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Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Produktes aus Geschwindigkeit
und spezifischem Gewicht von Flüssigkeiten u. dgl. Bekannt ist ein Verfahren zur
Messung der Dichte von Gasen, bei dem ein in dem zu messenden Gas umlaufendes Flügelradgebläse
einen Gasstrom gegen ein schwingend gelagertes Flügelrad treibt. Das Maß der Dichte
ergibt die von dem Gasstrom auf das Flügelrad übertragene Leistung. Ebenso wie dieses
Verfahren geht das vorliegende von der Beobachtung aus, daß der von einer Flüssigkeit,
einem Gas, Dampf oder von solchen Stoffen, die unter Verwendung von Gasen als Fördermittel
fortbewegt werden, auf eine im Strom befindliche Fläche ausgeübte Druck von dem
Produkt aus dem Quadrat der relativen Geschwindigkeit und dem spezifischen Gewicht
der FlÜssigkeit o. dgl. abhängig ist. Das Verfahren dient zur Messung des Produktes
aus Geschwindigkeit und spezifischem Gewicht des strömenden Stoffes. je nachdem
nur der Querschnitt der Rohrleitung oder auch die Geschwindigkeit oder das spezifische
Gewicht des Stoffes bekannt sind, kann das Verfahren praktisch benutzt werden,
um das absolute Gewicht des durch die Rohrleitung geflossenen Stoffes oder sein
spezifisches Gewicht oder seine Geschwindigkeit zu messen. Das Verfahren besteht
darin, daß die zur gleichförmigen Drehung von Schaufeln in dem bewegten Stoffe erforderliche
Motorleistung gemessen wird. Die Vorrichtung ist sehr verschiedener Ausgestaltung
fähig. Es kann innerhalb der Leitung des Stoffes senkrecht zur Stromrichtung eine
Welle gelagert sein, die ein im Strom liegendes Schaufelrad trägt und mit einem
gleichförmig laufenden Motor gekuppelt ist, der wiederum mit einem Leistungsmesser
verbunden ist. Ferner können zwei senkrecht zur Stromrichtung gelagerte Wellen gleiche
Schaufeln tragen und mit gleicherGeschwindigkeit aber entgegengesetzter Richtung
umgetrieben werden, wobei die Schaufeln höchstens auf der Hälfte ihres Weges sich
in dem zu messenden Strom bewegen, und der Unterschied der von den beiden Wellen
aufgenommenen Leistungen gemessen wird. Endlich können auf zwei gleichsinnig und
mit gleicher Geschwindigkeit, umgetriebenen, parallel zur Stromrichtung gelagerten
Wellen gleiche aber entgegengesetzt fördernde Gebläseräder in dem zu messenden Strom
angebracht und mit einer Vorrichtung zur Messung des Unterschiedes der von den beiden
Wellen aufgenommenen Leistungen verbunden sein. Zur Erfindu1ig gehört auch eine
Vorrichtung zur Messung des Unterschiedes der von zwei Wellen aufgenommenen Leistungen.
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Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele der Meßvorrichtung.
Abb. i und 2 sind Querschnitt und Längsschnitt einer Ausführung mit zwei gegenläufigen
Schaufeln, Abb. 3,
4 und 5 Querschnitt, Längsschnitt und Grundriß einer
Ausführungsform mit zwei gleichlaufenden Gebläserädern, Abb. 6 und
7 Quer-und Längsschnitt einer Ausführungsform mit einem einzigen Schaufelrad.
Abb. 8 und 9 sind Grundriß und Teilansicht einer Vorrichtung zur Leistungsmessung.
Abb. io bis ig, stellen zwei Schaufelräder mit abweichender Schaufelstellung dar.
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Bei der Ausführungsforrn Abb. i: und z sind in der Wand der Rohrleitung
i zwei Wellen z und 3 gleichachsig und senkrecht zur Strornrichtung gelagert.
Sie tragen im Innern der Leitung Naben 4 und 5 von Schaufelrädern,
die
beispielsweise mit je zwei Schaufeln 6 und 7
besetzt sind. Eine
auf die Rohrleitung i aufgesetzte Haube 8, deren Inneres von der Strömung
nicht berührt wird, nimmt die Schaufeln in der oberen Hälfte ihres Weges auf, während
sie die untere Hälfte im Rohrleitungsquerschnitt zurücklegen. Die Wellen 2 und 3
werden durch zwei Motoren 9 und io in, einander entgegengesetzter Richtung
gedreht die dauernd gleichförmige Geschwindigkeit unabhängig von der Belastung haben.
