DE102010027680B4

DE102010027680B4 - Verfahren zum Abtasten des Unterlaufstrahles eines Hydrozyklons

Info

Publication number: DE102010027680B4
Application number: DE201010027680
Authority: DE
Inventors: Peter Kaniut; Georg Fritsch
Original assignee: AKW Apparate und Verfahren GmbH
Current assignee: AKW Apparate und Verfahren GmbH
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: DE102010027680A1; WO2011157590A1; EP2582465A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons, insbesondere zur Regelung desselben durch Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag durch optische Mittel. Erfindungsgemäß erfolgt eine Abbildung des Strahles auf einer optoelektronischen Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere einer Kamera mittels einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung, wobei hierdurch Veränderungen der optischen Transparenz des Strahls und/oder ein sich ändernder Strahlwinkel ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten des Unterlaufstrahles eines Hydrozyklons, insbesondere zur Regelung desselben durch Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag durch optische Mittel gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Hydrozyklone sind sowohl bei der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe als auch im zunehmenden Maß in der Umwelttechnik, z. B. beim Bodenwaschen als bevorzugte Klassierapparate für Trennkorngrößen im Bereich von 10 μm bis 100 μm im Einsatz. Ziel der jeweiligen Klassierung ist dabei die trennscharfe Abtrennung, z. B. eines kontaminierten Feinkorns vom gewaschenen Grobkorn des Bodens.
Das Grobprodukt von Hydrozyklonen wird durch die sogenannte Unterlaufdüse am unteren Ende des Hydrozyklons ausgetragen. Dabei bildet sich ein Austragsstrahl aus, dessen Form vom Betriebszustand des Hydrozyklons abhängt. Es wird hier zwischen Strangaustrag und Schirmaustrag unterschieden. Für eine effektive Prozesssteuerung des Hydrozyklons ist dabei ein Abtasten des Auslaufstrahles erforderlich. Bei dieser Abtastung müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt werden. Zum einen muss die beginnende Ausbreitung des Strahls, d. h. der Übergang vom Strang- zum Schirmaustrag sicher selektiert werden. Zum anderen müssen eingesetzte Sonden dem rauhen Hydrozyklonbetrieb beim Industrieeinsatz angepasst sein.
Aus der DE 199 63 284 A1 ist eine Anordnung zur Regelung des Betriebs eines Hydrozyklons oder einer Hydrozyklonanordnung vorbekannt, bei der die Form des Austragsstrahls im Unterlauf mindestens eines Hydrozyklons mit Hilfe einer Sonde erfasst und das Sondensignal einem vorhandenen Regelventil in der Oberlaufleitung des Hydrozyklons für die Verstellung des Volumensplits zugeführt wird. Die dortige Sonde ist in der Lage, den Umschlag der Austragsform des Unterlaufstroms von Strang zu Schirm zu erfassen.
Dabei wird der erkannte Umschlag im Unterlauf als Indikator für den Zustand des Hydrozyklons regelungstechnisch genutzt. Solange im Unterlauf des Hydrozyklons die Strangform beobachtet werden kann, ist Sediment im Konus gespeichert, was einen hohen Feststoffgehalt bzw. einen hohen Eindickungsgrad im Unterlauf bedeutet, aber auch einen zumindest partiellen Fehlaustrag von grobkörnigem Gut im Oberlauf nach sich zieht. Im Falle des Schirmaustrages ist nahezu kein Sediment mehr im Hydrozyklonkonus enthalten, so dass ein maximaler Feststoffaustrag gewährleistet wird. Bezüglich der einzusetzenden Messsonde wird nach DE 199 63 284 A1 auf eine Berührungssonde verwiesen.
Als Alternative wurde in der DE 100 27 976 C2 die Abtastung des Suspensionsstrahls mit Hilfe der an sich bekannten Lichtschrankentechnik erwähnt. Hierbei wird eine Verschmutzung von Lichtquelle bzw. Lichtempfänger dadurch verhindert, dass diese Einrichtungen im ausreichenden großen Abstand vom Suspensionsstrahl positioniert werden.
Die Lösung nach DE 100 27 976 C2 geht von dem Grundgedanken aus, die eigentliche Messsonde in einem Gehäuse anzuordnen, wobei das Gehäuse an seiner zum Strahl gerichteten Seite an sich offen ist, jedoch durch eine flexible Membran, insbesondere in Form einer Kappe, abgeschlossen wird. Diese Membran ist dann beim Auftreffen des Unterlaufstrahls einer Verformung unterworfen, die wiederum vom im Gehäuseinneren geschützt angeordneten Sensor selektierbar ist. Demnach berührt der Suspensionsstrahl zwar die Membran, nicht jedoch die im Inneren des Gehäuses befindliche Sensorik, so dass Messwertverfälschungen auf ein Minimum reduziert werden können.