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Vorrichtungen zur Probenahme und zur laufenden Messung mittlerer
Werte aus Strömungen, insbesondere Rauchgasströmen großer Feuerungsanlagen Die Erfindung
befaßt sich mit der Aufgabe, genaue Messungen an strömenden gasförmigen oder flüssigen
Medien zu ermöglichen, wenn die Eigenschaften dieser Medien über den Strömungsquerschnitt
hinweg unterschiedlich sind. Die Durchführung solcher Messungen spielt beispielsweise
für die Untersuchung der strömenden Rauchgase großer Feuerungsanlagen eine Rolle.
Hierbei sind nicht nur die Geschwindigkeiten der Rauchgase über den gesamten Strömungsquerschnitt
des Rauchgaskanals hinweg unterschiedlich verteilt, sondern auch ihre Temperaturen
und sonstigen Eigenschaften. So interessieren insbesondere der Gehalt an C 02, 02,
C 0, H2 0 und allen erwartungsgemäß in dem zu messenden Gasvolumen anzutreffenden
Bestandteilen und Verunreinigungen, wie z. B. auch der Aschegehalt, der Gehalt an
unverbrannten Brennstoffteilen in der Flugasche u. a. m. Ferner ist auch die Bestimmung
verschiedener physikalischer Eigenschaften von Wichtigkeit, wie die des spezifischen
Gewichtes, des spezifischen Volumens, der spezifischen Wärme, der Absorptionsfähigkeit
gegeniiber Strahlungen usw. Ähnliches gilt für die Untersuchung von anderen Gasströmen
oder auch von Flüssigkeitsströmen beliebiger Art. Allgemein gesagt, handelt es sich
also darum, chemische und physikalische Eigenschaften zu bestimmen. Alle diese Eigenschaften
sind in der Regel über den gesamten Strömungsquerschnitt unterschiedlich verteilt,
was sich vor allem hinter Umlenkungen oder ungleichmäßig wirkenden Widerständen
ausprägt.
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Es ist an sich bekannt, daß es nicht möglich ist, durch Messung an
einem einzigen Punkt oder an einigen wenigen Punkten innerhalb des gesamten Strömungsquerschnittes
ein genaues Bild über die durchschnittliche Beschaffenheit eines ungleichförmigen
strömenden Mediums zu erhalten. Dieses aber ist in sehr vielen Fällen äußerst wichtig.
Bei den erwähnten Untersuchungen an Rauchgasen großer Feuerungsanlagen ist eine
möglichst genaue Kenntnis der Rauchgaseigenschaften für die Aufstellung der Feuerungsbilanz
und damit für die Überprüfung der Arbeitsweise, für die Erkennung etwaiger Mängel
und für die Einhaltung einer wirtschaftlichen Betriebsweise von großer wirtschaftlicher
Bedeutung. Da bei großen Feuerungsanlagen Verbesserungen des Wirkungsgrades auch
um nur wenige Prozent doch im Endergebnis zu ganz erheblichen Ersparnissen führen,
können für diesen Zweck auch nur sehr genaue Messungen eine verwertbare Grundlage
bilden.
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Bei solchen Feuerungsanlagen interessiert für die laufende Betriebsmessung
besonders die Erfassung des mittleren C 02-Gehaltes und der mittleren Temperatur.
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Durch Versuche an ausgeführten Anlagen wurde festgestellt, daß der
Unterschied im C 02-Gehalt über den
gesamten Querschnitt hinweg bis zu 3 bis 4 Volumprozent
betragen kann und der Unterschied in der Temperatur etwa 40 bis 500 C.
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Nun kann man zwar auch bei Anwendung der üblichen Einzelmessungen
die Genauigkeit im Endergebnis dadurch erhöhen, daß man solche Einzelmessungen an
einer größeren Zahl verschiedener Stellen des Strömungsquerschnittes ausführt. Der
arithmetische Mittelwert der Einzelmessungen von Temperatur und C 02-Gehalt kann
aber grundsätzlich nicht die tatsächlichen mittleren Daten des untersuchten Gesamtstromes
völlig richtig wiedergeben, weil ja die Geschwindigkeiten in den einzelnen Teilen
des Strömungsquerschnittes verschieden sind. Sofern man genaue Angaben benötigt,
muß man daher auch die Geschwindigkeiten in den einzelnen Meßpunkten berücksichtigen,
und zwar kann dieses mittels einer sogenannten »Gitternetzmessung« geschehen, wenn
man an jedem Meßpunkt des Gitternetzes auch die dort herrschende Strömungsgeschwindigkeit
mißt.
