-
D u r c h f l u ß v o l u m e n - M e ß g e r ä t
-
P 27 06 745.4 Anmelder: Dipl.-Ing.Willib@ld @ieke,Geratungsingenieur
für den Laschinenbau in @annheim Als Erfinder bennant: Dipl.-Ing.Willib@ld @ieke,Geratungsingenieur
für den Laschinenbau in @annheim Die Erfindung bezieht sich auf neue konstruktive
Teile und auf Förmanderungen der bestehenden konstruktion von feilen der Durchflußvolumen-Meßgeräte
für Flüssigkeiten und Gase, d.i.auf meßgeräte, bei denen durch Strömung ein mit
sogennanten schaufeln besetztes Laufrad in Umdrehung versetzt v.ird.
-
rfindungsgemäß vorgeschlange konstruktive Teile und Förmanderungen
der bestehenden Konstruktion von Teilen der o.g.Meßgeräte, sollen zur Erreichung
einer,dem heutigen stand der Meßtechnik überlegenen Meßcharakteristik dienen.
-
Unter dem Begriff "Meßcharakteristik" eines Durchflußvolumen-Meßgerätes
versteht man eine graphische Darstellung der Meßergebnisse (z.B.Umdrehungen des,mit
Schaufeln besetzten i.:eßlaufrades pro Volumeneinheit bei einem definierten Durchflußmengenbereich;
siehe Fig.
-
1, 2 und 7), die mit einem vn diesen Meßgeräten worden sind.
-
Der heutige Stand der Konstruktion dieser o.g.Meßgeräte gibt charakteristische
Kurven, die in einem Fehlerfeld von #0,3% des mittleren Bezugsnennwertes bei Flüssigkeiten
bzw. #1,5% bei Gasen, liegen (siehe Fig.1 für Flüssigkeiten und Fig.2 für aase).Bei
den o.g.
-
heutigen Meßgeräten muß bei der Wahl von einem größeren Leßbereich,
ein größerer Meßfehler in Kauf genommen werden.Es wird angestrebt, bei einem annehmbaren
Fehler,einen möglichst großen Meßbereich zu erreichen.
-
Die Meßlaufräder der heutigen o.g.Durchflußvolumen-Meßgeräte besitzen
ebene Schaufeln mit den Abmessungen 1 für die Länge,b für die Breite und mit dem
Einbauwinkel ß (siehe Fig.3).Dieser Schaufeleinstellwinkel ß bleibt auf der ganzen
Schaufellänge 1 konstant.
-
Je nach der Menge des strömenden Mediums entstehen in der Rohrleitung
laminare (siehe L-Durchlauf in Fig.5) oder turbulente (siehe T-Durchlauf in Fig.5)
Strömungsverhältnisse.Durch die Verkleinerung des Durchflußquerschnittes mit dem
Einlauflagerkreuz (s.Pig.8),
entsteht im Durchflußquerschnitt des
Meßlaufrades (der Durchmesser dn der Meßlaufradnabe ist gleich dem Durchmesser der
Einlauflagers; s.Fig.3 und 8)ein Strömungszuwachs (siehe LL-Durchlauf in Fig.5),
er größtenteils der Laufradnabe nahe liegt (s.Fig3 und 5).Durch die Reibung des
strömenden Mediums am Einlauflagerkreuz und dem e: gerätgehäuse, bilden sich laminare
Schichten s und t (s.Fig.5).
-
Durch diese laminaren Schichten entsteht auf den Schaufeloberflächen
eine erhöhte Treibkraft, die das Meßlaufrad beschleunigt. Der Erfindung liegt deshalb
zugrunde, den Einfluß dieser laminaren :;schichten auf eine Erhöhung des Meßfehlers
in dem Bereich der kleinen Durchflußmengen zu verkleinern.
-
er Winkel ß; des örtlichen Vektors der relativen Geschwindigkeit w;
(s.Fig.6),ergibt uns die örtliche Schaufeleinstellung bei einer erwähnten Bezugsdurchflußmenge
Q.In Fig.6 wurde, zur Vereinfachung der Bestimmung von w; und ß;, der Vektor der
mittleren Strömungsgeschwindigkeit cm (s.cm in Fig.5) verwendet. u;ist die örtliche
Umfangsgeschwindigkeit des Meßlaufrades der o.g.Meßgeräte.
-
Da die Bedingung der idealen Schaufeleinstellung bei heutigen Meßlaufrädern
der o.g.Meßgeräte mit einem konstanten Einbauwinkel ß nicht erfüllt ist,herrschen
an diesen Meßlaufrädern große Störungsverhaltnisse.Das ;eßlaufrad wird in einer
Schaufelstelle beschleunigt und in einer anderen gebremst. Die Erfindung strebt
daher an, a) um an der gazen Schaufellänge annehmbare Strömungsverhältnisse zu bekommen,
die Schaufellänge 1 (s.Fig.3) der ebenen Schaufeln wie möglich kurz zu wählen b)um
die Lagerreibung und den Widerstand der Meßübertragungseinrichtung zu überrJinden,kurze
Schaufeln auf eine Meßlaufradnabe von einem größeren Nabendurchmesser An (s.Pig.3)
einzusetzen.