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass dann, wenn ein maximaler Strahlwinkel vorliegt, sich dieser bei weiterer Verdünnung der Aufgabesuspension kaum noch verändert. Aufgrund dieser Tatsache versagt bei geringen Feststoffgehalten in der Aufgabe die an sich bekannte Regelung auf der Basis der Messung des Schirmwinkels.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons, insbesondere zur Regelung desselben durch Erfassen der Strahlveränderung ab Grobkornaustrag durch optische Mittel anzugeben, so dass eine Hydrozyklonregelung auch im Bereich geringer Feststoffkonzentrationen mit hoher Regelgenauigkeit möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre gemäß Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einer Abtastung des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons, insbesondere zu dessen Regelung ausgegangen, indem ein Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag durch optische Mittel erfolgt.
Erfindungsgemäß wird eine Abbildung des Strahles auf eine optoelektronische Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera, mittels einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung vorgenommen, wobei hierdurch Veränderungen der optischen Transparenz des Strahls ermittelbar sind.
Aus diesen Veränderungen der optischen Transparenz ergibt sich die Erkenntnis, dass der Feststoffgehalt reduziert ist, was regelungstechnisch genutzt werden kann.
Erfindungsgemäß kann der Feststoffgehalt in der Aufgabe mit ausreichender Genauigkeit aus den optischen Signalen im Ergebnis der Transparenz- bzw. Trübungsmessung, d. h. quasi indirekt, bestimmt werden.
Darüber hinaus gilt es erfindungsgemäß, mit Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung die sich ändernde, strahlbedingte Verschattung der Beleuchtungseinrichtung, d. h. die Größe der verschatteten Fläche im gewählten Bildausschnitt festzustellen. Hieraus können auch kleinere Änderungen des Strahlwinkels erfasst werden, ohne dass es eines zusätzlichen apparativen Aufwandes im Sinne von mehreren diskret anzuordnenden mechanischen Sensoren oder mehrerer Lichtschrankensysteme bedarf.
Konkret wird aus dem sich ändernden Maß der Verschattung der Strahlwinkel und/oder der Strahlumschlag bestimmbar.
Die Verschattungsbestimmung wird mit dem Erreichen eines maximalen oder sich nicht mehr vergrößernden Strahlwinkels durch die vorerwähnte Trübungs- bzw. Transparenzmessung ergänzt oder ersetzt.
Bei einer weiteren verfahrensseitigen Ausgestaltung besteht in Abhängigkeit vom Material der Aufgabe die Möglichkeit, die Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung hinsichtlich Beleuchtungsstärke und/oder Beleuchtungswellenlänge einzustellen oder entsprechend zu kalibrieren, so dass sich die Messgenauigkeit und/oder die notwendige Auflösung erhöht.
Erfindungsgemäß kann zusätzlich zur Trübungs- und/oder Verschattungsmessung noch das akustische Verhalten beim Übergang vom Strang zum Schirmaustrag ausgewertet werden. Insbesondere kann beim Erkennen des Übergangs vom Strang zum Schirmaustrag die Verschattungs- bzw. Transparenz- oder Trübungsmessung aktiviert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, das Zeitverhalten, d. h. die zeitliche Schwankung der Verschattung zur Identifizierung des Übergangsbereiches von Strang zu Schirmaustrag zu ermitteln. Auf dieser Grundlage besteht dann auch die Möglichkeit, ein Regelungssignal für den Hydrozyklon, z. B. zum Zweck der Wasserzugabe, abzuleiten.
Alternativ oder ergänzend zur Möglichkeit, das akustische Verhalten beim Übergang vom Strang zum Schirmaustrag auszuwerten, kann das zeitliche Verhalten der aufgenommenen optischen Signale bewertet werden. Dabei kann auch ein Kalibrierungs- und/oder Lernschritt durchgeführt und das typische Signalverhalten für den jeweiligen Hydrozyklon abgespeichert und zu Vergleichszwecken herangezogen werden.
Bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons durch Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag wird auf eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung und auf eine Bildaufnahmeeinrichtung zurückgegriffen, die gegenüberliegend auf einer optischen Achse befindlich sind. Diese gemeinsame optische Achse schneidet den Unterlaufstrahl, wobei sich der Schnittpunkt des Unterlaufstrahls zwischen der Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung und der Bildaufnahmeeinrichtung befindet. Über einen ausreichenden Abstand sowohl der Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung als auch der Bildaufnahmeeinrichtung, bezogen auf den vorerwähnten Schnittpunkt, werden Verschmutzungen vermieden bzw. auf ein Mindestmaß reduziert.