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Mittels einer solchen Gitternetzmessung kann man den tatsächlichen
Strömungsmischwert, der auch als »gewogenes Mittel« bezeichnet wird, verhältnismäßig
genau bestimmen. Da eine derartige Messung aber schon für einen einzigen Querschnitt
einen Zeitaufwand von mehreren Stunden erfordert, ist dieses Verfahren für eine
laufende Betriebsüberwachung nicht geeignet.
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Der Unterschied zwischen dem genauen Strömungsmischwert, Ider also
auch die Geschwindigkeitsunterschiede berücksichtigt, und dem arithmetischen Mittel
beträgt im C 02-Gehalt etwa 0,1 bis 0,3 Volumprozent, in der Temperatur etwa 2 bis
30 C. Bei genauen Messungen, wie sie beispielsweise für den Nachweis der
Garanti
ebedingungen benötigt werden, müssen diese Unterschiede berücksichtigt werden. Bei
laufenden Betriebsmessungen allerdings können diese Differenzen meist vernachlässigt
werden, denn sie sind ja immerhin wesentlich kleiner als diejenigen Fehler, die
entstehen, wenn man die Messung an nur einem t-inzigell Punkt des Rauchgasquerschnittes
vornimmt, -le e bisher auch noch vielfach geschieht. Oft nämlich begnügt man sich
für die laufende Betriebsüberwachung mit einer einzigen solchen Meßstelle innerhalb
des Strömungsquerschnittes, und zwar wird diese etwa in die Mitte des Querschnittes
gelegt. An dieser Stelle haben die interessierenden Größen meist ihren höchsten
Wert, und zwar wird die Temperatur in allgemeinen um etwa 20 bis 300 C der C O2-Gehalt
um etwa 1,5 bis 4 Volumprozent höher gemessen als der eigentliche Mittelwert.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis dieser Zusammenhänge
und löst die Aufgabe, in solchen Strömungen flüssiger oder gasförmiger Medien, deren
Eigenschaften über den Strömungsquerschnitt hinweg unterschiedlich sind, laufend
genaue Messungen auf einfache Weise und damit sehr schnell zu ermöglichen.
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Als vergleichbarer Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht,
kann eine Vorrichtung betrachtet werden, die mit mehreren Entnahmerohren ausgestattet
ist und bei der die die Meßpunkte bildenden Entnahmeöffnungen über den zu untersuchenden
Gesamt-Meßquerschnitt planmäßig verteilt sind, so daß also die vIeßströme in den
einzelnen Meßpunkten nicht mittels einer einzigen verstellbaren Sonde - wie es vielfach
geschieht - nacheinander, sondern gleichzeitig entnommen werden. Bei diesen bekannten
Vorrichtungen mit Einzel- oder Mehrfachsonde werden die in den einzelnen Meßpunkten
entnommenen Ströme einzeln ausgewertet und als Grundlage für die komplizierte rechnerische
Ermittlung des Gesamtwertes benutzt. Diese bekannten Vorrichtungen ermöglichen keine
unmittelbare Messung des gesuchten Mittelwertes. Demgegenüber besteht das wesentliche
Alerkmal der Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Verwendung eines Mischbehälters,
in den die Rohre einmünden und der die laufend aus der Strömung entnommenen kleinen
Einzelströme nach erfolgter Mischung zu einem gesamten Meßstrom den Meß-bzw. Analysengeräten
zuführt.
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Mischbehälter, in denen mehrere an verschiedenen Punkten entnommene
Proben miteinander vereinigt werden, sind an sich bekannt. Hierbei handelt es sich
um größere Hohlkörper, die innerhalb des zu inessenden Stromes angeordnet sind und
die mehrere Entnahmeöffnungen aufweisen, so daß die durch diese Öffnungen einströmenden
Teilmengen unverzüglich zusammengeführt werden. Da hierbei alle Entnahmeöffnungen
unmittelbar in den Hohlraum des Behälters eintreten, erfolgt eine starke gegenseitige
Beeinflussung. Die in den Hohlraum eintretenden Teilströme büßen infolge plötzlicher
Expansion ihre Eigengeschwindigkeit nahezu vollständig ein und verteilen sich in
unkontrollierbarer Weise innerhalb des Hohlraumes. Bei dem aus diesem Raum abgesaugten
Gasgemisch ist daher keineswegs gewährleistet, daß die einzelnen Mischungsbestandteile
der entnommenen Mischung auch wirklich gleichzeitig entnommene Prohen darstellen.
