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Als Schleuse wirkende Meßpumpe
Die Erfindung betrifft eine Meßpumpe,
d. h. ein auf dem Verdrängungsvorgang beruhendes Gerät, das den Durchfluß einer
von seiner Laufgeschwindigkeit abhängigen Gas oder Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit
durch eine Leitung zu einer Verbrauchsstelle ermöglicht und dessen Laufgeschwindigkeit
sonach ein Maß für vliese Menge ist. Die Meßpumpe soll weder drückend noch saugend
auf das durch sie hindruchtretede Flud einwirken, sondern sie soll nach Möglickeit
nur als eine Art Schleuse wirken, die hei jedem Durchschleußspiel eine bestimmte
Fluidmenge von der Eintrittsseite zur Austritsseite hindruchtreten läßt, währende
die Energie, die zur Zufuhr des Fludes zur Verbrauchsstelle aufzuwenden ifst, an
das Flud außerhalb der Meßpumpe übertragen wird, z. B. indem dieses Flud unter Druck
gesetzt wird. Die Forderung, daß die Nileßpumpe dem durch sie hindurchtretenden
Fludstrom nach Möglichkeit weder Energie zuführen noch solche entziehen soll, ist
deshalb wichtig, weil jede derartige Energieübertragung das Entstehen einer entsprechend
hohen Differenz zwischen den im Fludstrom vor und hinter der Meßpumpe liljerrschenden
Drücken zur Folge hat und weil eine solche Druckdifferenz infolge der unvermeidlichen
Undichtheriten der Meßpumpe entweder, wenn vor der Meßpumpe der höhere Druck herrscht,
einen größeren Fluddurclitritt oder, wenn vor der Meßpumpe der geringere Druck herrscht,
einen geringeren Durchtritt verursacht, als er der Laufgeschwindigkeit der Meßpumpe
entspricht. Tritt also an der Meßpmpe eine wesentliche Druckdifferenz auf, so
ist
die in der Zeiteinheit hindurchtretende Fludmenge der Laufgeschwindigkeit der Meßpumpe
nicht mehr verhältnisgleich, die Messung wird also ungenau; ferner ist trotz konstanter
Laufgeschwindigkeit der Meßpumpe die hindurchtretende Fludmenge Veränderungen unterworfen,
wenn diese Druckdifferenz in erheblichem Maße schwankt.
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Zweck der Erfindung ist es, Mittel vorzusehen, welche die Kleinhaltung
der an. der Meßpumpe herrschenden Druckdifferenz ermöglichen, die also, bei konstanter
Laufgeschwindigkeit der Meßpumpe, auch ein dauerndes Konstantbleiben des Fluidstroms
und ferner eine genaue Messung desselben gewährleisten.
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Diese Mittel bestehen in einem Durchflußregelglied (Han, Drosselkappe
od. dgl.) das in der das Flud zur Verbrauchsstelle fürdenden Leitung angeordent,
ist, und in einem Differezdruckmesser, der die differenz der in der Fludleitung
vor und hinter der Meßpumpe herrschenden Drücke mißt.
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Durch entsprechendes Einstellen des Durchflußregelgliedes läßt sich
erreichen, daß die Druckdifferenz immer einen niedrigen, vorzugsweise den Wert Null
hat.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin Mittel, um bei einem Atrieb der Meßpumpe
durch eien besonderen Motor, dessen Laufgeschwindigkeit bie den durch geringe Schwankungen
der Druckdifferenz verursachten Belastungsänderungen nicht Ohne weiteres konstant
bleibt, eine konstante Laufgeschwindigkeit herbeizuführen, gleichgültig, ob die
Belastung positiv (den Motor bremsend) oder negativ (den Motor treibend) ist. Diese
Mittel sind vorteilhaft so ausgebildet, daß die konstant zu haltende laufgeschwindigkeit
verschieden hoch einstellbar ist.
