Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluidums.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Strönuings- geschwindigkeit eines Fluidums und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist in vielen Fällen erwünseht, die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluidums in oder aus einem Behälter oder durch Leitungen überwachten zu können ohne Zuflueht zu Einrichtungen nehmen zu müssen, die Ventile oder andere den Strömungsquersehnitt verengernde Teile aufweisen oder die mit beweg liehen Organen versehen sind. Beispiele hierfür sind die Kohlenwasellanlagen sowie die Erzverarbeitungsanlagen, bei welchen mit in einer Flüssigkeit schwebenden festen Bestandteilen gearbeitet wird und wo es erforderlich ist, solche Suspensionen aus dieselben enthaltenden Behältern zn entnehmen.
Es ist hierbei erwünscht, die Strömungsgeschwindigkeit so zu regeln, dass, wenn der Anteil an festen Bestandteilen in den Suspensionen gering ist, auch nur ein geringer Teil der Suspension aus dem Behälter ai-,geführt wird, während bei grösserer Konzentration der festen Bestandteile in der Suspension ein grösserer Anteil des Fluidums aus denl Behälter abgeführt werden soll. Es gibt aber noch viele andere Fälle, wo es vorteilhaft ist, die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluidums mit einer Vorrichtung zu überwachen, die keine beweg- lichen mechanischen Teile besitzt.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet nun eine solche Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit ohne die Verwendung irgendwelcher bewegter Teile oder Querschnittsverengerungen dadurch, dass man das zu überwachende Fluidum tangential in eine Kammer einleitet und zentrifugiert. Das Flui duin wird hierauf durch einen am einen Kammerende angeordneten axial verlaufenden Auslass abgeleitet. Der Eintritt des Fluidums in die Kammer und sein Austritt aus derselben werden durch die Zentrifugalkraft des Fluidums in der Kammer beschränkt.
Zur Ausführung des erfindnngsgemässen Verfahrens dient zweckmässigerweise eine Vorrichtung, die eine zylindrisehe Kammer auf weist, welehe einen tangentialen Einlass und am einen Ende einen axial verlaufenden Aus lass besitzt.
Die Erfindung soll nun an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert werden, in weleher zwei beispielsweise Vorrichtungen zur Durchführung des neuen Verfahrens schematiseh dargestellt sind. In dieser Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansieht einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Längssehnitt durch die Kam- mern nach der Linie 2-2 der Fig. 1 und
Fig. 3 eine Seftenansidit einer Variante mit einzelnen Teilen im Schnitt.
In der Zeichnung ist die tXberwaehungs- einrichtung 10 in Verbindung mit einem Behälter 12 für das Fluidum dargestellt.
Die Vorrichtung 10 ist ausserordentlich einfach und besitzt keinerlei bewegliche Teile.
Sie umfasst eine zylindrische : Kammer 14, die Stirnwände 16 und 18 aufweist. Die Stirnwand 16 ist mit einem axial angeordneten Auslass 20 versehen, der sich praktisch in der Mitte der kreisrunden Stirnwand befindet.
Im weiteren weist die Vorrichtung 10 eine Einlassleitung 24 auf, die mittels einer Öffnung 44 tangential in die Kammer 14 mündet.
Die Vorrichtung 10 steht über ein Ventil 26 und einen Rohrstutzen 28 mit dem Behälter 12 in Verbindnng. Das Ventil 26 besitzt einen Flansch, mit welchem es auf den Flansch 30 der Einlassleitung 24 aufgesetzt werden kann.
Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Die eigent liche Uberwaehlmgs-oder Regeleinrichtung ist hier mit 32 bezeichnet, und sie ist auch hier wieder an einen Behälter 12 angeschlossen.
Wie im Falle der Vorrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 besitzt die Einrichtung 32 eine zylindrische Kammer 34 von verhältnismässig geringem Radius. Sie weist wiederum eine im Deckel 42 angebrachte Auslassöffnung 36 auf, die um die Achse der Kammer angeordnet ist, und eine Einlassleitung 38, die tan- gential in die erwähnte Kammer führt. Die Leitung 38 ist rechtwinklig abgebogen, so dass, wenn sie durch den Flansch 40 mit dem vertikalen Auslassstutzen 28 des Behälters 12 verbunden ist, die Auslassöffnung 36 nach unten gerichtet ist, im Gegensatz zu der horizontalen Lage der Auslassöffnung 20 der oben beschriebenen Ausführung.
Die Wirkung der Vorrichtung ist die, dass, wenn die Viskosität des Fluidums niedrig ist, zufolge geringer Flüssigkeitsreibung die tangentiale Glesehwindigkeit des Flilidluns in der Kammer und damit die Zentrifugalkräfte gross sind. Infolge dieser Zentrifugalkräfte ist der Druck beim Einlass in die Kammer gross und infolgedessen hier die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidums gering. Demgemäss ist auch die Menge des durch die Vorrichtung abgegebenen Fluidums gering.
