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Anlage zur regelbaren und kontinuierlichen, mengenproportionalen
Einbringung von Flüssigkeiten in einen mengenveränderlichen
Flüssigkeitsstrom
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur regelbaren und kontinuierlichen. mengenproportionalen
Einbringung von Flüssigkeiten in einen mengenveränderlichen Flüssigkeitshauptstrom, welche aus einer
Förderpumpe, einem Regelorgan für die Zusatzflüssigkeit, je einen mit einem Flügelrad ausgerüsteten
Durchflussmengenmesser im Flüssigkeitshauptstrom und im Zusatzflüssigkeitsstrom, je einem Wandler zur
Umwandlung der Messergebnisse der Durchflussmengenmesser in eine elektrische Spannung und einer die- se Spannungen miteinander vergleichenden Differentialschaltungsanordnung, welche zur Veränderung der Durchflussmenge der Zusatzflüssigkeit mit dem Antrieb des Regelorgans verbunden ist, besteht.
Bei den bekannten Dosiervorrichtungen und-anlagen werden, sowie es sich um grössere Mengen Flüssig - keit handelt, denen Flüssigkeiten bestimmter Beschaffenheit und Zusammensetzung zugemischt werden sollen, meistens zur Einbringung der Zusatzflüssigkeit in der Regel Kolbenpumpen verwendet, deren Hub- bzw. Drehzahl regelbar ist oder bei denen die Förderung der Zusatzflüssigkeit in verschiedenster anderer Weise geregelt wird. Die Steuerung der Menge der Zusatzflüssigkeit erfolgt vielfach auch mittels eines
Flügelrades, welches im Flüssigkeitshauptstrom angeordnet ist und über ein Untersetzungsgetriebe und eine mechanische Transmission auf eine Steuereinrichtung einwirkt.
Mengenabhängige Dosieranlagen der üblichen Bauart für Leitungssysteme mit einem Durchmesser von etwa 300 mm und mehr wachsen mit zunehmendem Rohrdurchmesser sehr schnell zu schweren, umständlich montierbaren und teueren Anlagen. Bei diesen Leitungssystemen lassen sichBlendendosieranlagen, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten, nicht mehr wirtschaftlich einsetzen, da dies auf verschiedenste und beträchtliche Schwierigkeiten stösst. Vor allem ist der nachträgliche Einbau kompliziert, da ein be- stimmtes Stück der Rohrleitung her ausgenommen werden muss, um gegen das mit den Blenden ausgerüstete Rohrstück ausgetauscht zu werden ; daneben arbeiten die Blendendosieranlagen auch zu ungenau, als dass man die auftretenden Toleranzen in Kauf nehmen könnte.
Auch ist ein zweiter Behälter zur Bereitung der Zusatzflüssigkeit unbedingtnotwendig, da ein unter Druck stehender Behälter mit einfachen Mitteln nicht mit ungelöstem Dosiergut und der notwendigen Menge Lösungsflüssigkeit beschickt werden kann.
Dosieranlagen, die aus einem motorischen Wasserzähler und einer Pumpanlage bestehen, sind verhältnismässig umfangreich, weil bei diesen Anlagen für grössere Durchflussmengen das Prinzip der intel - mittlerenden Förderung, gesteuert durch Schaltimpulse mit einem dem Hauptstrom umgekehrten proportional zeitlichen Abstand ziemlich unbedenklich von kleinen Anlagen her übernommen wurde, bei denen der entsprechende Aufwand noch vertretbar ist. Da die Arbeitsfrequenz solcher Pumpen mit wachsender Lei- stung sehr schnell kleiner wird, wächst der bauliche Umfang derartiger Anlagen unverhältnismässig stark an. Bei allen bekannten Anlagen dieser Art zeigt sich deren grosse Störanfälligkeit, wodurch die Stetigkeit der Förderung der Zusatzflüssigkeit in Frage gestellt ist.
Dies ist aber in den meisten Fällen nicht vertretbar.