Es ist vielmehr mit Sicherheit zu sagen, daß die einzelnen Bestandteile der entnommenen
Mischung aus zeitlich weit auseinanderliegenden Zeitabschnitten herrühren. Weiterhin
ist nicht gewährleistet, daß die iIischungsbestandteile auch wirklich zu glei-
chen
Teilen auf die einmündenden Entnahmeöffnungen entfallen, ganz zu schweigen davon,
daß sie mengenmäßig proportional den in den Entnahmepunkten herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten
sein könnten.
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Der festgestellte Mittelwert steht daher in keinem gesetzmäßig bestimmten
oder gar erfaßbaren Zusammenhang zu dem Strömungszustand in dem zu untersuchenden
Meßquerschnitt. Wenngleich hierbei also Proben aus verschiedenen Punkten des Hauptstromes
entnommen werden, so hängt doch die den Meß- und Analysengeräten zugeführte Mischung
von unliontrollierbaren Merkmalen und reinen Zufälligkeiten ab.
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Anders liegen die Verhältnisse bei dem Mischbehälter gemäß der Erfindung.
Bei diesem können sich infolge der Zuführung mittels gesonderter Rohrleitungen keinerlei
gegenseitige Beeinflussungen auswirken.
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Es ist gewährleistet, daß alle in die einzelnen Entnahmeöffnungen
eintretenden Gasmoleküle etwa die gleiche Zeit benötigen, um von dieser Eintrittsöffnung
zu der Entnahmestelle für die Meßgeräte zu gelangen.
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Eine zur Untersuchung entnommene Gasprobe besteht also bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung aus Bestandteilen, die vorher wirklich zum gleichen Zeitpunkt in die
einzelnen Entnahmeöffnungen eingetreten sind und daher einen gesetzmäßigen Mittelwert
bilden.
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Zu berücksichtigen ist schließlich, daß die vorbekannten großen Entnahmehohlkörper
Verdrängerkörper darstellen, die den Strömungsverlauf und damit die Strömungsgeschwindigkeit
in den einzelnen Punkten des gesamten Meßquerschnitts beeinflussen. Gerade in diesem
Meßquerschnitt werden daher innerhalb des Kanals unkontrollierbare Verhältnisse
geschaffen, die von den normalen Verhältnissen abweichen.
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Mit Hilfe des Gerätes gemäß der Erfindung wird also, wie an sich
auch bei der bekannten Mehrfachsonde, gleichzeitig der gesamte zu untersuchende
Querschnitt erfaßt. Es werden aber im Unterschied zu der bekannten Mehrfachsonde
die gleichzeitig entnommenen Teilströme auch gleichzeitig durch eine einzige Gesamtmessung
überprüft, so daß die komplizierte nachträgliche rechnerische Ermittlung des gesuchten
Durchschnittswertes entfällt.
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Der erwähnte »Meßquerschnitt« braucht nicht notwendigerweise den
gesamten Querschnitt eines Strömungskanales darzustellen. Es ist vielmehr häufig
auch von Interesse, festzustellen, ob bei einem größeren Rauchgaskanal die Meßgrößen
beispielsweise im linken Teilquerschnitt einen anderen Mittelwert haben als im rechten
Teilquerschnitt. Aus den Ergebnissen solcher Messungen können nämlich Rückschlüsse
auf eine vorhandene unsymmetrische Feuerlage gezogen werden, so daß die Symmetrie
korrigiert werden kann. Die Regel wird allerdings bilden, daß durch eine solche
Entnahmevorrichtung der gesamte Rauchkanalquerschnitt erfaßt wird, so daß also dieser
gesamte Querschnitt den » Meß querschnitt« darstellt.
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Andererseits kann der gesamte Rauchgaskanalquerschnitt in zwei oder
mehr Meßquerschnitte aufgeteilt werden, so daß die entsprechende Anzahl Entnahmevorrichtungen
je im einzelnen ein Bild des zugeordneten Meßquerschnitts - d. h. Rauchgaskanal-Teilquerschnitts
- und zusammen ein Gesamtbild ergeben.
