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DurchFlußmesser
Die Erfindung betrifft Durchflußmesser, bei denen die
Durchflußmenge mittels der dieser verhältnisgleichen Durchflußmenge eines Hilfsstromes
gemessen wird, und bezweckt, einen Durchflußmesser zu schaffen, der sich durch große
Genauigkeit auszeichnet, insbesondere dadurch, daß er keine Stopfbüchsen od. dgl.
aufweist.
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Die Zeichnung bringt in vier Figuren je ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes in grundzügiger Darstellung.
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Es bezeichnet heim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. I) I die im folgenden
auch Hauptleitung genannte Leitung, deren Durchflußmenge zu messen ist und die in
Richtung des Pfeiles 2 von einem Strömungsmittel durchströmt wird. Die Leitung I
hat eine Blende 3, vor und hinter der je eine Zweigleitung 4 oder 5 zu einem Gehäuseraum
6 oder 7 eines Gehäuses 8 führt, das in der Mitte durch eine Wand g unterteilt ist.
An der der Wand g abgekehrten Seite sind die Räume 6 oder 7 durch je eine Membran
10 oder ii abgeschlossen. Durch die Gehäusestirnwände I2 oder I3 entsteht außerhalb
der Membranen 10 oder II je ein zusätzlicher Gehäuseraum 14 oder I5. Die Räume 14
und 15 sind durch eine mit einer Blende 17 versehene Leitung I6 verbunden. An der
Stirnwand 12 befindet sich ein Ventilsitz I8 für einen Ventilkörper 20, der mittels
einer Stange 22 mit der Membran 10 verbunden ist und das Ventil I8, 20 öffnet, wenn
sich die Membran 10 nach außen zu durchbiegt. Auf der anderen Seite befindet sich
ein Ventilsitz 19 für einen Ventilkörper 2I, der an
der Membran
II sitzt und das Ventil 19, 21 öffnet, wenn sich die Membran 11 nach innen zu durchbiegt.
Öffnet sich das Ventil 18, 20. so wird der Raum 14 mit einer von einem Gebläse 26
kommenden Leitung 24 verbunden öffnet sich auf der anderen Seite das Ventil I9,
21, so wird der Raum 15 mit einer Leitung 25 verbunden. die zum Eintrittsstutzen
eines Gasmessers 27 führt. Vom Austrittsstutzen des Gasmessers 27 führt eine Leitung
28 zum Gebläse 26 zurüvk. In der Leitung 28 befindet sich eine Blende 29, beiderseits
deren eine Druckunterschiedsmmeser 30 anch Art eines U-Rohres angeschlossen ist.
Ein entsprechender Messer 3I befindet sich beiderseits der Blende 3 an der Hauptleitung
1.
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Bei der im folgenden beschriebenen Wirkungsweise ist, worauf später
noch näher eingegangen wird, angenommen, daß der Druck in der Leitung 24 den Druck
in der Hauptleitung I vor der Blende 2 in jedem Fall, also gleichviel, ob in dieser
Strömung herrscht oder nicht, überweigt und eiltsprechend der Druck in der Leitung
25 den Druck in der Hauptleitung I hinter der Blende 2 unterwiegt. herrscht null
in der Hauptleitung keine Strömung, so ist der Druck in 6 und 7 gleich groß. ebenso
ist der Druck in 14 und 15 gleich groß, da diese beiden Räume durch die leitung
16 verbunden sind. Es muß aber auch der Druck in 6 oder 7 gleich dem Druck in 14
o4er 15 sein, denn bei Überdurck in 14 oder 15 wäre die Membran 11 von links her
überlastet, und das Ventil 19, 21 würde sich öffnen und so lange geöffnet bleiben,
his zwischen 7 unct 15 und damit auch zwischen 6 und 14 gleicher Druck herrscht.
