SE447022B - Flodesmetare - Google Patents

Description

447 022 I enlighet med uppfinningen tillhandahållas en flödes- mätare innefattande i en rörformad kanal avsedd att genom- strömmas av ett fluidum, som skall mätas, en turhin inne- fattande ett cylindrískt nav och blad vid navets periferi och uppströms och nedströms fästa strömningsstyrningar, turbinen är monterad för fri axiell rotation mellan de tvâ strömningsstyrningarna, navet har en mittdel uppbärande bladen, en uppströmsände med väsentligen samma diameter som mittdelen och en nedströmsände med väsentligen större diameter än mittdelen, vardera av strömningsstyrningarna har en ihålig cylindrisk del för att låta den motsvarande änden av navet sträcka sig in i det inre av den ihåliga styrningen, varigenom ett reducerat tryck väsentligen o- beroende av det axiella läget för navet tillföres uppströms ändytan av navet och ett tryck beroende väsentligen linjärt på det axiella läget för navet tillföres nedströmsändytan av navet, och att skillnaden mellan de två trycken kon- tinuerligt balanserar det hydrodynamiska trycket som till- _föres genom fluidumflödet till bladen.

Turbinen är således å ena sidan utsatt för det hydro- dynamiska trycket som härledes från bladen och à andra sidan av två varandra motsatta krafter verkande på endera sidan om navet och resulterande från olika lokala tryck som exis- terar på ytorna av respektive olika ytor. Under förutsätt- ning av lämpliga dimensioner för tvärytorna för navet åstad- kommes således för varje flödeshastighet ett dynamiskt jäm- viktsläge mot vilket svarar ett väl definierat läge för turbinen längs dess axel och slutligen föreligger en stabil servostyrning av läget för turbinen-i enlighet med flödes- hastigheten för fluidet som passerar genom ledningen. Exempel- vis varierar läget för turbinen i ett'intefvall med storleks- ordningen z,s mm för fiödesnasrighet från smS/h :in soom3/h i en ieaning -med en diameter av 150 mm, men framförallt anbringas inte längre det r Poor oUALirr s 447 022 axiclla trycket vid lagringen och nedströms nära belägna anordningar och ovannämnda nackdelar undvikes därigenom.

Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare i form av utförings- exempel på uppfinningen, vilka icke är avsedda att vara begränsande för uppfinningstanken, utan har endast tillkommit för att exempli~ fiera denna. Härvid visar fig_l schematiskt i axiellt snitt en Woltmannmätar, varvid den övre resp den undre halvan visar turbinen i två olika användníngslägen och fig 2 är ett diagram som visar variationen av tryckdifferensen på endera sidan om turbinnavet som en funktion av dess axiella läge vid flera flödeshastigheter.

Såsom framgår av fig 1 finns i en rörformad ledning 10 en tur- bin 11 innefattande ett nav 12 med i stort sett cylindrisk form anordnad vid sin periferi med blad 13 lutande relativt ledningens symmetriaxel. Turbinen 11 är monterad för rotation på normalt sätt mellan två ihåliga styrníngar, en 14 uppströms och den andra 15 ned- ströms, varvid fluidet som skall mätas passerar i drift rördelen i pilens riktning. Styrdelarna 14,15 är kopplade till ledningen medelst väsentliga radiella flänsar 16,17 och har invändiga armar 18,19 koaxiella med ledningen 10 och avsedda att bli anordnade i axiella hål anordnade i turbinnavets 12 ändar, därigenom medgivande för den att dels fritt rotera kring ledningens axel 10 och dessutom röra sig axiellt i längdaxelns riktning. Ett anslag nedströms, t ex en kula är normalt monterad i hålet för armen 19, men har ej visats på ritningen.

Navet 12 är i sin nedströmsände försedd med en skruv i ingrepp med ett kugghjul (visat streckat] fastkilat vid utgàngsaxeln för mätaren och kopplad externt till organ för adderande och indikerande av antalet varv som turbinen roterar.

Uppströmsstyrplåten 14 har på insidan av sin nedströmsände en högra cylindrisk del 14A, in i vilken sträcker sig den cylindriska delen av uppströmsänden av turbinnavet 12 under dess axiella rörelse.

