DE1917108A1 - Turbinenstroemungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbinenströmungsmesser mit einem rohrförmigen Gehäuse, das einen Strömungsweg für eine Strömungsmittelströmung begrenzt, einem Turbinenrotor mit einer zentralen Nabe, die koaxial auf einer Rotorwelle in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist und mehrere periphere Schaufeln aufweist, die radial an der Nabe sitzen, wobei sich der Rotor in Abhängigkeit von der Strömungsmittelströmung durch das rohrförmige Gehäuse dreht. Turbinenströmungsmesser sind in den USA-Patentschriften 2 7Q9 755. 3 238 776 und 3 248 9^3 beschrieben. Der allen Strömungs-

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messern dieser Art zugrundeliegende Gedanke besteht darin, einen ringförmigen Rotor mit Schaufeln in einer Strömungsini ttelströmung anzuordnen und extern seine Umdrehungsgeschwindigkeit mit elektromagnetischen Mitteln, durch Unterbrechung und Anzeige eines Lichtquellenstrahls (USA-Patentschrift 3 3O6 105) oder durch andere Anzeigemittel zur |

Messung der Drehgeschwindigkeit des Rotors zu messen.

Die Hauptprobleme bei der Schaffung eines wirksamen und genauen Turbinenströmungsmessers zur Messung nichtstationärer Strömungen liegen darin, die dem Motor anhaftende Trägheit; zu überwinden und die durch die Schau- . fein hervorgerufene Flüssigkeitsdämpfung zu beseitigen. Insbesondere bei Anwendungsfällen, bei denen schnelle Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit auftreten, ist es von grosser Bedeutung, dass das Messgerät eine maximale Empfindlichkeit für Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit besitzt. Um den obigen Problemen zu begegnen, ist es möglich, die günstige Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung auszunutzen, die infolge des einfachen Aufbaus eines Turbinenströmungsmessers verglichen mit Verdrängungsmessern vorhanden sind.

Die Erfindung ist auf ein Rotorausgleichssystem gerichtet, das den maximal verfügbaren Strömungsmitteldruck verwendet, um eine genauere Messung von Strömungsmitteln mit geringerer Viskosität in einem grossen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten zu erhalten, da das Rotoreinstellsystem schneller auf alle Änderungen anspricht und die Gleich-

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gewichtsbedingungen des Rotors wieder herstellt. Die Rotorausgleichseintrittsöffnungen sind in den Bereichen des höchsten Staudrucks an den in Strömungsrichtung aufwärts- und abwärts liegenden Seiten des Strömungsmessers angeordnet. Bei Ausnutzung des höchsten zur Verfügung stehenden Strömungsmitteldrucks spricht das Ausgleichssystem schnell auf geringe Änderungen der Strömungszustände an und kehrt zu einem ausgeglichenen Messvorgang ie wesentlichen sofort zurück.

Der Turbinenströmungsmesser gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Rotorbefestigungsschild vorhanden ist, das koaxial in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist und ein allgemein stromlinienförmiges äusseres Profil zur Ablenkung der Strömungsmittelstrümung auf die peripheren Rotorschaufeln besitzt, dass das erste Rotorbefestigungsschild eine Rotorwellenhalterung zur Halterung des einen Endes der Rotorwelle besitzt, dass das erste Befestigungsschild eine zentrale Strömungsmitteldruckkammer enthält, die eine vergrösserte Öffnung am breitesten Ende des konischen Befestigungsschildes aufweist, und gegen die Nabe der Welle gerichtet ist, dass ein zweites Rotorbefestigungsschild vorhanden ist, das ebenfalls koaxial in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist und das eine Rotorwellenhalterung für das andere Ende der Rotorwelle aufweist, dass das zweite Befestigungsschild vom ersten Befestigungsschild in einem Abstand angeordnet ist, der der Breite der Rotornabe zusätzlich eines kleinen