Andererseits wäre bei Unterdurck in 14 oder 15 die Membran 10 von links her überlastet.
und das Ventil 18, 20 würde sich öffnen und so lange geöffnet bleiben, bis zwischen
6 und 14 und damit auch zwischen 7 und 15 gleicher Druck herrscht. Es herrscht somit,
solange in der Hauptleitung I keine Strömung vorhanden ist, in I5, 7, 6, 14 gleicher
Druck. Tritt nun in der Hauptleitung I Strömung auf. so steigt der Druck in 6 und
fällt in 7. Es öffnet sich somit sowohl das Ventil 18, 20 als auch das Ventil 19,
21, und es tritt infolge des Zuströmens von Hilfsstrom voll 24 her und des Abströmens
von Hilfsstrom nach 25 hin ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Druck in 14
gleich ist dem in 6 uiid der in 15 gleich dem in 7, Es ist dann also der Druckunterschied
beiderseits der Blende, (Räume 6 und 7) gleich dem Druckunterschied beiderseits
der Blende I7 (Räume 14 und I5) und somit die Durchflußmenge des Hilfsstromes in
I6 immer Verhältnisgleich der Durchflußmenge in I. Der hilfsstrom fließt dem Gaszähler
27 zu und von da wieter zum Gebläse 26. Hierdurch ergibt sich für den Hilfsstrom
ein in sich geschlossener Weg 26.
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24. 14. I6, 15. 25, 27, 28, 26. Auf Näheres braucht nicht eingegangen
zu werden. da hinsichtlich des Hilfsstromes alles gilt. was dem Fachmann von dr
Teilstrommessung her berkannt sit. Mit der kommunizierenden Röh-re 31 wird der Druckunterschied
des Strömungsmittels in der Hauptlei tung 1 im Bereich der Blende 3 und mit der
kommunizierenden Röhre 30 der Druckunterschied des Hilfsstromes in der Hilfsstromleitung
28 im Bereich der Blende 29 gemessen. Die beiden Meßvorrichtung 30 und 31 können
also unter sich geprüft werden und auch zur Prüfung des Gaszählers dienen. Die Meßvorrichtung
30 könnte auch im Bereich der Blende I7 vorgesehen werden.
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Die Menge des Hilfsstromes wird hier durch zmei in diesem hintereinanderliegende
Durchflußregler IS, 20 und I9, 21 geregelt. wobei in der Leitung 16 zwischen diesen
eine Blende I7 vorgesehen ist und wobei der Durchflußregler 18, 20 gesteuert wird
durch den Druckunterschied zwischen dem Druck in der Hauptleitun vor der Blende
3, d. h. dem Druck im Raume 6, und dem wirksamen Eintrittsdruck des Hilfsstromes,
d. h. dem Druck im Raum I4, wo der Druck des zugeleiteten Hilfsstromes durch den
Durchflußregler 18, 20 auf den Druck herabgesetzt worden sit, mit dem er auf die
Membran 10 wirkt. Entsprechend wird der andere Durchflußregler I9, 2I gesteuert
durch den Druckunterschied zwischen dem Druck in der Hauptleitung hinter der Blende
3. d. h. dem Druck im Raum 7, und dem tirksamen Austrittsdruck des Hilfsstromes,
d. h. dem Druck im Raum 15. wo der Druck des abzulietenden Hilfsstromes durch den
Durchflußregler 19, 21 auf der Höhe gehalten wird, mit dem er auf die Membran ii
wirkt. Die Membranen 10 und 1 1, die die Steuerglieder für die Durchflußregler 18.
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20 oder I9, 21 bilden, können durch in Zylindern verschiebbere Kolben
ode auch durch Ringwaagen ersetzt werden. Ebenso können an Stelle der Hubventile
18, 20 und I9, 2I, die hier die Durchflußregler bilden, Schieber, seien es Flach-
oder Kolbenschieber, vorgesehen werden. Es ist nicht nötig, daß der Hilfsstrom einen
in sich geschlossenen Kreisstrom bildet; es kann auch der Hilfsstrom hinter dem
Gaszähler 27 ins Freie treten und das Gebläse aus dem Freien ansaugen. Dies gilt
für den vorherrschenden Fall, daß nämlich in der Leitung 1 überatmosphärischer Druck
herrscht.
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Würde es sich um unteratmosphärischen Druck handeln, so müßte der
Durchflußmesser 18, 20 aus dem Freien ansaugen und das Geliläse 26 ins Freie fördern.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sindd die durch die Drücke
belasteten Flächen der Membranen 10 und II gleich groß. Es ist deshalb für solche
Verhältnisse geeignet, wo ein Hilfsstrom mit einem Druck zur Verfügung steht, der
den Druck in der Hauptleitung in jedem Falle, jedoch nicht zu reichlich übersteigt.