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Die Anwendbarkeit der neuen Vorrichtung ist weiterhin nicht auf die
Messung in geschlossenen Kanälen beschränkt, vielmehr können auch freie Strömungen
von Gasen oder Flüssigkeiten damit untersucht werden, beispielsweise Luftströmungen
auf ihren Gehait an Beimengungen von Gasen oder von Verunreinigungen.
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Dadurch, daß gleichzeitig der gesamte Meßquerschnitt erfaßt wird,
so daß die Meßgeräte den durch die Mischung gebilldeten Mittelwert unmittelbar anzeigen,
erfolgen die Messungen fortlaufend, und es kann in jedem Zeitpunkt der gerade herrschende
Betriebszustand abgelesen werden. Es wird dadurch, daß die Messung in allen Meßpunkten
gleichzeitig erfolgt, zunächst schon ein Fehler vermieden, der den Messungen mittels
einer einzigen Meßsonde anhaftet.
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Werden nämlich mittels einer einzigen Sonde in der bisher üblichen
Weise die einzelnen Meßpunkte nacheinander abgetastet, so kann es vorkommen, daß
während der dafür erforderlichen Zeitspanne der Strömungsverlauf und die Strömungseigenschaften
sich geändert haben. Infolgedessen würde in einem solchen Falle der Mittelwert aus
den zu verschiedenen Zeitpunkten gemessenen Einzelwerten ein falsches Bild ergeben.
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Wesentlich ist für die Vorrichtung gemäß der Erfindung weiterhin,
daß mit ihrer Hilfe nicht nur die an den einzelnen Stellen des Meßquerschnitts vorliegenden
absoluten Werte der gesuchten Größen, wie Temperatur und C 02Gehalt, ermittelt,
sondern gleichzeitig auch die Unterschiede der Strömungsgeschwindigkeiten berücksichtigt
werden können, da ja von den Meßpunkten größerer 5 trömungsgeschwindigkeit auch
ein entsprechend größerer Anteil des Mediums entnommen und zur Mischung verwandt
werden kann.
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Es können mit einer solchen Vorrichtung also, sofern es erwünscht
ist, auch die Strömungsmischwerte unmittelbar ermittelt werden.
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Zur veranschaulichung des Erflndungsgedankens ist in der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht
dieser Vorrichtung im Schnitt und Fig. 2 eine Aufsicht.
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Die Entnahme der für die Messung benötigten kleinen Einzelströme
des Mediums erfolgt mit Hilfe der erwähnten Meßröhrchen 1, die in den Rauchgaskanal
hineinragen und einen Durchmesser von etwa 8 bis 10 mm besitzen mögen. Die offenen
Enden dieser Röhrchen 1 stellen die einzelnen Meßpunkte dar und sind in diesem Falle
über den gesamten Meßquerschnitt gleichmäßig verteilt. Unter gleichmäßiger Verteilung
wird hierbei eine solche Verteilung verstanden, daß jeder dieser Meßpunkte je etwa
einen gleichen Teil des gesamten Meßquerschnitts erfaßt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein Rauchgaskanal von rechteckígem Querschnitt angenommen, auf dessen gesamte
Querschnittsfläche fünfzehn Meßpunkte gleichmäßig verteilt sind. Es kann aber auch
zwecl;mäßig sein, die Verteilung der Meßstellen über den gesamten Querschnitt nach
einer bestimmten Gesetzmäßiglieit vorzunehmen, z. B. von der Strömungsgeschwindigkeit
abhängig zu machen, um etwa bei der Mittelwertbildung eine bessere Annäherung an
die wirklichen Verhältnisse zu erhalten.
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Die fünfzehn Meßröhrchen 1 führen zu dem erwähnten Mischbehälter
2, der hier als stehender Zylinder ausgebildet ist, und zwar münden sie in diesen
tangential ein, so daß die hineingeführten Einzelströme eine zyklonartige Wirbelung
ausführen, die die Ausscheidung etwa vorhandener Veunreinigungen bewirkt.
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In den Mischbehälter 2 ist ein Einsatz 3 eingebaut.
