FI63489C - Maetanordning som utnyttjar stroemning - Google Patents

Description

ΚΞβϊΠΠ l-ftl KUULUTUSJULKAISU ^-r/QQ

J®a M <11)utlAocnino$skrift 6Möy ig® c (45) ρ^^Γ-^lat''7 10 16 1933 ^ 1 ^ (51) Kv.lk.3/lnt.CL3 G 01 F 1/12 SUOMI—FINLAND (21) PKanttlhftkamua—Pacanttnaeiuiing 8015Ö9 (22) Hak«mitpU«t—AmMnrins^ag 05* 80 ' (23) Alkupllvi—GikifhMsdif l6.05.80 (41) Tulta (uIMmU — BNvM offandig 17.11.8l

Mwitti- J« r«kist«rilMllitiM ίΑΆ ....______________to k«.Liuu«i— nil„„

Ptoant· och rafietarstyralMn ^ AmokanutAgdoch«iatAmpubUund 28.02.83 (32)(33)(31) uiuolkuu»—Begird prfcxitac (71)(72) Seppo Sakari Seppänen, PL 202, 02111 Espoo 11, Suomi-Finland(FI) (7M Ins.tsto Olli Heikinheimo Ky (5M Virtauskäyttöinen mittalaite - Mätanordning som utnyttjar strömning

Keksinnön kohteena on nesteen, kaasun tai vastaavan väliaineen virtausta hyväkseen käyttävä mittalaite, joka käsittää virtaus-putken, sen sisään koaksiaalisesti asennetun roottorin, roottorin kierroslukulaskurin tai vastaavan elimen ja virtaussuunnassa ennen roottoria sijoitetun virtauksen ohjausvälineen.

Keksinnön mukainen mittalaite on tarkoitettu väliaineen fysikaali-t sen tai kemiallisen suureen kuten tilavuusvirran, massavirran, lämpömäärän, pitoisuuden, seossuhteen tai vastaavan suureen mittaamiseen.

Ennestään tunnetaan sellaisia virtauksen mittaukseen tarkoitettuja laitteita, joissa virtausputkeen on koaksiaalisesti asennettu roottori ja sen eteen virtausta päävirtaussuunnasta poikkeuttava kiinteä johtosiivikko. Suoraan etenevä virtaus saa johtosiivikon avulla ruuvimaisen tai vastaavan nopeuskomponentin, joka vuorostaan saa roottorin pyörimään. Roottorin pyörimisnopeus lasketaan kierros-lukulaskurilla ja tuloksen perusteella voidaan laskea, tai sopivan 6 2 4 8 9 elektronisen laitteen avulla saada suoraan, virtausnopeus ja edelleen tilavuusvirta. Muita virtaavan väliaineen ominaisuuksista riippuvia suureita ei voida suoraan mitata.

Saksalaisista hakemusjulkaisuista n:o DE-OS 1 931 498, n:o DE-OS 2 010 390 tunnetaan sellaisia lämpömäärän mittareita, joissa neste virtaa virtausputkeen asennetun turbiinin läpi. Nesteen lämpötilan muutokset vaikuttavat sopivasti bimetallista valmistettuihin turbiinin siipiin niiden kulmaa muuttaen. Tällöin lämpötilan muutos saa aikaan myös muutoksen siipien geometriassa ja edelleen turbiinin * pyörimisnopeudessa.

Epäkohtana edellä kuvatussa laitteessa on mm. se, että turbiini tulee näin valmistettuna suhteellisen raskaaksi. Lisäksi sitä on käytännössä vaikea saada reagoimaan lämpötilan vaihteluihin riittävän tarkasti. Tällaista mittalaitetta ei voida käyttää muuhun kuin lämpömäärän mittaamiseen.

Edellä esitetyn laitteen epäkohtana voidaan vielä todeta, että turbiinin siipien vino asento aiheuttaa sen, että turbiiniin kohdistuu melkoinen virtauksesta johtuva aksiaalinen voimakomponentti, joka on otettava vastaan laakeroinnilla. Tämä vaikuttaa sekä laitteen herkkyyteen että sen käyttöikään.

