DE2536172A1

DE2536172A1 - Volumenmessgeraet

Info

Publication number: DE2536172A1
Application number: DE19752536172
Authority: DE
Inventors: Marcel Coninx; Robert Ducousset
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1974-08-23
Filing date: 1975-08-13
Publication date: 1976-03-04
Also published as: CA1029213A; US3999432A; NL179760C; DE2536172C2; NL179760B; FR2282623B1; IT1044528B; NL7509977A; FR2282623A1; GB1516144A; BE831100A

Description

COMPTEURS SOHIUMBERGER

12, Place des Etats-Unis

92120 MOHRQÜgE / Frankreich

Unser Zeichen: 0 3059

Volumenmeßgerät

Die Erfindung betrifft Volumenmeßgeräte und insbesondere Turbinenzähler mit einer Reaktionsturbine, die auf einer Welle koaxial zu einer Strömungsturbine angeordnet ist.

Eine solche Turbine ist einem Moment ausgesetzt, welches von der Strömungsgeschwindigkeit und folglich bei einem pseudostationären Betrieb von dem die Beschaufelung der Turbine durchquerenden Strömungsmittelvolumen abhängig ist.

Die Meßqualität eines Turbinenzählers wird nach einer Eichkurve beurteilt/ welche die relative Abweichung der Drehzahl pro Zeiteinheit zwischen einem Serienzähler und einem Eichzähler in Abhängigkeit von dem Volumenstrom angibt. Diese Eichkurve soll normgerecht zwischen zwei Fehlergrenzen liegen.

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Die Fehler bei einem Betrieb mit geringen Volumenströmen sind im allgemeinen an die verschiedenen Reibungen und an das Trägheitsmoment des drehbaren Teils und der Einrichtungen zur Übertragung der Drehbewegung geknüpft. Dagegen erzeugen bei einem Betrieb mit großen Volumenströmen die Strömungsgeschwindigkeiten unterschiedliche statische Drücke beiderseits der Zählturbine, und dieser Druckunterschied erzeugt einen Axialschub, der nicht nur hinderliche Reibungen verursacht, sondern auch zur Verkürzung der Lebensdauer des drehbaren Teils und seiner Lagerflächen beiträgt.

Bei den meisten bekannten Einrichtungen wird die Veränderung der Eichkurve aufgrund dieses Axialschubs berücksichtigt und man beschränkt sich darauf, das Maximum der Kurve bei einem Betrieb mit geringen Volumenströmen "flachzudrückeii^V um den nutzbaren Teil dieser Kurve in einen der Norm entsprechenden Fehlerbereich zu verlegen, was aber für die Empfindlichkeit des Volumenmeßgeräts nachteilig ist.

Bei anderen bekannten Einrichtungen wird dieser Druckunterschied beiderseits der Zählturbine teilweise beseitigt, indem zumindest ein Kanal vorgesehen wird, der eine Verbindung zwischen den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten der Turbine herstellt. Solche Einrichtungen sind aber in ihrem Durchsatzbereich begrenzt, da bei großen Drehgeschwindigkeiten ein Maskierungseffekt auftritt, der die Funktionen der Verbindungskanäle vollkommen blockiert.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.

Außerdem ist es Ziel der Erfindung, einen Turbinenzähler zu schaffen, der eine große Empfindlichkeit hat und bei einem sehr großen Durchsatzbereich eine lange Lebensdauer aufweist. .

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Gemäß -der Erfindung ist ein Volumenmeßgerät mit einer axialen Meßturbine, die aus einer auf ihrem Umfang eine Reihe von Schaufeln tragenden Nabe besteht und auf einer ersten Welle montiert ist, welche sich auf zumindest einer axialen Lagerfläche abstützt und auf derselben gehalten ist, mit Einrichtungen zum Festmiteinanderverbinden der axialen Lagerfläche mit einem zu der ersten Welle koaxialen zylindrischen Gehäuse, mit einer zu der ersten Welle koaxialen hohlen stromlinienförmigen Verkleidung, welche im Innern des zylindrischen Gehäuses einen ringförmigen Kanal mit kontinuierlich veränderlichem Profil bildet, um ein Strömungsmittel zu dem ringförmigen Abschnitt der Schaufelreihe der Meßturbine zu leiten, mit Einrichtungen zum Festmiteinanderverbinden der stromlinienförmigen Verkleidung mit dem zylindrischen Gehäuse,und mit einem Vorgelege, welches mit einem Ende der ersten Welle zusammenwirkt, um über eine zweite Welle, deren Achse zu der Achse der ersten Welle im wesentlichen senkrecht ist, die Drehung der Meßturbine zu einem auf dem Gehäuse befestigten Zählwerk zu übertragen, wobei die Nabe der Meßturbine öffnungen aufweist, die sie in axialer Richtung durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe Einrichtungen aufweist, welche eine Strömungsmittelzirkulation quer durch diese öffnungen erzwingen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform

eines Volumenmeßgeräts nach der Erfindung in Längsschnittansicht, und

Fig. 2 eine Axialschnittansicht entsprechend

dem Schnitt AA desselben.Volumenmeßgeräts nach der Erfindung.

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Der in den Pig. 1 und 2 gezeigte Axialturbinenzähler enthält einen rohrförmigen Körper 11, welcher ein Gehäuse bildet und Mittel 12 und 13 zum Anschließen des Gehäuses an eine nicht dargestellte Strömungsmitteldurchflußleitung hat, deren Durchflußrichtung die Richtung des Pfeiles 40 ist. In die Bohrung dieses rohrförmigen Körpers ist eine erste Hülse 14 eingeschoben, die mit einer koaxialen stromlinienförmigen Verkleidung 15 einen kreisförmigen Kanal 16 begrenzt, dessen Profil sich kontinuierlich bis zu einem Meßkranz 17 verengt, in welchem eine Reihe von radialen Schaufeln 18 angeordnet ist, die mit einer eine dünne Scheibe aufweisenden Nabe 19 fest verbunden sind. Die koaxiale Verkleidung 15 wird durch Rippen 20 in ihrer Lage gehalten, die sie mit der ersten Hülse 14 fest verbinden. Bei dieser Verkleidung handelt es sich um einen dünnschaligen Körper und sie bildet einen Innenhohlraum 21, dessen größter Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser an den Schaufelfüßen der Reihe von radialen Schaufeln 18. Die eine dünne Scheibe aufweisende Nabe 19 erweitert sich in der Nähe ihrer Rotationsachse zu einem hohlen Schaft 22, der mit einem freitragenden Ende einer ersten Welle 23 durch Befestigungsmittel 24 fest verbunden ist. Die Welle*'23 ist in einem Wellenlager 25 angeordnet. Das Wellenlager 25 ist in einer radialen Trennwand 26 gebildet, die in radialer Richtung zu den großen Durchmessern hin in eine zylindrische Büchse 27 übergeht, deren Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser an den Schaufelfüßen der Reihe von Schaufeln 18 ist. Die zylindrische Büchse 27 ist mit einer zweiten Hülse 28, die in das Gehäuse 11 eingeschoben ist, durch Rippen, wie beispielsweise die Rippe 29, fest verbunden. Die Axialturbine, die aus der mit der Welle 23 fest verbundenen und mit Schaufeln 18 versehenen Nabe 19 besteht, ist somit mit geringem Spiel zwischen zwei Ebenen 30 und 31 angeordnet, die durch den strömabwärtigen Abschnitt der Verkleidung bzw. den stromaufwartigen Abschnitt der zylindrischen Büchse 27 gebildet sind.

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Die erste Welle 23 durchquert das Wellenlager 25 und ihr stromabwärtiges Ende greift an einem Vorgelege 32 an, welches ihre Drehbewegung auf eine zweite Welle 33 überträgt, deren Achse zu der gemeinsamen Achse des Gehäuses und der ersten Welle im wesentlichen senkrecht ist. Die zweite Welle 33 treibt ein Zählwerk 34 an, welches auf einer Abflachung 35 des Gehäuses 11 angeordnet ist. Der Vorgelegemechanismus 32 ist von dem Strömungsmittelkreis durch eine Haube 39 getrennt, die mit der zylindrischen Büchse 27 fest verbunden ist und deren sich in axialer Richtung änderndes Profil einen Kanal bildet, der sich zwischen dem Meßkranz und dem stromabwärtigen Anschlußkreis kontinuierlich erweitert.

