DE3535680A1 - Turbinenzaehler zur messung der durchflussmenge von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbinenzähler zur Messung der Durchflußmenge von Flüssigkeiten, dem ein Rohrbündel-Strömungsgleichrichter vorgeschaltet ist.

Bekannte Turbinenzähler haben den Nachteil, daß bei un­ terschiedlichen Viskositäten des zu messenden Mediums unterschiedliche Meßergebnisse erzielt werden, wobei sich mit zunehmenden Viskositäten ein positiver Meßfehler ein­ stellt. Dies rührt daher, daß mit zunehmender Viskosität der die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades bestimmende Schaufelschnitt immer näher an die Nabe des Turbinenrades heranrückt. Um diesen Meßfehler zu beseitigen hat man auch schon vorgeschlagen, die Viskosität des Meßmediums se­ parat zu messen und das Meßergebnis in Abhängigkeit von der Viskosität zu korrigieren. Eine solche Korrektur­ einrichtung für Turbinenzähler ist jedoch sehr aufwendig und enthält zusätzliche Fehlerquellen und Ausfallmöglich­ keiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Turbinenzählern mit ein­ fachen Mitteln eine weitgehende Viskositäts-Unabhängigkeit des Meßergebnisses zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den Merkmalen der Patent­ ansprüche gesehen.

Durch die Vorschaltung eines Rohrbündel-Strömungsgleich­ richters mit in der Querschnittsmitte vorgesehenem Verdrän­ gerkörper und darum herum angeordneten Gleichrichterrohren mit eingebauten verwundenen Längstrennwänden entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 wird das am Eintritt des Gleichrichters im zylindrischen freien Rohrquerschnitt vorhandene Geschwindigkeitsprofil auf mehrere Einzelprofile innerhalb der im Ringraum liegenden Gleichrichterrohre des Rohrbündels verteilt, die während des Durchströmens der Gleichrichterrohre durch die verwundene Längstrennwand um ca. 90° gedreht werden. Durch den Eintritt des im Idealfall rotationssymmetrischen Geschwindigkeitsprofils in den Ringraum des Rohrbündels wird dieses auf ein ring­ förmiges rotationssymmetrisches Profil umgeformt, so daß die Geschwindigkeitsspitzen jetzt auf einem Kreisbogen in­ nerhalb der Gleichrichterrohre liegen. Durch die Verwindung der Längstrennwände liegen diese Geschwindigkeitsspitzen am Austritt aus dem Strömungsgleichrichter jetzt annähernd um 90° verdreht und verlaufen etwa in radialer Richtung.

Geht man davon aus, daß bei ringfömig vorliegendem Ge­ schwindigkeitsprofil die Entfernung der auf einem Kreis­ bogen liegenden Geschwindigkeitsspitzen von der Rohrmitte des Strömungsgleichrichters von der Viskosität abhängig ist, d.h. mit zunehmender Viskosität die Geschwindigkeitsspitzen näher zum Rohrmittelpunkt rücken, erhält man bei Gleich­ richterrohren ohne Längstrennwände eine veränderte, zu den bekannten Meßfehlern führende Beaufschlagung des Turbinen­ zähler-Schaufelrades. Durch die mittels der verwundenen Längstrennwand bewirkten Verdrehung des Geschwindigkeits­ profils um annähernd 90° bleibt die Beaufschlagung des Turbinenrades über die Schaufelhöhe gesehen bei unterschied­ lichen Viskositäten annähernd gleich. Das Turbinenrad wird hierbei durch das Wenden des Geschwindigkeitsprofils inner­ halb der Gleichrichterrohre im Umlauf pulsierend beauf­ schlagt, wobei es seine Drehgeschwindigkeit auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Pulse einstellt, wodurch die Viskositäts-Abhängigkeit des Turbinenzählers und der damit verbundene Meßfehler weitgehend beseitigt sind.

Die Gleichrichterrohre sind in ihrem Durchmesser annähernd der Höhe der Turbinenschaufeln angepaßt, damit die Schau­ feln über ihre volle Höhe mit dem gewendelten Geschwindig­ keitsprofil beaufschlagt werden können. Das Turbinenrad sitzt hierbei unmittelbar hinter dem Strömungsgleich­ richter, damit die nach dem Austritt aus dem Strömungs­ gleichrichter eintretende Drallauflösung sich noch nicht nachteilig auswirkt.