Dies kann durch die Bauart der Motoren oder durch entsprechende Regler erzielt werden.
Der Leitungsinhalt bewegt sich im Sinne des Pfeiles ii (Abb. 2), die Schaufel
6 auf dem unteren Halbkreis dem Leitungsinhalt entgegen, die Schaufel
7 auf dem unteren Halbkreis im selben. Sinne mit dem Leitungsinhalt. Eine
in diesen Abbildungen nicht dargestellte und später zu besprechende Vorrichtung
mißt den Unterschied in der Leistung der beiden Motoren und verzeichnet zweckmäßig
den Verlauf der Größe dieses Unterschiedes auf einem Papierstreifen.
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Bezeichnet A, und A, die von den Wellen 2 und
3 aufgenommenen Leistungen, K einen Festwert, y das spezifische Gewicht
des in der Leitung strömenden Stoffes, f die Fläche einer Schaufel
6 oder 7, v die Strömungsgeschwindigkeit, u die Schaufelgeschwindigkeit,
dann ist unter der Voraussetzung, daß die von den Motoren 9 und ro zu überwindenden
Reibungsarbeiten einander gleich sind, und für Schaufeln, die an einem unendlich
langen Arm befestigt sind: A2=Kf u (v + it)2-y und A,=
Kf u (V _U)2. daraus ergibt sich A2 -A, = 4Kf u2 v
y.
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Der Ausdruck 4 K f «2 ist ein Festwert. Der Ausdruck
A2 -,4, ist der Unterschied der Leistungen, die von den beiden Wellen 2 und
3 aufgenommen werden. Die Größe dieses Unterschiedes ist also ein Maß für
die Größe des Produktes v y.
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Wird dieses Produkt mit dem Rohrleitungsquerschnitt multipliziert,
so erhält man das Gewicht des in der Zeiteinheit durch die Rohrleitung geströmten
Stoffes. Wird v gleichförrnig erhalten, so kann die Vorrichtung zum Messen des spezifischen
Gewichtes des Rohrinhalts dienen. Ist y bekannt und dauernd gleich groß,
- so kann die Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit dienen.
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Wird die Schaufelgeschwindigkeitu kleiner als die Durchflußgeschwindigkeit
v, so ändert der Wert A" sein Vorzeichen, weildie Welle 3
nun nicht
mehr von dem Motor, sondern von dem strömenden Stoff angetrieben wird; dann ist
also nicht der Unterschied, sondern die Summe der Leistungen der beiden Wellen dem
Gewicht des durchfließenden Rohrinhalts verhältnisgleich. Man kann in diesem Falle
die beiden Schaufeln 6 und 7 an einer einzigen Welle vereinigen, die
in der Mitte des Rohrquerschnittes gelagert ist (Abb. 6 und 7). Dann
bewegt sich immer die eine Schaufel, z. B. die untere, der Stromrichtung entgegen,
während sich die obere in der Stromrichtung bewegt. Die Welle 12 trägt, also zwei
Schaufeln 13 und 14 von gleicher Größe und entgegengesetzter Lage. Sie wird von
dem Motor 15
angetrieben, und -die Leistung des Motors gibt ein Maß des in
der Zeiteinheit durch die Rohrleitung strömenden Stoffgewichtes. Diese Ausführungsform
weist den Nachteil auf, daß die Meßvorrichtung bei Abnahme der Stromgeschwindigkeit
von einem bestimmten Punkte an unbrauchbar wird. Auch tritt die Summe der Lagerreibungen
störend auf, während bei der Bauart nach Abb. i: nur der Unterschied der Lagerr
' eibungen auf die Messung einwirkt, der in der Regel verschwindend gering
ist.
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Die Schaufeln brauchen nicht wie in Abb. 2 und 7 radial zu
stehen, sondern können auch geneigte Richtung haben, wie in Abb. io und ii dargestellt
ist; die Neigung kann (Abb. 12) auch go' betragen. Derartig gestellte Schaufeln
an Annen von endlicher Länge ergeben als Maß die Summe der beiden Leistungen, wenn
die Schaufelgeschwindigkeit größer ist, als die Stromgeschwindigkeit, ermöglichen
also auch für diesen Fall die Anwendung nur eines einzigen Schaufelrades.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 sind auf zwei Wellen
16 und 17 zwei Gebläseräder 18 und ig aufgekeilt,-die entgegengesetzt fördern,
von denen also das eine- bei gleicher Umlaufrichtung beider Räder entgegen, das
andere mit der Stromrichtung bläst. Die vVellen werden von Motoren 2o und 21 angetrieben.