Das folgende Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist dann zu empfehlen. wenn der Druck
in der Hauptleitung bedeutelld niedriger ist als der des Hilfsstromes.
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Die Zweigleitungen 4 und 5 (Fig. 2j sind hier mit Räumen 40 und 41
verbunden, die durch eine Membran 42 oder 43 abgeschlossen sind. Die Membranen 42
und 43 sind mittels einer Stange 44 oder 45 mit einer Membran 46 oder 47 gekuppelt.
die einen kleineren Durchmesser hat. Der Raum 48
zwischen den Membranen
42 42 und 46 und der Raum 49 zwischen den Membranen 43 und 47 stehen mit der Außenluft
in Verbindung. Die Membran 46 bildet den Abschluß eines Raumes 50, der dieser gegenüber
durch eine Stirnwand 52 abgeschlossen ist, und die Membran 47 hildet den Abschluß
eines Raumes 51, der dieser gegenüber durch eine Stirnwand 53 abgeschlossen ist.
In der aus der Zeichnung ersichtlichell Weise trägt die Membran 46 einen Ventilkörper
54 zum Abschluß einer in der Stirnwand 52 vorgesehenen Öffnung, durch die der Raum
50 mit einem Raum 56 verbunden ist, und trägt die Membran 47 einenVelltilkörper
55 zum Abschluß einer in der Stirnwand 53 vorgesehenen Öffnung, durch die der Raum
51 mit einem Raum 57 verbunden ist. In den Raum 56 mündet die Zuflußleitung 58 des
hilfsstromes; aus dem Raum 57 führt die Hilfsstromleitung 59 zum Einlaßstutzen eines
Gaszählers 60, dessen Auslaßstutzen ins Freie mündet. Die Räume 50 und 5 sind durch
eine der Leitung 16 des ersten Ausfürhungsbeispieles entsprechende Leitung 61 verbunden,
iii der sich eine der Blende 17 entspreuchende Blende 62 befindet. Nor der Blende
62 62 führt die Leitung 6I als eine Art Heizschlaiige 63 entweder unmittelbar um
oder durch die Hauptleitung I, und hinter der Blende 62 führt sie als eine Art Kühlschlange
64 durch einen mit einem Kühlmittel gefüllten Behälter 65.
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Für die im folgenden Beschriebene Wirkungsweise der Vorrichtung sei
angellommell, daß die Fläche der Membran 42 oder 43 at-mal so groß ist wie die der
Membran 46 oder 47 und der Druck in der Zuflußleitung 58 den Druck in der Huptleitung
I von der Blende 3 in jedem Falle. also auch bei Strömung, um mehr als das n-fache
über wiegt. Es ergibt sich dann all Hand des zum ersten Ausführungsbeispiel Ausgeführten,
daß. wenn in der Hauptleitung keine Strömung herrscht, der Druck in 56 oder 57 n-mal
so groß ist wie in 40 oder 4I, daß die Ventilkörper 54 und 55 schließen und somit
keine Strömung in der Hilfsstromleitung vorhanden ist. Es ergibt sich ebenso weiter
sinngemäß, daß bei Strömung in der Hauptleitung ein Hilfsstrom von 58 über 56, 50,
6I, 63. 6I. 64.
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6I, 51, 57, 59 zum Gaszähler60 entsteht und daß die Durchflußmenge
des Hilfsstromes der Durchflußmenge in der Hauptleitung I verhältnisgleich ist.
Für den Fall, daß es sich um Messung vo:i Dampf od. dgl. handelt, dient die Heizschlange
63 dazu, den Hilfsstrom vor der Blende 62 auf den Wärmegrad des Strömungsmittels
zu bringen, so daß auch im Hilfsstrom eine der Viskosität des Dampfes entsprechende
Viskosität herrscht. Die Kühlschlange 64 kühlt den hilfsstrom dann wieder herab,
so daß im Gasmesser bei Einheitstemperatur gemessen werden kann.