Es sind auch Dosieranlagen, insbesondere für grössere Durchflussmengen, bekannt geworden, bei denen die dem Flüssigkeitshauptstrom zuzumischende Zusatzflüssigkeit mittels einer Kreiselpumpe in den Flüssigkeitshauptstrom über ein Regelorgan gefördert wird, wobei die Menge der in den Flüssigkeitshauptstrom einzubringenden Zusatzflüssigkeit durch das Regelorgan bestimmt und die überschüssige, von der Pumpe
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geförderte Zusatzflüssigkeit in den Vorratsbehälter zurückgedrückt wird.
Die Steuerung des Regelorgans für die Zusatzflüssigkeit bzw. die Steuerung der Grösse des Durchtrittsquerschnitts im Regelorgan erfolgt dabei in Abhängigkeit von zwei Messgrössen, und zwar von der Durchflussmenge des Flüssigkeitshauptstroms und der Durchflussmenge der Zusatzflüssigkeit hinter dem Regelorgan. Zu diesem Zweck sind in den in Betracht i kommenden Leitungen Durchflussmengenmesser angeordnet, welche mit einem Flügelrad ausgerüstet sind.
Bei einem solchen bekannten Durchflussmengenmesser wird ein Flügelrad verwendet, welches mit einem
Magneten versehen ist, der bei Drehung des Flügelrades auf eine Spulenanordnung einwirkt, die mit der
Anzeigeeinrichtung verbunden ist, d. h. Flügelrad und Anzeigeeinrichtung sind induktiv miteinander ge- koppelt. Infolgedessen ist zum Anlauf des Flügelrades eine bestimmte Kraft notwendig, so dass der Durch- 'flussmengenmesser nicht trägheilslos und auch nicht drehzahlunabhängig arbeitet. Die Anlage istinfolge- dessen ungenau und auch störungsanfällig.
Um eine rückwirkungsfreie Vorrichtung zu erhalten, ist auch bereits ein Flügelradflüssigkeitsmesser vorgeschlagen worden, der auf fotoelektrischen Messungen beruht, was zu einer recht umständlichen Konstruktion für das Flügelrad selber und auch für das dieses umgebende
Rohr führt, welches flüssigkeitsdicht abgeschlossene Fenster aufweisen muss, denen gegenüber die Foto- i zellen und die Lichtquellen angeordnet werden können.
Zur Vermeidung aller dieser Nachteile wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, Durchflussmengen- messer zu verwenden, die je aus einem an sich bekannten Flügelrad, welches mit einem vorzugsweise ringförmigen Permanentmagneten ausgerüstet ist, und aus einer im Wirkungsbereich des Flügelradmagneten angeordneten Elektronenstrahlröhre bestehen, wobei die übrigen in diesem Wirkungsbereich liegenden Teile aus diamagnetischem Material sind.
Durch den Permanentmagneten wird bei Drehung des Flügelrades der Elektronenstrahl ur Seite abge- lenkt, so dass dieser für die Zeitdauer der Auslenkung nicht auf die gegenüberliegende Elektrode auftrifft, so dass von der Elektronenstrahlröhre Impulse abgegeben werden, die in elektrische Spannungen umge- wandeltwerden, so dass dievondenbeidenDurchflussmengenmessern erzeugten Spannungen in einer Differen- tialschaltungsanordnung in einfacher Weise miteinander verglichen und zur Steuerung des Antriebsmotors für das Regelorgan in der Zusatzflüssigkeitsförderleistung ausgenutzt werden können.
Dies geschieht in der
Weise, dass je nachdem, welche der beiden Spannungen überwiegt, der Antriebsmotor in der einen oder andemRichtungumzulaufenveranlasstwird, wodurch dieser das Regelorgan entweder schliesst oder öffnet.
Bei Spannungsgleichheitverbleibtder Antriebsmotor für das Regelorgan in Ruhe ; in diesem Falle entspricht die Menge der Zusatzflüssigkeit dem eingestellten gewünschten Wert.- Die zwischen dem Flügelrad mit dem Magneten und der Elektronenstrahlröhre befindliche Wand bzw. andere Teile, wie z. B. die Haltervorrichtung für das als Messsonde ausgebildete Flügelrad od. dgl., be-
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rad wird in keiner Weise durch von ihm anzutreibende Elemente gehemmt.