Sie bewegen sich zum Teil in Hauben 22 der Leitung i, zum Teil in der Leitung selbst.
Es würde jedoch nichts im Wege stehen, sie auch vollständig in den Leitungsquerschnitt
zu setzen. Gemessen wird der Unterschied der von den Wellen 16 und 17
aufgenommenen
Arbeiten. Soweit die Mög-
lichkeit der Messung dadurch nicht beeinträchtigt
wird, können die beiden Wellen, da sie mit derselben gleichförmigen Geschwindigkeit
umlaufen müssen, auch von einem einzigen Motor angetrieben werden. Dies ist übrigens
auch bei der Ausführungsform nach Abb. i und 2 der Fall.
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Eine Einrichtung zur Messung des Unterschiedes der von zwei Wellen
aufgenommenen Leistungen zeigen Abb. 8 und g. Von dem
Motor
23 wird durch ein Zahnrad 24 einerseits ein Vorgelege 25, :z6,
27, andererseits ein Zahnrad 28 angetrieben.
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Die Zahnräder 27 und 28 sind auf Wellen 29 und3o aufgekeilt,
die entgegengesetzte Umlaufrichtung haben. Auf diesen Wellen sind Sonnenräder 31
und 32'eines Planetenradgetriebes, im vorliegenden Falle eines K#gelradgetriebes,
angebracht. Die Planetenräder 33
und 34 dieser Getriebe stehen zugleich mit
Sonnenrädern 35 und 36 im Eingriff, die auf den Wellen 2 und
3 aufgekellt sind. Die Wellen 2 und 3 tragen wie in Abb. i die Schaufeln
6 und 7. Die Planetenräder 33 und 34 mit ihren Wellen sind
in Stirnrädern 37 und 38
gelagert. Diese stehen im Eingriff mit Stirnrädern
39 und 4o, die auf einer Welle 41 gelagert sind. Auf der Welle ist einerseits
ein Hebel 42 aufgekeilt, der bei jeder Drehung der Welle 41 eine Feder 43 spannt,
anderseits ein Hebel 44 mit einem Schreibstift 45 gegenüber einem gleichmäßig ablaufenden
Papierband 46.
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Die Sonnenräder 31: und 35 üben auf das Planetenrad
33, wie ersichtlich, beim Umlauf des Motors 23 Zahndrücke aus, die
auf eine Drehung des Stirnrades 37 im Sinne der Drehung der Welle 29 hinwirken.
Entsprechend wirken die Räder 32 und 36 auf das Planetenrad 34 und
das Stirnrad 38, jedoch, da die Wellen ?,9 und 30 in einander entgegengesetztem
Sinne umlaufen, in entgegengesetzter Richtung. Die Welle 44 die durch die Räder
39 und 4o von den beiden Rädern 37 und 38 beeinflußt wird,
wird sich also in dem Sinne drehen, in dem das stärker beanspruchte von den Rädern
37
und 38 wirkt. Der Unterschied beider Wirkungen wird die Teder 43
mehr oder weniger spannen und den Arm 44 zu größeren oder geringeren Ausschlägen
veranlassen. Die Größe der Ausschläge gibt ein Maß für den Unterschied der Leistungen;
sie wird von dem Schreibstift 45 auf dem Papierband 46 aufgezeichnet.
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Die Einrichtung nach Abb. 8 und 9 oder eine andere Einrichtung
gleicher Wirksamkeit dient zur Ergänzung der Vorrichtungen nach Abb. i und 4. Eine
gleichaxtige Vorrichtung mit nur einem Planetenradgetriebe kann zur Messung der
Motorleistung in dem Fall der Abb. 6 dienen.
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Vor bekannten Vorrichtungen zum Zwecke der Messung von Flüssigkeiten
o. dgl., die durch eine Rohrleitung fließen, zeichnet sich die Meßvorrichtung nach
der Erfindung dadurch aus, daß sie unmittelbar das hindurchfließende Gewicht anzeigt,
während die bekannten Vorrichtungen nur das Volumen angaben, aus dem das Gewicht
unter Zugrundelegung eines als feststehend angenommenen spezifischen Gewichtes ermittelt
werden konnte. Diese nicht oder nur annähernd zutreffende Annahme ist bei dem Erfindungsgegenstand
nicht 'erforderlich.