Dadurch, daß gemäß dem Merkmal des Anspruchs 2 zwei oder mehr jeweils radial durch die Längsachse der Gleichrichter­ rohre verlaufende Längstrennwände vorgesehen sind, wird der Innenraum der Gleichrichterrohre in vier oder mehr Durchströmkanäle unterteilt, wodurch eine noch wirksamere Verdrehung des Geschwindigkeitsprofils erzielt wird.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt :

Fig. 1 einen Rohrleitungsabschnitt mit eingebautem Turbinenzähler und vorgeschaltetem Strö­ mungsgleichrichter im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 Fehlerkennlinien eines bekannten Turbinen­ zählers bei verschiedenen Viskositäten,

Fig. 4 das Strömungsprofil bei freiem und bei ring­ förmigem Rohrquerschnitt für hochviskose bzw. niederviskose Medien und

Fig. 5 den Querschnitt eines anderen Strömungsgleich­ richters mit kreuzförmig angeordneten ver­ wundenen Längstrennwänden.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Strömungsgleichrichter 1 ist in Strömungsrichtung vor dem Turbinenzähler 2 in den Rohrleitungsabschnitt 3 eingebaut. Der Strömungsgleich­ richter 1 wird aus einem axial angeordneten geschlossenen Verdrängerkörper 4 gebildet, um den ein aus den Gleich­ richterrohren 5 gebildetes Rohrbündel angeordnet ist. In dem zwischen dem Verdrängerkörper 4 und der Wand der Rohr­ leitung 3 gebildeten Ringraum 6 liegen sechs Gleichrichter­ rohre 5 gleichen Durchmessers, die den Rohrleitungsquer­ schnitt gleichmäßig ausfüllen. In Strömungsrichtung un­ mittelbar hinter dem Strömungsgleichrichter 1 ist das Schaufelrad 7 des Turbinenzählers 2 angeordnet.

Die Gleichrichterrohre 5 sind mit längsmittig angeordneten Trennwänden 8 versehen, die eine gleichsinnige Verwindung 9 von etwa 90° in Längsrichtung haben. Die Höhe der Schau­ feln 10 des Schaufelrades 7 ist in etwa dem Durchmesser der Gleichrichterrohre 5 angepaßt, damit die aus den Gleich­ richterrohren austretenden Teilströme voll auf die Schau­ feln 10 einwirken. Durch die Verwindung 9 der Längstrenn­ wände 8 treffen die Strömungsprofile der Teilströme um 90° verdreht aud die Schaufeln 10 auf. Der Verdränger­ körper 4 ist mit den Gleichrichterrohren 5 und die Gleich­ richterrohre 5 sind durch Schweißpunkte mit der Wandung des Rohrleitungsabschnittes 3 fest verbunden. Der Verdrän­ gerkörper 4 trägt auf der stromabwärtigen Seite gleich­ zeitig das Eingangslager 11 des Turbinenzählers 2. Das Ausgangslager 12 sitzt in einem Haltering 13.

Bei den bekannten Turbinenzählern ist der Verlauf der Fehlerkennlinie abhängig von der Viskosität des zu messen­ den Mediums. Die Fig. 3 zeigt bekannte Fehlerkennlinien eines Turbinenzählers, wobei der Meßfehler F in Prozent über den Durchfluß Q aufgetragen ist. Die Kurven 14 zei­ gen die unterschiedlichen Fehlerkennlinien bei Meßmedien mit Viskositäten zwischen 0,2 und 100 mPa · s. Die Kurven 14 lassen erkennen, daß mit zunehmender Viskosität ein größerer Meßfehler in Kauf genommen werden muß, falls keine Viskositäts-Kompensation vorgesehen ist.

Die Ursache für die unterschiedlichen Lagen der Fehler­ kurven 14 liegt in der unterschiedlichen Strömungsprofil­ ausbildung bei hoch- oder niederviskosen Medien. Die Fig. 4 zeigt in der linken Zeichnungshälfte die Ausbildung des Strömungsprofils bei voll durchströmtem Rohrquerschnitt und in der rechten Zeichnungshälfte die Ausbildung des Strömungsprofils bei Strömung durch einen Ringquerschnitt. Die obere Zeichnungshälfte läßt hierbei die Geschwindig­ keitsprofile für hochviskose Stoffe erkennen, während in der unteren Zeichnungshälfte die Strömungsprofile für niederviskose Stoffe dargestellt sind.

