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Elektrische Flügelrad-Meßvorrichtung zur Feststellung der Strömungsverhältnisse
in den Rohren von Wasserrohrkesseln Es ist bekannt, zum Messen der Durchflußmengen
in Wasserrohren von Dampfkesseln Meßvorrichtungen mit Flügelrad zu benutzen. Um
die Umdrehungen der Flügelradwelle von außen beobachten und zählen zu können, wird
die Flügelradwelle entweder durch eine Stopfbüchse, die in eine Bohrung der Behälterwand
eingesetzt ist, nach außen geführt oder in ein Glasrohr eingeführt, das durch eine
Bohrung der Behälterwand nach außen ragt.
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Die Ausführung mit Stopfbüchse ist für eine genaue Überwachung der
Strömungsvorgänge ungeeignet, weil die an dem kleinen Flügelrad wirkenden Kräfte
vielfach zu gering sind, um die Reibung in der Stopfbüchse zu überwinden. Der genaue
Verlauf der Strömungsvorgänge mit ihren Schwankungen entzieht sich also der Beobachtung,
und es können nur Mittelwerte gemessen werden. Die Schwierigkeit, die Durchführung
der Flügelradwelle dicht zu halten, ohne die Drehung der Flügelradwelle zu sehr
zu hemmen, dürfte bei hohen Drucken und Temperaturen kaum zu überwinden sein. Auch
die bekannte Vorrichtung mit Glasrohr ist für Untersuchungen an Kesseln mit hohen
Betriebsdrucken nicht geeignet, weil die Personen, welche die Messungen ausführen,
beim Platzen des Glasrohres gefährdet sind. Außerdem hat diese Vorrichtung noch
den Nachteil, daß sich das Glasrohr bei der Benutzung mit Kesselwasser anfüllt und
schnell verschmutzt.
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Die Erfindung bezweckt, eine elektrisch anzeigende Flügelrad-Meßvorrichtung
zu schaffen, die zu Umlaufmessungen bei hohen Betriebsdrücken besonders geeignet
ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Träger der Stromschlußvorrichtung des
mit Wechselstrom betriebenen Anzeigestromkreises mit einem das Flügelrad gleichachsig
umschließenden, in ein Wasserrohr des Kessels einführbaren Rohransatz versehen ist
und die zur Stromschlußvorrichtung führende Leitung durch einen nach Art einer Zündkerze
ausgebildeten Durchführungskörper geht.
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Durch diese Merkmale unterscheidet sich die neue Vorrichtung von einem
bekannten Meßgerät, das zur Geschwindigkeitsmessung in einem weiten Rohr oder einem
offenen Gerinne dient. Bei diesem Gerät ist das Flügelrad am Ende eines Rohres gelagert,
in dem sich die Stromschlußvorrichtung für den von einer Gleichstromquelle gespeisten
Anzeigestromkreis befindet. Durch eine sorgfältige Isolierung, z. B. durch eine
Ölfüllung, muß verhütet werden, daß Wasser an die Stromschlußvorrichtung gelangt,
weil durch die dann eintretende Zersetzung des Wassers eine regelrechte Kontaktbildung
verhindert sein würde. Bei der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung erübrigt sich
die besondere Isolierung der Stromschlußvorrichtung, da infolge der Verwendung von
Wechselstrom das Wasser nicht zersetzt wird. Im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung,
deren Flügelrad an irgendeine Stelle der Strömung gebracht wird, die senkrecht zur
Achse der Flügelradwelle gerichtet ist, wird das Flügelrad der neuen Vorrichtung
in die Mündung
des engen Wasserrohres eingeschoben, in welchem die
Strömung zur Flügelradwelle gleichgerichtet ist. Durch den zum Flügelrad gleichachsigen
Rohransatz, der in das Wasserrohr des Kessels eingeführt wird, wird das Flügelrad
genau zentriert und in seiner Arbeitsstellung festgelegt.
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Es sei noch erwähnt, daß ein zündkerzenähnlicher Einsatzkörper zur
Stromzuführung bei elektrischen Wasserstandsanzeigern bekannt ist. Dabei bildet
der Metallstift des Einsatzkörpers den einen Pol des durch den Wasserspiegel zu
schließenden Stromkreises. Nur wenn der Wasserspiegel einmal die betreffende Zündkerze
erreicht, wird der Strom geschlossen. Demgegenüber taucht die vorliegende Meßvorrichtung
dauernd in das leitende Wasser ein, und das Schließen und Unterbrechen des Stromes
erfolgt bei jeder Umdrehung der Flügelradwelle. Abgesehen von diesem grundsätzlichen
Unterschied in der Anordnung und Wirkungsweise der Stromschlußvorrichtung löst die
vorliegende Erfindung eine ganz andere Aufgabe, indem sie es ermöglicht, in Wasserrohrkesseln
mit hohen Betriebsdrücken in sicherer und zuverlässiger Weise Umlaufmessungen vorzunehmen.