Suomalaisesta julkiseksi tulleesta patenttihakemuksesta n:o 793299 tunnetaan lämpömäärän mittalaite, jossa turbiini tai roottori ja lämpötilan muutoksiin reagoiva bimetallinen ohjauselin ovat erilliset, jolloin edellä saksalaisissa hakemusjulkaisuissa esitettyjen mittalaitteiden eräät epäkohdat voidaan välttää. Kuitenkin ohjaus-siivikon valmistaminen bimetallista on hankalaa ja sen herkkyydessä on toivomisen varaa.

Keksinnön tarkoituksena on mm. edellä esitettyjen epäkohtien poistaminen ja sellaisen virtausta hyväkseen käyttävän mittalaitteen toteuttaminen, joka soveltuu monenlaisten nestemäisten tai kaasumaisten väliaineiden mittaukseen. Tämä saadaan aikaan niiden keksinnön tunnusomaisten piirteiden avulla, jotka on pääasiassa esitetty ensimmäisessä patenttivaatimuksessa.

3 63489

Keksinnön mukaisen mittalaitteen tärkeimpiä etuja ovat sen yksinkertainen, toimintavarma ja valmistuskustannuksiltaan edullinen rakenne. Ohjausvälineen jakaminen suuntaimeen ja ohjaimeen erityisesti yhdessä patenttivaatimuksessa 4 esitetyn rakenteen kanssa takaa sen, että roottori lähtee*herkästi pyörimään ja sen pyörimisnopeus on suoraan verrajinplline^i mitattavaan suureeseen, kuten lämpötilaan ja tilavuusvirtaan.?

Mittalaitteessa käytetystä anturista riippuen virtaavan nesteen haluttu mitattava ominaisuus voidaan muuntaa roottorin pyörimisnopeuden mittaamiseksi ja edelleen käsitellä sopivalla tavalla. Anturia vaihtamalla mittalaitetta voidaan muunnella perusrakenteen pysyessä samanlaisena.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti lähinnä lämpö-määrän mittalaitteeseen perustuen oheisten piirustusten avulla.

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti pitkittäistä leikkauskuvantoa eräästä keksinnön edullisesta toteutusesimerkistä Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti suuntainta ja ohjainta ja niiden toimintaa

Kuvio 3 esittää kaaviomaisesti erästä toista suuntaimen ja ohjaimen toteutusesimerkkiä ja niiden toimintaa.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen mittalaitteen edullinen toteutusesimerkki lämpömäärämittariksi sovellettuna. Kuvion 1 mukaisesti mittariin kuuluu virtausputki 1, jonka sisään on koaksiaali-sesti asennettu roottori 2 laakereiden 3 varaan. Roottorin siivet 4 ovat roottorin akselin ja samalla väliaineen päävirtaussuunnan C suuntaiset. Välittömästi roottorin 2 eteen virtausuunnassa C on sijoitettu ohjausväline, joka käsittää toistensa suhteen kierrettävissä olevat osat, suuntaimen 8 ja ohjaimen 9. Roottorin kierrosten lukumäärä lasketaan roottorin siipeen 4 sijoitetun magneetin 10, reed-releen ja elektronisen laskurin 11 avulla.

Suuntain 8 ja anturi 7, joka on tässä tapauksessa spiraalimainen bimetallijousi, on yhdistetty toisiinsa kiinteästi samalle akselille 6, joka on koaksiaalisesti kärkilaakeroitu ohjaimen 9 ja apukeskiön 12 väliin. Anturin 7 toinen pää on kiinnitetty virtausputkeen 1.

62 4 89

Ohjausvälineen rakenne ja toiminta on esitetty tarkemmin kuviossa 2, jossa ohjausväline on levitetty tasoon sen toiminnan havainnollistamiseksi. Virtaavan väliaineen lämpötilan vastatessa ennalta määrättyä vertailutasoa ohjausvälineen suuntain 8 ja ohjain 9 ovat kiinni toisissaan ja virtaus kulkee päävirtaussuuntaan C suoraan ja symmetrisesti ohjausvälineen ympäri (kuvio 3 A). Tästä johtuen roottorikaan 2 ei pyöri. Kun väliaine lämpenee, bimetallianturi 7 toteaa sen ja kiertää akselin 6 välityksellä suuntainta 8. Tämän seurauksena suun-taimen 8 ja ohjaimen 9 väliset vinot kanavat 16 (kuvio 3 B)avautuvat ja väliaine saa vinon, spiraalimaisen tai ruuvimaisen, liikekompo-nentin. Tämä panee roottorin 2 pyörimään.