Es dreht sich völlig frei im Flüssigkeitsstrom und trägt einen Permanentmagneten, vorzugsweise einen Ringmagneten, und ist statisch und dynamisch genauestens ausgewuchtet. Da in dem Wirkungsbereich des Permanentmagneten keine ma- gnetisierbaren Teile vorhanden sind ist es unmöglich, dass das Flügelrad in bestimmten Stellungen stehenbleibt, an denen sich ein magnetisches Feld ausbildet, so dass zum Anlauf des Flügelrades erst eine bestimmte Kraft notwendig ist, wie dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist, bei denen die Ai- zeigeeinrichtung zur Messung usw. entweder induktiv oder kapazitiv angekoppelt ist. Der erfindungsgemässe Durchflussmengenmesser arbeitet trägheitslos und drehzahlunabhängig, wobei selbst bei höchsten Geschwindigkeiten bzw.
Drehzahlen des Flügelrades eine absolute Genauigkeit gegeben ist. Da die Verwen- dung der Elektronenstrahlröhre, derenElektronenstrahlbei sich drehendem Flügelrad abgelenkt wird, höchste Schaltfrequenzen zulässt. Die besondere Ausbildung der erfindungsgemässen Durchflussmengenmessvorrichtung erhöht auch deren Empfindlichkeit, da bereits kleinste Kräfte bei ganz schwacher Flüssigkeitströmung ausreichen, um das Flügelrad zum Anlaufen zu bringen. Gegenüber ändern, ebenfalls trägheits- frei arbeitenden bekannten Ausführungsformen hat der erfindungsgemässe Durchflussmengenmesser den gro- ssen Vorteil, dass er ausserordentlich robust ist und leicht und ohne Schwierigkeiten in die Leitungen eingebracht werden kann.
In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt und nachstehend im einzelnen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Gesamtanlage, Fig. 2 den Durchflussmengenmesser vergrössert, z. T. im Schnitt.
In der Wand der Rohrleitung 1, durch, welche die Flüssigkeit hindurchströmt, der die Zusatzflüssigkeitzugemischtwerden soll, befindet sich ein Rohrstutzen 2, durch welchen die Messsonde 3 in die Rohr-
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leitung 1 hineinragt. Die Messsonde 3 ist an dem Verschlussdeckel 4 befestigt ; sie besteht aus einem Hal- ter 5 mit einem Rahmen 6, in dem das Flügelrad 7 frei drehbar gelagert ist. Das Flügelrad 7 ist mit einem
Ringmagneten 8 ausgerüstet. Ir dem hohlen Halter 5 der Messsonde 3 befindet sich die Elektronenstrahlröhre
9 im Wirkungsbereich des Permanentmagneten 8 am Flügelrad 7. Der Halter 5, der Rahmen 6 und das
Flügelrad 7 bestehen aus diamagnetischem Material.
Die dem Flüssigkeitsstrom in der Rohrleitung 1 zuzumischende Zusatzflüssigkeit befindet sich als Lö- sung in bestimmter Konzentration in dem Behälter 10, welcher mit einem Rührwerk 11 für die beschleunigte
Lösung fester Stoffe in einem Lösungsmittel ausgestattet ist. Die Zusatzflüssigkeit läuft der Kreiselpumpe
12 durch die Rohrleitung 13 aus dem Vorratsbehälter 10 zu und wird von dieser durch die Rohrleitung 14 in das mit Austrittsöffnungen 15 versehene, in die Rohrleitung 1 hineinragende Rohrstück 16 gefördert ; durch die Öffnungen 15 gelangt die Zusatzflüssigkeit in den Flüssigkeitshauptstrom, mit dem sie sich innig ver- mischt.
In der Rohrleitung 14 ist ein Regelorgan. vorzugsweise in Form eines Membranventils 17 angeordnet, welches die Menge der das Rohr 14 durchströmenden Zusatzflüssigkeit bestimmt. Die über diese Menge hinaus von der Pumpe 12 geförderte Zusatzflüssigkeitsmenge strömt durch das Rohr 18 in den Vorratsbe- hälter 10 zurück.
