DE3112960C2 - Meßturbine C - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Meßturbine mit einem Turbinenläufer, der in einem Strömungskanal des Meßgehäuses mit seiner Achse in Strömungsrichtung angeordnet ist, wobei vor und hinter dem Turbinenläufer Strömungsgleichrichter vorhanden sind und im Strömungskanal hinter dem Auslaufströmungsgleichrichter ein über die zu messende Flüssigkeit die Drehzahl des Turbinenläufers beeinflussendes Justierelement angeordnet ist, welches gleichzeitig als Auslauf-Anschluß und Anschlußarmatur ausgebildet ist und ein den Strömungsquerschnitt veränderndes Element definierter Größe aufweist. Das Justierelement weist dabei vorzugsweise einen Innenkonus mit einer in Strömungsrichtung davor angeordneten Strömungsblende auf.

Description

bekannt, bei der das Turbinenrad durch die dynamische Kraft der durchströmenden Flüssigkeit entgegen der Kraft einer Feder im Verhältnis zu einem konischen Abschnitt der im übrigen zylindrischen Bohrung des Gehäuses verschiebbar gelagert ist. Eine solche Ausführungsform konnte sich auf dem Markt nicht durchsetzen, da sie aus mehreren Gründen zu empfindlich und anfällig ist. So ist es erforderlich, die Feder selbst einzustellen, da diese ihrerseits Toleranzen aufweist; ferner ist Bedingung für eine genaue Messung, daß die Federkonstanten und die Reibwerte der Lager über die Lebensdauer der Meßturbine konstant bleiben. Die Reibwerte hängen aber bereits von der Viskosität des zu messenden Mittels ab, welche ihrerseits temperaturabhängig ist. Ein solches Meßsystem kann daher nicht zuverlässig arbeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es durch Beeinflussung der die Meßturbine verlassende Flüssigkeitsströmung möglich ist, die Drehgeschwindigkeit des Turbinenläufers in definierter und bestimmter Weise so zu beeinflussen, daß bei den extrem hohen Durchflußmengen Fehlergrenzen eingehalten werden können, die den Fehlergrenzen entsprechen, wie sie in den beim Stand der Technik üblichen Meßbereichen auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, um die Drehgeschwindigkeit der Meßturbine bei sehr hohen Durchflußmengen — noch bis zu einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 m/s bei höher viskosen Flüssigkeiten und auch darüber bei geringeren Viskositäten — in der oben genannten Weise zu beeinflussen, so daß die auftretenden Fehlergrenzen das oben genannte Maß nicht überschreiten.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß bei der eingangs aufgeführten Meßturbine im Strömungskanal hinter dem Auslauf-Strömungsgleichrichter ein über die zu messende Flüssigkeit die Drehzahl des Turbinenläufers beeinflussendes Kalibrierelement angeordnet ist, welches gleichzeitig als Auslauf-Anschluß und Anschlußarmatur ausgebildet ist und ein den Strömungsquerschnitt veränderndes Element definierter Größe aufweist.

Das Kalibrierelement ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung austauschbar.

Das den Strömungsquerschnitt verändernde Element des Kalibrierelementes ist in Weiterbildung der Erfindung als Innenkonus des Auslauf-Anschlusses ausgebildet.

Zur Justierung einer Meßturbine zwecks Aufstellung ihrer Fehlercharakteristik ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kalibrierelemente jeweils Innenkonen unterschiedlicher Neigung zum Ausgleich fertigungstechnisch bedingter unterschiedlicher Fehlerkurven aufweisen.

Die Kalibrierelemente weisen in Weiterbildung der Erfindung jeweils Blenden mit unterschiedlichen Innendurchmessern zum Ausgleich fertigungstechnisch bedingter unterschiedlicher Fehlerkurven auf.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen und unterschiedlichen Reibungseffekten zeigen die Fehlercharakteristiken der einzelnen, sogar nach gleichen Bauunterlagen gefertigten Meßturbinen unterschiedliche Fehlerkurven.

Die Mehrzahl der Turbinen weist eine stark abnehmende Fehlercharakteristik zu hohen Durchflußmengen auf, wodurch der Meßbereich hinsichtlich seiner oberen Grenze stark eingeschränkt wird. Die üblichen Meßturbinen zeigen eine derartige Neigung der Fehlerkurve bei extrem hohen Durchflußmengen, so daß diese Turbinen zur Messung in diesen hohen Bereichen nicht brauchbar sind. Durch die Auswahl entsprechender Konen ist nunmehr die Möglichkeit gegeben, die Neigung der Fehlerkurve in einem gewünschten Maße umzukehren.