Navet 12 har i sin nedströmsände en zon 20 med större diameter än dessa högra cylinderdel och nedströms styr- eller ledpláten 15 har också i sin uppströmsände en högra cylíndrisk del 15A, in i vilken den förstorade zonen 20 för navet 12 kan sträcka sig under den axiella rörelsen för turbinen 11. Q De radiella toleranserna mellan elementen 12 och 14A och mellan elementen 20 och 15A är exempelvis i en ledning med en diameter på 150 mm i storleksordningen 1 mm. 1 Funktionen för mätaren, som beskrivits ovan, skall nedan be- POOR QUALITY 447 022 skrivas närmare i anslutning till fig 2, i vilken visas kurvor som är representativa för olika flödeshastigheter, varvid differensen _fi pfi barl mellan trycken som utövas på uppströms- och nedströms- ytorna för turbinnavet som en funktion av axialläget X därav är relaterat till en refcrensposition. I detta exempel har en ledning med en diameter pa 150 mm valts.

I frånvaro av fluídumflöde i ledningen upptar turbínen ett obestämt axialläge. Det kan exempelvis antagas att det är placerat i det läge som visas i den övre halvan av fíg 1. När fluidum börjar strömma och strömningshastigheten är mindre än 3 ms/h kommer det axiella trycket som flödet utövar på turbinbladen att bringa den upp mot nedströmsstoppet. Med denna låga flödeshastighet är de hyárodynamíska effekter som utvecklas otillräckliga för att på endera sidan om navet ge en tryckskíllnad som är kapabel att mot- sätta sig fluidumtrycket för turbinen, men detta tryck är i sig självt alltför svagt för att skada nedströmsstoppet för turbinen.

När fluidumflödeshastigheten ökar ger avledningen av fluidum- strömmen i höjd med nedströmsänden för uppströmsledplåten 14 en :on med reducerat tryck som också påverkar det inre av uppströmsled- platen 14. I kontrast härtill skapar hindret mot fluídumflödet som bildas av den perífera delen av uppströmsänden av nedströmsledplàten runt nedströmsänden av navet 12 ett lokalt övertryck i ledplåten . Det reducerade trycket i uppströmsledplàten 14 à andra sidan och övertrycket i nedströmsledplåten 15, som verkar på en yta av navet med större diameter ä andra sidan, ger således on reaktionskraft riktad uppströms. Denna kraft proportionell mot skillnaden A p och snittet av navet 12 är större än släpkraften för turbínbladen 13 för flödeshastigheten under antagande av lämpliga dimensioner för navets 12 diameter relativt momentkaraktäristíken och släpkoeffi- cienten (CX) för turbinen. Genom att reaktionskraften är större än släpkraften kommer turbinen att ha en tendens att röra sig uppströms Under denna rörelse minskar tryckdifferensen A'p såsom visas av kurvorna i fig 2, eftersom övertrycket i nedströmsledplåten 15 ökar när zonen 20 för navet 12 tenderar att lämna den cylíndriska delen 15A för ledplåten 15. Tryckdifferensen.A p minskar tillsammans med läget x för turbinen och som en följd härav minskar också reak- tionskraften på navet 12. Turbinen rör sig således uppströms tills dess jämvikt åstadkommas mellan reaktionskraften på navet 12 och släpkraften på turbinbladet i det läge í vilket turbinen stabiliseras.

Eftersemíaïíaflparametrarna, såsom släpkraften på turbinbladen, tryck» I \»,-. _, fär!!! flríxï 'al ZÛ 447 022 redakzísntn i uppströmsledplàten, övertrycket i nedströmsledtlaten, som 5: involverade i denna process är kvaniteter vars värden beror av kvadraten ps flödet, förblir detta jämviktsläge för turbinsn definierat för en given flödesmängd och förblir teoretiskt samma oavsett den involverade flödeshastigheten. I praktiken visar det sig att variationer i flödet lätt kan förskjuta det teoretiska jämviktsläget små mängder i storleksordningen 2,5 mm när det gäller större flödeshastíghetsområden.