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Es ist hier ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Hilfsstrom
einen bedeutend größeren Druck hat als das Strömungsmittel, wo also die Membranen
42 und 43 größer sind als die Membranen 46 und 47. Es ist aber leicht einzusehen.
daß, wenn man urngekehrt die membranen 46 und 47 größer wählt als die Membranen
42 und 43, die Vorrichtung sich für solche Fälle eignet, wo der Druck des Hilfsstromes
niedriger ist als der des Strömungsmittels. Ferner sei noch folgendes erwähnt: Die
Räume 48 und 49 stehen hier mit der Außenluft in Verbindung. Der wechselnde l) ruck
der Atmosphäre wirkt aber auf verschieden große Flächen der Membranen und beeinflußt
die Genauigkeit der Messungen. Man kann diesen Einfluß ausschalten, wenn man die
Räume 48 und 49 nach außen abschließt und sie mit einem genügend großen Raum verbindet,
worin immer der gleiche Druck, beispielsweise voll 760 mm Quecksilhersäule, herrscht.
Bei Ersatz der Membranen durch Kolben wären diese hier Stufenkolben.
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Beim dritten Ausfühjrungsbeispiel (Fig. 3) sind die Membranen 42
und 43 des zweiten Ausführungsbeispiels durch je eine Bourdon-Röhre 70 oder 71 ersetzt,
an deren freiem Ende eine Stange 72 oder 73 angreift, die mit ihrem anderen Ende
aii den einen Arm 74 oder 75 eines Hebels 74. 76 oder 75, 77 angelenkt ist, dessen
anderer Arm 76 oder 77 über eine Stange 78 oder 79 mit einer Membran So oder 81
veri) undell ist, die einen Raum 82 oder S3 ahschließt. 84 und 85 sind die mit der
Membran so oder SI verbundenen Ventilkörper. 86 ist die Leitung, die die Räume 82
und 83 verbindet, und 87 die Blende darin. 88 ist die in 82 mündende Hilfsstromleitung
und 89 die Leitung, die den Raum 83 mit dem Einlaßstutzell des Gasmessers go verhindet.
Auch hier kann der Einfluß der Änderung des atmosphärischen Druckes ausgeschaltet
werden, z. B. dadurch, daß man die Bourdon-Röhren und die Membrangchäuse einschließlich
der Hebel und der zugehörigen Gestänge iil einem Raum gleich bleibenden Druckes
unterbringt.
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Mit Rücksicht auf das früher Gesagte braucht die Wirkungsweise des
Gerätes nicht beschrieben zu werden. Vorzugsweise ist dieses Ausführungsheispiel
für sehr hohe Drücke in der Hauptleitung bestimmt. Man erkennt aber, daß dies nicht
unbedingt der Fall zu sein braucht, weil man durch Verschiebung des Drehpunktes
der Hebel nach oben, also durch Vergrößerung der Hebelarme 74 oder 75 auf Kosten
der Hebelarme 76 oder 77, die Kraftäußerungen der Bourdon-Röhren gegenüber denen
der Membranen leicht umkehren kann.
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Beim vierten Ausfürhungsbeispiel (Fig. 4) münden die Zweigleitungen
4 und 5 in Räume 100 oder IOI, die durch Membranen 102 oder 103 abgeschlossen sind.
Die beiden Membranen sind durch je eine Stange mit einem um einen Festpunkt 104
drehbaren Hebel 105 verbunden. Die Leitung 4 führt ferner zu einer Bourdon-Röhre
106. Die Hilfsstromzuleitung 107 mündet in einen Gehäuseraum 108. der durch eine
Membran 1 10 abgeschlossen ist und über eine Leitung 112 mit Blende 113 mit einem
Raum 109 verbunden ist. der durch eine Membran 1 1 1 abgeschlossen ist. Von Raum
109 führt die Hilsstromabflußleitung 114 zum Gaszähler 115. 116 ist ein mit der
Membran 110 und 117 ein mit der Membran 111 verbundener Ventilkörper.
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Die beiden Membranen IIO und III sind durch einen doppelarmigen Hebel
118, 119 verbunden, an dem in der Mitte eine Stange 120 angreift, deren aderes Ende
mit dem freien Ende der Bourdon-Röhre 106 verbunden ist. Das untere Ende 119 des
Hebels II8, 119 ist über eine Stange 121 mit dem freien Ende des Hebels 105 verbunden.
