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Turbinenzähler
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbinenzähler zur Messung der
Strömungsgescnwindikeit eines Strömungsmediums mit einem Turbinenleitschaufelkranz
und einem Turbinenläufer, die in Strömungsrichtung des Strbmungsmediums hintereinander
in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Drehzahl des Turbinenläufers eine Funktion
der Strömungsgeschwindigkeit und damit aufgrund des bekannten Strömungswiderstandegdes
Gehäuses eine Funktion der Durchflußmenge des Strömungsmediums ist.
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Es ist eine Vielzahl von Bauarten von Messeinrichtungen zur Messung
der Strömungsgeschwindigkeit und/oder von Durchflußmengen bekannt, die zumeist mechanisch
ausgebildet sind und entweder auf einer MessuD4E & ldurch das Strömungsmedium
angetriebenen Flügel- oder Turbinenrades oder auf einer Differenzdruckmessung vor
und hinter einer in einer Leitung angeordneten Strömungsmittelblende beruhen. Die
Justierung und Eichung dieser bekannten Messeinrichtungen erfolgt zumeist mit Hilfe
eines Nebenschlußkanals, dessen freier Querschnitt einstellbar ist und der einen
Teil des Strömungsmediums an der eigentlichen Messeinrichtung vorbeileitet. Bei
einem Wechsel der beweglichen Pile der Messeinrichtung, beispielsweise der FlügelrSder
oder Turbinenläufer, die einem Verschleiß unterworfen sind ist es hierbei erforderlich,
den gesamten Leitungsabschnitt oder ein Gehäuse, in dem diese Messeinrichtung angeordnet
ist und die gleichzeitig den Nebenschlußkanal trägt, einer Nacheichung zu unterwerfen,
was zumeist nur im Herstellerwerk oder in speziell hierfür ausgerüsteten Wartungsbetrieben
möglich ist. Um einen Austausch dieser Durchfluß- oder Strömungsgeschwindigkeitsmesseinrichtungen
vornehmen zu können, ist es weiterhin erforderlich, derartige Messeinrichtungen
hinter und gegenbenfalls auch vor zusätzlichen Absperreinrichtungen anzuordnen,
so daß der Raumbedarf dieser Mesßeinrichtungen relativ groß ist und ein nachträglicher
Einbau
in vielen Fällen sehr schwierig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbinenzähler der
eingangs genannten Art zu schaffen, der getrennt und unabhängig von dem Strömungsleitungsabschnitt,
in den er eingebaut werden soll, geeicht bzw.justiert werden kann, so daß ein Austausch
der einem Verschleiß unterliegenden bewegten Teile sehr leicht möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der axiale
Abstand zwischen dem Turbinenleitschaufelkranz und dem Turbinenläufer zu Eich -
bzw.Justierzwecken einstellbar ist.
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Auf diese Weise ist der Turbinenzähler selbst genau justierpzw.eichbar
wobeiJUdsetrieHrictzvorgang sehr einfach durch binstellung der Lagerung des Turbinenläufers
in Axialrichtung erfolgen kann. Bei Verwendung eines Prallplattenkranzes auf der
von dem Turbinenleitschaufelkranz -abgewandten Seite des Turbinenläufers ergibt
eine Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Turbinenläufer und dem Turbinenleitschaufelkranz
eine Verringerung des Abstandes zwischen Turbinenläufer und Prallplattenkranz, so
daß die Drehzahl des Turbinenläufers bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit
entsprechend beeinflußt werden7tå der Turbinenläufer von der Strömung des Strömungsmediums
immer in Richtung auf den Prallplattenkranz gedrückt wird, ist es ausreichend, in
dem Turbinenleitschaufelkranz sowie dem Prallplattenkranz jeweils einRadiallager
und zusätzlich in dem Praliplattenkranz ein einfaches Drucklager anzuordnen das
in Axialrichtung verstellbar ist, um die Lage des Turbinenläufers zwischen Turbinenleitschaufelkranz
und Prallplattenkranz einzustellen.
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Der erfindungsgemäße Turbinenzähler bildet vorzugsweise zusammen mit
seinem Gehäuse einen leicht auswechselbaren Turbineneinsatz der in Strömungsleitungsabschnitte
beliebiger Art leicht einsetzbar und bei auftretendem Verschleiß austauschbar ist.