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Spiels, das eine freie Drehung des Rotors auf der Rotorwelle zwischen dem ersten und zweiten Befestigungsschild ermöglicht, gleich ist, dass das zweite Befestigungsschild ebenfalls ein allgemein stromlinienförmiges äusseres Profil und auch eine zentrale Strömungsmitteldruckkammer besitzt, die eine vergrösserte Öffnung am breitesten Ende des zweiten konischen Befestigungsschildes aufweist und gegen die Nabe des Rotors gerichtet ist, dass mehrere Stützflächen für die Befestigungsschilder mit je einer stromaufwärtigen Kante vorhanden sind, die radial an dem ersten und dem zweiten Rotorbefestigungsschild sitzen, die an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses anliegen und dieses tragen und die die Befesti- -gungsschilder und das rohrförmige Gehäuse koaxial halten und einen ringförmigen Strömungsmittelweg durch die Schaufeln des Rotors begrenzen, und dass sich Strömungsmittelkanäle diagonal nach innen von den Mittelteilen der stromaufwärtigen Kanten der Stützflächen in die jeweiligen zentralen Strömungsmitteldruckkammern erstrecken, um grosse Strömungsmitteldruckausgleichskräfte gegen gegenüberliegende Flächen des Rotors zu erzeugen und den Rotor dynamisch zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsschild während der Strömungsmittelmessung zu halten. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Rotorbefestigungsschildern wird mittels ringförmiger stufenartiger Schultern erreicht, die an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses ausgebildet sind und gegen die die äusseren Kanten der gegenüberliegenden Stützflächen von der Rotorwelle gehalten werden.

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Jede Stützfläche des stromaufwärtigen Rotorschildes ist mit einem Strömungsmittelkanal zwischen dem Bereich des stromauf war tigen höchsten Staudrucks der Strömung und der stromaufwärtigen Druckkammer in dem Befestigungsschild versehen» Jeder Kanal besitzt ein Eintrittsende, das in der Mitte der stromaufwartigen Kante der Stützfläche angeordnet und erstreckt sich diagonal nach innen zu der Druckkammer innerhalb des Schildes.

JJfIe Stützflächen des stromabwärtigen Rotorbefestigungsschildes sind ebenfalls mit diagonalen Kanälen versehen, die ebenfalls Eintrittsöffnungen aufweisen, die in der Mitte der stromaufwärtigen Kante der jeweiligen Stützflächen angeordnet sind und sich diagonal nach innen in die Druckkammer des stromabwärtigen Rotorbefestigungsschildes erstrecken. Gegebenenfalls können mehrere parallele diagonale Kanäle in jeder stromabwärtigen Stützfläche ausgebildet sein, um einen ausreichenden stromaufwartigen Gegendruck auf die Rotornabe hervorzurufen und um die zusätzliche stromabwärtige Kraft auf die Nabe auszugleichen, die durch den Strömungswiderstand der Rotorschaufeln beim Durchströmen des Strömungsmittels durch den Strömungsmesser erzeugt wird.

In den Figuren 1 bis 3 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht des Turbinenströmungsmessers

geraäss der Erfindung mit weggebrochenen und teilweise im Schnitt befindlichen Teilen;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 mit Ansicht auf die Schaufelhalterungen für das

P stromaufwartige Rotorbefestigungsschild und die

Rotorschaufeln und

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1, aus dem die Schaufelhalterungen des stromabwärti- gen Rotorbefestigungsschildes hervorgehen.

Die Zeichnungen zeigen einen Turbinenströmungsmesser 1, der aus einem rohrförmigen Gehäuse 2 besteht, der eine stromaufwärtige Rotorbefestigungsschildanordnung 3 und eine stromabwärtige Rotorbefestigungsschildanordnung 4 umgibt und trägt. Die Befestigungsschildanordnungen 3 und k tragen . einen Rotor 5· Ein bekanntes Anzeigegerät 6 ist in der Ebene des Rotors 5 an der Aussenseite des rohrförmigen Gehäuses 2 befestigt und zeigt die Strömung durch den Rotor 5 an.

Die stromaufwärtige Rotorbefestigungsschildanordnung 3 enthält mehrere einteilige radiale Stützflächen 7 t die ein geschossförmiges Schild 8 axial in dem rohrförmigen Gehäuse 2 tragen. Das Schild 8 enthält eine Nase 9» eine Kammerwand 10, in der eine zentrale Druckkammer 11 enthalten ist, eine stromabwärtige Austrittsöffnung 12 und

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eine einteilige Rotorwellenhalterung 13» die sich vom stromabwärtigen Ende der Kammer 10 in die Mitte der stromabwärtigen Austrittsöffnung 12 der Kammer 11 erstreckt.

