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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, dessen Nabe mit
einem Rohr oder einer Welle drehfest verbunden ist.
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Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-OS 24 13 245 bekannt.
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Dort ist das Drallrad auf einem torsionselastischen Rohr befestigt.
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Das strömende Medium übt auf das Drallrad ein Drehmoment aus, das
von diesem auf das torsionselastische Rohr übertragen wird. Die Torsion dieses Rohres
wird über Dehnungsmeßstreifen gemessen.
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Elektrische Leitungen führen von diesen Dehnungsmeßstreifen durch
die Rohre nach außen zu einer Auswerteschaltung, wo die Widerstands änderung dieser
Dehnungsmeßstreifen gemessen und einer Anzeige zugeführt wird.
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Bei dieser Konstruktion ist es notwendig, Durchführungen durch die
Rohrwand für die elektrischen Leitungen vorzusehen. Um Abdichtprobleme zu vermeiden,
muß dabei ein erheblicher Aufwand getrieben werden. Sind die Dehnungsmeßstreifen
im Inneren des Torsionsrohrs angeordnet, so müssen die elektrischen Leitungen durch
dieses geführt werden sowie durch Stege, die das Torsionsrohr in der Rohr
leitung
halten. Es ist auch möglich r die Dehnungsmeßstreifen auf der Außenseite des Torsionsrohrs
anzubringen; dann jedoch müssen Torsionsrohr und Dehnungsmeßstreifen mit einem zusätzlichen
überzug versehen werden. Ein weiterer Nachteil der in der DE-OS 24 13 245 beschriebenen
Vorrichtung besteht darin, daß in der Rohrleitung Stege vorgesehen werden müssen,
die eine Halterung für das Torsionsrohr bilden. Eine nachträgliche Anbringung des
dort beschriebenen Durchflußmengenmessers in einer Rohrleitung, die diese Stege
nicht aufweist, ist damit nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß keine Durchführung für die elektrischen Leitungen durch
die Rohrwand vorgesehen werden muß. Die Anordnung soll gute Abdichteigenschaften
besitzen und preisgünstig herzustellen sein. Außerdem soll der Durchflußmengenmesser
auch nachträglich anzubringen sein.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rohr oder die Welle,
die das Drallrad trägt, über ein biegeelastisches Rohr mit der Rohrleitung verbunden
ist und daß dessen Verbiegung das Maß für den Durchfluß ist. Dadurch wird eine sehr
kompakte Bauweise des Durchflußmengenmessers erreicht. Dieses Rohr hat zweckmäßig
ein flaches, dünnwandiges Profil, wobei die Schmalseiten in Strömungsrichtung liegen.
Dadurch wird der Strömungswiderstand gering gehalten. Auch andere strömungsgünstig
geformte Profile sind denkbar. Dadurch erhält das Rohr unterschiedliches Widerstandsmoment
in Strömungsrichtung bzw. quer zu dieser, wobei der Widerstand quer zur Strömungsrichtung
geringer ist. Das Rohr biegt sich also in dieser Richtung stärker durch, woraus
ein größeres Meßsignal resultiert. Trotzdem wird die Stabilität der Anordnung kaum
beeinflußt. Außerdem führt diese Maßnahme zu einem geringen Strömungswiderstand
des biegeelastischen Rohrs, das ein handelsübliches, für Druckmeßzwecke venvendetes
Rohr sein kann.
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Das strömende Medium übt auf das Drallrad ein Drehmoment aus, das
von diesem an ein Rohr oder an eine Welle weiter-geleitet und dann
auf
das biegeelastische Rohr übertragen wird. Die Verbiegung dieses Rohres kann gemessen
werden und liefert damit ein Maß für die Durchflußmenge. Vorteilhaft ist es, diese
Verbiegung mit Dehnungsmeßstreifen, die im Inneren des biegeelastischen Rohrs und
vorzugsweise im Bereich der Befestigungsstelle angeordnet sind, zu messen.
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Auf diese Weise ist keine gesonderte Durchführung für die elektrische
Leitungen mit den entstehenden Abdichtproblemen notwendig.
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Es ist auch günstig, im Inneren des biegeelastischen Rohrs einen biegeelastischen
Streifen anzuordnen, der auf dem Rohr oder der Welle, die das Drallrad trägt, und
auf der dem Drallrad abgewandten Seite fest eingespannt ist, wobei dessen Verbiegung
im Befestigungsbereich biegeelastisches Rohr/Wandung der Rohrleitung mit Dehnungsmeßstreifen
gemessen wird, da dort das maximale Biegemoment vorliegt. Da an dieser Stelle jedoch
Temperatureinflüsse vorliegen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
vor, den biegeelastischen Streifen aus dem biegeelastischen Rohr herauszuführen
und außerhalb der Rohrleitung fest einzuspannen, wobei die Dehnungsmeßstreifen außerhalb
der Rohrleitung angeordnet sind. Bei dieser Ausbildung kann auf der dem-Drallrad
abgewandten Seite des biegeelastischen Streifens ohne störende Temperatureinflüsse
gemessen werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist das biegeelastische Rohr über ein
Deckelstück mit der Rohrwand verbunden. Dieser Deckel kann auf eine Bohrung der
Rohrwand aufgesetzt werden, Damit ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Durchflußmengenmesser
auch nachträglich auf ein Rohr aufzusetzen.
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Das Drallrad selbst kann in an sich bekannter Weise Leitflächen mit
Schaufelprofil oder Leitflächen mit Tragflächenprofil aufweisen.
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Die dabei jeweils vorliegenden Gesetzmäßigkeiten sind in der DE-AS
11 89 741 ausführlich beschrieben.