Am Umfang
des TurbinnläuSers sind hierbei Teile eines vorzugsweise
elektronisch ausgebildeten Abgriffs angeordnet, die mit zweiten Teilen dieses Abgriffs
oder Aufnehmers außerhalb des Strömungsleitungsabschnittes zusammenwirken. Beispielsweise
können am Umfang des Turbinenläufers ein oder mehrere Magnete angeordnet sein, die
mit magnetfeldempfindlichen elektronischen Einrichtungen an oder in dem Strömungsleitungsabschnitt
zusammenwirken um einen oder mehrere Impulse pro Umdrehung des Turbinenläufers zu
liefern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß das Gehäuse des Turbinenzählers mit dem darin befestigten Turbinenleitschaufelkranz,
dem Prallrippenkranz und dem drehbar gelagerten Turbinenläufer als Turbineneinsatz
in die Bohrung einer Kugel eines Kugel-Absperrventils einsetzbar ist. Auf diese
Weise kann das Kugel-Absperrventil zusätzlich außer der Absperrfunktion noch die
Funktion der Durchflußrnengen- oder Strömungsgeschwindigkeitsmessung übernehmen.
Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Gehäuse des Kugel-Absperrventils außer
den koaxial zueinander angeordneten Einlaß- und Auslaßöffnungen zur Achse dieser
Einlaß- und Auslaßöffnungen senkrecht verlaufende und durch Blindstopfen verschlossene
Blindöffnungen aufweist, durch die in der Absperrstellung des Kugel-Absperrventils
eine Entnahme des Turbineneinsatzes möglich ist. Auf diese Weise ist ein Auswechseln
des Turbineneinsatzes ohne weitere Maßnahmen an dem Strömungsmittelsystem möglich,
da praktisch kein Strömungsmittelverlust bei der Entnahme des Turbinereinsatzn abgesperrtem
Zustand des Kugel-Absperrventils auftritt. Durch Anordnung des Turbineneinsatzes
in einem Kugel-Absperrventil kann ein beliebiges bereits vorhandenes Absperrventil
in einem Strömungsmittelsystem, beispielsweise in einer Heizungsanlage durch ein
Absperrventil ersetzt werden, das bei gleichem Raumbedarf gleichzeitig die Funktion
einer Durchflußmengenmessung erfüllt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig.1 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform
des TurbineneinstzeqDei der sich der Turbinenläufer in einer ersten Extremstellung
in der Nähe des Turbinenleitschaufelkranzes befindet; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende
Schnittansicht, bei der sich jedoch der Turbinenläufer in der anderen Extremstellung
in der Nähe des Prallplattenkranzes befindet; Fig. 3 eine Schnittansicht entlang
der Linie III - III nach Fig. 4 durch eine Ausführungsform eines Kugel-Absperrventils,
in dessen Kugelöffnung der Turbineneinsatz nach den Fig. 1 und 2 eingesetzt ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht durch das Kugelventil nach Fig. 3 entlang der Linie II
- II; Fig. 5 eine Draufsicht auf die Ausführungsform des Kugel-Absperrventils nach
Fig. 4 bei Betrachtung von der linken Seite in Fig. 4.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform des Turbineneinsatzes
dargestellt, der ein Gehäuse 1 aufweist, in dem ein Turbinenleitschaufelkranz 2
starr befestigt ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse ein Justiersteg- oder Prallplattenkranz
5 befestigt, der ebenso wie der Turbinenleitschaufelkranz 2 an seinem Zentrum ein
Lager für die Welle 3a eines Turbinenläufers 3 trägt. Das Lager 4 in dem Turbinenleitschaufelkranz
ist in Form eines Lochsteins 4 ausgebildet, in dessen Lagerbohrung sich die Welle
3a frei in Axialrichtung verschieben kann, wobei die Länge der Welle 3a ausreichend
ist, um eine Verschiebung des Turbinenläufers zwischen der in Fig. 1 gezeigten Stellung
und der in Fig. 2 gezeigten
Stellung zu ermöglichen, ohne daß die
Welle 3a die Lagerbohrung des Lochsteins 4 verläßt. Das in dem Prallplattenkranz
5 angeordnete Lager 6 ist in einer Justierschraube 7 angeordnet, die in eine Gewindehülse
8 eingeschraubt ist, die ihrerseits starr mit dem Prallplattenkranz 5 verbunden
ist. Das Lager 6 besteht aus einem Lochstein sowie aus einem Deckstein, so daß dieses
Lager gleichzeitig ein Radiallager und ein axiales Drucklager bildet. Durch entsprechend
tiefes Einschrauben der Justierschraube 7 in die Gewindehülse 8 kann die axiale
Lage der Welle 3a des Turbinenläufers 3 zwischen dem Turbinenleitschaufelkranz und
dem Prallplattenkranz eingestellt werden, da der Turbinenläufer durch die Strömung
des Strömungsmittels entlang den Pfeilen S nach Fig. 2immer gegen den das axiale
Drucklager bildenden Deckstein in der Justierschraube 7 gedrückt wird. Bei der in
Fig. lgezeigten Lage des Turbinenläufers 3 in der Nähe des Turbinenleitschaufelkranzes
2 ergibt sich die größte Antriebskraft auf den Turbinenläufer sowie die geringste
Bremskraft durch die Prallplatten des Prallplattenkranzes 5.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Turbinenläufers ergibt
sich eine Verringerung der Antriebskraft von dem Turbinenleitschaufelkranz auf den
Turbinenläufer sowie eine gleich zeitige VaErdßerung der durch die Prallplatten
hervorgerufenen Bremskraft. so daß die Drehzahl des Turbinenläufers gegenüber der
in Fig. 1 gezeigten Position bei vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit und Durchflußmenge
verringert ist. Auf diese Weiseaist es möglich, die Drehzahl des Turbinenläufers
3 in sehr einfacher Weise auf einem PrUfstand in eine gewünschte Abhängigkeit von
der Strömungsgeschwindigkeit zu bringen, so daß sich eine vorgegebenen Nenn-Umdrehungszahl
pro Durchflußmengeneinheit ergibt.
