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Anordnung zur Durchflußmengenmessung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchflußmengenmessung in
Rohrleitungen strömender Medien, mit einem in der Leitung angeordneten und von dem
strömenden Medium mit einem Drehmoment beaufschlagten Drallrad oder Drallkranz.
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Die Verwendung eines Drallrades zur Durchflußmengenmessung, das von
einem strömenden Medium mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, ist zum Beispiel
aus der DE-OS 24 13 245 bekannt. Dort sitzt das Drallrad auf einem torsionselastischen
und an einem Ende axial starr befestigten Rohr. Zur Messung des von dem strömenden
Medium auf das Drallrad ausgeübten Drehmoments sind Dehnungsmeßstreifen vorgesehen,
die an der Innen- oder Außenwand des torsionselastischen Rohrs befestigt sind und
eine dem Drehmoment entsprechende elektrische Widerstandsänderung an eine außerhalb
der Leitung angeordnete Meßschaltung übermitteln. Das Drehmoment bzw. die elektrische
Widerstandsänderung sind im Idealfall der Durchflußmenge direkt proportional und
können nach entsprechender Umformung auf einem Meßinstrument dargestellt werden.
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Diese Bauart weist jedoch den Nachteil auf, daß eine relativ aufwendige
elektrische Auswerteschaltung und die Zuführung elektrischer Energie in das Innere
der Rohrleitung nötig ist, wobei elektrische Energie auch nicht immer oder nicht
in geeigneter Form zur
Verfügung steht. Die Verwendung eines Torsionsrohrs
bedingt überdies eine gewisse Länge des gesamten Aufnehmers.
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Eine andere, ebenfalls auf dem Prinzip eines Drallrades basierende
Vorrichtung zur Durchflußmengenmessung ist aus der DE-AS 11 89 741 bekannt. Dort
ist eine in einem Rohrstück einer das strömende Medium führenden Leitung angeordnebi
einen Drall erzeugende Leitradeinrichtung vorgesehen, wobei dieses Rohrstück innerhalb
eines Gehäuses von größerem Durchmesser mittels eines Kreuzbandgelenkes aufgehängt
ist. Das von dem strömenden Medium auf die Leitradeinrichtung ausgeübte Drehmoment
wird auf das Rohrstück übertragen, wobei die elastische Aufhängung des Rohrstücks
dafür sorgt, daß dieses ausgelenkt werden kann. Eine Kompensationsvorrichtung gleicht
die Bewegung der Flüssigkeitsleitung aus, wobei die hierzu nötige Kraft gemessen
wird und ein Maß für die Durchflußmenge liefert. Diese Bauart ist sehr aufwendig.
Insbesondere ist ein Gehäuse von größerem Durchmesser als die eigentliche Flüssigkeitsleitung
notwendig sowie eine Aufhängung, zum Beispiel ein Kreuzbandgelenk. Außerdem muß
das Rohrstück zwischen zwei elastischen Rohrteilen, vorzugsweise Wellrohren, aufgehängt
sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Durchflußmengenmessung
zu schaffen, die das Prinzip des Drallrads verwendet, jedoch die Nachteile der bekannten
Ausführungsformen, insbesondere den hohen mechanischen Aufwand und die Verwendung
elektrischer Schaltkreise, vermeidet. Die Anordnung soll einfach aufgebaut und preiswert
herzustellen sein und eine genaue Durchflußmengenmessung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an dem Drallrad oder Drallkranz
ein aus der Leitung herausgeführter Kipphebel befestigt ist, wobei außerhalb der
Leitung eine Meßvorrichtung angeordnet ist, die das von dem Kipphebel übertragene
Drehmoment mißt. Eine derartige Anordnung läßt sich ohne Aufwand in jede Rohrmeßstrecke
einbauen, ohne daß diese besondere Voraussetzungen erfüllen muß.
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Der mechanische Aufwand ist gering, da innerhalb des Rohres -lediglich
das Drallrad und der Kipphebel vorzusehen sind.
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Der mit dem Drallrad verbundene Kipphebel bewegt sich bei dieser Anordnung
quer zur Strömungsrichtung. Daher ist es zweckmäßig, wenn die Kippachse des Kipphebels
parallel zur Drehachse des Drallrades oder Drallkranzes und in einem Abstand zu
dieser verläuft. Die außerhalb der Rohrleitung vorgesehene Meßvorrichtung mißt dann
das Moment des Kipphebels senkrecht zur Strömungsrichtung.