Ohjausväline muodostuu suuntaimesta 8 ja ohjaimesta 9, jotka ovat virtausputkeen 1 koaksiaalisesti asennettuja ja toistensa suhteen anturin 7 antaman viestin perusteella kierrettävissä olevia elimiä. Tässä toteutusesimerkissä ohjausvälineen osat 8, 9 voivat kiertyä 60° toisiinsa nähden.

Ohjain 9 muodostuu kahdesta tai useammasta, kuviossa 2 kolmesta, keskiöön 12 liittyvästä elimestä 13, jotka ovat poikkileikkaukseltaan edullisimmin kolmiomaisia teräväkulma tai vastaava päävirtaussuuntaa C vasten. Suuntain 8 muodostuu vastaavasti kahdesta tai useammasta, kuviossa 2 kolmesta, keskiöön 14 liittyvästä ohjaimen 9 elimien 13 kaltaisesta elimestä 15, jonka kaksi sivua 15a ja 15b ovat ohjaimen sivujen 13a ja 13b suuntaiset ja niihin yhteensopivat. Ohjaimen 9 ja suuntaimen 8 keskiöt 12 ja 14 on asennettu virtaus-putkeen peräkkäin ja lähekkäin niin, että elimet 13 ja 15 järjestyvät lomittain ja muodostavat välilleen virtauskanavat 16 ja 17.

Kuvio 2 A esittää tilannetta, jossa päävirtaussuunnan C suuntaiset kanavat 17 ovat auki ja jossa siis vain virtauskomponentti A vaikuttaa. Kuvion 2B tilanteessa kanava 16 on auennut ja virtaus-komponentti B vaikuttaa ja roottori pyörii. Virtauskomponentin B suuruus on verrannollinen avautuneen kanavan poikkipinta-alaan.

Siitä seuraa, että roottorin 2 pyörimisnopeus on verrannolinen suuntaimen ja ohjaimen väliseen kulmamuutokseen. Kuviossa 2 C virtauskomponentin A kanava 17 on sulkeutunut. Koko virtaus C johdetaan roottoria pyörittävän kanavan 16 kautta.

63489

Kanavien 16 ja 17 yhteenlaskettu poikkipinta-ala pysyy vakiona suuntaimen 8 ja ohjaimen 9 välisestä kulmamuutoksesta huolimatta. Tällöin kokonaisvirtaus pysyy myös vakiona. Virtaus siis käyttää ainoastaan mittalaitetta. Roottorin 2 pyörimisnopeus määräytyy viime kädessä anturin 7 lähettämän viestin perusteella.

Kuvion 3 mukaisessa ohjausvälineen toteutusesimerkissä ohjaimen 9 keskiöön 18 liittyvät elimet 19 ovat poikkileikkaukseltaan tasa-kylkisen kolmion muotoisia. Päävirtaussuuntaan C oleva elimen 21 osa on yleensä poikkileikkaukseltaan teräväkulmainen. Tämä elin 21 voi olla poikkileikkaukseltaan vinoneliön tai tasasivuisen suunnikkaan muotoinen, jonka terävät kulmat ovat päävirtauksen C suuntaiset. Näin virtausta pystytään ohjaamaan tehokkaammin ja pyörteettömämmin kuin kuvion 2 suoritusesimerkissä.

Kuvio 3 esittää kuvion 2 vastaavia tilanteita. Kuvio 3 A suuntaimen 8 ja ohjaimen 9 kulmamuutosasennossa eli perusasennossa lämpötilassa TQ, roottorin 2 siipiin 4 kohdistuu yhtäsuuret vastakkaiset virtaus-voimat poikkipinnaltaan yhtäsuurien kanavien 22 ja 23 kautta eikä roottori pyöri. Lämpötilassa T , kuvio 3 B, lämpötila-anturi on poikkeuttanut suuntainta, ja siis elimiä 21, symmetrisestä keskiase-mastaan ja kanavan 23 poikkipinta on kasvanut kanavan 22 poikkipinnan kustannuksella. Kuten kuvion 2 tapauksessa roottorin 2 pyörimisnopeus on verrannollinen suuntaimen 8 ja ohjaimen 9 väliseen kulma-muutokseen. Lämpötilassa T „ . kuvio 3 C, suuntain on ääriasennossaan 60° kiertyneenä ja toinen virtauskanava 22 on sulkeutunut.