Mehrere Stro-nungskanäle 14 verlaufen diagonal diagonal nach

die.

innen durch /Jeweiligen radialen Stützflächen 7 und verbinden den ringförmigen Strömungskanal 15» der durch das rohrförmige Gehäuse 2 und das Schild 8 begrenzt wird, mit der zentralen Druckkammer 11 in dem Schild 8. Jede Stützfläche 7 besitzt eine stromaufwärtige Kante 16 mit wenigstens einer Eintrittsöffnung 17 für einen der Strömungskanäle 14, die in etwa in der Mitte zwischen dem Schild 8 und der Innenwand

18 des rohrförmigen Gehäuses 2 angeordnet sind. Die jeweiligen Eintrittsöffnungen 17 liegen deshalb im Bereich des maximal verfügbaren Strömungsdrucks, der sich aufgrund der Staudruckwirkung ergibt, und die Kanäle i4 übertragen unmittelbar diesen Druck auf die Kammer 11 und damit die stromabwärtige Austrittsöffnung 12.

Die Nase 9 des Schildes 8 enthält auch eine axiale, verschraubte Eintrittsöffnung 19, die normalerweise mit einem Schraubverschlussbolzen 20 verschlossen ist. Die Öffnung

19 ermöglicht einen Zugang zum Ein- und Ausbau des Rotors 5· Die Rotorweilenhaiterung 13 besitzt eine axiale Öffnung 21, durch die ein Ende der Rotorwelle 22 verläuft. Eine Rotorwellenmutter 23 ist an dem Ende der Rotorwelle 22 aufgeschraubt, um die Rotorwellenhalterung 13 zu befestigen. Ein Axiallager 2k ist in einer Ausnehmung 25 am stromabwärtigen Ende der axialen Öffnung 21 um die Rotor-

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welle 22 angeordnet. Ein Strömungsablenkring 26 ist unmittelbar in Stromungsrichtung unterhalb der radialen Stützflächen 7 angeordnet und besitzt eine innere abgeschrägte Fläche 27 zum Ablenken des Strömungsmittels auf die Rotorschaufeln 28 des Rotors 5·

Die Rotorschaufeln 28 sind spiralförmige, schaufelblattartige Teile, wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, und verlaufen radial von einer zentralen Nabe 29 nach aussen, die eine zentral angeordnete, axiale Rotorwellenöffnung 30 besitzt, durch die die Rotorwelle 22 verläuft und den Rotor 5 drehbar trägt. Ein Paar Lagerhülsen 31 und 32 sind koaxial um die Welle 22 angeordnet und sorgen für eine im wesentlichen reibungsfreie Drehung des Rotors 5· Ein äusserer zylindrischer Ring 33 umgibt die Rotorscha\afein 28 und ist jeweils mit ihren äusseren Kanten verbunden, um dem Rotor 5 eine zusätzliche mechanische Festigkeit zu verleihen.

Das stromabwärtige Ende der Rotorwelle ist in einer Rotorwellenhalterung "}h gelagert, die der stromaufwärtigen Rotorwellenhalterung 13 gleicht. Die übrigen Teile der stromabwärtigen Rotorbefestigungsschildanordnung 4 sind denen der stromaufwärtigen Rotorbefestigungsschildanordnung 3 gleich. Die Nase 35 der stromabwärtigen Befestigungsschildanordnung weist stromabwärts und die Eintrittsöffnung 36 der Druckkammer 37 weist stromaufwärts gegen die stromabwärtige Austrittsöffnung 12, so dass die zentrale Nabe

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des Rotors 5 zwischen diesen an der Rotorwelle 22 angeordnet ist.