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Dieser hat die Form von zwei Kegelstümpfen, die je an ihren beiden
-Grundflächen offen und mit ihren kleinell Grundflächen zusammengefügt sind. Da
der obere Kegel stumpf mit dem Außenrand seiner großen Grund-
fläche dicht an den
Zylindermantel des Mischbehälterms 2 anliegt, ist durch diesen Einsatz 3 der Innenraum
des Behälters 2 in einen unteren Teil 4 und einen oberen Teil 5 unterteilt. Der
Mantel des unteren Kegelstumpfes ist durchlocht.
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Die durch die Entnahmerölrehen 1 zugefghrten Einzelströme vereinigen
sich also im unteren Teil 4 des Mischbehälters und können in den oberen Raum 5 im
wesentlichen durch die Löcher des als Lochblech ausgebildeten Mantels des unteren
Kegelstumpfes hindurchtreten, wie es durch zwei Pfeile angedeutet ist.
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Ein kleiner Teil strömt aber auch durch den schmalen, ringförmigen
Spalt hindurch, der zwischen der Bodenkante des unteren Kegelstumpfes und der Manteliläche
des Mischbehälters 2 frei gelassen ist, wie es zwei weitere Pfeile anzeigen, und
kann somit auch auf diesem Wege von unten nach oben strömen. Es ist natürlich auch
möglich, die Grundfläche des unteren Kegelstumpfes als geschlossenen Boden auszuführen,
so daß der Durchtritt ausschließlich durch den gelochten Mantel erfolgen mnß, oder
ebenfalls als Lochblech. Im übrigen ist die Form dieses Einsatzes nicht von entscheidender
Bedeutung. Neben der Unterteilung des Behälterinnenraumes in den unteren Teil 4
und den oberen Teil 5 besteht die Aufgabe dieses Einsatzes darin, eine innige Vereinigung
aller Einzelströme herbeizuführen, was beispielsweise auch mit Hilfe von Drailkörpern,
Sieben, rotierenden Flügelrädern oder ähnlichen Elementen erreicht werden kann.
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Durch einen solchen Einsatz wird also der zunächst noch aus den Einzelströmen
zusammengesetzte Wirbel stark durcheinandergemischt. Die Auflösung der aus den ursprünglichen
Einzelströmen mit verschiedener Ronsistenz bestchenden Drallströme bewirkt neben
dieser mechanischen Durchwi rbelung anschließend nach Durchtritt des gesamten Mischstromes
in den oberen Beruhigungsraum 5 eine schnellere Diffusion.
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Die bei der zyklonartigen Strömung des Mediums an die Außenwand des
Mischbehälters geschleuderten Verunreinigungen, bei einem Rauchgasstrom also vor
allem die Ascheteilchen, fallen nach unten und werden, wie später noch zu beschreiben,
von dort wieder abgeführt.
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An den Deckel des Mischbehälters 2 ist eine Leitung 6 angeschlossen,
die also einen Teil strom des Mediums, und zwar in gereinigtem Zustande, abführt.
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Dieses Rohrs weist eine Erweiterung 7 auf, in der eine Entnahmestelle
für -ein CO2-MeBgerät angeordnet ist. Der Teiuperaturdurchmesser 9 - ein Thermometer
oder ein Thermoelement - ist in diesem Falle unmittelbar an den Mischbehälter, nämlich
an die Kammer 5, angebaut.
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Die untere Austrittsöffnung des Mischbehälters führt über eine Drosselstelle
10 rund ein Rohr 11 zum Saugzug. In dem Mischbehäiter 2 herrscht infolgedessen Unterdruck,
so daß die Entnahme der kleinen Einzdströme durch die Röhrchen 1 aus dem Rauchgaszug
du-rch diese saugende Wirkung unterstützt wird.
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Das Abiührungsrohr 11 soll bei diesem Ausführungsbeispiel also unter
Unterdruck stehen und wird zu diesem Zweck an eine Unterdruckstelle - z. B. vor
den Saugzug unter Umgehung der im Kessel eingebaut ten Widerstände, wie der Filter,
Krümmer u. dgl. -des Rauchgaskanals angeschlossen. Hierbei kann der Druckunterschied
zwischen den Entnahmestellen der Röhrchen 1 und der ~Einmündungsstelle des Abführungsrohres
11 je nach den vorhandenen Widerständen 20 bis 40, in Sonderfällen sogar bis zu
100 mm WS betragen. Die Geschwindigkeit in den Entnahmeröhrchen
1
liegt daher in der Größenordnung von 20 bis 40 mit. Bei dieser Geschwindigkeit können
sich Staubteilchen nicht ansetzen, da die Strömung alle vorhandenen Staubkörner
mitreißt.
