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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen bzw. Regeln der Dichte von
Flüssigkeiten bzw. Suspensionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen und Regeln der Dichte von Flüssigkeiten bzw.
Suspensionen, bei dem das Messmedium durch einen Üb erlauf behälter einem Venturirohr zugeführt und der darin entstehende Unterdruck zum Ansaugen einer Spülflüssigkeit verwendet wird.
Gegenüber den Verfahren mittels Wägung eines Durchlaufgefässes, mittels verschiedener Schwimmeranordnungen, mittels der Messung des Stossdruckes, den das umlaufende Medium auf einen in diesem pendelnd aufgehängten Fühler ausübt, mittels des Widerstandes, den eine Rühreinrichtung erfährt, mittels der Wurfweite eines auslaufenden Strahls des Mediums oder mittels der Abtastung der in einer Schleudereinrichtung abgesetzten Festbestandteile, setzen sich pneumatische Messmethoden immer mehr durch. Die Gründe hiefür sind in der erheblichen Herabsetzung des gerätemässigen Aufwandes und der Erhöhung der Messgenauigkeit und der Verringerung der Totzeiten zu suchen. Bei dem oben erwähnten Stossprinzip wird das Stoffwassergemisch durch einen kleinen Propeller, der mit konstanter Drehzahl läuft, in Umlauf gebracht.
Durch die Verschiedenheit der Stoffdichte wird der Stossdruck auf einen in dem umlaufenden Medium pendelnd angeordneten Löffel verändert und damit ein Hebelsystem zur Betätigung von Kontakten veranlasst. Drehzahländerungen des Propellers, herrührend von Frequenzschwankungen beeinflussen den Reguliervorgang in ungünstiger Weise.
Zwei Verfahren mit pneumatischen Messmethoden sind bekannt geworden. Nach dem einen wird der Niveauunterschied der strömenden Suspension durch den Druckunterschied gemessen, den eine Hilfsluftmenge erfährt, die mittels zweier, mit einigem Abstand in Strömungsrichtung angeordneter Tauchrohre durch die Suspension hindurchgepresst wird. Hiebei wird von der Tatsache Gebrauch ge- macht, dass das Niveau eines strömenden Mediums nicht horizontal ist, sondern eine von dessen Viskosität bzw. Dichte abhängige Neigung aufweist.
Das andere pneumatische Verfahren verwendet das Wirkdruckprinzip mittels eines Venturirohres in geschlossener Leitung. Unter Wirkdruck wird der zwischen dem unverengten und dem verengten Querschnitt der Rohrleitung auftretende Druckunterschied bezeichnet ; das auf dieser Grundlage aufgebaute Messverfahren nennt man Durchflussmessung nach dem Wirkdruckverfahren.
Im ersten Falle ist die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens raumbeamspruchend und nur im Vollstrom anwendbar, da für eine deutliche Anzeige sowohl ein gewisser Abstand der Tauchrohre als auch eine gewisse Eintauchtiefe vorhanden sein muss, um einen ausreichend grossen Differenzdruck zu gewinnen. Unter einem Messverfahren im Vollstrom ist, im Gegensatz zu dem im Teiloder Nebenstrom, das Heranziehen der Gesamtmenge des zu messenden oder zu regelnden Mediums zu verstehen. Im zweiten Falle sind Zusatzapparaturen erforderlich, wie Transmitter, Mengenregler zur Konstanthaltung des Druckes der Spülung, die ohne Messwert beeinflussung gegen einen überdruck gesteuert werden muss, um das Verstopfen der Messwertentnahmeöffnungen möglichst zu verhindern. Diese Einrichtungen sind sehr kompliziert, daher teuer und trotzdem nicht genügend betriebssicher.
Die vorstehend erwähnten Nachteile werden dadurch vermieden, dass das Messmedium durch einen überlaufbehälter einem Venturirohr zugeführt, der in diesem während des Durchströmens erzeugte Unterdruck zum Ansaugen einer Spülflüssigkeit verwendet wird, wobei dieser Unterdruck gleichzeitig zum Ansaugen einer Spülluftmenge und der in den Spülleitungen auftretende Unterdruck zur Messung bzw. zur Regelung dient. Weitere
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Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der anschliessenden Beschreibung.
Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist recht einfach. Die aus einem Überlaufbehälter, dessen Besonderheiten später beschrieben werden, über ein vorzugsweise senkrecht unter ihm befestigtes Venturirohr weitergeleitete Suspension erzeugt in der Nähe dessen engster Stelle einen Unterdruck. Dieser Unterdruck ist ein Mass für die Durchflussmenge und diese wiederum ein Mass für die innere und äussere Reibung des Strömung- mittels und somit ein Kennzeichen für die Viskosität oder den Gehalt an Festkörperbestandteilen. An dieser Stelle angebrachte Öffnungen zweckmässigen Durchmessers sind über Leitungen mit eingebauten Drosseln einerseits mit einem Spülflüssigkeitsbehälter, anderseits mit der freien Atmosphäre verbunden.
Der Unterdruck im Venuturrohr saugt sowohl Luft wie die Spülflüssigkeit an, u. zw. wie die Versuche ergeben haben, im rhythmischen Wechsel von Luft und Wasser. Dieser als Longitudinalschwingungen anzusehende Vorgang hält die Messöffnungen mit Sicherheit von Verstopfungen frei. Üderdies wäre die Anzeige des Unterdruckes allein durch die Spülflüssigkeit zu unruhig und trägheitsbehaftet.
Der in den Spülleitungen auftretende Unterdruck ist an einem vorzugsweise in der Luftleitung liegenden Messinstrument abzulesen oder unmittelbar oder über einen Kraftschalter in bekannter Weise zum Eingriff in die Regelstrecke zu verwenden. Als Kraftschalter wird dabei das Glied bezeichnet, das die Hilfsenergie für die Bewegung des Stellgliedes nach Massgabe der Regelspanne einstellt. Der Kraftschalter stellt meist einen Verstärker, zuweilen auch nur einen Energiewandler (ohne Verstärkungswirkung) dar.
Eine im überlauf pendelnd aufgehängte Klappe ist mit Schaltelementen zur Betätigung von Signalgeräten, Absperrorganen od. dgl. verbunden, um beispielsweise auf das Ausbleiben des Zuflusses des Messmediums in gewünschter Weise anzusprechen.
An Hand schematischer Darstellungen eines für die Papierindustrie bestimmten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.
Die Fig. 1 ist ein Schnitt nach der Linie : A-B der in Fig. 2 gezeichneten Ansicht, Fig. 3 eine Ansicht der Anschlüsse am Venturirohr und Fig. 4 die Draufsicht dieser Anschlüsse.
Dem Überlaufbehälter 1 wird über den Zulauf 2 die bezüglich ihrer Konsistenz zu überwachende bzw. zu regelnde Suspension zugeführt.
Im überlauf 3 ist eine Klappe 4 pendelnd aufgehängt. In der Ausgangslage liegt diese Klappe 4 an der den überlauf bildenden Scheidewand 5 und wird von der überlaufenden Suspension ausgelenkt.
Der Boden des Überlaufbehälters ist nicht eben. Er läuft konisch dem Venturirohr 6 zu.
Dadurch ist ausserhalb des überlaufbehälters ohne besondere Raumanforderung Platz geschaffen für einen zweiten, kleineren über- lauf behälter 7 für eine Spülflüssigkeit. Er wird über eine Zuleitung 8 gespÚst und über eine Öffnung 9 entlüftet. Der Überlauf mündet in eine Öffnung 10 und die weiteren Öffnungen bilden die Anschlüsse für die Zuleitungen 11
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; : n 11die einen Druckausgleich zwischen dem Un- terdrück im Venturirohr 6 und der Atmos- phäre verhindern und die Spülflüssigkeitsmenge dosieren.
Vor dem Anschluss der Wasserzuleitungen 11 an die paarweise miteinander verbundenen Messöffnungen 12 vereinigen sie sich über eins Verbindungsleitung 19 mit einer über eine Drossel 15 in die freie Atmosphäre führende Luftleitung 14. In dieser Luftleitung ist ein Filter 16 angeordnet.
Derartige Filter sind in allen von aussen kommenden Zuleitungen vorzusehen.