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Nach der Einstellung der Justierschraube 7 auf die gewünschte Drehzahl
des Turbinenläufers 3 kann die hintere öffnung der Gewindehülse durch eine Siegelmarke
9 verschlossen werden, so daß der insgesamt mit 10 bezeichnete Turbineneinsatz ein
vorjustiertes Instrument darstellt, das in beliebiger Weise in einen Strömungsleitungsabschnitt
eingesetzt und ausgetauscht werden kann,
Ein Austausch des Strömungsleitungsabschnittes,
in dem der Turbineneinsatz angeordnet ist, ist hierzu nicht errung forderlich und
die Justiel des Turbineneinsatzes 10 kann unabhängig von dem Strömungsleitungsabschnit
erfolgen, so daß die bisher erforderlichen Nebenschlußleitungen in einem derartigen
Strömungsleitungsabschnitt entfallen können.
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Am Umfang des Turbinenläufers können geeignete optische, elektrische
oder magnetische Elemente befestigt sein, die einen Teil eines Aufnehmers bilden,
dessen zweiter Teil an dem Strömungsleitungsabschnitt befestigt ist, wobei die an
dem Turbinenläufer 3 befestigten Elemente geeignete Impulse in dem an dem Strömungsleitungsabschnitt
angeordneten Teil des Aufnehmers hervorrufen, wofür ein Beispiel noch weiter unten
näher erlEutert wird.
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Derartige Aufnehmer können pro Umdrehung des Turbinenläufers einen
oder mehrere Impulse erzeugen, die geeigneten Auswerte-und Meßeinrichtungen zugeführt
werden können, die vollständig digital aufgebaut sein können, so daß keine Meßwertverfälschungen
durch Temperatur- oder andere änderungen der Umgebungsbedingungen hervorgerufen
werden können.
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Im folgenden wird anhand der Fig. 3 bis 5 eine Ausführungsbeispiel
für eine vorteilhafte Anwendung des Turbineneinsatzes 10 nach den Fig. 1 und 2 näher
erläutert.