Mit der Erfindung ist es nunmehr möglich, die Geschwindigkeit des Turbinenläufers einer Meßturbine derartig zu beeinflussen, daß auch bei extrem großen ίο Strömungsmengen brauchbare und reproduzierbare Meßwerte auch bei stark streuenden Ausgangskurven erzielbar sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Meßturbine;

F i g. 2a einen Längsschnitt durch einen Auslauf-Anschluß, der als Anschlußarmatur ausgebildet ist, wobei alle Bezifferungen Maßeinheiten eines praktischen Ausführungsbeispielssind;

F i g. 2b einen Längsschnitt gemäß F i g. 2a, jedoch ohne Maßeinheiten, sondern mit Bezugszeichen und

F i g. 3 die charakteristischen Fehlerkurven bei Verwendung unterschiedlicher Kalibrierelemente am Beispiel einer einzigen Ausgangsfehlerkurve.

Die F i g. 1 zeigt eine Meßturbine im Längsschnitt in natürlicher Größe. Das Gehäuse 14 umschließt einen runden Strömungskanal 15 und ist eingangsseitig mit einem Einlauf 16 und ausgangsseitig mit einem Auslauf-Anschluß 56 versehen, welcher mit einem Gewinde ausgerüstet ist.

Der Pfeil 13 zeigt die Strömungsrichtung an. Unmittelbar hinter dem Einlauf-Anschluß befindet sich im Strömungskanal 15 ein Strömungsgleichrichter 18, weleher beispielsweise sechs Leitbleche aufweist, die an einem Ring 30 eingangsseitig befestigt sind und gleichzeitig zur Halterung der Läuferachse 2 dienen. Zur Verminderung der Wirbelbildung ist der Läuferachse 2 ein Strömungskörper 19 vorgeschaltet. Vor und hinter dem Läuferrad 4, welches eben ausgebildete Stirnflächen 10 aufweist, sowie am Auslauf-Ende der Achse sind weitere Strömungskörper 20, 21 und 22 vorhanden. Der Strömungskörper 20 ist derartig ausgebildet, daß die das Läuferrad anströmende Flüssigkeit in den Schaufelbereich des Läuferrades gelangt. Dem Strömungskörper 21 schließt sich unmittelbar eine weitere Leitblechanordnung 23 an, welche ebenfalls zur Strömungsgleichrichtung dient.

Im Unifangsbereich des Läuferrades 4 ist in dem Gehäuse 14 eine Bohrung 24 zur Aufnahme eines induktiven Impulsabgriffes 25 vorgesehen. Weitere Bohrungen 26 und 27 im Gehäuse 14, welche in der Zeichnung durch Kappen 28 und 29 verschlossen sind, dienen zur Aufnahme entsprechender Druckwertgeber.
Die Fig.2a zeigt einen Längsschnitt durch einen Auslauf-Anschluß 56, der als Anschlußarmatur ausgebildet ist. Die F i g. 2a enthält die wichtigsten Maße eines praktischen Ausführungsbeispiels, angegeben in Millimeter.

Die F i g. 2b zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel nach F i g. 2a, jedoch mit Bezugszeichen. Der Auslauf-Anschluß 56 ist mit einem Außengewinde 53 versehen und daher als Anschlußarmatur 50 ausgebildet. Der auf dem Sechskant eingravierte Pfeil 13' gibt die Strömungsrichtung an. Der Auslauf-Anschluß 56 ist ferner strömungseingangsseitig mit einem weiteren Außengewinde 54 ausgerüstet, so daß eine einfache Austauschbarkeit der Auslaufanschlüsse möglich ist. Strömungs-

eingangsseitig befindet sich eine Innenblende 52, die mit einem Innenkonus 51 integral verbunden ist.

Wie aus F i g. 2a zu entnehmen ist, weist der Innenkonus 51 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Steigung von 8° auf, während der Innendurchmesser der Blende 22 mm beträgt. Die Gesamtstrecke des Innenkonus mit Blende beläuft sich auf 46,8 mm, wobei am Ende der Konus ein Durchmesser von 20 mm erreicht ist. Am Auslauf-Ende des Konus 51 ist ein Bund 55 vorhanden, gegen den ein nicht näher dargestelltes Verbindungsrohr bündig und stufenlos anliegt.

