methode jedoch nicht beseitigt werden.

Durch die britische Patentschrift 1044595 ist eine aus mehreren flexiblen Leitflügeln bestehende Einrichtung an Flügelraddurchflußmessern geoffenbart worden, welche die Aufgabe hat, die auf Grund von ι ο parasitären Turbulenzen und Unvollkommenheiten an der Führung des strömenden Mediums auftretenden Meßfehler zu unterdrücken. Mit dieser Einrichtung läßt sich auf den bei intermittierendem Betrieb typischen Meßfehler ebenfalls kein Einfluß nehmen, ι *>

Die oben skizzierte Aufgabe wird nun an einem Flügelraddurchflußmesser der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die durch das Gas beeinflußte und die Bremse betätigende Einrichtung vom Staudruck des strömenden Gases derart steuerbar ist, daß 2(i die Bremse bei verschwindender Strömung ν'irksam wird.

Durch diese Maßnahme wird ein durch die Massenträgheit bedingtes Weiterdreher, des Meßflügelrades nach dem Stehenbleiben der Gasströmung verhindert, so daß das Auftreten eines positiven Meßfehlers vermieden wird. Der Staudruck wird hierbei in bekannter Weise aus der Differenz des statischen Druckes und des Pitotdruckes gewonnen, wie dies beispielsweise mit Hilfe einer zu Strömungsmessungen dienenden u> Staudruckmeßsonde (Prandtlschen Staurohr) geschehen kann. Der Staudruck ruft eine Formänderung bei der pneumatischen Einrichtung hervor, welche der Bremse mitgeteilt wird.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungs- r> beispiel der Erfindung dient der Strömungsteiler als Staudruckmeßsonde. Der Strömungsteiler, welcher als stromlinienförmig ausgebildeter, zylindrischer Körper die Aufgabe hat, das strömende Gas möglichst störungsfrei an die Flügel des Meßflügelrades heran- w zuführen, kann - wie sich gezeigt hat - wie eine Staudruckmeßsonde verwendet werden; hierzu bedarf es lediglich der Anordnung einer Bohrung am Kopf des Strömungsteilers und einer weiteren öffnung an dessen Umfang. -r>

Zweckmäßig findet als vom Gas beeinflußte Einrichtung eine mit einer federelastischen Membran versehene Druckkammer Verwendung. Eine solche ist deshalb besonders geeignet, weil sie auf kleine Drücke bereits mit großen Formänderungen reagiert. 5» Bei Flügelraddurchflußmessern größerer Nennleistung kann aber auch ein nachgiebiger Faltenbalg mit einer Rückholfeder Verwendung finden; auch ein in einem Zylinder verschiebbarer Arbeitskolben kann geeignet sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß als Bremse ein schwenkbar angeordneter, zweiarmiger Bremshebel vorgesehen ist, dessen langer Hebelarm an einem auf der Membran sitzenden Membranteller eingehängt ist, und dessen kurzer Hebelarm bo einen sich an die Nabe des Flügelrades anlegenden Bremsbelag trägt. Bei Anwendung dieses mit zwei verschieden langen Armen versehenen Bremshebels läßt sich leicht eine ausreichend große Bremskraft gewinnen. b^r>

Vorteilhaft sind Druckkammer und Bremshebel im Innern des Strömungsteilers vorgesehen. Dadurch wird Platz gespart, und es ist ohne zusätzliche Maßnahmen möglich, jeglichen Flügelraddurchflußmesser mit der vorgeschlagenen Bremse auszustatten.

Vorzugsweise trägt die Druckkammer den Bremshebel und sie ist mit Hilfe einer zentrisch im Strömungsteiler gelagerten Stange in Längsrichtung des Strömungsteilers justierbar. Dies gestattet auf einfachste Weise die Justierung der Bremse durch Entfernen oder Annähern des Bremsbelages an die Nabe des Meßflügelrades.

Zweckmäßig weist die Schubstange einen mit der Druckkammer verbundenen Kanal auf, dessen Mündung am Kopf des Strömungsteilers liegt; hierdurch wird eine besondere Leitung für den vom Kopf in die Druckkammer zu übertragenden Pitotdruck erübrigt.

Zur Längsverschiebung der Stange kann vorteilhaft eine im Strömungsteiler drehbar gelagerte Einstellmutter vorgesehen sein.

Es kann von Vorteil sein, wenn der Durchmesser der Nabe des Meßflügelrades kleiner ist als der Außendurchmesser des Strömungsteilers. Durch diese Maßnahme kann der Staudruck vergrößert werden, wenn eine Erhöhung der Bremskraft erforderlich ist.

Die Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Flügelraddurchflußmesser in einem Längsschnitt.

Der Flügelraddurchflußmesser besteht aus einem Rohr 1, einem Strömungsteiler 2, einem Meßflügelrad 3 sowie einem Gehäuseeinsatz 4.

Das aus Metall gefertigte Rohr 1 ist zylindrisch ausgebildet und weist an seinen beiden Enden Anschlußflansche 5 auf. Im Innern des Rohres 1 befinden sich der Strömungsteiler 2, das Meßflügelrad 3 und der Gehäuseeinsatz 4.