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Weitere Merkmale und Vorteile folgen aus den Unteransprüchen sowie
aus der Beschreibung zur Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausfübrungsform der Erfindung
dargestellt ist. Es zeigen:
Fi9. 1 einen Querschnitt durch eine
erfindungsgemäße Anordnung in Längsrichtung der Rohrleitung, Fig. 2 einen Schnitt
gemäß der Bezugslinie I-I der Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Bezugslinie
II-II der Fig. 1.
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In der Fig. 1 ist ein Teil einer Rohrwand dargestellt und mit 1 bezeichnet.
Diese Rohrwand 1 ist mit einem Ausschnitt oder einer Öffnung 2 versehen.
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Das strömende Medium durchfließt die Rohrleitung beispielsweise in
Richtung des Pfeiles A. Es trifft dabei auf das Drallrad 3 und ruft durch die auf
die Leitschaufeln ausgeübte Kraft an diesem ein Drehmoment hervor. Dieses Drehmoment
wird von dem Drallrad 3 an ein Rohr oder eine Welle 4, die drehfest mit dem Drallrad
3 verbunden ist, übertragen. Fest mit diesem Rohr oder die -ser Welle 4 ist ein
biegeelastisches und strömungsgünstig, z.B.
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oval geformtes Rohr 5 verbunden. Dieses biegeelastische Rohr ist an
einem Deckelstück 6 befestigt, das auf die Öffnung 2 der Rohrwand 1 aufgesetzt und
dort in nicht näher gezeigter Weise fixiert, z.B. aufgeschraubt, ist. Mit dieser
Konstruktion wird es möglich, die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchflußmengenmessung
auf ein normales Rohrstück, das nicht mit besonderen Halteeinrichtungen, wie z.B.
Stegen o.dgl., versehen ist, aufzusetzen.
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Im Inneren des biegeelastischen Rohrs 5 ist ein biegeelastischer Streifen
7 angeordnet. Dieser Streifen 7 ist an dem Rohr oder der Welle 4 befestigt sowie
an einem außerhalb des Rohrs befindlichen Gegenhalter 8. Der biegeelastische Streifen
7 ist somit ebenfalls dem auf das Drallrad 3 bzw. auf das Rohr oder die Welle 4
ausgeübten Drehmoment ausgesetzt.
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An dem außerhalb der Rohrleitung befindlichen Teil des biegeelastischen
Streifens 7 sind Dehnungsmeßstreifen 9 und 9' angebracht,
wie auch
aus der Fig. 2 zu erkennen ist. Zur Erz-eugung einer für die Auswertung ausreichenden
Widerstandsänderung dieser Dehnungsmeßstreifen genügt bereits eine geringe Verformung
des biegeelastischen Streifens 7. Die Anschlußdrähte der Dehnungsmeßstreifen sind
durch eine haubenförmige Abdeckung 10 nach außen geführt, wo an den Anschlüssen
11 und 11' eine hier nicht näher gezeigte Auswerte- und Anzeigeschaltung angeschlossen
sein kann.
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Die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen an dem biegeelastischen Streifen
bietet gegenüber der direkten Anbringung an der Innenseite des biegeelastischen
Rohres 5 den Vorteil, daß sie keinen Temperatureinflüssen ausgesetzt sind. Außerdem
führt der aus der Rohrleitung herausragende Streifen 7 zu einem größeren Hebelarm.
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Abdichtprobleme bei der Durchführung der elektrischen Leitungen entstehen
nicht, da der Innenraum der haubenförmigen Abdeckung 10 bereits durch das biegeelast-ische
Rohr 5 bzw. das Rohr oder die Welle 4 gegenüber dem strömenden Medium abqedichtet
sind und damit an die Durchführung der elektrischen Leitungen durch diese Abdeckung
10 keine besonderen Anforderungen zu stellen sind.
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Die Kraft- und Momentenverhältnisse bei der Durchflußmengenmessung
sind nochmals im Detail in der Fig. 2 dargestellt. Das in Richtung des Pfeiles A
strömende Medium ruft an dem Drallrad 3, das in an sich bekannter Weise Leitflächen
mit Schaufel- oder Tragflächenprofil aufweisen kann, ein Drehmoment in Richtung
des Pfeiles B hervor. Dieses Moment wird von dem Drallrad 3 auf das mit diesem drehfest
verbundene Rohr bzw. Welle 4 übertragen und'von diesem Rohr auf das biegeelastische
Rohr 5 und den biegeelastischen Streifen 7. Der Dehnungsmeßstreifen 9' erfährt damit
eine Dehnung in Richtung des Pfeiles C und der Dehnungsmeßstreifen 9 eine Pressung
in Richtung des Pfeiles D, die von einer Auswerte- und Anzeigeschaltung registriert
werden.
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In Fig. 3 ist die Profilierung des biegeelastischen Rohres 5 zu erkennen.
Diese Profilierung wird zweckmäßig strömungsgünstig, z.B. oval, gewählt. Damit wird
aber auch erreicht, daß das Widerstandsmoment des Rohres 5 in der Richtung des durch
den Drall bewirkten Moments klein, in Strömungsrichtung dagegen groß ist.
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Trotz stabiler Aufhängung des Drallrades kann daher eine große Durchbiegung,
insbesondere im Befestigungsbereich,erreicht werden, die eine genaue Messung der
durch die Biegung hervorgerufenen Längung oder Stauchung an der Rohrwand erlaubt.
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Durch die Erfindung wird somit eine Anordnung zur Durchflußmengenmessung
geschaffen, die auch nachträglich an einem Rohr angebracht werden kann, die durch
das Vermeiden der Durchführung elektrischer Leitungen durch die Rohrwand keine Abdichtprobleme
verursacht und die preisgünstig herzustellen ist.