In der Scheibe der Nabe 19 sind öffnungen 36 gebildet, die sie in axialer Richtung vollkommen durchqueren. Auf der stromaufwärtigen Seite der Nabe 19 ist ein Ring 37 befestigt. Auf dem Ring 37 sind ebensoviele radiale Schaufeln angeordnet, wie öffnungen 36 vorhanden sind. Die Schaufeln haben einen Außendurchmesser, der im wesentlichen kleiner ist als der Innendurchmesser des Hohlraums 21, und sie sind derart angeordnet, daß ihre Austrittskanten im wesentlichen mit der größten Abmessung der öffnungen 36 in Berührung kommen.

Es ist bekannt, daß bei großem Durchsatz die zu messende Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels beiderseits der Scheibe der Nabe der Meßturbine unterschiedliche statische Drücke erzeugt und daß der sich daraus ergebende Axialschub sowohl hinsichtlich der Lebensdauer des drehbaren Teils als auch der Genauigkeit der Messung des Durchsatzes schädlich ist, die durch die mechanischen Spannungen beeinflußt wird, die diese Kraft auf das Wellenlager 25 ausübt. Bei niedrigem Durchsatz kann man sich mit öffnungen 36 begnügen, die den statischen Drücken gestatten, sich beiderseits der Nabe 19 auszugleichen. Dagegen erweisen sie sich bei großem Durchsatz und bei großen Dreh-

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geschwindigkeiten der Meßturbine als unwirksam. In diesem Fall erzwingen dann die Schaufeln 38 eine Zirkulation des beiderseits der Nabe 19 der Turbine vorherrschenden"toten" Strömungsmittels, um unabhängig von den Durchsätzen die Drücke auszugleichen und den Axialschub auf das Wellenlager 25 praktisch zu Null zu machen.

Die große Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht/ entsprechend den für das Volumenmeßgerät vorgesehenen Betriebsbereichen diesen Axialschub beliebig zu verändern. Außerdem garantiert dieses Volumenmeßgerät eine große Genauigkeit bei einem großen Durchsatzbereich und einer beträchtlichen Lebensdauer.

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Claims

Pate nt ansprüche :

. 1./ Volumenmeßgerät mit einer axialen Meßturbine, die -aus einer Nabe besteht, die auf ihrem Umfang eine Reihe von Schaufeln trägt und auf einer Welle montiert ist, wobei sich die Welle auf zumindest einer axialen Lagerfläche abstützt und auf derselben gehalten ist, mit Einrichtungen zum Festmiteinanderverbinden der axialen Lagerfläche mit einem zu der ersten Welle koaxialen zylindrischen Gehäuse, mit einer zu der ersten Welle koaxialen hohlen stromlinienförmigen Verkleidung, die im Innern des zylindrischen Gehäuses einen ringförmigen Kanal mit kontinuierlich veränderlichem Profil bildet, um ein Strömungsmittel zu dem ringförmigen Abschnitt der Schaufelreihe der Meßturbine zu leiten, mit Einrichtungen zum Festmiteinanderverbinden der stromlinienförmigen Verkleidung mit dem zylindrischen Gehäuse und mit Einrichtungen zum Zählen der Umdrehungszahl der Turbine, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Erzwingen einer Strömungsmittelzirkulation durch öffnungen hindurch, die in der Nabe gebildet sind und eine Verbindung zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite der Turbine herstellen.
2. Volumenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzwingen einer Strömungsmittelzirkulation durch die öffnungen hindurch aus mit der Nabe fest verbundenen radialen Flügeln bestehen.
3. Volumenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzwingen einer Strömungsmittelzirkulation aus einer axialen Schraube bestehen, die mit der Nabe fest verbunden ist und deren Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der stromaufwärtigen stromlinienförmigen Verkleidung ist.
4. Volumenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen und die Einrichtungen zum Erzwingen einer Strömungsmitte!zirkulation aus einer zweiten Turbine mit

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stromlinienförmig umkleideten Schaufeln bestehen, die in der Nabe angeordnet istr wobei die umkleidung der Schaufeln der Basisring der $chaufein der Meßturbine ist.

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