Der hohl ausgebildete Strömungsteiler 2 besteht beispielsweise aus Kunststoff, er ist stromlinienförmig gestaltet und trägt an seinem Kopf 6 radial stehende und längs verlaufende Rippen 7. Die Enden der Rippen 7 sind durch einen angeformten Ring 8 verbunden, welcher in einem Absatz 9 der Innenwand 10 des Rohres 1 steckt.

Der Gehäuseeinsatz 4 trägt eine Drehwelle 11, an der das Meßflügelrad 3 drehbar gelagert ist; diese Lagerung geschieht mit Hilfe von zwei Kugellagern 12. Auf der Drehwelle 11 sitzt eine Schnecke 13, in welche ein Ritzel 14 eingreift, dessen Welle IS einen (nicht dargestellten) Umdrehungszähler antreibt, der außerhalb des Rohres 1 angeordnet ist.

Das Meßflügelrad 3 besitzt eine breite, scheibenförmige Nabe 16, deren Durchmesser α etwas kleiner ist als der Außendurchmesser b des Strömungsteilers 2. Auf der Nabe 16 sitzt ein Kranz von spiralförmig angeordneten Flügeln 17, die das Meßflügelrad 3 in Drehung versetzen, sobald Gas in Richtung der Pfeile c durch den Ringkanal 18 zwischen der Innenwand 10 des Rohres 1 und dem Strömungsteiler 2 strömt, welches anschließend durch einen sich konisch etwas erweiternden zweiten Ringkanal 19 den Gehäuseeinsatz 4 durchsetzt.

Im Innern des Strömungsteilers 2 ist eine pneumalische Einrichtung in Gestalt einer mit einer federelastischen, gespannten, beispielsweise aus Gummi bestehenden Membran 20 versehenen Druckkammer 21 sowie eine Bremse in Form eines schwenkbar angeordneten Bremshebels 22 angeordnet.

Im Boden 23 der Druckkammer 21 ist eine zentrisch im Strömungsteiler 2 gelagerte Stange 24 befestigt, mit deren Hilfe die Druckkammer 21 zusammen

mit dem Bremshebel 22 in Längsrichtung des Strömungsteilers 2 justierbar ist. Die Stange 24 weist einen Kanal 25 auf, der mit der Druckkammer 21 verbunden ist und dessen Mündung 26 am Kopf 6 des Strömungsteilers 2 liegt.

Zur Längsverschiebung der Stange 24 dient eine im Kopf 6 des Strömungsteilers 2 drehbar gelagerte Iiinstellmutter 27, die mit Hilfe eines Sprengringes 28 in einer zylindrischen Ausnehmung 29 des Kopfes 6 gehalten ist. Zwei Sackbohrungen 30 in der Frontseite der Einstellmutter 27 gestatten deren Betätigung unter Verwendung eines hierzu geeigneten, in die Sackbohrungen 30 eingesteckten Werkzeuges.

Zur Lagerung der Einstellmutter 27 und zur Führung der Stange 24 dient eine in den Kopf 6 eingelassene Hülse 31, deren zur Druckkammer 21 weisender Teil zwei parallele Längsschlitze 32 aufweist. Die Stange 24 trägt zwei kleine, fluchtende Stifte 33, die in die Längsschlitze 32 hineinragen, wodurch ein Verdrehen der Stange 24 während deren Längsverschiebung verhindert ist.

Der Boden 23 der Druckkammer 21 trägt in einer Ringnut einen Dichtungsring 34, welcher die Abdichtung des Bodens 23 gegen den Strömungsteiler 2 bewirkt.

Der zweiarmige Bremshebel 22 ist an einem Lagerbock 35 schwenkbar gelagert. Dieser Lagerbock 35 sitzt an einem Tragring 36, der auf die Druckkammer 21 aufgesteckt ist. Der Tragring 36 dient zugleich zur Halterung der Membran 20.

Der lange Hebelarm 37 des Bremshebels 22 ist an einem auf der Membran 20 sitzenden Membranteller 38 beweglich eingehängt, während der kurze Hebelarm 39 einen Bremsbelag 40 trägt, der sich seitlich an die Nabe 16 des Meßflügelrades 3 anlegt.

Die Funktion des dargestellten Flügelraddurchflußmessers ist folgende.

Solange kein Gas durch den Flügelraddurchflußmesser hindurchströmt, befindet sich die Membran 20 in ihrer Ruhelage und der Bremshebel 22 steht in einer solchen Schwenkstellung, daß der Bremsbelag 40 des kurzen Hebelarmes 39 unter der Einwirkung der elastischen Membran 20 an die Nabe 16 des Meßflügelrades 3 angedrückt ist; dadurch wird das Meßflügelrad 3 in seiner Stellung festgehalten.

Zur Gewinnung des die Bremse betätigenden Staudruckes ist der Strömungsteiler 2 herangezogen, welcher wie ein zur Messung der Differenz von statischem Druck und Pitotdruck in einer Strömung benutztes Prandtl-Rohr verwendet wird, der Strömungsteiler dient also als Staudruckmeßsonde.