On huomattava, että kuvion 3 toteutusesimerkissä roottorin pyörimisnopeus on suoraan verrannollinen tilavuusvirran vaihteluihin ja anturin antamaan viestiin, tässä tapauksessa lämpötila-anturin tunnustelemaan virtauksen lämpötilaan.

Edellä esitetyissä esimerkeissä roottorin 2 siivet 4 ovat yleensä roottorin akslein suuntaiset. Poikkeuttamalla siipiä tästä suunnasta voidaan vaikuttaa roottorin aksiaaliseen kitkan suuntaan ja suuruuteen.

Keksintöä on edellä selitetty vain eräisiin sen edullisiin toteutus*' esimerkkeihin viittaamalla, On tietysti selvää, ettei keksintöä 63489 ole tarkoitus millään tavoin rajata vain mainittuja esimerkkejä koskevaksi. Monet muunnokset keksinnön mukaisen mittalaitteen rakenteessa ovat mahdollisia pysyen silti patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Esimerkiksi ohjaus- välineen suuntain- ja ohjainelimien poikkileikkaus määräytyy lähinnä hydrodynamiikan lakien mukaan, koska niiden kohdalla pyritään pieneen virtausvastukseen. Anturi on kutakin mittaustilannetta varten erikseen valittavissa. Näin se voi olla esimerkiksi pitoi- suusanturi, seossuhteen ilmoittava anturi tai paineanturi. Parhaiten mittalaitteeseen soveltuvat mitattavan suureen vaikutuksesta muotoaan « muuttavat anturit.

Claims (4)

7 6 3 4 8 9 PATENTTIVAATIMUKSET ° J H 7

1. Nesteen, kaasun tai vastaavan väliaineen virtausta hyväkseen käyttävä mittalaite, joka käsittää virtausputken (1), sen sisään koaksiaalisesti asennetun roottorin (2), roottorin kierrosluku-laskurin CIO, 11) ja virtaussuunnassa ennen roottoria sijoitetun virtauksen ohjauselimen, tunnettu siitä, että ohjauselin muodostuu suuntaimesta (8) ja ohjaimesta (9), jotka ovat virtaus-putkeen (1) koaksiaalisesti asennettuja ja toistensa suhteen kierrettävissä olevia elimiä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että - ohjain (9) muodostuu kahdesta tai useammasta keskiöön (12) liittyvästä elimestä (13), jotka ovat poikkileikkaukseltaan edullisimmin kolmiomaisia teräväkulma tai vastaava päävirtaussuuntaa (C) vasten, - suuntain (8) muodostuu vastaavasti kahdesta tai useammasta keskiöön (14) liittyvästä ohjaimen elimien (13) kaltaisesta elimestä (15), jonka kaksi sivua (15a ja 15b) ovat ohjaimen sivujen (13a ja 13b) suuntaiset ja niihin yhteensopivat ja - ohjaimen (9) ja suuntaimen (8) elimet (13 ja 15) järjestyvät lomittain ja muodostavat välilleen virtauskanavat (16 ja 17).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että - ohjaimen (9) keskiöön (18) liittyvät elimet (19) ovat poikkileikkaukseltaan tasakylkisen kolmion muotoisia, - suuntaimen (8) keskiöön liittyvät elimet (21) ovat poikkileikkaukseltaan vinoneliön tai vastaavan muotoisia terävät kulmat virtauksen suuntaan ja jotka - ohjaimen (9) ja suuntaimen (8) elimet (19, 21) ovat perusasennossaan koaksiaalisella ympyräkehällä yhtä kaukana toisistaan ja muodostavat poikkipinnaltaan yhtä suuret kanavat (22, 23).

4. Joiriotu edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että edullisimmin suuntaimeen (8) on yhdistetty anturi (7), joka on virtauksen lämpötilan vaihteluita tunnusteleva bimetallista tai vastaavasta valmistettu elin. 8 63489