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Schließlich kann die zur Einstellung der Laufgeschwindigkeit der
Kraftquelle (und somit der strömenden Fludmenge) dienende Einrichtung mit einem
auf Zustands änderungen (bezüglich Druck, Temperatur, Dichte, Zusammensetzung, Heizwert
od. dgl) des Fludes ansprechenden Glied derart ver bunden werden, daß eine Verstellung
dieses Gliedes eine Änderung der Laufgeschwindigkeit und dadurch der Stärke des
Fludstromesl in dem Sinne be wirkt, daß dieser so zusätzlich beeinflußte Strom an
der Verbrauchsstelle die gleiche Wirlcung hat will ein nicht zusätzlich beeinflußter,
also immer gleichbleibender, aber stets den Normalzustand aufweisender Strom.
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Die Zeichnung zeigt in vereinfachter Darstellung mehrerer Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Übereinstimmende Teile der verschiedenen Abbildungen sind gleich
bezeichnet.
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Bei der Einrichtung nach Abb. I ist in die zur Verbrauchsstelle 2,
z. B. zu einem Gasbrenner, führende Leitung I eine Meßpumpe, das ist ein auf dem
Verdrängungsvorgang beruhendes Gerät 3 eingebaut, z. B. ein Gehäuse mit zwei darin
dicht eingepaßten, ineinandergreifen den Zahnrädern oder mit umlaufenden Teilen.,
welche in Verbindung mit dem Gehäuse abwechselnd in ihrer Größe zu- und abnehmende
und demzufolge sich füllende und entleerende Kammern bilden. Beim Betrieb dieser
Meßpumpe kann also stets eine ganz bestimmte, durch den Rauminhalt der einzelnen
Zahnlücken bzw. Kammern und durch die Laufgeschwindigkeit bestimmte Fluidmenge je
Zeiteinheit von der einen Seite der Meßpumpe zur anderen Seite übertreten.
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Die Meßpumpe 3 ist an eine ständig mit konstanter Drehzahl umlaufende
Transmissionswelle 4 angeschlossen. Die Welle 4 kann auch von einem elektrischen
Synchronmotor angetrieben werden. Die Förderung des Fludes zur Verbrauchsstelle
geschieht, indem man dieses Fluid unter einen bestimmten Druck setzt, der zweckmäßig
durch einen vor dem Gerät 3 angeordneten Druckregler I8 konstant gehalten wird.
In der Leitung I ist ferner vor der Verbrauchsstelle 2 ein Durchflußregelglied I7
vorgesehen. Außerdem ist ein Differenzdruckmesser I9 so angeordnet, daß er den an
der Meßpumpe 3 auftretende Differenzdruck anzigt, Damit die Laufgeschwindigkeit
der Meßpumpe 3 und somit die letztere durchströmende Fludmenge auf eine bestimmte
Höhe eingestellt werden kann, ist zwischen dieses und die Transmissionswelle 4-
ein stufenlos verstellbares Geschwindkigeitswechselgetriebe eingeschaltet. Dieses
Getriebe besteht im vorligeen Fall aus einer auf der Welle 4 festsitzenden Planscheibe
6 und aus einem reibrad 7, das gegen die Scheibe 6 angepreßt wird und das radial
zur Welle 4 auf seiner Welle 8 verschiebbar ist. Diese Welle 8 ist, beispielsweise
über ein Kegelradgetriebe 9, I0, mit dem beweglichen Teil des Gerätes 3 gekuppelt.
Zur Verstellung des Reibrades 7 radial zur Welle 4 ist an diesem ein Halsring II
vorgesehen, an welchem eine Schraubspindel 12 angreift, die in einer festliegenden
Mutter verschraubbar ist. Je nach der Einstellung des Rades 7 gegenüber der Planscheibe
6 ist die Laufgeschwindigkeit der Meßpumpe 3 kleiner oder größer; von dieser Laufgeschwindigkeit
ist aber die Fludmenge, welche durch die Leitung I der Verbrauchsstelle 2 in der
Zeiteinheit zuströmt, unmittelbar abhängig, Ist also eine bestimmte Laufgeschwindigkeit
eingestellt, so ist auch die Gewähr gegeben, daß der Verbrauchsstelle 2 eine ganz
bestimmte Fludmenge je Zeiteinheit zugeführt wird.