Wenn anderseits die Viskosität hoch ist sind auch die Reibungskräfte gross und die Umfangsgeschwindigkeit klein. Je geringer aber diese Umfangsgeschwindigkeit ist, um so kleiner sind die erzeugten Zentrifugalkräfte.
Somit wird auch der Gegendruck in der Kammer gering sein und damit die Menge des von der Kammer abgegebenen Fluidums gross.
Zur weiteren Erläuterung des Verfahrens sei auf die nachstehenden Beispiele verwiesen: Beispie1e :
Ein Vorratsbehälter für eine Suspension in einer Kohlenwaschanlage wird an seinem Boden mit einem Auslass versehen, welcher in die oben beschriebene Kammer führt. Die Einlassleitung dieser Kammer besitzt einen Innendurchmesser von 7,5 mm und die Kammer eine einzige Auslassöffnung von gleichem Durchmesser. Der Innendurchmesser der zylindrischen Kammer beträgt 41,5 mm und die Höhe der Kammer 10 mm.
Wenn mit einer Suspension von festen Teilen in Wasser gearbeitet wird und die Konzentration an festen Bestandteilen 10 Gew. S beträgt, gestattet die Vorrichtung den Durch- fluss von 0,32 m3 der Suspension pro Stunde.
In einem andern Falle, in welchem der Anteil an festen Bestandteilen 41 Gew. % beträgt, gestattet die Vorrichtung den Durch- fluss von 0,54 m3/h. Bei hohem Gehalt an festen Bestandteilen gestattet die beschriebene Vorrichtung also den Durchfluss einer grösseren Suspensionsmenge als bei niedrigerem Gehalt, wie dies für ein befriedigendes Arbeiten einer nachfolgenden Trenneinrichtung erforderlich ist.
Durch das beschriebene Verfahren und die erwähnten Vorrichtungen kann die Strömung der verschiedensten Medien beeinflusst werden. Es können sowohl Flüssigkeiten, Suspensionen von festen Stoffen in Flüssigkeiten oder von Gasen in Flüssigkeiten bezüglich ihrer DurehflussgeschwindigIreit beeinflusst werden. Derin der Beschreibung verwendete Ausdruck Fluidum soll alle diese Medien umfassen.
Bei den bisher üblichen Vorrichtungen zur Uberwaehung von Strömungsgesellwilldigkei- ten waren Ventile, biegsame Membranen, welehe den Durchbruchquerschnitt verengerten, oder andere ähnliche Einrichtungen erforderlich, die bewegliche, den Strömun gsquerschnitt verengernde Elemente aufwiesen. Diese bekannten Vorrichtungen besitzen verschiedene Nachteile, namentlich 'hinsichtlich der Rege- lung der Strömung von Suspensionen, weil der wirksame Durchmesser der Leitung bei einem teilweisen Schliessen des Ventils kleiner wird, wodurch die Gefahr von Verstopfungen der Ventilöffnung durch das feste Material um so grösser ist, je enger der Querschnitt wird.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung derselben ermöglicht nun die Vermeidung dieses Nach- teils. Der Strom des Fluidums kann ohne Verwendung irgendwelcher beweglicher, me chanischer Teile überwacht werden, und die Vorrichtung ist mit Einlass- und Austritts öffnungen von solcher Grösse versehen, dass ein Verstopfen dieser Öffnungen durch grosse Partikel der durchfliessenden Suspensionen praktisch unmöglich ist.
PATENTANSPROCRE:
I. Verfahren zur tfberwachung der Strö mungsgeschwindigkeit eines Fluidums, dadurch gekennzeichnet, dass man das Fluidum tangential in eine Kammer einleitet, zentrifugiert und aus der Kammer durch einen am einen Kammerende angeordneten axial verlaufenden Äuslass wieder ableitet, wodurch die Durchflussgeschwindigkeit des Fluidums durch die Kammer beschränkt wird.
Method and device for monitoring the flow rate of a fluid.
The present invention relates to a method for monitoring the flow rate of a fluid and a device for carrying out this method.
In many cases it is desirable to be able to monitor the flow rate of a fluid in or out of a container or through lines without having to take access to devices which have valves or other parts that narrow the flow cross-section or which are provided with movable organs. Examples of this are the hydrocarbon plants as well as the ore processing plants, in which work is carried out with solid constituents suspended in a liquid and where it is necessary to remove such suspensions from containers containing them.
It is desirable here to regulate the flow rate so that, when the proportion of solid components in the suspensions is low, only a small part of the suspension is passed out of the container ai, while with a greater concentration of the solid components in the Suspension a larger proportion of the fluid is to be removed from the container. There are, however, many other cases in which it is advantageous to monitor the flow rate of a fluid with a device which has no moving mechanical parts.