-
Es ist nachweisbar, daß Meßlaufräder der o.g.Meßgerräte mit,nach Fig.6
verdrehten Schaufeln (d.i.mit Schaufeln,deren Verdrehungswinkel ß;der relativen
Geschwindigkeit wientspricht),im Bereich der kleinen durchflußmengen, charakteristische
Kurven mit einem hohen Anstieg der Meßwerte ergeben (siehe Fig.7.Kurve o).
-
Ceht man von den verdrehten Schaufeln nach Fig.6 aus'sind ebene Schaufeln
gegen diese,die in Pig.6 behandelt wurde,in einer negativen -ß;Verdrehung deformiert.
Die Meßlaufräder mit ebenen Schaufeln geben die charakteristischen Kurven nach Fig.1,2
und 7 (siehe die Kurve p in Fig.7).
-
Die Erfindung besteht darin, daß Schaufeln, die in einer -ß; Verdrehung
(siche den -ß; Winkel in Fig.6) verdreht sind, eine flache charakteristische Kurve
q (siehe Fig.7) haben.
-
Da sich die Meßlaufradumdrehungen auf die Mittlere Strömung einstellen,
liegt bei den Schaufeln mit einer negativen -ß; Schaufelverdrehung (siehe -ß; in
Fig.6) den luminaren Schichten s und t (s.Fig.5) eine stark abweichende Meßlaufrad-Schaufeleinstellung
in diesen Stellen gegenüber. Diese laminaren Schichten werden an den entsprechenden
Schaufelnabschnitten verwirbelt,d.i. in eine turbulente Strömung umgewandelt. Der
Einfluß der im Einlauflagerkreuz entstehenden laminaren Schichten s und t (s.Fig.5)
auf die Meßfehlerehöhung im Bereich der kleinen Durchflußmengen wird damit verkleinert.
Die charakteristische Meßkurve dieser Meßgeräte wird flacher sein (siehe die Kurve
q in Fig.7) und läuft in einem engeren Toleranzfeld durch.
-
Aus den Versuchsergebnissen der Durchflußvolumen-Meßgeräte (siehe
Fig.1 und 2) geht hervor, daß bei kleineren Strömungen auf der Schaufeloberfläche
eine laminare Schnicht der durchfließenden Medien entsteht und daß der Einfluß dieser
laminaren Schicht im Sereich der kleineren Durchflußmengen auf den Zuwachs der höheren
Anzeigefehler mit der Schaufelbreite b (s.Fig.3) wächst. Diese laminare Schicht
übt dabei auf das eßlauf@ad ein treibendes Drehmoment aus.
-
Die Erfindung strebt daher an,den Einfluß der,auf den Schaufeln entstehenden
laminaren Schichten der strömenden medien, auf dem Zuwachs der spezifischen Meßlaufradumdrehungen
zu verkleinern.
-
Die Erfindung besteht darin, mit einer konstruktiven Gestaltung verschiedener
symmetrischen Teile der o.g.Meßgeräte, auch bei Kleineren Strömungen, einen drallfreien
turbulenten Strom der Flüssigkeiten und Gase zu erreichen und damit die Bildung
einer laminaren Schicht auf den Schaufeloberflächen zu verhindern bzw. einigermaßen
zu verkleinern, Dieser drallfreie turbulente Strom entsteht nach einer plötzlichen
Verkantung der umfloßenen Teile der o.g.Meßgeräte. Einige skizzierte Beispiele der
konstruktiven Gestaltung dieser Meßgerätteile zeigt Fig.8, 9, 10 und 11.
-
Mit dem, in Fig.8 und 9 skizzierten Teil s bzw. t, wird die laminare
Schicht s bzw.t (s.Fig.5) des strömenden Mediums drallfrei verwirbelt
werden.
Die Rippen des Einlauflagerkreuzes k (s.Fig.8) müssen so gestaltet werden, daß sie
wie andere Meßgerätteile durch ihre konstruktion eine drallfreie verwirbelte,d.i.eine
turbulente Strombildung ermöglichen.
-
Mit einem symmetrisch gestalteten Schutzgitter bzw.Grobfilter nach
Fig.8,9 oder illit jeder anderen symmetrisch geatalteten Gitterfortn,eijtsteht im
Meßwerk, auch bei kleineren Durchflußmengen, ein drallfreier verwirbelter Strom
der durchfließenden Stoffe im ganzen Durchflußquerschnitt des Meßwerks und dadurch
wird die Bildung der laminaren Schicht auf den Schaufeloberflächen erschwert.
-
Die Erfindung bezieht sich auf sämtliche Einsätze oder auf jede andere
konstruktive Gestaltung der Meßgerätteile, die zur Erzeugung einer drallfreien verwirbelten,d.i.
turbulenten Strömung dienen.
-
Bei einer kleinen Strömung ist der Schaufelwinkel ß; von den,um das
Meßlaufrad herschenden Strömungsverhältnissen, weit entfernt.
-
Um eine günstigere Übertragg des treibenden Drehmoments auf das Meßlaufrad
zu erreichen, können die Schaufelkanten mit einem kleineren winkel ß beginnen (s.Fig.11).Dieser
3011 mit einem Radius R allmählich in den Schaufelwinkel n; verlaufen.Bei größeren
Strömungen wird diese Schaufelkonstruktion als ein Erzeuger eines turbulenten S
stromes auf der J chaufeloberfliiche dienen.
-
Fig.1 bis 8
L e e r s e i t e