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Diese Menge ist durch die jeweilige Stellung des Reibrades 7 gegenüber
der Planscheibe gegeben, so daß eim diese Stellung an einer festen Skala 15 anzeigender,
beispielsweise mit dem Halsring II fest verbundener Zeiger 16 zugleich diese der
Verbrauchs'stelle 2 zugeführte Fludmenge anzeigt.
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Durch Verstellen des Reibrades 7 auf seiner Welle 8, also durch Änderung
des Ühersetzungsverhältnisses, zwischen Kraftquelle 4 und Meßpumpe 3, ist es möglich,
schnell eine bestimmte, ihrer Größe nach sofort ablesbare andere Fludmenge einzustellen.
Gleichzeitig wird das Regelglied 17 so eingestellt, daß der Differenzdruckmesser
19 einen möglichst niedrigen, vorzugsweise den Differenzdruck Null anzeigt. Die
Meßpumpe 3 wirkt hierbei als eine Art Schleuse, die zwangsweise (durch die Kraftquelle)
so betätigt wird, daß gerade die gewünschte Fludmenge je Zeiteinheit
hindurchtritt.
Die Kraftquelle hat dann im wesentlichen nur die Reibung der bewegten Teile (einschließlich
jener der Meßpumpe 3) zu überwinden.
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Sie hat nur dann eine geringe zusätzliche Antriebskraft aufzubringen,
wenn der Differenzdruck etwas vom Wert Null abweicht, derart, daß ein höherer Druck
hinter der Meßpumpe auftritt. Ein solcher Fall kann auch nach vorhergehender Einstellung
des Differenzdruckes auf den Wert Null eintreten, wenn der Durchflußwiderstand an
der Verbrauchsstelle 2 (z. B. bei einem Brenner durch Verengung der Ausströmöffnung
infolge Koksansatzes) sich erhöht. Andererseits aht die Kraftquelle dann einen gewissen
Arbeistsetrag von der Meßpumpe 2 her aufzunehmen, wenn der kruck for der Meßpumpe
etwas höher ist als hinter ihr. Dies ist beispeilseise der Fall, wenn der Druchflußwiederstand
an der Verbrauchsstelle 2 sich erniedrigt (z. B. bei einem in einem Feuerungskanal
angeordneten Brenner durch Verminderung des Gegendruckes an der Brennermündung infolge
verstärkten Zuges [Unterdruckes] in diesem Kanal). Solche durch allmähliche Änderung
des Durchflußwiderstandes der Verbrauchsstelle sich einstellenden änderungen der
Druckdifferenz an der Meßpumpe können ebenfalls durch entsprechendes Nach regeln
am Durchflußregelglied I7 wieder beseitigt werden.
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Wenn die Welle 4 an eine größere Kraftzentrale angeschlossen ilst,
kann sie ohne weiteres solche geringe, von der Meßpumpe 3 abgegebene Arbeitsbeträge
aufnehmen, ohne daß die Laufgeschwindigkeit eine Änderung erfährt.
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Bei der Einrichtung nach Abb. 2 wird der bewegliche Teil des Gerätes
3 von einem hinsichtlich seiner Drehzahl regelbaren Elektromotor Ao angetrieben,
der beispielsweise aus einem Netz 41 gespeist wird. Zur Drehzahlregelung wird in
eine der zum Anker führenden Leitungen 42, 43 ein Widerstand 45 eingeschaltet, an
welchem eine an die Stromzufhr angeschlssene Kontaktbüste 46 mittels einse Schraubspendel
47 entlag geführt werden kann. Die jeweilige Einstellung dieser Kontaktbürste 46
ist ein Maß für die Drehzahl des Motors 40, also auch für die Fluidmenge, welche
durch die Leitung 1 der Verbrauchsstelle 2 zuströmt. Diese Menge kann wieder ittkel
sines mit der Burste 46 verbundenen Zeigers 16 ud der festlegenden Skala 15 sichtbar
gemacht werden. Ein solcer Motor kann, wenn er reichlich genung bemesen ist, auch
Leistung aufnhemden (als Stromerauetr) arbeiten, ohne seine Drehzahl wesentlich
zu ändern.