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Es ist zwar bekannt, zur Durchflußmengenmessung eine Stauscheibe vorzusehen,
die an einem sich in radialer Richtung zu dem das Meßmedium führenden Rohr erstreckenden
Kipphebel befestigt ist. Dieser Kipphebel ist durch die Wandung des Rohrs hindurchgeführt
und überträgt die von der Flüssigkeit auf die Stauscheibe ausgeübte Kraft nach außen,
wo diese Kraft von einer Meßvorrichtung angezeigt wird. Der Kipphebel muß dabei
in der Wandung des Rohrs bewegbar gelagert sein, zum Beispiel über ein Gelenk oder
eine biegeelastische Membran. Die Meßvorrichtung nimmt dabei jedoch ein Moment in
Strömungsrichtung und nicht senkrecht zu dieser auf. Abgesehen von diesem konstruktiven
Unterschied müssen jedoch, da diese Lösung kein Drallrad, sondern eine Stauscheibe
vorsieht, gewisse Nachteile in Kauf genommen werden. Insbesondere dürfen, damit
die Stauscheibe senkrecht zur Flüssigkeitsströmung steht, was die Bedingung für
eine genaue Messung ist, auf einer Einlaufstrecke, die etwa der 10- bis 20-fachen
Nennweite des Rohrs entspricht, sowie auf einer Auslaufstrecke, die etwa der 5-
bis 10-fachen Nennweite des Rohrs entspricht, keine Drallerzeuger wie Ventile, T-Stücke
oder Krümmer angeordnet sein. Außerdem sind an die Viskosität des strömenden Mediums
bestimmte Anforderungen zu stellen. Zum Beispiel ist es nicht möglich, die Durchflußmenge
relativ langsam strömender Gase, insbesondere Luft, zu messen. Eine derartige Messung
istjedoch mitder erfindungsgemäßen Anordnung möglich.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Kippachse des Kipphebels in Höhe der
Rohrwand verläuft. Die Aufhängung des Kipphebels ist dann recht einfach möglich.
So kann zum Beispiel in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kipphebel in seiner
parallel zur Drehachse des Drallrades verlaufenden Kippachse in der Rohrwand aufgehängt
sein, wobei die Rohrwand biegeelastisch ausgebildet ist.
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Eine sehr günstige Ausgestaltung sieht vor, den Kipphebel durch eine
biegeelastische Membran zu realisieren. Eine derartige Membran gewährleistet nicht
nur die notwendige Beweglichkeit des Kipphebels, sondern ermöglicht darüber hinaus
auch eine sehr einfache und preisgünstige Abdichtung der Rohrleitung.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Achse des Drallrades mit der Rohrachse
zusammenfällt. Die außerhalb der Leitung angeordnete Meßvorrichtung kann beliebig
und unter Verwendung im Prinzip bekannter Methoden ausgeführt sein. So ist es zum
Beispiel möglich, eine mit dem Kipphebel direkt verbundene Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise
ein Zeigermeßwerk, vorzusehen. Eine andere empfehlenswerte Lösung sieht als Meßvorrichtung
eine tangential zur Rohrleitung wirkende Kompensationseinrichtung vor. Diese Kompensationsvorrichtung
kann in zweckmäßiger Weise pneumatisch aufgebaut sein, zum Beispiel aus einem Düsen-Prallplattensystem,
einem Drucksensor und einer die Kompensationskräfte auf den Kipphebel übertragenden
Vorrichtung.
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Der Kipphebel und die mit ihm verbundene Dralleinrichtung können unter
Verwendung verschiedener Methoden zusätzlich gehalten sein.
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Zur Aufnahme eines eventuell auftretenden hohen statischen Druckes
des strömenden Mediums wird der Kipphebel zum Beispiel zweckmäßig durch elastische
Bänder und einen Bügel gehalten. Dadurch wird die Abdichtmembran von der Druckwirkung
entlastet.
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Weitere Merkmale und Vorteile folgen aus den Unteransprüchen sowie
aus der Beschreibung zur Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 den Querschnitt durch eine Rohrleitung sowie
eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchflußmengenmessung, Fig. 2 denselben Querschnitt
wie Fig. 1 mit übertrieben gezeichneter Auslenkung des Drallrades zur Erläute -rung
der Kraftverhältnisse und Fig. 3 die Ansicht in Richtung des Pfeils III der Fig.
1.
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In Fig. 1 ist ein Teil einer Rohrleitung 1 im Querschnitt gezeigt.
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Diese Rohrleitung ist mit einer Bohrung. 2 versehen. Eine erfindungsgemäße
Anordnung zur Durchflußmengenmessung ist als Ganzes mit 3 bezeichnet und auf diese
Bohrung aufgesetzt bzw.-durch sie hindurchgeführt.