Neben dem Rückschlagventil 19 befindet sich in der Zusatzflüssigkeitsleitung 14 noch ein Durchfluss- mengenmesser 20, der in ähnlicher Weise aufgebaut ist wie derjenige in der Flüssigkeitsleitung 1. Das
Rohrstück 21, in dem das Flügelrad 22 mit seinem Permanentmagneten 23 gelagert ist, besteht aus dia- magnetischem Material. In dem am Rohrstück 21 angebrachten Gehäuse 24 ist die Elektronenstrahlröhre
25 untergebracht, so dass der in ihr erzeugte Elektronenstrahl bei Drehung des Flügelrades durch den Per- manentmagneten abgelenkt wird.
Die beiden Durchflussmengenmesser 3 und 20 sind an Impulswandler 26 bzw. 27 angeschlossen, die ihrerseits mit einer Schaltungsanordnung 28 verbunden sind, mittels welcher die von den Impulswandlern 2 6 und 27 erzeugten Spannungen miteinander verglichen werden, um den An- triebsmotor 29 für die Betätigung des Membranventils 17 zu steuern. Ist die von dem Wandler 26 erzeugte
Spannung höher als die von dem Wandler 27 erzeugte, so veranlasst die Schaltungsanordnung 28 den An- triebsmotor, in der einen Richtung umzulaufen. Sind dagegen die Verhältnisse umgekehrt, so läuft der
Antriebsmotor 29 in der entgegengesetzten Richtung um. Bei Spannungsgleichheit bleibt der Antriebs- motor 29 in Ruhe.
Spannungsgleichheit wird sich jeweils dann einstellen, wenn die Durchflussmenge der
Zusatzflüssigkeit, die von dem Mengenmesser 20 festgestellt wird, den Sollwert erreicht, der einer be- stimmten Durchflussmenge des Flüssigkeitshauptstroms entspricht, die durch den Mengenmesser 3 ermit- telt wird. Das Verhältnis der Flüssigkeitsmengen zueinander ist in einfacher Weise einstellbar, so dass dieses jederzeit ohne Schwierigkeiten geändert werden kann.
Fig. 2 zeigt den in der Leitung 14 befindlichen Durchflussmengenmesser 20 in vergrösserter Darstell- ung zum Teil im Schnitt, wobei nur die wesentlichen Teile mit Bezugsziffern verseben sind. Das Ge- häuse 21 des Durchflussmengenmessers weist an beiden Seiten Flansche auf, mittels denen der Durchfluss- messer in der Leitung 14 angebracht wird. In dem Gehäuse 21 befindet sich der Strömungskörper, der an seiner dem ankommenden Flüssigkeitsstrom zugewendeten Seite 30 rund, an der gegenüberliegenden Seite
31 spitz ausgebildet ist. Die Seite 30 des Strömungskörpers weist Leitbleche 32 auf. Am Ende des Strö- mungskörperteiles 30 befindet sich das Flügelrad 22, welches an seinem Ende den Ringmagneten 23 trägt.
Dieser Ringmagnet 23 ist quer polarisiert, so dass sich bei Drehung des Magneten abwechselnd der Nord- und der Südpol in Nähe der Elektronenstrahlröhre 25 befindet, die in einem Gehäuse 24 angebracht ist.
In der Zeichnung ist auch noch der Steckeranschluss 33 für die Elektronenstrahlröhre 25 zu erkennen.
Die erfindungsgemässe Dosieranlage erfüllt die Forderung nach kleinstmöglichem Bauumfang, ein- facher Montagemöglichkeit, einfacher und betriebssicherer Konstruktion bei grösstmöglicher Dosierge- nauigkeit in vollkommener Weise.
Da das Flügelrad in der strömenden Flüssigkeit keine Leistung abzugeben hat, weil die Signale von ihm bei seiner Umdrehung leitungslos an eine ausserhalb liegende Empfangsstation abgegeben werden, können für die Flügel Formen Verwendung finden, die von den bisher üblichen erheblich abweichen und die eine äusserst weitgehende Unabhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sowie nur einen kleinen Strömungswiderstand besitzen.