-
Wasserzähler mit zwei konzentrischen und koaxialen Schrauben Die Erfindung
betrifft Mittel zur Verbesserung der Meßgenauigkeit und der Empfindlichkeit von
Turbinenwasserzählern sowie zur Verringerung der auf die Lagerung solcher Wasserzähler
übertragenen Kräfte. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Wassermesser, welche
zwei konzentrische und koaxiale Schrauben besitzen.
-
Fig. I zeigt einen Wasserzähler mit zwei konzentrischen und koaxialen
Schrauben. Das Wasser tritt durch den Rohrstutzen I ein und wird durch den konvergierenden
Teil 2 mittels feststehender Schaufeln 4 parallel zur Drehachse der Schraube auf
die Schaufeln der inneren Schraube 3 geleitet.
-
AmS Austrittsende der inneren Schraube ist eine Umlenkvorrichtung
5 angeordnet, welche gegebenenfalls mit feststehenden Schaufeln6 versehen ist.
-
Die Urelenkvorrichtung kehrt die Stromrichtung des Wassers um und
läßt es wieder parallel zur Drehachse der Schraube auf die Schaufeln der äußeren
Schraube 7 auftreffen. Die Schaufeln 7 und die Schaufeln 3 sind rechts- bzw. linksgängig.
-
Am Austrittsende der äußeren Schraube wird der Wasserstrom durch
die feststehenden Schaufeln8 geführt und tritt dann durch den Austrittsstutzen lo
aus.
-
Die feststehenden Schaufeln 4, welche mit dem konvergierenden Teil
2 fest verbunden sind, tragen einen Mittelteil I I, in welchem der untere Drehzapfen
der Turbine gelagert ist. Die feststehenden, ebenfalls mit dem konvergierenen Teil
2 verbun-
denen Schaufeln 8 tragen das Rohr 9, dessen Aufgabe darin
besteht, einen Durchtrittsquierschnitt für die äußere Schraube festzulegen, welcher
gleich dem Durchtrittsquerschnitt der inneren Schraube ist.
-
Der Druckverlust, welcher durch den Querschnitt der Schaufeln der
Schrauben 3 und 7 und der feststehenden Schaufeln 6 sowie durch die Reibung an den
festen oder beweglichen Flächen 3, 5, 7, 12, I3, I4, I5 hervorgerufen wird, blewirkt,
daß auf jeder Seite des ringförmigen Spaltraumes 16, welcher sich zwischen dem Einlaß
in die innere Schraube und dem Auslaß aus der äußeren Schraube befindet, ein Druckunterschied
besteht.
-
Dieser Druckunterschied bewirkt: a> ein starkes Lecken je nach
der Höhe des Raumes I6 und somit unvermeidbare Meßfehler und einen Empfindlichkeitsverlust
des Wassermessers, b) einen axialen Stoß auf die Turbine, wodurch eine sehr rasche
Abnutzung der Lagerung erfolgt, so daß die Genauigkeit des Messers in dem Maße,
in welchem die Lagerung abgenutzt wird, infolge der Höhenänderung des ringförmigen
Raumes nachläßt.
-
Die Erfindung zeigt Möglichkeiten, diese Nachteile zu vermeiden.
Die zur Anwendung-kommenden Mittel bestehen darin, daß man den Austrittsraum der
zweiten Schraube mit einem divergierenden System kombiniert, welches zur Druckrückgewinnung
- dient, indem es den Druckunterschied auf jeder Seite des den Eintritts- und den
Austrittsraum der Turbine miteinander in Verbindung bringenden Zwischenraumes I6
beseitigt oder sehr stark verringert. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht,
daß der Querschnitt des Flüssigkeitsaustritts aus der Turbine größ;er ist als der
auf der Eintrittsseite der Flüssigkeit in die Turbine.
-
Die Fig. 2 bis 1 1 zeigen beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung.
-
In Fig. 2 ist eine Turbine mit einer inneren Schraube 3, welche n
Schaufeln mit der Ganghöhe P und eine Höhe H - besitzt, und eine äußere Schraube
7' gezeigt, welche n Schaufeln mit der Gantghöh;ep und eine Höhe h aufweist, so
daß die der Wasserreibung ausgesetzten Flächen sowie die Flächen welchJe für den
Durchgang des Wassers ein Hindernis bilden, sowohl bei der inneren als auch bei
der äußeren Schraube gleich sind.
-
Daraus folgt, daß die Wassergeschwindigkeit im Abschnitts der inneren
Schraube von der im Abschnitt S der äußeren Schraube verschieden ist.