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Bei der Einrichtung nach Abb. 3 ist der bewegliche Teil der Meßpumpe
3 an den beweglichen Teil einer Kraftmaschine 50 angechlossen, die von einem Treibmittel
beliebiger Art (Dampf, Druckwasser, Druckluft od. dgl) angetrieben wird, das durch
die Leitung 51 zuströmt und nach Arbeitsabgabe durch die Leitung 52 abgeleitet wird.
Damit diese Maschine unabhängig von ihrer jeweiligen Belastung eine bestimmte Laufges
chwindigkeit einhält, ist an ihren beweglichen Teil ein Fliehkraftregler 53 angeschlossen,
dessen Muffe 54 über einen Hebel 55 auf eine die Treibstoffzufhr uzr Kraftamschine
50 regelndes Glied 56 einwirkt. Die Spannung der der Fliehkraft entgegenwirkenden
Reglerfeder 57 ist verändierlich, so daß die Drehzahl, welche der Fliehkraftregler
konstant hält, verschieden hoch einstell bar ist. Zu diesem Zweck ist das Widerlager
58 für ds nicht an der Muffe 54 anleigende Federende verschiebbar einegerictet,
indem es an eine in der festliegenden mutter 59 verschraubbare Scharubspindel 60
angeschlossen ist. Die die Laufgeschwindigkweit der Karftmaschine und sonan ach
die Stärke des ads Gerät 3 durchziehenden Stromes bestimmende Stellung des Widerlagers
58 wird wieder mittels Zeigers 16 und Skala 15 ersichtlich gemacht.
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Damit die Einrichtung ohne Änderung ihrer Laufgeschwindigkeit auch
gewisse Arbeitsbeträge von der Meßpumpe 3 her aufnehmen kann, ist der bewegliche
Teil der Kraftmascihen 50 mit einer Bermescheibe 62 ausgestatte, auf welche ein
Bremsklotz 63 dann selbsttätig zur Einwirkung kommt, wenn die Laufgeschwindigkeit
der Kraftmaschine trotz Abstellung der Treibstoffzufuhr über den eingestellten Betrag
ansteigen will. Der Fliekraftregler 54 bis 57 eröffnet dann die Treibstoffzufuhrleitung
64 zu einem Zylinder 65, in dem ein an den Bremsklotz 63 angeschlossener Kolben
65 entgegen der Kraft einer Rückholfeder 66 verschieblich ist, sodaß der Bremsklotz
unter dem Druck des Treibmittels an die Bremsscheibe 62 angedrückt wird.
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Der Zylinder 65 ist mit einer engen Ausflußöffnung 67 für das verbrauchte
Treibmittel versehen. Der Bremsklotz 63 geht sonach unter der Kraft der Feder 66
in die unwirksame Lage zurück, sobald der Flieharfterger Die weitere Treibstoffzufhr
zum Zylinder 65 abstellte, Die Bremsweikung wird also selbsttätig so geregelt, daß
der bewegliche Teil der Kraftmaschine immer die jeweils am Fliehkraftergeler eingwtstel
Laufgeschwindigkeit beibehält.