Jede radiale Stützfläche 38 der stromabwärtigen Rotorbefestigungsschildanordnung 4 besitzt eine stromaufwärtige Kante 39» die eine oder mehrere Strömungsmitteleintrittsöffnungen 40 besitzt, die das Strömungsmittel von dem ringförmigen Strömungskanal 15 durch die diagonalen Kanäle 41 in die Druckkammer 42 innerhalb der Kammerwand 43 des Schilds 44 lenken. Es ist erwünscht, mehrere Strömungsmitteleintrittsöffnungen 4O in jeder Stützfläche 38 oder wenigstens grössere Strömungsmittelkanäle als die Kanäle 14 der stromaufwärtigen Stützflächen 7 auszubilden, um den durch das Auftreffen des Strömungsmittels auf die Rotorschaufel 28 verursachten Rotorwiderstand auszugleichen. Das Strömungsmittel tritt in die Druckkammer 42 durch die Kanäle 41 ein und erzeugt einen ausgleichenden Strömungsmitteldruck gegen die stromabwärtige Seite der zentralen Rotornabe 29· Ein Axiallager 25 ähnlich dem Axiallager ist in einer Ausnehmung 46 der axialen Wellenöffnung 47 der Rotorwellenhalterung 34 angeordnet. Eine gleiche Rotorwellenmutter 48 ist auf das stromabwärtige Ende der Rotorwelle 22 aufgeschraubt. Eine Eintrittsöffnung 49 und ein Verschlussbolzen 50 in der Nase 35 haben die gleiche Aufgabe und Funktion wie die vorher beschriebene Öffnung 21 und der Verschlussbolzen 20.

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Die Abstände .51 und 52, die zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen der Rotorbefestigungsschildanordnungen 3 und 4 und den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen der zentralen Rotornabe 29 während des normalen Strömungsmessvorganges des Rotors bestehen, sind sehr klein, da der maximal verfügbare Strömungsmitteldruck in Strömungsrichtung oberhalb und unterhalb des Rotors 5 ausgenutzt wird. Da zusätzlich hohe Ausgleichsdriicke verwendet werden, ist das Rotorausgleichssystem sehr empfindlich und erreicht Glexchgewxchtszustände,ansprechend auf Strömungsänderungen, sehr viel schneller. Der Strömungsmesser gemäss der Erfindung ist daher zur Messung von Flüssigkeiten mit geringerer Dichte, wie Benzin, genauer.

Die geschossförmigen mit Stützflächen versehenen Rotor— befestigungsschilder besitzen im wesentlichen die gleiche Form und können mittels einer einzigen Form hergestellt werden. Es ist nur erforderlich, die Anordnung der diagonalen Kanäle zu ändern, um die Verwendung als eine stromaufwärtige oder eine stromabwärtige Rotorbefestigungsschildanordnung festzulegen. Es ist auch zu beachten, dass durch eine geeignete Ventilausrüstung in den diagonalen Kanälen 14 und 41 und durch zusätzliche, gegenwinkli£j3,ventilversehene Kanäle der Strömungsmesser reversibel gemacht werden kann.

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Der Strömungsmesser gemäss der Erfindung ist ein relativ einfaches und genaues Stromungsmessgerät, das insbesondere für Strömungsmittel mit geringer Dichte, wie Benzin, geeignet ist. Das Gerät ist einfach und wirtschaftlich herzustellen und relativ leicht zusammenzubauen.

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Claims (6)

1. Ansprüche

   Turbinenströmungsmesser mit einem rohrförmigen Gehäuse, das einen Strömungsweg für eine Strömungsmittelströmung begrenzt, einem Turbinenrotor mit einer zentralen Nabe, die koaxial auf einer Rotorwelle in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist und mehrere periphere Schaufeln aufweist, die radial an der Nabe sitzen, wobei sich der Rotor in Abhängigkeit von der Strömungsmittelströmung durch das rohrförmige Gehäuse dreht, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Rotorbefestigungsschild (8) vorhanden ist, das koaxial in dem rohrförmigen Gehäuse (2) angeordnet ist und ein allgemein stromlinienförmiges äusseres Profil zur Ablenkung der Strömungsmittelströmung auf die peripheren Rotorschaufeln (28) besitzt, dass das erste Rotorbefestigungsschild (8) eine Rotorwellenhalterung (13) zur Halterung des einen Endes der Rotorwelle (22) besitzt, dass das erste Befestigungsschild (8) eine zentrale Strömungsmitteldruckkammer (11) enthält, die eine vergrösserte Öffnung (12) am breitesten Ende des konischen Befestigungsschildes (8) aufweist und gegen die Nabe (29) der Welle (22) gerichtet ist, dass ein zweites Rotorbefestigungsschild (44) vorhanden ist, das ebenfalls koaxial in dem rohrförmigen Gehäuse (2) angeordnet ist und das eine Rotorwell enhalterung (34) für das andere Ende der Rotorwelle (22) aufweist, dass das zweite Befestigungsschild (44) vom ersten Befestigungsschild (8) in einem Abstand ange-