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In den Fig. 3 bis 5 ist eine Ausführungsform eines Kugel-Absperrventils
20 dargestellt, das eine Ventilkugel 21 aufweist, in deren öffnung der Turbineneinsatz
10 nach den Fig. lund 2 eingesetzt ist, wie dies insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen
ist. Der Turbineneinsatz 10 kann in der oeffnung der Ventilkugel 21 beispielsweise
durch einen Sprengring 10 a festgelegt werden. Das Kugel-Absperrventil entspricht
im wesentlichen einem üblichen Kugel-Absperrventil, weist jedoch zusätzlich zu den
üblichen koaxial angeordneten Einlaß- und Auslaßöffnungen 22, 23 auf einer zu diesen
Einlaß- und Auslaßöffnungen senkrechten Achse angeordnete Blindbohrungen
auf,
die durch Blitopfen 24 bzw. 25 verschließbar sind. Diese Blindöffnungen ermöglichen
in der Absperrstellung des Kugel-Absperrventils 20,die in dem Figuren dargestellt
ist, eine Entnahme des Turbineneinsatzes 10 nach Entfernung der Blindstopfen 24,
25 wobei lediglich die in der Bohrung der Ventilkugel 21 enthaltene Strömungsmittelmenge
austreten kann. Die üblichen Absperrschieber oder- ventile vor und gegebenenfalls
hinter einer Durchflußmengenmesseinrichtung sind bei dieser Ausführungsform des
Turbinenzählers nicht erforderlich. Die Ventilkugel ist auf einer Seite mit Hilfe
einer Betätigungswelle 31 gelagert, die durch das Gehäuse des Kugel-Absperrventils
hindurchläuft und mit einem Betätigungshebel 30 verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden
Seite ist die Ventilkugel 21 mit einer Ausnehmung 26 versehen, die von einem axial
vorspringenden Kragen umgeben ist, so daß eine Hohlwelle gebildet wird, die in einem
Verschlußdeckel 27 gelagert ist, der öffnungen 27a zur Durchführung von Leitungen
trägt, die einerseits zu einem in der Ausnehmung 26 angeordneten Teil eines elektronischen
Aufnehmers und andererseits zu einer Auswerteschaltung führen, die in einer Kappe
29 untergebracht ist. Diese Kappe 29 ist über einen Flansch 28 an dem Gehäuse des
Kugel-Absperrventils 20 befestigt. Der in der Ausnehmung 26 angeordnete Teil des
Aufnehmers wirkt mit-einem weiteren Teil 36 zusammen, der auf dem Umfang des Turbinenläufers
3 angeordnet ist, wie dies aus Fig. 4 zu erkennen ist. Dieser auf dem Umfang desTurbinenläufers
3 befestigte Teil 36 des Aufnehmers kann beispielsweise ein Magnet oder lediglich
ein ferromagnetisches Teil sein, wenn der übrige Turbinenläufer aus nicht-magnetischem
Material besteht..In diesem Fall kann der in der Ausnehmung 26 befestigte Teil des
Aufnehmers eine Selbstinduktionsspule oder ein anderes auf Magnetfelder oder änderungen
von Magnetfeldern ansprechendes Element sein, das bei jedem Vorbeilaufen des Teils
36 einen Impuls an die nicht dargestellte Auswerteschaltung liefert. Selbstverständlich
sind auch weitere Lösungen denkbar, beispielsweise kann das Element 36 ein reflektierendes
Element sein, das mit einem Lichtsender
und -empfänger in der Ausnehmung
26 zusammenwirkt. In Fig. II ist weiterhin im oberen linken Teil ein Blindstopfen
25a mit einer Ausdrückbuchse 25b gezeigt, die in die dem Blindstopfen 25 zugeordnete
iDrfnung eingeschraubt werden Kann, um den Turbineneinsatz 10 nach der Entfernung
des Sprengringes 10a aus der dem Blindstopfen 24 zugeordneten öffnung herauszudrücken.
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Aus Fig. 4 ist weiterhin ein Filtersieb 10b zu erkennen, das in der
Ventilkugel 21 vor dem Turbinenleitschaufelkranz 2 des Turbineneinsatzes 10 angeordnet
ist, um diesen Turbineneinsatz vor groben Verunreinigungen zu schützen.
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Auch bei der in dem Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform des
Turbinenzählers ergibt sich der Vorteil, daß der Turbineneinsatz unabhängig von
dem Kugel-Absperrventil vorjustier/werden kann und beliebig ausgetauscht werden
kann.
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Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Ausführungsform des Kugel-Absperrventilskann
anstelle eines oft bereits vorhandenen Absperrorgans in einem Rohrleitungssystem
beispielsweise in einem Heizungssystem nachträglich eingebaut werden, so daß dies
Absperrelement gleichzeitig die Funktion eines Durchflußmengenzählers übernehmen
kann, ohne daß zusätzliche raumaufwendige Bauelemente erforderlich sind. Die Wartung
dieses Durchflußmengenzählers ist sehr einfach, da in der Absperrstellung des Kugel-Absperrventils
20 der Turbineneinsatz mit vernachlässigbarem Verlust an Strömungsmittel ausgetauscht
oder das zugehörige Filtersieb 10a gereinigt werden kann, wenn dies.erforderlich
ist.
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Zur Kontrolle des Turbineneinsatzes kann dieser leicht ausgewechselt
und vorübergehend oder im Austauschverfahren durch einen anderen Turbineneinsatz
ersetzt werden, so daß eine zuverlässige Anzeige immer sicher>~estellt ist. Der
in der Ausnehmung 26 angeordnete Teil des Aufnehmers kann ohne Verlust an Strömungsmittel
ausgewechselt werden, da diese Ausnehmung selbst nach Entfernen des Verschlußdeckels
27 gegenüber den das Strömungsmittel führenden Teilen des Kugel-Absperrventils 20
durch entsprechende Dichtungen der Kugel gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.