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Eine zu dieser Anordnung gehörende Trägerplatte 4 überspannt die Bohrung
2 und trägt eine zylinderförmige Hülse 5. In dieser Hülse ist eine elastische Membran
6, die zum Beispiel eine Metallmembran sein kann, befestigt. Eine Bohrung dieser
Membran nimmt den Kipphebel 7 auf. Die Kippachse dieses Kipphebels geht damit durch
die Mitte der Bohrung der Membran und verläuft parallel zur Rohrleitung 1 bzw. parallel
zur Drehachse des Drall rades 8 und in einem Abstand d zu dieser. Diese Kippachse
ist mit der Bezugsziffer 9 versehen.
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Das Drallrad 8 ist an dem Kipphebel 7 befestigt, wobei das Drallrad
(bzw. der Urallkranz) in an sich bekannter Weise ausgeführt sein kann und zum Beispiel
Leitflächen mit Schaufelprofil oder mit Tragflächenprofil aufweisen kann. Die Achse
dieses Drallrads ist mit 12 bezeichnet. Bei größeren Nennweiten der Rohrleitung
ist es vorteilhaft, statt eines Drallrades einen Drallkranz zu verwenden. Das der
Rohrleitung abqewandte Ende des Kipphebels 7 ist, wie am besten der Fig. 3 zu entnehmen
ist, an einem Bügel 10 befestigt, der seinerseits mit der Hülse 5 über Metallbänder
11 und 11' in Verbindung steht. Die Anordnung des Bügels 10 und der Metallbänder
11 und 11' dient zur Aufnahme der bei hohen statischen Drücken des strömenden Mediums
auf den Kipphebel 7 in radialer Richtung ausgeübten Kräfte.
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Die Meßvorrichtung ist im Ausführungsbeispiel als eine pneumatisch
wirkende Kompensationsvorrichtung ausgebildet, die tangential zur Rohrleitung 1
auf den Kipphebel 7 einwirkt. Die Ausbildung einer solchen Kompensationsvorrichtung
ist dabei im Prinzip zum Beispiel von Stauscheiben-Durchflußmengen-messern bekannt,
wobei sie dort allerdings axiai und nicht tangential zur Rohrleitung angeordnet
sind. Auf den Kipphebel 7 bzw. in Verlängerung desselben auf den Bügel 10 kann beispielsweise
eine Prallplatte 13 aufgesetzt sein.
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Eine Leitung 14 führt unter Druck stehendes Medium, zum Beispiel Luft,
in Richtung des Pfeiles A. über eine Düse 15 tritt diese Luft aus und wirkt auf
die Prallplatte 13. An die Leitung 14 ist ferner eine Abzweigung 16 angeschlossen.
Diese Leitung 14 führt über einen pneumatischen Verstärker 17 zu einem Federbalg
18, der eine Kraft auf den Kipphebel 7 ausüben kann.
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Die gesamte Anordnung zur Durchflußmengenmessung kann mit einer zum
Beispiel haubenförmigen Abdeckung 19 verkleidet werden.
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Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung wird in Fig. 2 erläutert.
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Das Medium durchströmt die Rohrleitung in die Zeichenebene hinein
(Pfeil B gemaß Fig. 3). Dadurch erfährt der DraLSssnz 8 ein Dnasment in Richtung
des Pfeiles C. Da der Drallkranz an dem Kipphebel 7 befestigt und
dieser
wiederum in der Membran 6 in seiner Kippachse 9 aufgehängt ist, wird sich die aus
dem Drallkranz 8 und dem Kipphebel 7 bestehende Einheit ion Richtung des Pfeiles
D bewegen, wobei zur deutlicheren Darstellung die Auslenkung hier übertrieben gezeichnet
ist. Damit bewegt sich die Prallplatte 13 auf die Düse 15 zu. Der sich aufbauende
Staudruck wird über den pneumatischen Verstärker 17 dem Federbalg 18 zugeführt und
übt auf den Kipphebel 7 eine Kraft aus, die diesen in seine in der Fig. 1 gezeigte
Lage zurückführt. Der Staudruck kann über einen hier nicht gezeigten Drucksensor
gemessen und zur Anzeige gebracht werden, da er der Durchflußmenge direkt proportional
ist.
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Diese Anordnung zur Durchflußmengenmessung bietet gegenüber den bekannten,
auf dem Prinzip eines Drallrades beruhenden Durchflußmengenmessern den Vorteil eines
einfachen und preisgünstigen Aufbaus, da das Drallrad bzw. der Drallkranz nicht
auf einer Welle gelagert werden muß. Die Nachteile derStauscheib-Durchflußmengenmesser,
insbesondere die notwendige Einlauf- und Auslaufstrecke, sowie ihre schlechte Anwendbarkeit
bei langsam strömenden Gasen, werden ebenfalls vermieden.
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