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   ordnet ist, der der Breite der Rotornabe (29) zusätzlich eines kleinen Spiels, das eine freie Drehung des Rotors (5) auf der Rotorwelle (22) zwischen dem ersten und zweiten Befestigungsschild (8,44) ermöglicht, gleich ist, dass das zweite Befestigungsschild (44) ebenfalls ein allgemein stromlinienförmiges äusseres Profil und auch eine zentrale Strömungsmitteldruckkammer (37) besitzt, die eine vergrösserte Öffnung am breitesten Ende des zweiten konischen Befestigungsschildes (44) aufweist und gegen die Nabe (29) des Rotors (5) gerichtet ist, dass mehrere Stützflächen (7,38) für die Befestigungsschilder (8,44) mit je einer stromaufwartigen Kante (i6,39) vorhanden sind, die radial an dem ersten und dem zweiten Rotorbefestigungsschild (8,44) sitzen, die an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses (2) anliegen und dieses tragen und die die Befestigungsschilder (8, 44) und das rohrförmige Gehäuse (2) koaxial halten und einen ringförmigen Strömungsmittelweg durch die Schaufeln (28) des Rotors (5) begrenzen, und dass sich Strömungsmittelkanäle (i4,4i) diagonal nach innen von den Mittelteilen der stromaufwartigen Kanten (i6,39) der Stützflächen (7»38) in die jeweiligen zentralen Strömungsmitteldruckkammern (11,37) erstrecken,um grosse Strömungsmitteldruckausgleichskräfte gegen gegenüberliegende Flächen des Rotors (5) zu erzeugen und den Rotor (5) dynamisch zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsschild (8,44) während der Strömungsmittelmessung zu halten.

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2. 2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmittelkanäle (4i) in den stromabwärtigen Stützflächen (3^) grosser sind als die Strömungsmittelkanäle (i4) in den stromaufwärtigen Stützflächen (7)t um einen zusätzlichen Gegendruck zum Ausgleich des durch das auf die Rotorschaufeln (28) auftreffende

   fc Strömungsmittel verursachten stromabwärtigen Widerstands zu erzeugen.
3. 3. Strömungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ablenkring (26), der an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses (2) angeordnet ist, um die Strömungsmittelströmung im Bereich der Innenseite auf die Rotorschaufeln (28) zu lenken.
4. 4. Strömungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abstandshalter an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses (2), die an den Stützflächen (7,38) der Befestigungsschilder (8,44) anliegen, um den Abstand zwischen

   F den jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen des ersten und des zweiten Befestigungsschildes (8,44) zu schaffen.
5. 5. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungen (i7t4o) der jeweiligen Strömungsmittelkanäle (14,41) im Bereich der maximalen Staudruckwirkung des Strömungsmittels angeordnet sind, um die maximal verfügbare Strömungsmittelausgleichskraft an den gegenüberliegenden Oberflächen der Rotornabe (29) zu erhalten.

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6. 6. vStrömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite konische Rotorbefestigungsschild (8,44) allgemein spitz zulaufende äussere Enden mit einer axial verlaufenden Schrauböffnung (19»4q) aufweisen, um von aussen einen Zugang durch die jeweiligen Druckkammern (11,37) ^zu den jeweiligen Rotorwellenhalterungen (i3»34) ^ZU schaffen, sowie Schraubverschlüsse (20,50) für jede Schrauböffnung (19,49), um eine allgemein glatte äussere Strömungsfläche an jedem Rotorbefestigungsschild (8,44) nach dem Zusammenbau zu schaffen.

   7· Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur einfacheren Herstellung das erste und das zweite Rotorbefestigungsschild (8,44) gleiche Form besitzen.

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