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Abb. 4 zeigt die gleiche Einrichtung wie Abb. I, in Verbindung mit
einer zusätzlichen'Einrichtung (sog. Reduktionseinrichtung), welche bezweckt, die
in der Zeiteinheit zur Verbrauchsstelle 2 strömende Menge, bezogen auf einen bestimmten
Normalzustand (z. B. Normaldruck und Normaltemperatur) konstant zu halten. Zu diesem
Zweck ist ein auf Änderungen des betreffenden Zustandes ansprechendes Glied (Reduktionsglied),
im vorliegenden Beispiel eine Dosenmembran 2I, vorgesehen, in welcher ein Gas eingeschlossen
ist. Diese Dosenmembrau ist in eine in die Zuleitung I eingeschaltete Kammer 20
so eingebaut, daß sie von dem durch die Leitung I strömenden Gas allseitig umspült
wird. Die Stirnwand 22 der Dosenmembran hat von dem festgehaltenen Boden 23 einen
ganz bestimmten Abstand, wenn das die Dose umströmende Gas Normaldruck und Normaltemperatur
aufweist. Steigt dieser Druck oder sinkt die Temperatur, so wird dieser Abstand
kleiner; sinkt der Druck oder wird die Temperatur höhrer, so wird dieser Abstand
größer-Diese Membran Stirmwand 22 ist über ein Gestänge 37 und einen Rückführhebel
38 an den den Zur und Abfluß einer Druckflüssigkeit regelnden Schieber 36 eines
hydraulischen Hilfsmotors angeschlossen,
dessen Kolben 35-mittels,
seiner Stange 34 ein zeites Reibrad 27 verstellt, das auf siener Welle 28 radial
zu der auf der Ribeawelle 8 festiszenden Planscheibe 26 verscheibbar ist. Die Reibrandwelle
28 ist mit dem beweglichen Teil des Gerätes 3 bewegungsübertragend verbunden.
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Die Einrichtung wirkt wie folgt: Denkt man sich den Kolben 35 festgehalten,
so hat auch das Reibrad 27 eine ganz bestimmte Lag relativ zur Planscheibe 26, und
die Einrichtung wirkt ebenso wie im Beispiel nach Abb. I. Sobald sich der Druck
oder die Temperatur des durch Leitung I zuströmenden Gases ändert, erfährt der Schieber
36 eine Verstellung nach der eium oder anderen Seite. Nunmehr kann Drukflüssigkeit
auf eine Seite des Kolbens 35 treten und diesen verschieben. Diese Verschiebung
geht so weit, bis der mit dem Kolben 35 verbundene Rückführhebel 38 den- Schieber
36 wieder in die Mittellage zurückgeführt hat. Mit dem Kolben 35 wird auch das Reibrad
27 verschoben, so daß auch die Laufgeschwindigkeit des Gerätes 3 sich entsprechend
dieser Verschiebung ändert. Infoge der Anordnung des Rückführubels 38 ist die Verscheibung
des Kolbens 35 immer genau proportional der verstllung der Membrandose Stirmn 22.
Druch die Reiduktionseinrichtung wird sonach die jeweilige Laufgeschwindigkeit der
Welle 8 - stets proportional der Verstellung des Reduktiosgliedes 21 verändert.
Es ist hiernahc liecht möglich, die Anordnung so zu treffen, daß diese Laufgeschwindigkeitsänderung
gerade so groß ist. daß die auf den Normalzustand bezogene, zur Verbrauchsstelle
strömende Menge konstant bleibt.
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Eine Reduktionseinrchutng dierser Art kann auch zweichen den beweglichen
Teil des Elektromotors 40 (Abb. 2) oder der Kraftmaschine 50 (Abb. 3) und den beweglichen
Teil des Gerätes 3 eingeschaltet sein.
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Eine andere Möglichkeit, eine bestimmte eingestellte Laufgeschwindigkeit
des beweglichen Teils der Kraftquelle durch ein Reduktionsglied selbsttätig zu beeinflussen,
besteht darin, dieses Reduktiosnglied mit der zur Einstellung einer bestimmten Laufgeschwindigkeit.
dienenden Einrichung so kinematisch zu verbinden, daß die Laufgesciwindigkeit des
beweglichen Teils der Kraftqeulle (z. B.
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Reibrad 7, Anker des Motors 40, Welle der Kraftmaschine 50) nicht
den eingestellten Betrag annimmt, sondern einen Betrag, welcher das Produkt der
eingestellten laufgeschwindikeit und des druch die jeweilige Stellung des Reduktionsgliedes
bestimmten Reduktionsfaktors darstellt.
