DD203140A1

DD203140A1 - METHOD AND APPARATUS FOR TRANSPORT SIZE MEASUREMENT IN MULTIPHASE MIXTURES

Info

Publication number: DD203140A1
Application number: DD23581081A
Authority: DD
Inventors: Harald Krause; Wolfgang Richter; Guenter Sostmann
Original assignee: Leuna Werke Veb
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1983-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Eigenschaften einer Partikelstroemung, wie Partikelgeschwindigkeit, lineare Partikelabmessung, Partikelabstand, sowie zur Berechnung von Kenngroeszen, wie mittlere Partikelkonzentration (Transportkonzentration), Partikelvolumenstrom. Das Ziel der Erfindung besteht in der Messung der Eigenschaften einzelner Partikel und in der darauf aufbauenden Berechnung der Kenngroeszen der Stroemung fuer eine grosztechnische Anwendung. Die Aufgabe wird geloest durch eine Meszanordnung, bestehend aus Lichtabsorptionssonde mit flexiblen Lichtleitfasern, Lichtquelle und Lichtgeber, optoelektronischen Wandlern, Verstaerkern, Impulszeitmeszeinrichtung und elektronischem Einzweckrechner. An der Lichtabsorptionssonde verursachen die zwischen dem Lichtgeber und den unmittelbar nebeneinander angeordneten zwei Lichtleitfasern der Lichtabsorptionssonde sich hindurch bewegenden Partikel zwei unmittelbar nacheinander auftretende Lichtabsorptionen, die bezueglich ihrer zeitlichen Verschiebung sowie ihres zeitlichen Verlaufs vermessen und zur Berechnung der Geschwindigkeit, der linearen Abmessung, der Transportkonzentration und des Partikelvolumenstromes benutzt werden.The invention relates to a method and a device for measuring properties of a particle flow, such as particle velocity, linear particle size, particle spacing, and for calculating characteristic quantities, such as average particle concentration (transport concentration), particle volume flow. The object of the invention is the measurement of the properties of individual particles and the subsequent calculation of the characteristic quantities of the flow for a large-scale technical application. The object is achieved by a Meszanordnung consisting of light absorption probe with flexible optical fibers, light source and light source, optoelectronic transducers, amplifiers, pulse time measuring device and electronic single-purpose computer. At the light absorption probe caused between the light generator and the immediately adjacent two optical fibers of the light absorption probe moving particles cause two immediately successive light absorptions, which measured with respect to their time shift and time course and to calculate the speed, the linear dimension, the transport concentration and the particle volume flow can be used.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren and Vorrichtung zur Transportkenngrößenmessung in Mehrphasengemischen ^: Method and device for transport parameter measurement in multiphase mixtures ^:

Anwendungsgebiet, der ErfindungField of application, the invention

Die Erfindung wird angewendet in Verfahrens- und fördertechnischen Anlagen zur Analyse, überwachung und Steuerung von Iransportzuständen·The invention is used in process and conveyor systems for the analysis, monitoring and control of transport conditions.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Ermittlung von Konzentrationen und Konzentrationsschwankungen in Mehrphasenströmungen durch Rohrleitungen und Apparate sind zahlreiche Verfahren bekannt. Die Anwendung von flexiblen Lichtleitfasern aur Messung der Partikelgröße und der Partikelgeschwindigkeit ist aus Verfahren bekannt, die nach dem Prinzip der Lichtreflexion arbeiten (DE-PS 2 23.1 873 und 2 401 322). Der Erfindung am nächsten kommt ein Verfahren unter Verwendung einer Lichtabsorptionssonde, bei dem mitNumerous methods are known for determining concentrations and concentration fluctuations in multiphase flows through pipelines and apparatus. The use of flexible optical fibers aur measuring the particle size and the particle velocity is known from methods that operate on the principle of light reflection (DE-PS 2 23.1 873 and 2 401 322). The invention closest to a method using a light absorption probe, in which