Die Funktion dieser Einrichtung geht an sich schon aus der vorstehenden Beschreibung hervor. Die Durchflussgeschwindigkeit der Suspension hängt unter der Voraussetzung eines gleichbleibenden Druckgefälles von der inneren Reibung, d. h. von der Reibung der Feststoffbestandteiie aneinander und von der äusseren Reibung, also der Reibung an den Wandungen der Leiteinrichtungen ab. Daher ist der am Venturirohr 6 als Mass für die Durchflussgeschwindigkeit auftretende Unterdruck auch ein Mass für die Konsistenz der Suspension. Dieser Unterdruck saugt Wasser über die Zuleitungen 11 und Luft über die Zuleitungen 14 an, wodurch zwar die absolute Höhe des Unterdruckes erniedrigt, nicht aber die Proportionalität zwischen ihm und der Durchflussgeschwindigkeit geändert wird.
Ein in der Luftzuleitung 14 angeordnetes An- zeige gerät 17 gibt demnach Auskunft über di, - Beschaffenheit der das Venturirohr 6 durchlaufenden Suspension. Eine an Stelle des An- zeige gerätes 17 angeschlossene. hier nicht dargestellte Einrichtung (Kraftschalter, Stellglied) kann beispielsweise durch Veränderung der Menge des in einer vorhergelegenen Mischstufe der Anlage zugesetzten Ver- dünnungsmittel die Konsistenz der Suspension auf dem gewünschten Mischungsverhältnis halten.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Anschlüsse an das Venturirohr 6 nicht wie üblich senkrecht zur Strömungsrichtung, son- dern in stumpfen Winkel zur Ausström- richtung anzusetzen. Es ist dies eine weitere Massnahme, um Verstopfungen der Messöff-
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nungen 12 auszuschliessen. Diese Anschlüsse werden paarweise mit dem Spülflüssigkeitsbehälter 7 und dann mit der Luftleitung 14 verbunden.
Um die beim An- und Abstellen der Anlage auftretenden schnell verlaufenden Druckschwankungen sich nicht dahingehend auswirken zu lassen, dass die Spülflüssigkeit in die Luftleitung 14 übertritt und sich dort mit der Zeit ansammelt und in die Anzeigebzw. sonstigen nachgeordneten Einrichtungen gelangt, diese durch Korrosion schädigt und vorher schon die Messergebnisse verfälscht. ist in die Luftleitung 14 ein U- Stück 18 eingesetzt u. zw. so, dass die Schenkelöffnung nach unten weist und die Schenkellänge grösser gehalten ist, als es für die zu erwartenden Druckschwankungen notwendig ist. Die bei einem plötzlichen Unterdruckausgleich im Venturirohr (z.
B. beim Abstellen der Zufuhr der Suspension) in die Luftleitung 14 etwa übertretende Spülflüssigkeit kann den aufsteigenden Schenkel des U-Stückes nicht überschreiten und wird vom nächsten auftretenden Unterdruck wieder in das Venturirohr 6 gesaugt.
Die pendelnd aufgehängte Klappe 4 ist dazu bestimmt, durch ihre Bewegungen Schaltelemente zu betätigen, die beispielsweise bei Ausbleiben des Zuflusses der Suspension akustische oder optische Warnsignale auslösen, den Regler stillsetzen usw.
Die beschriebene Einrichtung verhindert mit Sicherheit ein Verstopfen der Messöffnungen ; die Messempfindlichkeit sowie Messwertgenauigkeit ist gegenüber den bereits bekannten Verfahren bedeutend höher. Sie ist sowohl für das Vollstrom- wie auch für das Teilstromverfahren geeignet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen bzw. Regeln der Dichte von Flüssigkeiten bzw. Suspensionen, bei dem das Messmedium durch einen überlaufbehälter einem Venturirohr zugeführt wird und wobei der erzeugte Unterdruck zum Ansaugen einer Spülflüssigkeit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet. dass der am Venturirohr entstehende Unterdruck ausser zum Ansaugen der Spülflüssigkeit noch zum Ansaugen von Spülluft herangezogen wird, wobei der in den Spülleitungen , 14) auftretende Unterdruck zur Messung bzw. zur Regelung dient.