-
Wählt man geeignete Werte von lt, n', P, p, H, lt, s, S, so kann
man einen Geschwindigkeitsunterschied auf jeder Seite des Spaltraumes I6 erzielen,
der, wenn er die geeignete Richtung besitzt, fast den ganzen' Druckverlust ausgleicht,
welcher infolge der Strömungshindernisse und der Reibungen, denen das Wasser während
seines Durchlaufens der Turbine ausgesletzt ist, entsteht. (Bernouillisches Prinzip:
Divergierender Teil von Venturirobren zur Rückgewinnung von Energie.) Wenn - der
Abschnitt S größer, ist als der Abschnitt s, so erfolgt offensichtlich eine Verringerung
der Austrittsgeschwindigkeit infolge des Bfernouilli: schen Phãnòmens, wobei in
diesem Fall d;er d;ive;rgierende Teil durch das Profil der Umlenkvorrichtung 5'
gebildet wird. Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform, welche gegebenenfalls mit
der vorstehend beschriebenen kombiniert werden kann.
-
Dabei wird der Geschwindigkeitsverlust des Wassers in Höhe des Spaltraumes
I6 auf der Austrittsseite der äußeren Schraube mittels eines sich keglig erweiternden
Teiles 18 des Rohres 17 erzielt, welches Rohr 17 die beiden Schrauben der Turbine
von einander trennt.
-
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche mit den in Fig.
2 und 3 gezeigten kombiniert wer den kann. Der sich keglig erweiternde Teil 20 wird
durch die Innenwandung des rohrförmigen Teiles 9' gebildet. Bei dieser Ausführungsform
sind die ~feststehSenden Schaufeln 8' und der Rohteil g' nicht fest miteinander
verbunden, um die Ausfüh rung von Teilen zu erleichtern, welche dem strömenden Wasser
polierte Flächen bieten sollen, um so die Reibung zu verhindern. Diese Art der Anordnung
erirröglicht nämlich die Bearbeitung des kegligen Teiles 20.
-
Fig 5 zeigt eine andere Möglichkeit die Durch trittsquerschnitte
am Eingang in die innere Schraube und am Ausgang aus der äußeren Schraube verschitedjen-
zu gestalten: man wählt den Durchmessers kleiner als den Durchmesser D und den Durchmesser
d1 größer als den Durchm,esser D1, und zwar unabhängig voneinander oder gleichzeitig.
-
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch das Zählergehäuse des Wasserzählers
nach Fig. 2. Bei der in dieser Fig. 6 gezeigtes Ausführungsform wird lein Geschwindigkeitsunterschied
zwischen Eintritt in die und Austritt aus der Turbine mittels feststehender Schaufeln
4 und 8' bewirkt, wobei die Schaufeln 4' eine größere Gesamtquerschnittsfläche besitzen
als die, Schaufeln 8', da die Schaufeln 4' in größerer Anzahl angeordnet sind und
eine größere Dicke aufweisen. Die Anordnung ergibt die nach Bernouilli geeignete
Querschnittsdifferenz, d. h. der Austrittsquerschnitt ist größer als- der Eingangs
querschnitt.
-
Fig. 7 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch das Zähl,ergehäuse des
Wasserzählers nach Fig. 2 (in Draufsicht). Sie zeigt jedoch eine besondere Anordnung
der feststehenden Schaufeln, wodurch die Schwingung,en (Ursache für die Abnutzung
der Lagerung) vermieden werden sollen, welche auftreten könnten, wenn die Anzahl
der feststehenden Schaufeln gleich der Anzahl der Schaufeln der zugehörigen Schraube
ist.
-
Fig. 8 stellt einen weiteren Schnitt von unten gesehen dar und zeigt
die Umlenkvorrfchtung. Man sieht eine besondere Anordnung der feststehenden Schaufeln
6' der Umlenkvorrichtung 5', welche ebenfalls Schwingungen ausschalten soll, - die
auftreten können, wenn die Anzahl der feststehenden Schaufeln gleich der Anzahl
der Schaufeln der inneren Schraube oder der äußeren Schraube oder beider Schrauben
ist.