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Hilfe der flexiblen Lichtleitfasern, die in einem bestimmten Abstand voneinander in der Sonde angeordnet sind, Geschwindigkeit, Größe und Konzentration von Partikeln einer Meiarphasenströmung durch !frequenzmessung und durch. Korrelationsanalysen der durch die Partikel hervorgerufenen Lichtabsorption bestimmt werden (DD-PS 128 995). nachteilig hierbei ist, daß aufgrund des relativ großen Abstandes der beiden Lichtleitfasern in der Sonde zur Auswertung der Signale ein Korrelator und zur Bestimmung des Volumenstromes der in der Strömung mitgeftihrten Partikel die Kenntnis des Querschnittes des Meßvolumens, das von den Partikeln zwischen Heßsonde und Lichtgeber durchströmt wird, erforderlich sind. Damit ist ein erheblicher Genauigkeitsverlust verbunden.Using the flexible optical fibers, which are arranged at a certain distance from each other in the probe, speed, size and concentration of particles of a Meierphasenströmung by! Frequency measurement and by. Correlation analyzes of the particle-induced light absorption are determined (DD-PS 128 995). The disadvantage here is that due to the relatively large distance between the two optical fibers in the probe for evaluating the signals, a correlator and for determining the volume flow of mitgeftihrten particles in the flow of knowledge of the cross section of the measuring volume, which is traversed by the particles between Heßsonde and light emitter , required are. This is associated with a significant loss of accuracy.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Messung von Partikelgeschwindigkeit Partikelgröße und Partikelvolumenstrom. mit geringem technische; Aufwand auch unter großtechnischen Bedingungen*The aim of the invention is the measurement of particle velocity particle size and particle volume flow. with little technical; Effort even under large-scale conditions *

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es bestand die Aufgabe, in einer Mehrphasenströmung die mittlere Partikelgeschwindigkeit und die mittlere Partikelgröße durch die Vermessung von Einzelpartikeln sowie den Partikelvolumenstrom durch direkte Messung der Iransportkonzentration zu bestimmen»The task was to determine the mean particle velocity and mean particle size in a multiphase flow by measuring individual particles as well as the particle volume flow by direct measurement of the transport concentration. »

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Transportkenngrößenmessung in Mehrphasengemischen auf der Basis eines lichtoptischen Prinzips, bei dem die Einzelpartikel beim Passieren der Meßstelle einer in.das Strömungsmedium eingebrachten Lichtabsorptionssonde mit zwei Lichtleitern zwei nacheinander auftretende Lichtabsorptionen hervorrufen, die in optoelektronischen Wandlern in elektrische Signale umgewandelt und in Verstärkern verstärkt werden, wobei erfindungs-The object is achieved by a method for transport characteristic measurement in multiphase mixtures on the basis of a light-optical principle in which the individual particles cause two successive light absorptions when passing through the measuring point of a light absorption probe introduced into the flow medium with two light guides which are converted into electrical signals in optoelectronic transducers amplified in amplifiers, in which

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gegiäß durch die Lichtabsorptionen, die die Einzelpartikel in der lichtabsorptionssonde hervorrufen, der zeitliche Verlauf des Durchganges der Einzelpartikel durch die aus Lichtgeber und Lichtabsorptionssonde gebildete Meßschranke sowie der Abstand der Einzelpartikel zueinander bestimmt, die Fehlsignale, die von Sinzelpartikeln herrühren, die die Meßschranke nicht vollständig treffen, von einer weiteren Signalverarbeitung ausgeschlossen, die Zeitmeßwerte vor einer weiteren Terarbeitung einer Mittelwertbildung aus einer großen Anzahl von Einzelmessungen unterworfen und aus den gemittelten Zeitmeßwerten in einer Impulszeitmeßeinrichtung die Partikelgeschwindigkeit, die Partikelgröße, die [Eransportkonzentration und der Partikel-' volumenstrcm berechnet werden.due to the light absorptions which cause the individual particles in the light absorption probe, the time course of the passage of the individual particles through the measuring barrier formed by light emitter and light absorption probe and the distance of the individual particles to each other, the false signals resulting from individual particles which do not completely hit the measuring barrier excluded from further signal processing, the time readings are subjected to averaging from a large number of individual measurements before further processing and the particle velocity, particle size, [Eransport concentration and particle volume are calculated from the averaged time readings in a pulse time measuring device.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß zwei einzelne flexible Lichtleitfasern unmittelbar nebeneinander und in Strömungsrichtung des Mehrphasengemisches hintereinander in einem Schutzrohr als Lichtabsorptionssonde einem ebenfalls von einem Schutzrohr umgebenen Lichtleitfaserbündel als Lichtgeber gegenüber angeordnet sind,, wobei ein Abstand, zwischen den Stirnflächen der Lichtleitfasern und dem Lichtleitbündel die Meßschranke bildet, das Lichtleitbündel mit einer Lichtquelle und die zwei einzelnen Lichtleitfasern mit den an sich bekannten optoelektrischen Wandlern und den Verstärkern und einer j&npulszeitmeßeinrichtung und einem Rechenwerk verbunden sind· Es ist zweckmäßig, wenn die Meßschranke in ihrem Abstand veränderbar ist und der Partikelgröße angepaßt werden kann,, damit die Einzelpartikel frei zwischen Lichtabsorptionssonde und Lichtgeber hindurchtreten können, und damit voneinander unterscheidbare, getrennt auswertbare Einzelimpulse auslösen.For carrying out the method, a device is proposed in which according to the invention two individual flexible optical fibers are arranged directly next to one another and in the direction of flow of the multiphase mixture one behind the other in a protective tube as Lichtabsorptionssonde an optical fiber bundle also surrounded by a protective tube as a light generator, wherein a distance between the end faces The optical fibers and the light-conducting bundle form the measuring barrier, the light-conducting bundle is connected to a light source and the two individual optical fibers are connected to the known opto-electrical converters and the amplifiers and a pulse time measuring device and an arithmetic unit. It is expedient for the measuring barrier to be variable in its spacing and the particle size can be adjusted so that the individual particles can pass freely between the light absorption probe and light emitter, and thus distinguishable from each other, getre Do not initiate evaluable single pulses.