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Auf der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen Fig. z einen Querschnitt durch einen Sammelbehälter
des Kessels mit eingesetzter Vorrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt, die
Fig. 2, 3 und 4 Querschnitte nach den Linien II-11, III-III und IV-IV der Fig. z
und Fig.5 in kleinerem Maßstab einen Querschnitt durch einen Sammelbehälter von
größerem Durchmesser mit einer etwas abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Mit i ist der Sammelbehälter eines Wasserrohrkessels, z. B. die Untertrommel
eines Steilrohrkessels, bezeichnet und mit 2 ein in diesen Behälter eingewalztes
Wasserrohr. Der Einmündung 3 des Rohres 2 liegt im Trommelmantel gegenüber die Einwalzöffnung
4, die in üblicher Weise durch einen Schraubstopfen 5 verschlossen ist. Der Schraubstopfen
dient als Träger für die Anzeigevorrichtung mit dem Flügelrad 6 und der Flügelradwelle
B. Bei dem gezeichneten Beispiel hat das Flügelrad einfache schräg gestellte Flügel.
Die Flügel könnten aber auch in bekannter Weise als Schraubenflächen ausgebildet
sein. Die Flügelradwelle 8 läuft in Spitzenlagern. Die untere Lagerplatte g bildet
den Boden eines hohlen Kugelzapfens io, der in die am Stopfen 5 durch Schrauben
12 befestigte napfförmige Lagerpfanne 13 eingreift und durch einen mit der Pfanne
13 verschraubten Deckel 14 gehalten wird. Der Kugelzapfen io sitzt am unteren Ende
des rohrförmigen Teiles 15 des Lagergehäuses 16. Den oberen Teil dieses Gehäuses
bildet ein an beiden Stirnseiten offener Rohransatz 18, der in das Rohr 2 von seiner
nach dem Trommelinnern zu offenen Mündung 3 aus eingeschoben ist. Der Durchmesser
des Rohransatzes 18 des Lagergehäuses 16 ist so groß, daß er mit geringem Spiel
in das Wasserrohr 2 paßt. Im Rohransatz 18 ist das radförmige Lagerstück i9 befestigt,
in dessen nabenförmigem Teil 2o das obere Spitzenlager 21: für die Flügelradwelle
8 eingeschraubt ist. Die beiden röhrenförmigen Teile 15 und i8 des Lagergehäuses
16 sind durch radiale Rippen 22 verbunden, die Leitwände für das in das Rohr 2 und
zum Flügelrad 6 strömende Wasser bilden. Für den Fall, daß die Achsen des Rohres
2 und der zugehörigen Einwalzöffnung 4 nicht genau übereinstimmen, ermöglicht das
Kugelgelenk 1o, 13 eine entsprechende Einstellung des Lagergehäuses 16 der Flügelradwelle.
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Die Umdrehungen des Flügelrades werden durch eine elektrische Anzeigevorrichtung
außerhalb der Trommel i angezeigt. Der eine Pol des Wechselstromkreises 23 ist durch
eine Klemme 24 an die Trommel i angeschlossen, während der andere Pol der Leitung
-an die Klemme 25 einer von der Flügelradwelle beeinflußten Stromschlußvorrichtung
gelegt ist. Den Strom für den Anzeigestromkreis 23 liefert eine nicht dargestellte
Wechselstromquelle über einen Transformator 26. Die Verwendung von Wechselstrom
hat den Vorteil, daß eine Zersetzung des Wassers vermieden wird. Zu der Stromschlußvorrichtung
gehört eine stromführende Schleiffeder 27. Die Schleiffeder 27 ist im Hohlraum des
Kugelzapfens io auf einem Haltestift 28 angeordnet und mit diesem leitend verbunden.
Der Haltestift 28 ist an der Lagerplatte g befestigt, .aber gegen diese Platte durch
eine Büchse 29 aus nichtleitendem Baustoff isoliert. Das aus dem Kugelzapfen io
vorstehende Ende des Haltestiftes 28 trägt eine metallische Zunge 3o, die mit einer
-Durch-Bohrung versehen ist, in die ein Leitungsdraht 31 eingreift. Dieser Leitungsdraht
liegt im Innern eines Glasrohres 32, das stramm passend in eine axiale Bohrung -des
Verschlußstopfens 5 eingesetzt ist. Durch das Glasrohr 32 ist der Leitungsdraht
31 gegen die mit dem anderen Pol des Stromkreises verbundenen metallischen
Teile isoliert. Zur weiteren Durchführung des Leitungsdrahtes nach außen dient ein
nach Art einer Zündkerze ausgebildeter Isolierkörper, der in die am äußeren Ende
erweiterte axiale Bohrung 33 des Stopfens 5 eingeschraubt ist. Es bezeichnet 34
den mit einem Schraubennippel 35 versehenen Metallmantel, 36 das Isolierstück und
38 den im Innern des zündkerzenförmigen Isolierkörpers eingebetteten Metallstift.