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Herrscht zunächst in der Hauptleitung l Druck, aber keiner Strömung,
so versucht die Bourdon-Röhre 106 sich zu strecken und belastet über den Hebel II8,
119 die Ventilkörper 116 und 117. Der Ventilkörper 117 kann diesem Druck nicht nachgeben,
er legt sich vielmehr nur fester gegen seinen Sitz, dagegen hebt sich der Ventilkörper
1 16 von seinem Sitz ab, und es strömt Hilfsstrom aus 107 in den Raum 108 und weiter
in IO9 ein. Hierdurch werden die Membranen 110 und III so belastet, daß sie den
Hebel 118, 119 entgegen dem Druck der Bourdon-Röhre zurückdrängen, und zwar so weit,
bis der Ventilkörper 116 die Hilfsstromleitung 107 absperrt. Es herrscht nunmehr
ein Gleichgewichtszustand, bei dem der Druck des Hilfsstromes auf die Membranen
110 und III gleich ist dem in der Bourdon-Röhre erzeguten Druck aus der Hauptleitung
1. Der Druck in den Räumen 108 und IO9 ist soweit immer verhältnisgleich dem Druck
in der Hauptleitung 1. Da der Druck aus 4 und 5 in 100 und IOI auf die Membranen
102 und 103, hierbei gleich groß ist, so bleiben hierbei der Hebel 101 und die Stange
121 in ihrer Ausgangsstellung, beeinflussen also die geschilderten Vorgänge nicht.
Tritt jetzt in der Hauptleitung I Strömung auf, so überwiegt der Druck in 100 den
in 101, der Hebel 105 wird somit durch die Membran 102 entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht, und die Stange 121 dreht den Hebel 118, 119 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn.
Damit heben sich die Ventilkörper 116 und 117 von ihrem Sitz ab, und es strömt der
Hilfsstrom auf dem Weg 107, 108, 112, IO9 und 114 dem Gaszähler 115 zu. Da der hebel
118, 119 hierbei ein Drehmoment erhalten hat, das dem Druckunterschied in der Hauptleitung
vor und hinter der Blende 3 verhältnisgleich ist, und die Ventile 116 und 117 sich
diesem Drehmoment entsprechend geöffnet haben, ist die Durchflußmenge des Hilfsstromes
verhältnisgleich der Durchflußmenge des Strömungsmittels in der Hauptleitung. Am
Drehpunkt des Hebels 118, 119 hat sich hierbei nichts geändert, da der vorher beschriebene
Gleichgewichtxzustand derselbe geblieben ist, mit der Ausnahme, dan die Drücke in
den Räumen 108 und 109 auf die Membranen IIO und III zwar verschieden groß sind,
ihre Summe aber dieselbe geblieben ist. Die beschriebene Bauart hat den Vorteil,
daß die Drücke der Hauptleitung vor und hinter der Blende 3 gegenüber dem Drucfk
des Hilfsstromes auf seine Membranen 110 und 111 nicht mehr einzeln in voller Höhe,
sondern nur als Druckunterschied zur Wirkung kommen. Die Bauart hat daher bei hohen
Drücken den Vorteil großer Genauigkeit. Der Druck des Hilfsstromes muß hier so groß
sein, daß sein Druck auf die Membranen IIO und 111 die Bourdon-Röhre, in der Druck
aus der Hauptleitung herrscht, in ihre Ausgangsstellung zurückdrücken kann. Es sei
noch erwähnt, daß man bei höheren Drücken die Membranen 102 und 103 nebst ihren
Gehäusen zweckmäßig durch eine Ringwaage ersetzen wird. Die dargestellte Bauart
ist hier gewählt, weil sie die Wirkungsweise einfacher veranschaulicht. Die Stange
121 kann mit ihrem Gelenkpunkt am Hebel 101 verschiebbar angeordnet werden, und
die Stange I2I kann so ausgebildet sein, daß ihre Länge sich leicht verändern läßt.
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Allgemein sei noch bemerkt, daß Einrichtungen vorgesehen werden können,
die einer Beschädigung der Geräte bei Ausbleiben des Hilfsstromes vorbeugen, die
also insbesondere ein übermäßiges Durchbiegen der Membranen durch Anschläge verhüten
und übermäßige Drücke zwischen Ventilkörper und Ventilsitz dadurch verhindern, daß
einer von diesen beiden Teilen bei Überschreitung eines bestimmten Druckes ausweicht.
Ventile der letzten Art sind aus der Patentschrfft 819 321 bekannt.