Vorteilhaft ist es, die Lichtabsorptionssonde und/oder den Lichtgeber in der Ebene- quer zur Strömungsrichtung verschiebbar zu gestalten und an beliebiger Stelle innerhalb der Strömung zu fixieren*It is advantageous to make the light absorption probe and / or the light transmitter displaceable in the plane transverse to the flow direction and to fix it at any point within the flow.

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Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt durch eine Rohrleitung, in der eine Mehrphasenströmung aus flüssiger Phase mit festen Partikeln eingeschlossen ist.The invention will be explained below with reference to an embodiment and the accompanying drawings. Figure 1 shows a section through a pipeline in which a multiphase flow of liquid phase is enclosed with solid particles.

Figur 2 zeigt ein Schaltschema für die Durchführung der Iransportkenngrößenmessung.FIG. 2 shows a circuit diagram for carrying out the transport characteristic measurement.

Entsprechend l?ig» 1 Ist in einem Strömungsrohr 1 eine Mehrphasenströraung 2 vorhanden und durch einen Pfeil angedeutet· In dieses Strömungsrohr 1 ragt eine Lichtabsorptionssonde 3 hinein, die aus zwei flexiblen Lichtleitfasern 4 und 5, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und einem Schutzrohr 6 besteht* In Strömungsrichtung bewegt sich innerhalb der flüssigen Phase feste Partikel 7.Corresponding to FIG. 1, a multiphase flow 2 is present in a flow tube 1 and indicated by an arrow. A light absorption probe 3 projects into this flow tube 1 and consists of two flexible optical fibers 4 and 5, arranged one behind the other in the flow direction, and a protective tube 6 exists * In the flow direction, solid particles 7 moves within the liquid phase.

Der Lichtabsorptionssonde 3 gegenüber ein Lichtgeber 8 angeordnet ist, der aus einem Lichtleitfaserbündel 9 und dem Schutzrohr 10 besteht· Sowohl die Lichtabsorptionssonde als auch der Lichtgeber können in den Richtungen 11 und 12 quer zur Ebene der Strömungsrichtung verschoben und an beliebiger Stelle innerhalb der Strömung fixiert werden. Entsprechend Pig* 2 wird Licht von der Lichtquelle 13 auf das Lichtleitfaserbündel 9 übertragen. Ein die Meßschranke 14 passierendes Einzelpartikel verursacht in den beiden Lichtleitfasern 4 und 5 der Lichtabsorptionssonde 3 zwei anmittelbar nacheinander auftretende Lichtabsorptionen, die anschließend in den optoelektronischen Wandlern 15 und 16 in. elektrische Signale umgewandelt und über die Verstärker 17 und verstärkt werden· Die elektrischen Signale werden in bezug auf ihre Zeitverschiebung und in bezug auf ihren zeitlichen Terlauf elektronisch in der Impulszeitmeßeinrichtung 19 vermessen. Aus der Abmessung der Lichtabsorptionssonde In Bewegungsrichtung der-Partikel und den Ergebnissen der Zeitmes^· sungen werden die Partikelgeschwindigkeit, die Partikelgröße und die Transportkonzentration im Rechenwerk 20 errechnet.The light absorption probe 3 is arranged opposite a light emitter 8 consisting of an optical fiber bundle 9 and the protective tube 10. Both the light absorption probe and the light emitter can be displaced in the directions 11 and 12 transversely to the plane of the flow direction and fixed at any point within the flow , According to Pig * 2, light is transmitted from the light source 13 to the optical fiber bundle 9. An individual particle passing through the measuring barrier 14 causes in the two optical fibers 4 and 5 of the light absorption probe 3 two successive light absorptions which are subsequently converted into electrical signals in the optoelectronic transducers 15 and 16 and amplified by the amplifiers 17 and · The electrical signals become measured electronically in the pulse time measuring device 19 with respect to their time shift and with respect to their temporal orbit. The particle velocity, the particle size and the transport concentration in the arithmetic unit 20 are calculated from the dimension of the light absorption probe in the direction of movement of the particles and the results of the time measurements.