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Wird das Abfiihrungsrohr so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit
darin etwa in der Größenanordnung 10 bis 20 mls liegt, so können sich auch dort
keine Staubteilchen anlagern. Es werden somit auch hier alle Verunreinigungen mitgerissen
und durch das Rohr 11 wieder in den Strömungskanal zurückgeführt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird also nur ein Teil
des entnommenen 'Mediums, und zwar ein gereinigter Zweigstrom, den Meßgeräten zugeführt,
nämlich über die Kammer 5 und das Saugrohr 6, während der verbleibende Hauptteil
durch das Rohr 11 weitergeleitet wird und dabei die ausgeschiedenen Verunreinigungen
mitnimmt. Die Drosselstelle 10 bewirkt hierbei, daß das Medium nicht einfach unmittelbar
aus dem Mischbehälter 2 zum Rohr 11 weiterströmt, sondern daß vielmehr ein ausreichender
Teil des insgesamt angesaugten Mediums seinen Weg durch das Rohr 6 nimmt und dementsprechend
den im Zuge des gereinigten-Mediums angeordneten Meßgeräten zur Verfügung steht.
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Um bei Anbringung der Vorrichtung an den Rauchgaskanal die beiden
Rohre 6 und 11 nicht gesondert anschließen zu müssen, mündet das Rohr 6 wie dargestellt,
schon vorher in das Rohr 11 ein. Zur Erzeugulig des für die Saugwirkung erforderlichen
Unterdrucks kann das Rohr 11 beispielsweise zu einem besonderen Ventilator geführt
werden. Es ist aber auch möglich, dieses Rohr 11 wieder in den Rauchgaskanal selbst,
und zwar - betrachtet in Strömungsrichtung hinter dem Entuahmequerschnitt, d. h.
an einer Stelle niedrigeren Drucks, einmünden zu lassen. Wesentlich ist nur, daß
der Durchlauf der benötigten Einzelströme durch das Mischgefäß gewährleistet ist.
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Wie vorstehende Ausführungen zeigen, bestehen also für die Erzeugung
des Durchlaufs verschiedene Möglichkeiten, unter denen für den jeweils vorliegen
den Sonderfall die geeignete auszuwählen ist. Genügt die Feststellung des arithmetischen
Mittels, so können die Entnahmeröhrchen 1 alle den gleichen Strömungswiderstand
erhalten, und es-kann ein starker Saugzug ausgeübt werden. Kommt es jedoch darauf
an, das »gewogene Mittel« des Meßquerschnitts zu bestimmen, so darf der Saugzug
natürlich nicht zu stark sein, weil er sonst den Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit
auf die Entnahme an den einzelnen Meßpunkten nivelliert. Es wird in diesem Falle
vielmehr anzustrehen sein, jeden zusätzlichen Saugzug weitgehend oder ganz zu vermeiden,
so daß die Menge des durch die einzelnen Röhrchen 1 entnommenen Mediums ausschließlich
durch die Beaufschlagung der Röhrchenenden bestimmt ist. Diese Röhrchenenden werden
hierbei, wie es Fig. 2 erkennen läßt, entgegen der durch Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung
abgebogen.
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Die Rückführung durch das Rohr 11 erfolgt hierbei zweckmäßigerweise
unmittelbar hinter der Meßebene.
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In diesem Falle ist ausschließlich der durch das strömende Medium
auf die Entnahmeöffnungen ausgeübte Strömungsdruck maßgebend. Da die einzelnen Röhrchen
1 eine unterschiedliche Länge aufweisen, wird man den Querschnitt der Röhrchen unterschiedlich
bemessen, und zwar so, daß die Menge des durch die einzelnen Röhrchen geförderten
Mediums etwa proportional der Strömungsgeschwindigkeit des Hauptstromes in den Meßpunkten
ist.
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Wird das Abzweigen des zur Meßvorrichtung führenden Stromes aus dem
großen Hauptstrom nur
durch den Strömungsdruck bewirkt, um eine möglichst genaue
Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Meßpunkten zu erzielen,
so sind die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Meßröhrchen 1 sowie auch
weiterhin innerhalb der Meßvorrichtung und der Abgangsleitung verhältnismäßig gering.