Aus der F i g. 3 ist eine Fehlercharakteristik zu entnehmen, die in einem Fehlerbereich von ± l°/o verläuft und sich bei der dargestellten Größe der Meßturbine bis zu einer Durchflußmenge von 500 Liter pro Minute erstreckt. Die Fehlercharakteristik einer herkömmlichen Meßturbine setzt bei dem Punkt A ein und schneidet die Fehlergrenze von — 1% in dem Punkt B. Die Durchflußmenge beträgt hierbei ca. 280 Liter pro Minute. In diesem Bereich wird die Maßnahme nach der Erfindung wirksam und bei der Verwendung eines Kalibrierelementes mit den Maßen nach der F i g. 2a, d. h. mit einem Blendendurchmesser von 22 mm und einer Innenkonus-Steigung von 8% ergibt sich eine charakteristische Fehlerkurve II, welche die — 1 % Grenze im Punkt D schneidet. Wird eine Blende mit einem Durchmesser von 21,5 mm verwendet, so ergibt sich ein Schnittpunkt der charakteristischen Fehlerkurve im Punkt C, und wird dagegen eine Blende von 22,5 mm verwendet, so konnte ein Schnittpunkt der korrigierten Fehlerkurve mit der — 1% Grenze bei den oben genannten hohen Durchflußmengen nicht mehr festgestellt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß es möglich ist, durch geeignete strömungstechnische Maßnahmen auf den Verlauf der Fehlercharakteristik derart Einfluß zu nehmen, daß im Bereich steil abfallender negativer Kurvenverläufe Umkehrungen der Neigungen und Steuerungen derselben erzielbar sind. Damit ergeben sich Meßbereichsgrenzen, die nur noch von der Dimensionierung der Meßturbinen bzw. der damit zusammenhängenden Grenzwerte für Druckverluste innerhalb des Meßrohres bzw. Grenzwerte der zulässigen Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

50

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Claims (6)

1 2 rades durch den induktiven Impulsabgriff nicht beein- Patentansprüche: flußt wird. Die hydraulischen Verluste sind jedoch vis kositätsabhängig bzw. abhängig von der Reynoldzahl.

1. Meßturbine mit einem Turbinenläufer, der in Durch die Auswahl hochwertiger und reibungsarmer einem Strömungskanal des Meßgehäuses mit seiner 5 Lagerwerkstoffe und durch die Verringerung der Flü-Achse in Strömungsrichtung angeordnet ist, wobei gelmasse ist man bemüht, das Bremsmoment möglichst vor und hinter dem Turbinenläufer Strömungs- kleinzuhalten, um den maximalen Effekt, d. h. den grogleichrichter vorhanden sind, dadurch ge- ßen Meßbereich des Zählers zu behalten oder zu erweikennzeichnet, daß im Strömungskanal (15) tern. Dies wirkt sich auch auf die Charakteristik der hinter dem Auslauf-Strömungsgleichrichter (23) ein to Fehlerkurve aus. Solche Maßnahmen hängen jedoch über die zu messende Flüssigkeit die Drehzahl des weitgehend von dem Winkel der Schaufeln zur Achse Turbinenläufers (4) beeinflussendes Kaübrierele- des Turbinenrades sowie von der Anzahl der Schaufeln ment (50) angeordnet ist, welches gleichzeitig als ab, wodurch auch die Umfangsgeschwindigkeit des Flü-Auslauf-Anschluß (56) und Anschlußarmatur ausge- gelrades mitbestimmt wird.

bildet ist und ein den Strömungsquerschnitt verän- 15 Bestrebungen, die bekannten Turbinendurchflußmes-

derndes Element definierter Größe aufweist ser zu einem genau arbeitenden Meßgerät zu machen,

2. Meßturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn- führten im Laufe der Zeit zu Neuerungen, die sich insbezeichnet, daß das Kalibrierelement (50) austausch- sondere auf die Ausbildung der Flügel bezogen.

bar ausgebildet ist. So sind beispielsweise Konstruktionen mit zwei ver-

3. Meßturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 schiedenen Steigungen bekannt, wobei im vorderen Teil gekennzeichnet, daß das den Strömungsquerschnitt des Flügelrades eine steilere Steigung verwendet wird verändernde Element des Kalibrierelementes (50) als im hinteren Teil. Dadurch wird erreicht, daß bei kleials Innenkonus des Auslauf-Anschlusses (56) ausge- nen Durchflußmengen die Beaufschlagung intensiver bildet ist wird und bei kleinen Durchflüssen bereits Drehzahlbe-

4. Meßturbinenach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch 25 reiche erreicht werden, bei denen die untere Meßbegekennzeichnet, daß die Kalibrierelemente (50) je- reichsgrenze herabgesetzt werden kann. Um jedoch anweils Innenkonen (51) unterschiedlicher Neigung dererseits nicht in zu hohe Drehzahlbereiche zu gelanzum Ausgleich fertigungstechnisch bedingter unter- gen, die einen erhöhten Verschleiß zur Folge hätten, schiedlicher Fehlerkurven aufweisen. wurde der hintere Teil des Flügelrades mit einer flache-