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Ein Beispiel einer solchen Einricutng ist in Abb. 5 und zwar in Vebindung
mit dem Reibradgetriebe gemäß Abb. I, dargestellt.
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Die zur Einstellung der Laufgeschwindigkeit des Reibrades 7 und der
Welle 8 dienende, in der festliegenden Mutter I3 verschraubbare Schraubspindel 12
greift am Halsring 11 des Reibrades 7 nich unmittelbar, sondern unter Zwischenscltung
des Schwinghebels 70 an, der um einem festilegenden Drehpunkt 71 schwingen kann.
Auf dem hebel 70 ist eine in Richtung seiner Erstreckung verschiebbare Büchse 72
angeordnet. Das in eine Erweiterung 20 der Zuleitung I eingebaute Reduktionsglied
21 überträgt seine Formänderung auf eine geschlossene, mit Flüssigkeit gefüllte
Membrandose 8o, von welcher eine bewegliche Leitung SI zu einer zweiten flüssigkeitsgefüllten
Membrandose 83 führt, die am Hebel 70 gelagert ist. Die Verstellbewegungen des Reduktionsglieds
(im vorliegenden Fall der Stirnwand 22 der Membrandose 2I) haben also verhältnisgliefhe
Verstllbewegungen der Stirnwand 84 der Membrandose 83 zur Folge. Diese Dosenstirnwand
84 ist mittels des Gestänges 74 an die Büchse 72 derart angeschlossen, daß diese
bei einer Verstellung der Stirnwand 84 eine Verstellung in der Längsrichtung des
Hebels 70 erfährt. Die Büchse 72 trägt einen Zapfen 75, an weichen das zum Reibrad
-7 -führende Gestänge 73 mittels eines einen Längsschlictz 76 aufweisenden Auges
angeschlossen ist. Die Anordnung des Ganzen ist so getroffen, daß bei der in der
Zeichnung dargestellten Einstellung des Gerätes 3 auf den Durchfluß Null (bei der
das Reibrad 7 die Wellenscheibe 6 in ihrem Mittelpunkt berührt) der Längsschlitz
76 de in einer festen Führug 78 gerade geführten Gestänge 73 zur Längsrichtung des
Hebels 70 parallel liegt. In dieser Lage hat sonach eine Verschiebung der Büchse
72 keinerlei Einfluß auf die Stellung des Reibrades 7 ; der Einfluß wird aber um
so größer, je weiter der Hebel 70 verschwnket wird, so daß auch hier die erforderliche
Proportionalität zwisehen dem eingestellten Wert der strömenden Menge und der Größe
der Beeinflussung dieses Wertes in Bahängigkeit von der Verstelung des Reduktionsgliedes
21 vorhanden ist. Es ejtspricht sonach die tatsächliche Laufgeschwindigkeit des
Reibradles 7 und der Welle 8 (und somit auch des -Gerätes 3) dem Produkt aus der
an der Schraubspindel I2 eingestellten Laufgeschwindiglceit und dem Reduktionsfakort.
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Anstatt an das Reibrad 7 kann das Gestänge 73 in entsprechender Weise
auch an die Kontaktbüste 46 der Einrchung nach Abb. 2 oder an das Reglerfedr- widerlager
58 der Einrichung nach Abb. 3 angeschlossen sein. In allen Fällen wird die mittels
der Schraubspindel I2 eingestellte Laufgeschwindigkeit des beweglichen Teils der
Kraftquelle selbsttätig so reduziert, daß die der Verbrauchsstelle in der Zeiteinheit
zuströmende Menge an der Verbrauchsstelle die gleiche Wirkung hat wie eine nicht
reduzierte Menge im Normalzustand.
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An Stelle einer unmittelbaren Kraftübertragung vom Reduktionsglied
21 zu der auf dem hebel 70 verschiebbaren Büchse 73 kann auch ein Hilfsmotor treten,
der die Büchse 72 verstellt und dessen Verstellbewegungen vom Reduktionsglied gesteuert
werden.