Handelt es sich um stark verstaubte Medien, so kann die Gefahr bestehen, daß sich
Verunreinigungen in den dünneren Kanälen und an anderen Stellen der Vorrichtung
festsetzen und den Durchgang schließlich ganz verstopfen. Um dieser Gefahr zu begegnen,
kann man die abfiihrende Leitung 11 während der Meßpausen unter starken Unterdruck
setzen, so daß der dadurch erzeugte Durch strom hoher Geschwindigkeit jedes Ansetzen
fester Teilchen verhindert und etwa bereits festgesetzte Teilchen wieder losreißt
und abführt. Für die kurze Zeitspanne der Messung wird dieser Unterdruck aufgehoben,
so daß dann tatsächlich nur die Strömungsdrücke in den einzelnen Meßpunkten für
die Förderung maßgebend sind und dementsprechend genaue Meßwerte liefern. Nach Beendigung
der Messung wird das Rohr 11 dann wieder unter den erforderlichen Unterdruck gesetzt.
Die kurzen Zeitspannen geringer Strömungsgeschwindigkeit können hierbei keine bleiblenden
Nachteile zur Folge haben. Ebenso ist es auch möglich, die Vorrichtung und die Meßröhrchen
von Zeit zu Zeit durch Durchblasen von Preßluft zu reinigen.
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Wie dargelegt, ist es also möglich, die unterschiedlichen Geschwindigkeiten
in den einzelnen Meßpunkten unmittelbar in der Weise wirksam zu machen, daß der
in einem Meßpunkt herrschende Strömungsdruck die in diesem Meßpunkt abzuführende
Menge des Mediums proportional bestimmt, was im Grenzfall also bedeutet, daß ein
zusätzlicher Saugzug nicht vorhanden sein darf. Nun kann es aber unter bestimmten
Verhältnissen doch ausreichend und daher zweckmäßig sein, mit Saugzug zu arbeiten,
dabei aber die Bemessung der einzelnen Röhrchen 1 so aufeinander abzustimmen, daß
die in den einzelnen Meßpunkten unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in
richtiger Weise in das Meßergebnis eingehen. Diese Lösung hat allerdings zur Voraussetzung,
daß die Geschwindigkeitsverteilung innerhalb des Meßquerschnittes während des laufenden
Betriebes im großen und ganzen etwa unverändert bleibt und daß diese Geschwindigkeitsverteilung
bekannt ist, beispielsweise durch vorherige überschlägige Messungen. Da im Normalfall
bei einem Rauchgaskanal die größte Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte herrscht,
kann man, um diesen Fall -als Beispiel anzunehmen, die zur Mitte des Rauchgaskanals
führenden Röhrchen 1 mit geringerem Widerstand und größerem Querschnitt ausbilden,
so daß sie bei gleicher statischer Druckdifferenz eine entsprechend größere Menge
des Mediums fördern und auf diese Weise von selbst durch die eigene Bemessung die
größere Strömungsgeschwindigkeit in den genannten Meßpunkten berücksichtigen.
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Die vorstehend erörterten Beispiele sollen nur veranschaulichen,
daß die Bemessung der Röhrchen 1, der Förder- und der Druckverhältnisse nach den
verschiedensten Gesichtspunkten erfolgen kann, so daß sich daher je nach den vorliegenden
Betriebsverhältnissen und den im Einzelfall mit der Messung verfolgten Zwecken auch
verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten ergeben.
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Wenngleich vorstehend an Hand des Ausführungsbeispiels in erster
Linie von der Messung im Rauchgaskanal einer Feuerungsanlage, beispielsweise einer
Dampfkesselanlage,
gesprochen ist, weil die Erfindung hierfür ganz besondere Bedeutung besitzt, so
sei doch hervorgehoben, daß die Erfindung ganz allgemein für Messungen an Flüssigkeiten
oder Gasen der verschiedensten Art geeignet ist. Handelt es sich um Strömungen,
die unter genügend hohem Druck stehen bzw. eine solche Geschwindigkeit aufweisen,
da6 der durch die Beaufschlagung der Entnahmeöffnungen der Röhrchen 1 erzeugte Druck
genügend groß ist, so kann auf die Erzeugung eines Saugzuges am Rohr 11 verzichtet
werden, weil dann der auf die Entnahmeöffnungen der Röhrchen 1 wirkende Druck des
Mediums den Übertritt der erforderlichen Einzelströme in diese Entnahmeröhrchen
1 und in den .stischbehälter bewirkt. Es kann in diesem Falle also der Meßstrom
nach Verlassen der Vorrichtung durch das Rohr 11 beispielsweise auch unmittelbar
ins Freie geführt werden.