-
Fig. g zeigt' eine besondere Anordnung des ringförmigen Spaltraumes
I6, b[ei welcher die Abnutzung des Drehz'apfens nur eine - geringe Anderung des
Wasserverlustes
durch Lecken bewirkt. Bei dieser Ausführungsform überdeckt nämlich der keglige Teil
2' reibungsfrei mit geringem Spiel den unteren Teil des rolirförmigen Teiles I7',
wobei jedoch ein gutes Arbeiten des Zählers gewährleistet ist (etwa 0,5 mm). Der
durch dieses Hindernis bewirkte Druckverlust bleibt bei nur geringen Änderungen
der Höhe des Spaltraumes I6 im wesentlichen konstant. Die Wirkung des Hindernisses
kann noch vervollständigt werden, wenn man die Unterkante des Rohres g" oberhalb
der Ebene des Spaltraumes 16 anordnet, um so gemäß der Erfindung eine Querschnittsvergrößerung
an der Austrittsseite zu erzielen.
-
Die Fig. 10, welche wahlweise mit einer odelr mehreren der vorstehend
erläuterten Ausführungsformen kombiniert werden kann, zeigt eine besondere Ausführungsform,
welche es gegebenenfalls ermöglicht, die Fläche, an welcher eine Wasser reibung
auftritt, auf der Seite der äußeren Schraube gleich der Reibungsfiäche auf der Seite
der inneren Schraube zu machen, und zwar im Fall, wo diese Gleichheit infolge der
Abmessungen des Wasserzählers nicht mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung erzielt
werden kann. Zu diesem- Zweck ordnet man rund um die äußere Schraube der Turbine
den rohrförmigen Teil 21 an, wobei dieses Rohr dieselbe Höhe wie die Schaufeln der
Schraube, welche es umschließt, besitzen kann. Der rohrförmige Teil 9"' erhält eine
solche Aussparung, daß das Rohr 21 frei drehbar ist.
-
Fig. in ist eine abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 10 und kann
dann Anwendung finden, wenn die Abmessungen des Wasserzählers eine Verkleinerung
der Reibungsflächen der inneren Schraube gegenüber den Reibungsflächen der äußeren
Schraube erforderlich machen. Bei dieser Ausführungsform liegt die Höhe des Rohrteiles
I7 zwischen der Höhe der inneren und der der äußeren Schraube.
-
In diesem Fall befindet sich der ringförmige Spaltraum I6 oberhalb
der Eintrittsöffnung22 der inneren Schraube. Die Fig. Il zeigt deutlich die Kombination
mit den in Fig., 2 unrd 3 gezeigten Ausführungsformen, und man sieht sehr genau
die den Bernouilllschen Effekt ergebenden divergierenden konischen Teile 18' und
20'.
-
Dic Verbindung von zwei oder mehreren der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen und die Anwendung äquivalenter Mittel zur Erzielung desselben
Bzernouillischen Effekts, indem man nämlich den Austritts'raum der äußeren Schraube
mit einem divergiEerenden System kombiniert, welches eine Druckrückgewinnung durch
Aufhebung oder sehr weitgehende Verringerung der Druckdifferenz auf jeder Seite
des den Eintrittsraum und den Austrittsraum der Turbine verbindenden Raumes bewirkt,
gehört durchaus in den Rahmen der Erfindung. Die Erfindung findet insbesondere auch
dann Anwendung, wenn das Wasser durch die äußere Schraube eintritt.
-
In diesem Fall müßten sich alle divergierenden Anordnungen an der
inneren Schraube befinden, w,elche die Austrittsseite bildet. Die Kombination divergierender
Teile mit der Austrittsschraube könnte auch auf einen Wasserzähler Anwendung finden,
dessen beide Schrauben zwar koaxial, jedoch nicht konzentrisch verlaufen, sondern
wobei die eine die Verlängerung der anderen bildet. Die Erfindung könnte auch auf
eine Turbine mit einer einzigen Schraube Anwendung finden, wobei ebenfalls das Austrittsende
mit einem divergierenden System kombiniert wird, um so denselben Zweck zu erzielen.
-
PATENTANSPRCE: I. Turbinenflüssigkeitszähler mit zwei konzentrischen
und koaxialen Schrauben, wobei ein kommunizierender Spaltraum' zwischen der in die
eine Schraube der Turbine eintretenden Flüssigkeit und der aus der anderen Schraube
austretenden Flüssigkeit besteht, wodurch eine Leckstelie gebildet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Flüssigkeitsaustritts aus der Turbine größer
ist als der auf der Eintrittsseite der Flüssigkeit in die Turbine.
-
2. Flüssigkeitsmesser nach Ansplruch 1, da. durch gekennzeichn,et,
daß die den Flüssigkeitsaustritt aus der Turbine bildenden Flächen divergierend
verlaufen und daß die Divergenz entweder in der die Turbine umgebenden feststehenden
Wand oder in der die beiden Schraube ben trennenden beweglichen Wand oder gleichzeitig
in beiden gebildet wird.