In dem Augenblick, in welchem das Gas zu fließen beginnt, wird von der Mündung 26 des Kanals 25 her der Druckkammer 21 der Pitotdruck zugeführt, während die dem Meßflügelrad 3 zugewandte Seite der Membran 20 dem statischen Druck des Gases ausgesetzt ist, welches durch den zwischen dem Meßflügelrad 3 und dem Strömungsteiler 3 befindlichen Spalt an die Membran 20 gelangen kann. Auf Grund des Staudruckes, der sich als Differenz zwischen dem Pitotdruck und dem statischen Druck ausbildet, wird die Membran 20 in Strömungsrichtung des Gases (Pfeile c) ausgewölbt, dabei verschwenkt der Membranteller 38 den an ihm eingehängten langen Hebelarm 37 des Bremshebels 22 und der Bremsbelag 40 wird von der Nabe 16 entfernt, so daß sich das Meßflügelrad 3 jetzt frei drehen kann.

Hört der Fluß des Gases auf, verschwindet dei Staudruck, die Membran 20 geht auf Grund ihrer Elastizität in ihre Ruhelage zurück, wobei sie den Bremshebel 22 mitnimmt, so daß der Bremsbelag 40 sich an die Nabe 16 anlegt und dadurch das Meßflügelrad 2 abbremst.

Die Größe der Bremswirkung und deren Einsati kann durch Verschieben der den Bremshebel 22 tragenden Druckkammer 21 eingestellt werden, die Verschiebung wird durch Verdrehen der Einstellmutlci 22 bewirkt.

Die Justierung kann so geschehen, daß bei interrnitticrendern Betrieb der bei Flußbeginn durch der etwas verzögerten Anlauf des Meßflügelrades 3 jeweils bedingte, negative Fehler durch einen gleich großen, durch ein gewisses Weiterdrehen des Flügelrades während der Bremsung hervorgerufenen, positiven Fehler vollständig kompensiert wird.

Zusammenstellung der verwendeten Bezugsziffern 1 Rohr

2	Strömungsteiler
3	Meßflügelrad
4	Gehäuseeinsatz
5	Anschlußflansch
6	Kopf
7	Rippe
8	Ring
9	Absatz
10	Innenwand
11	Drehwellc
12	Kugellager
13	Schnecke
14	Ritzel
15	Welle
16	Nabe
α	Durchmesser
b	Außendurchmesser
17	Fiügei
C	Pfeil
18	Ringkanal
19	Ringkanal
20	Membran
21	Druckkammer
22	Bremshebel
23	Boden
24	Stange
25	Kanal
26	Mündung
27	Einstellmutter
28	Sprengring
29	Ausnehmung
30	Sackbohrung
31	Hälse
32	Längsschlitz
33	Stifte
34	Dichtungsring
35	Lagerbock
36	Tragring
37	langer Hebelarm
38	Membranteller
39	kurzer Hebelann
40	Bremsbelag

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Flügelraddurchflußmesser, zur Messung des Volumens eines strömenden Gases, mit einem drehbar gelagerten und mit einem Umdrehungszähler gekuppelten Meßflügelrad, bei welchem eine auf das Meßflügelrad einwirkende, von einer durch das Gas beeinflußten Einrichtung betätigte Bremse vorgesehen ist, und vor dem Meßflügelrad ein Strömungsteiler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20, 21) vom Staudruck des strömenden Gases derart steuerbar ist, daß die Bremse (37, 39, 40) bei verschwindender Strömung wirksam wird.

2. Flügeliaddurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (2) als Staudruckmeßsonde dient.

3. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (20, 21) eine mit einer federelastischen Membran (20) versehene Druckkammer (21) Verwendung findet.

4. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bremse ein schwenkbar angeordneter, zweiarmiger Bremshebel (22) vorgesehen ist, dessen langer Hebelarm (37) an einem auf der Membran (20) sitzenden Membranteller (38) eingehängt ist, und dessen kurzer Hebelarm (39) einen sich an die Nabe (16) des Meßflügelrades (3) anlegenden Bremsbelag (40) trägt.

5. Flügelraddurchflußmesser nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Druckkammer (21) und Bremshebel (22) im Innern des Strömungsteilers (2) vorgesehen sind.

6. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (21) den Bremshebel (22) trägt und mit Hilfe einer zentrisch im Strömungsteiler (2) gelagerten Stange (24) in Längsrichtung des Strömurigsteilers (2) justierbar ist.

7. Flügelraddurchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (24) einen mit der Druckkammer (21) verbundenen Kanal (25) aufweist, dessen Mündung (26) am Kopf (6) des Strömungsteilers (2) liegt.

8. Flügelraddurchflußmesser nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Längsverschiebung der Stange (24) eine im Strömungsteiler (2) drehbar gelagerte Einstellmutter (27) vorgesehen ist.

9. Flügelraddurchflußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (β) der Nabe (16) des Meßflügelrades (3) kleiner ist als der Außendurchmesser (b) des Strömungsteilers (2).