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Dort erfolgt ebenfalls aus Partikelgeschwindigkeit, Transportkonzentration und Querschnittsfläche des Strömungsrohres die Berechnung des Volumenstromes der betreffenden Teilphase.There, too, particle velocity, transport concentration and cross-sectional area of the flow tube are used to calculate the volume flow of the relevant subphase.

Der Vorteil dieses Verfahrens einschließlich der dazu erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung besteht darin, daß durch die Messung von charakteristischen Zeiten der durch die Sinzelpartikel hervorgerufenen Absorptionsimpulse unmittelbar die üransportkonzentration. berechnet werden kann, ohne daßeine Umrechnung über ein Meßvolumen notwendig ist. Damit erhöht sich die Genauigkeit des Heßergebnisses gegenüber den bekannten Verfahren. Die Anwendung der erfindungsgemäß gestalteten Lichtabsor'ptionssonde gestattet eine sichere Identifikation derzueinander gehörenden Absorptionsimpulse und die Ermittlung der Partikelgeschwindigkeit durch eine Laufzeitmessung ohne Anwendung von Korrelatoren·.The advantage of this method, including the apparatus proposed for this purpose, is that by measuring characteristic times of the absorption pulses produced by the individual particles, the concentration of uranium in the immediate vicinity is determined directly. can be calculated without a conversion over a measuring volume is necessary. This increases the accuracy of Hessergebnisses over the known methods. The application of the inventively designed Lichtabsor'ptionssonde allows safe identification of the associated absorption pulses and the determination of the particle velocity by a transit time measurement without the use of correlators ·.

Claims

-δ- 235810 1 Claim for Conduct

1. A method for transport characteristic measurement in multi-phase mixtures on the basis of a light-optical principle in which the individual particles cause when passing the measuring point of an introduced into the flow medium light absorption probe with two light guides two successive light absorptions, which are converted into optoelectronic transducers into electrical signals and amplified in amplifiers , characterized in that by the light absorptions, which cause the individual particles in the light absorption probe (3), the time course of the passage of the individual particles through the light sensor (8) and light absorption probe (3) formed measuring barrier (14) and the distance of the individual particles to each other determines the Pehlsignale resulting from individual particles that do not hit the measuring barrier completely, excluded from further signal processing, the time measured before further processing of averaging of a subjected to a large number of individual measurements and the particle velocity, the particle size, the transport concentration and the particle volume flow are calculated from the averaged Zeitmeßwerten in a pulse time measuring device (19).

2. Apparatus for transport characteristic measurement in multiphase mixtures on the basis of a light-optical principle, wherein a light absorption probe is introduced with two optical fibers in a flow medium, characterized in that two individual flexible optical fibers (4, 5) immediately adjacent to each other and one behind the other in the flow direction of the multiphase mixture in a Protective tube (6) as a light absorption probe (3) by a protective tube (10) surrounded optical fiber bundles (9) are arranged opposite as a light generator (8), wherein a distance between the end faces of the optical fibers and

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and the light guide forms the heshscarse (14), the fiber optic bundle with a light source (13) and the two individual optical fibers (4; 5) with the known optoelectronic transducers (15; 16) and amplifiers (17; 18) and a pulse time measuring device (19) and an arithmetic unit (20) are connected.

3. Device according to item 2, characterized in that the measuring barrier (14) is variable in their distance.

4 «Device according to item 2 and 3, characterized in that ^v the light absorption probe (3) and / or the light transmitter (8) in the plane transversely to the flow direction displaceable. and can be fixed at any point within the flow *

This includes 2 sheets of drawing