Ian lämpliga dimensioner antas föreligga för tvärytorna för navvt ll astadkommes en balans slutligen av de axiella krafter som verkar motsatta varandra på turbinen, det hydrodynamiska trycket n ena sidan, motkrafter resulterande från tryckskillnaderna som verkar pa tvärytorna för navet à andra sidan. Kurvorna för flödes- hastigneten i fig 2 visar att pà varje kurva finns en ökande linjär :on, i vilken en ändring av x med konstant flöde följs av en pï;p;rtíonell ändring i ¿ p, så att en driftspunkt, exempelvis x=Smm, àstadkommes ett slags stabil servokontroll av läget for förbindningen inom ett intervall i storleksordningen 1 mm.

Vid varje flödeshastighct finns således ett motsvarande ett kvasistabilt läge för turbínen och det kan verifieras att skissa X för detta läge varierar relativt litet i ett intervall i storleks~ ordningen 2,5-5 mm för ett omrâde av flödeshastigheter som varierar från F mà/h till 500 ms/h i det visade exemplet För en ledning'med en diameter av 150 mm.

Anordnandet av en sådan servostvrning för medelaxialläget för turbinen ger således den dubbla fördelen med att undertrycka alla skadande effekter av det hydrodynamíska trycket från fluidumet på de delar av nedströmslagringen för turbinen som aldrig utsätts för väsentliga krafter och ger en bättre mätprecision för turbinen genom att bringa denna att fungera i sina normallägen utan friktion. ïig 1 och den däri visade anordningen har visats förenklat och schcmutiskt för att underlätta förklaringen av funktionsprínci- pen f:r mätaren i enlighet med uppfinningen och det bör observeras att i praktiken kan det rörformade elementet som innesluter turbi~ nen var; försedd med flänsar vid sina ändar för att koppla den till ledning som skull genomströmmas av det fluídum som skall mätas och att uppbyggnaden av mätaren normalt innefattar en sidoöppning i det rörformade elementet, tillsluten med ett lock eller ett hölje och innehållande adderingsenheten och genom vilken turbinen kan monteras mellan sina två strömstvrningar eller ledplàtar och dessa soon QUALITY 447 022 s senare anordnade inuti detta element. Detta kända monteringssätt hur inte visats och utgör inte heller någon del av uppfinningen. inte heller mätarens utgång som avger information om antalet vurx för turbinen behöver nödvändigtvis erhållas mekaniskt utan kan även erhållas på annat sätt, exempelvis elektromagnetískt, fotoelektrískt, etc medelst en lämplig avkännare.

Uppfinningen är tíllämpbar på fluidumströmníngsmätare rent generellt och i synnerhet vattenmätare för stora volymer.

Claims (2)

447 022 “Patefltkrav

1. Flödesmätare, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar i en rörformad kanal (10) avsedd att genomströmmas av ett fluídum, som skall mätas, en turbín (11) innefattande ett cylindriskt nav (12) och blad (13) vid navets periferí och uppströms (14) och nedströms (15) fästa strömningsstyr- ningar, turbinen är monterad för fri axiell rotation mellan de två strömningsstyrningarna, navet (12) har en mittdel upp- bärande bladen (13), en uppströmsände med väsentligen samma diameter som mittdelen och en nedströmsände med väsentligen större diameter (20) än mittdelen, vardera av strömningsstyr- -ningarna har en ihålig cylindrisk del (14a, 15a) för att låta den motsvarande änden av navet sträcka sig in i det inre av den ihåliga styrningen (14, 15), varigenom ett reducerat tryck väsentligen oberoende av det axiella läget för navet tillföres uppströms ändytan av navet och ett tryck beroende väsentligen linjärt på det axiella läget för navet tillföres nedströmsänd- ytan av navet, och att skillnaden mellan de två trycken kon- tinuerligt balanserar det hydrodynamiska trycket som tillföres genom fluidumflödet till bladen (13).

2. Flödesmätare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tvärytorna uppströms och nedströms för navet har rela- tiva diametrar dimensionerade sa att tryckdifferensen över navet i drift varierar linjärt som en funktion av axialläget -för turbinen relativt nedströmsströmningsstyrningen. POOR QUALITY