Während das Strömungsprofil 15 für hochviskose Stoffe etwa das Aussehen einer Parabel mit dem Maximum der Strömungs­ geschwindigkeit in Rohrmitte hat, zeigt das niederviskose Profil 16 eine starke mittige Abflachung 17. Im Ringraum 6 bilden sich von der Form her ähnliche Strömungsprofile 18 und 19 aus, die durch das Verdrängen des Flüssigkeits­ stromes aus der Rohrachse durch den Verdrängerkörper 4 zur Achse 20 der Rohrleitung 3 hin verzerrt sind. Sowohl bei den Geschwindigkeitsprofilen 15 und 16 als auch bei den Geschwindigkeitsprofilen 18 und 19 wandert der Kraft­ angriffspunkt der Strömung beim Durchtritt durch das Schaufelrad 7 des Turbinenzählers 2 mit zunehmender Vis­ kosität nach innen. Dadurch läuft das Schaufelrad 7 bei gleichgroßem durchgesetztem Volumen mit zunehmender Viskosität infolge der höheren Beaufschlagung des naben­ nahen Schaufelteils schneller, weil der zum Kraftangriffs­ punkt gehörige Schaufelradumfang kleiner wird.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Geschwindigkeits­ profile der die Gleichrichterrohre 5 passierenden Teil­ ströme um nahezu 90° verdreht werden, bleibt der Angriffs­ punkt der Teilströme trotz unterschiedlicher Viskosität auf annähernd dem gleichen Radius der Schaufelrades 7, wodurch die bisher infolge unterschiedlicher Viskositäten aufgetretenen Meßungenauigkeiten weitgehend vermieden werden. Durch die Verdrehung des Geschwindigkeitsprofils um 90° wird es nämlich jetzt nicht mehr in radialer Richtung sondern auf dem Umfang abgebildet.

Die Fig. 5 zeigt eine Variante für den Strömungsgleich­ richter 1 mit kreuzförmig in die Gleichrichterrohre 5 ein­ gebauten verwundenen Längstrennwänden 21. Durch diese kreuzförmigen Längstrennwände 21 läßt sich eine noch höhere Wirksamkeit der Geschwindigkeitsprofilführung in den Gleich­ richterrohren 5 erzielen.

Die durch die Gleichrichterrohre 5 geführten Strömungs­ profile werden hier jeweils in den durch die beiden Längs­ trennwände 21 gebildeten vier Durchströmkanälen 24 in­ tensiv um 90° gedreht und treffen außerhalb der Nabe 22 des Schaufelrades 7 direkt hinter dem Austritt 23 des Strömungsgleichrichters 1 auf die Schaufeln 10 auf.

Claims (2)

1. Turbinenzähler zur Messung der Durchflußmenge von Flüssigkeiten, dem ein Rohrbündel-Strömungsgleichrichter vorgeschaltet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Rohre (5) des Rohrbündels des Strömungsgleichrichters (1) verwundene Längstrennwände (8, 21) eingebaut sind, deren Verwindung zwischen 70° und weniger als 90° beträgt, und der mittlere Zylinderraum des Strömungsgleichrichters (1) als die Nabe (22) des Turbinenrades (7) abdeckender geschlossener Verdränger­ körper (4) ausgebildet ist, um den herum die Gleichrich­ terrohre (5) mit den verwundenen Längstrennwänden (8, 21) gleichmäßig auf einem Kreis verteilt angeordnet sind, wo­ bei der Durchmesser der Gleichrichterrohre (5) in etwa der Höhe der Schaufeln (10) des Turbinenrades (7) ent­ spricht und das Turbinenrad (7) unmittelbar hinter dem Austritt (23) des Strömungsgleichrichters (1) angeordnet ist.

2. Turbinenzähler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Innenraum der Gleich­ richterrohre (5) durch zwei oder mehr jeweils radial durch die Längsachse der Gleichrichterrohre (5) verlaufende Längstrennwände (21) in vier oder mehr Durchströmkanäle (24) unterteilt ist.