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Es sind aber auch für den besonders wichtigen Fall der Rauchgasabmessung
verschiedene Abwandlungen des Ausführungsbeispiels möglich. Anstatt alle Meßgeräte
innerhalb des Teilstromes anzuordnen, können ein oder mehrere Instrumente auch innerhalb
des Gesamtstromes vor dem Abzweigepunkt des Teilstromes angeordnet werden. Andererseits
aber ist die Abzweigung des Teilstromes durch das Rohr 6 auch nicht unbedingt erforderlich,
sondern es kann statt dessen auch der insgesamt angesaugte Strom des Me-Mediums
für die Messung verwandt werden.
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Wird das in den Mischbehälter 2 geförderte Medium nicht, wie bei
dem Ausführungsbeispiel, in zwei Ströme unterteilt, nämlich den Zweigstrom durch
das Rohr 6 und den Hauptstrom durch das Rohr 11 der gleichzeitig den Staub kontinuierlich
abführt, sondern wird nur ein einziger Strömungskanal verwandt, innerhalb dessen
die Meßinstrumente angeordnet sind, so muß die Abführung des ausgeschiedenen Staubes
auf andere Weise erfolgen. Zu diesem Zweck kann man den Staub unterhalb des Mischbehälters
2 auffangen und von Zeit zu Zeit entnehmen. Der Strömungskanal der Vorrichtung,
innerhalb dessen die Meßinstrumente angeordnet sind, muß in diesem Falle in seinem
Querschnitt für die Gesamtmenge des durchströmenden Mediums - also größer als der
Querschnitt des Rohres 6 bei dem Ausführungsbeispiel - bemessen und unmittelbar
der Absaugestelle am Saugzug zugeführt werden. Es ist jedoch die dargestellte Ausführungsform
deshalb besonders vorteilhaft, weil keinerlei Klappen oder Ventile erforderlich
sind, die Anlaß zu Undichtheiten geben und das Meßergebnis fälschen könnten. Es
kann nämlich jede undichte Stelle den Zutritt von Luft in den unter Unterdruck stehenden
Mischbehälter 2 ermöglichen, so daß diese zugetretene Luft sich dem angesaugten
Rauchgas beimischen und die Eigenschaften des Gemisches verändern würde.
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Wenn die Vorrichtung, wie bei dem Ausführungs-I)eispiel angenommen,
auch zur Ausführung von Temperaturmessungen benutzt werden soll, so ist es erforderlich,
die Leitungszüge bis zur Temperaturmeßstelle gegen Wärmeverluste gut zu isolieren.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Falle, die gesamte Vorrichtung innerhalb
des Rauchgaszuges anzuordnen.
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Hervorgehoben sei noch, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch
zur Bestimmung der mittleren Fördermenge und damit der mittleren Geschwindigkeit
des strömenden Mediums benutzt werden kann, und zwar können diese Größen unmittelbar
gemessen und zur Anzeige gebracht werden. Erforderlich ist hierzu, daß die Querschnitte
der Entnahmeröhrchen 1,
ihre Strömungswiderstände und die Druckdifferenz zwischen
den einzelnen Meßpunkten und dem Mischbehälter aufeinander abzustimmen sind, und
zwar so, daß die durch jedes Röhrchen t abgezweigte Menge des Mediums proportional
der Strömungsgeschwindigkeit in dem betreffenden Meßpunkt ist. Alsdann ist die insgesamt
abgezweigte und zum Mischbehälter geführte Menge des Mediums ebenfalls proportional
der mittleren Geschwindigkeit im Hauptkanal. Man braucht also nur in das Rohr 11,
durch das dieses gesamte abgezweigte Volumen hindurchgeleitet wird, eine Meßblende
einzusetzen, um dort die mittlere Fördermenge und die mittlere Geschwindigkeit des
strömenden Mediums unmittelbar abzulesen.