The method according to the invention now allows such a monitoring of the flow velocity without the use of any moving parts or cross-sectional constrictions by introducing the fluid to be monitored tangentially into a chamber and centrifuging it. The fluid is then discharged through an axially extending outlet arranged at one end of the chamber. The entry of the fluid into and out of the chamber are restricted by the centrifugal force of the fluid in the chamber.
To carry out the method according to the invention, a device is expediently used which has a cylindrical chamber which has a tangential inlet and an axially extending outlet at one end.
The invention will now be explained with reference to the accompanying drawing, in which two, for example, devices for carrying out the new method are shown schematically. In this drawing shows:
1 shows a side view of a first embodiment, FIG. 2 shows a longitudinal section through the chambers along the line 2-2 in FIGS
3 shows a side view of a variant with individual parts in section.
The drawing shows the monitoring device 10 in connection with a container 12 for the fluid.
The device 10 is extremely simple and has no moving parts.
It comprises a cylindrical chamber 14 which has end walls 16 and 18. The end wall 16 is provided with an axially arranged outlet 20 which is practically in the center of the circular end wall.
Furthermore, the device 10 has an inlet line 24 which opens tangentially into the chamber 14 by means of an opening 44.
The device 10 is connected to the container 12 via a valve 26 and a pipe socket 28. The valve 26 has a flange with which it can be placed on the flange 30 of the inlet line 24.
Another embodiment of the device is shown in FIG. The actual monitoring or regulating device is denoted here by 32, and it is here again connected to a container 12.
As in the case of the device according to FIGS. 1 and 2, the device 32 has a cylindrical chamber 34 of a relatively small radius. It in turn has an outlet opening 36 made in the cover 42, which is arranged around the axis of the chamber, and an inlet line 38 which leads tangentially into the mentioned chamber. The line 38 is bent at right angles so that when it is connected to the vertical outlet port 28 of the container 12 by the flange 40, the outlet opening 36 is directed downwards, in contrast to the horizontal position of the outlet opening 20 of the embodiment described above.
The effect of the device is that when the viscosity of the fluid is low, the tangential sliding speed of the fluid in the chamber and thus the centrifugal forces are high due to the low fluid friction. As a result of these centrifugal forces, the pressure at the inlet into the chamber is high and consequently the flow velocity of the fluid is low here. Accordingly, the amount of fluid discharged by the device is also small.
On the other hand, if the viscosity is high, the frictional forces are also great and the peripheral speed is low. However, the lower this peripheral speed, the lower the centrifugal forces generated.
The counterpressure in the chamber will thus also be low and thus the amount of fluid released by the chamber will be large.
For a further explanation of the process, reference is made to the following examples: Examples:
A storage container for a suspension in a coal washing plant is provided at its bottom with an outlet which leads into the chamber described above. The inlet line of this chamber has an inner diameter of 7.5 mm and the chamber has a single outlet opening of the same diameter. The inner diameter of the cylindrical chamber is 41.5 mm and the height of the chamber is 10 mm.
When working with a suspension of solid parts in water and the concentration of solid parts is 10% by weight, the device allows the flow of 0.32 m 3 of the suspension per hour.
In another case, in which the proportion of solid components is 41% by weight, the device allows a flow of 0.54 m 3 / h. In the case of a high content of solid constituents, the device described thus allows a larger amount of suspension to flow through than in the case of a lower content, as is necessary for satisfactory operation of a subsequent separating device.
The flow of the most varied of media can be influenced by the method described and the devices mentioned. Liquids, suspensions of solid substances in liquids or gases in liquids can be influenced with regard to their flow rate. The term fluid used in the description is intended to include all of these media.
In the devices used up to now for monitoring flow societies, valves, flexible membranes, which narrowed the opening cross-section, or other similar devices were required which had movable elements that narrowed the flow cross-section. These known devices have various disadvantages, namely with regard to the regulation of the flow of suspensions, because the effective diameter of the line becomes smaller when the valve is partially closed, which means that the risk of the valve opening being blocked by the solid material is all the greater, the narrower the cross-section becomes.
The above-described embodiment of the method according to the invention and the device for carrying out the same now make it possible to avoid this disadvantage. The flow of the fluid can be monitored without using any moving mechanical parts, and the device is provided with inlet and outlet openings of such a size that it is practically impossible to block these openings with large particles of the suspensions flowing through.
PATENTANSPROCRE:
I. A method for monitoring the flow rate of a fluid, characterized in that the fluid is introduced tangentially into a chamber, centrifuged and discharged from the chamber again through an axially extending outlet arranged at one end of the chamber, whereby the flow rate of the fluid through the chamber is restricted becomes.