5. Meßturbine nach Anspruch 1 oder einem der 30 ren Steigung versehen, die den nötigen Ausgleich gevoranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- währleistet

net, daß die Kalibrierelemente (50) jeweils Blenden Ein Flügelrad mit zwei unterschiedlichen Steigungen mit unterschiedlichen Innendurchmessern zum Aus- auszubilden, ist hinsichtlich der Herstellung sehr kostengleich fertigungstechnisch bedingter unterschiedli- aufwendig, wobei jedoch als weiterer Nachteil noch hincher Fehlerkurven aufweisen. 35 zukommt, daß sich ein derartiges Flügelrad nicht für

6. Meßturbine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch extrem große Meßbereiche eignet, gekennzeichnet, daß das Kah'brierelement (50) einen Aus der DE-PS 7 28 132 ist ein Woltmannmesser be-Innenkonus (51) mit einer in Strömungsrichtung da- kannt, welcher von einer Teilstromregulierung ausgeht, vor angeordneten Strömungsblende (52) aufweist. die zur Berichtigung der Meßfehlerkurve Anwendung

40 findet Bei der Eichung dieses Zählers wird ein mehr

oder weniger großer Teilbetrag der zu messenden Flüssigkeit vor dem Meßflügel abgezweigt und der bereits durch den Meßraum gelaufenen Flüssigkeit wieder zu-

Die Erfindung betrifft eine Meßturbine mit einem geführt Je nach Stellung des Drosselelementes kann der Turbinenläufer, der in einem Strömungskanal des Meß- 45 Durchfluß des Nebenstromes durch den Strömungskagehäuses mit seiner Achse in Strömungsrichtung ange- nal verringert werden, d. h. es wird daher die Durchflußordnet ist, wobei vor und hinter dem Turbinenläufer menge beeinflußt Durch die Verwendung eines Neben-Strömungsgleichrichter vorhanden sind. Schlußkanals kann die Meßfehlerkurve jedoch nur über

Derartige Meßturbinen sind an sich bekannt und ge- ihren gesamten Verlauf geändert werden, wobei gegehören zur Gruppe der mittelbaren Volumenzähler, wel- 50 benenfalls die Änderung der Meßfehlerkurve in Abhänche nach dem Prinzip des sogenannten Woltmann-Flü- gigkeit von der Durchflußmenge erfolgt Damit aber gelradzählers arbeiten und die zur genauen Messung werden Meßfehler in jedem Fall verstärkt, wobei jedoch des momentanen Volumenstromes sowie zur Volumen- die Tendenz der Kurve nicht geändert werden kann, messung von Flüssigkeiten besonders geeignet sind. Ein Eine Nebenschlußkanalregelung ist für Durchflußme-

Turbinenläufer mit geringer Masse, der in einem Rohr- 55 dien, die ihre Viskosität betriebsbedingt ändern, somit körper zentrisch gelagert ist, wird in axialer Richtung nicht brauchbar.

angeströmt, wobei das Meßmedium, über Strömungs- Aus der DE-AS 25 26 505 ist ein Strömungsmesser

gleichrichter beruhigt, als quasi laminare Strömung auf bekannt, dem die Aufgabe zugrunde liegt, diesen so ausdas Turbinenrad trifft Die Drehzahl des Turbinenrades zubilden, daß keine besondere Zentrierung erforderlich ist hierbei proportional der mittleren Strömungsge- 60 ist und keine Fluchtungsprobleme auftreten können. Bei schwindigkeit und entspricht damit über einen weiten diesem bekannten Strömungsmesser findet eine direkte Bereich dem durchgesetzten Volumen. Beeinflussung des Meßturbinenläufers und damit des

Die Drehzahl des Turbinenrades wird vorzugsweise gesamten Meßkurvenverlaufes statt Mit diesem berückwirkungsarm durch den nicht magnetischen Rohr- kannten Durchflußmesser ist es somit nicht möglich, die körper hindurch über einen induktiven Aufnehmer ab- 65 Meßkurve ab einem bestimmten Durchflußwert zu begegriffen. Die Impulszahl pro Zeiteinheit ist dem mo- einflussen, während der Meßwert bis zu diesem definiermentanen Volumenstrom proportional, wobei selbst bei ten Durchfluß unverändert bleibt minimalem Volumenstrom die Drehzahl des Turbinen- Aus der DE-AS 12 52 427 ist eine weitere Meßturbine