Mit dem inneren Ende des Metall-
Stiftes 38 ist der Draht 31 leitend
verbunden. Bei dem gezeichneten Beispiel ist er in einer Bohrung des Metallstiftes
eingespannt. An dem äußeren aus dem Isolierstück 36 herausstehenden Ende des Metallstiftes
38 ist mittels der Klemme 25 der eine Pol des Stromkreises angeschlossen. Beim Einsetzen
des Kugelzapfens io in die Lagerpfanne 13 schiebt sich der am Metallstift 38 befestigte
Draht 31 durch die Bohrung der Zunge 3o hindurch und wird, nachdem das Kugellager
io, 13 durch Aufschrauben des Deckels 14 fertig zusammengebaut ist, mittels einer
Klemmschraube 40 (Fig. 4) festgezogen. Damit die Schraube 4o eingeführt werden kann
und zugänglich bleibt, sind im Mantel der Lagerpfanne 13 Ausschnitte 41 vorgesehen.
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Wenn die Vorrichtung in die Trommel eingebaut ist, geht der Strom
vom einen Pol zur Schleiffeder 27 und vom anderen Pol über die Trommel i und die
mit der Trommel metallisch verbundenen Lager g, 21 zur Welle 8 des Flügelrades.
Den Stromunterbrecher bildet ein auf der Flügelradwelle 8 mittels einer Metallhülse
42 befestigter Zylinder 43 aus isolierendem Baustoff, beispielsweise Speckstein.
An der Stelle, wo die Feder 27 schleift, ist die Hülse 42 bis auf einen schmalen
Steg 44 weggeschnitten, so daß die Feder während des größten Teiles der Umdrehung
der Flügelradwelle 8 auf dem Specksteinzylinder aufliegt. Während dieser Zeit ist
der Strom unterbrochen. Er wird während jeder Umdrehung der Welle 8 einmal geschlossen,
sobald die Schleiffeder 27 auf den Steg 44 der mit der Welle 8 metallisch verbundenen
Hülse 42 aufläuft. Jede Umdrehung des Flügelrades wird somit in der elektrischen
Anzeigevorrichtung, beispielsweise durch Aufleuchten einer in den Stromkreis 23
eingeschalteten Glühbirne 45, angezeigt. Wird in den Stromkreis eine geeignete Registriervorrichtung,
z. B. ein Oszillograph, eingeschaltet, so können die den Umdrehungen des Flügelrades
entsprechenden Stromstöße fortlaufend aufgezeichnet werden. Man erhält dann ein
Bild über den zeitlichen Ablauf der Strömungsvorgänge in dem zu untersuchenden Rohr
und, falls gleichzeitig in mehrere Rohre die Vorrichtungen eingesetzt sind, Aufschluß
über die Verteilung der Wasserströmung auf die einzelnen Rohrgruppen. Außer einer
Vorrichtung mit sichtbarer Anzeige kann man auch eine Vorrichtung zum Abhören der
Stromstöße in den Anzeigestromkreis einschalten.
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Die Abänderungen der Ausführungsform nach Fig. 5 betreffen den Einbau
der neuen Vorrichtung in die Trommel i. In Fig. = ist der Stopfen 5, der den Träger
für die fertig zusammengebaute, durch die Öffnung im Trommelmantel einzusetzende
Vorrichtung bildet, in der Bohrung des Trommelmantels eingeschraubt. In Fig. 5 ist
dagegen der den Träger bildende Stopfen, 5o durch einen in die Öffnung der Trommelwand
eingewalzten Rohrstutzen 51 hindurchgeführt. Der Stopfen trägt einen Flansch 52,
der mit einem Flansch 53 des Rohrstutzens durch Schraubenbolzen 54 und Muttern 55
verbunden ist. Ein am Stopfen 50 vorgesehener Bund 56 paßt dicht schließend
in die Bohrung des Stutzens 5i. Außerdem ist zwischen dem Stutzen 51 und dem Flansch
52 des Stopfens eine Dichtung 57 eingelegt. Um auch bei Trommeln mit größerem Durchmesser
eine Vorrichtung mit einer verhältnismäßig kurzen Flügelradwelle 8 verwenden zu
können, ist der Stopfen 5o so lang ausgeführt, daß er ein Stück in den Innenraum
der Trommel hineinragt. Aus dem gleichen Grunde ist auch der Rohransatz 18 des Lagerhalters
16 verlängert. Der Rohransatz 18 ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel nur
so weit in das zu untersuchende Rohr 2 eingeführt, daß das Flügelrad 6 sich nicht
mehr innerhalb des Rohres 2 befindet, sondern in der Strömungsrichtung des Wassers
ein Stück vor der Rohrmündung liegt. An der Wirkungsweise der Vorrichtung wird dadurch
nichts geändert, -da der Strömungsvorgang in dem eine Verlängerung des Rohres 2
bildenden Rohransatz 18 derselbe ist wie ein Stück hinter dem Mündungsende des Rohres
2. Die eigentliche Anzeigevorrichtung und die Anordnung des Anzeigestromkreises
ist bei der Fig. 5 dieselbe wie bei Fig. i.