Als Bildaufnahmeeinrichtung kommen optoelektronische Kameras zum Einsatz, die eine ladungsgekoppelte Bildwandlungssenorik besitzen, mit deren Hilfe das vorhandene Verschattungsbild bzw. die auftretende Trübung hochaufgelöst ermittelbar sind.
Bei einer Weiterbildung der Anordnung weist die Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung eine Optik auf, um das sich verändernde Unterlaufstrahlbild auf den genannten Bildempfänger der Bildaufnahmeeinrichtung zu projizieren. Dabei können Abschnitte des Unterlaufstrahls ausgewählt werden.
Mit Hilfe der Optik und/oder einer Fokuseinstellung der Bildaufnahmeeinrichtung kann in reproduzierbarer Weise ein Teilbereich des Unterlaufstrahls selektiert und ausgewertet werden.
Ergänzend besteht die Möglichkeit, dass die Bildaufnahmeeinrichtung den Farbwert des durchleuchteten Unterlaufstrahls ermittelt, um zusätzliche Erkenntnisse über die Arbeitsweise und das Verhalten des Hydrozyklons in Abhängigkeit der Aufgabe und des erreichten Klassierungsgrades zu erlangen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons und
2 typische beispielhafte Strahlwinkel und Trübungszustände am Hydrozyklonunterlauf.
Bei der Darstellung nach 1 wird vom konischen unteren Abschnitt eines Hydrozyklons 5 ausgegangen, wobei unterseitig sich der Hydrozyklonaustrag 2 ergibt. Das in der 1 gezeigte Strahlbild ist von einem leichten Schirmaustrag geprägt.
Eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung 1 in Form, z. B. eines Scheinwerfers erzeugt Strahlung in Richtung des Hydrozyklonaustrages 2, die den dortigen Materialaustrag teilweise durchdringt. Mit Hilfe einer als Kamera ausgebildeten Bildaufnahmeeinrichtung 3 und einer nachgeschalteten Einheit 4 zur Bildanalyse kann sowohl die Transparenz im Hydrozyklonaustrag 2 als auch der sich verändernde Strahlwinkel über eine strahlbedingte Verschattung erfasst werden.
Die hierbei auftretenden möglichen optischen Zustände sind stark vereinfacht in den Abbildungen gemäß 2, fortlaufend nummeriert mit 1 bis 5 und abnehmendem Feststoffgehalt von 1 nach 5 gezeigt.
Bei der Bildauswertung werden sowohl die jeweiligen Abschattungszustände der Bildfläche durch den Austrittsstrahl als auch dessen optische Durchlässigkeit bestimmt. Bei hohen Konzentrationen ist der Strahl nahezu intransparent. Die abgeschattete Fläche nimmt mit zunehmender Verdünnung der Aufgabesuspension zu. Bei weiterer Verdünnung (Darstellung 4) bleibt das Abschattungs- und Strahlwinkelverhältnis nahezu gleich, es stellt sich jedoch eine zunehmende Transparenz im Hydrozyklonaustrag ein (Darstellung 5). Hierdurch ist angezeigt, dass der Feststoffgehalt im Auftragsstrahl weiter sinkt.
Mit Hilfe der vorgestellten Erfindungslehre kann eine Hydrozyklonregelung auch im Bereich geringer Feststoffkonzentrationen vorgenommen werden. Das hierbei realisierte Monitoring erfordert nur einen geringen technischen Aufwand. Sowohl die Bildaufnahmeeinrichtung als auch die eingesetzten Lichtquellen sind ohne Weiteres verfügbar. Die durchgeführten Messungen sind wenig störempfindlich, da die Komponenten Bildaufnahmeeinrichtung und Beleuchtungseinrichtung in ausreichender Entfernung vom Hydrozyklonaustrag installierbar sind, so dass eine Verunreinigung durch Strahlspritzer vermeidbar ist.

Claims

Verfahren zum Abtasten des Unterlaufstrahls eines Hydrozyklons, insbesondere zur Regelung desselben durch Erfassen der Strahlveränderung am Grobkornaustrag durch optische Mittel, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abbildung des Strahls auf einer optoelektronischen Bildaufnahmeeinrichtung mittels einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung erfolgt, wobei hierdurch Veränderungen der optischen Transparenz des Strahles ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der optoelektronischen Bildaufnahmeeinrichtung um eine Kamera handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung die sich ändernde, strahlbedingte Größe der verschatteten Fläche im gewählten Bildausschnitt festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem sich ändernden Maß der Verschattung der Strahlwinkel und/oder ein Strahlumschlag bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Größe der Verschattungsfläche mit Erreichen eines maximalen oder sich nicht mehr vergrößernden Strahlwinkels durch eine Transparenzmessung ergänzt oder ersetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Material der Aufgabe die Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung hinsichtlich Beleuchtungsstärke und/oder Beleuchtungswellenlänge eingestellt oder kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend zur Trübungs- und/oder Verschattungsmessung das akustische Verhalten beim Übergang vom Strang zum Schirmaustrag ausgewertet wird.