DE1181946B - Anordnung zum Messen der Konzentration fester Pantikeln in einem im wesentlichen nicht zaehfluessigen Medium - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: GOIn

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 421-7/02

F 27132 IXb/421
27. November 1958
19. November 1964

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der Konzentration fester Partikeln in einem im wesentlichen nicht zähflüssigen Medium, bei der das Medium ein Gehäuse durchströmt, in dem ein beweglicher Körper angeordnet ist und zwischen dem strömenden Medium und dem Körper eine meßbare, als Maß für die zu bestimmende Konzentration dienende Kraft auftritt.

Es ist zur Dichtemessung insbesondere von gasförmigen Medien bekannt, das Medium durch eine eine Querschnittsverengung bildende Öffnung hindurchströmen zu lassen und mit Meßfühlern den Differenzdruck an dem durch die Verengung gebildeten Strömungshindernis zu messen. Insbesondere wenn die zu diesen Zwecken zur Anwendung gelangenden Druckfühler einer Feststoffe mitführenden Strömung ausgesetzt sind, unterliegen die Blende und derartige Druckfühler der Abnutzung.

Es ist weiter bekannt, für die Messung der Viskosität einer Feststoffe enthaltenden Strömung, beispielsweise einer Papiermasse, in der Strömung Hindernisse vorzusehen, welche in der Strömung verschwenkbar sind und auf ein Anzeigeinstrument außerhalb der Strömung wirken. Dadurch bleibt der der Strömung dargebotene Querschnitt des Hindernisses nicht immer gleich, vielmehr ist der Widerstandsquerschnitt, den der Meßkörper der Strömung entgegensetzt, abhängig von dem Wert der anzuzeigenden Meßgröße. Es wurden auch Meßanordnungen entwickelt, bei denen die Viskositätsmessung auf der sich in den Rohren ergebenden Reibung beruht. Derartige Vorrichtungen arbeiten nur befriedigend, wenn die Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist, eine Bedingung, die nur bei kostspieligen Meßanordnungen einzuhalten ist. Zweigt man aber von der Haupt-Strömung, um in dem Meßzweig mit niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten zu können, eine Parallelströmung ab, so ergeben sich die Bedenken, daß die über den parallelen Meßzweig geleitete Probemenge nicht in strenger Weise die Eigenschaften der die Hauptströmung durchfließenden Menge aufweist.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Messen der Konzentration fester Partikeln in einem im wesentlichen nicht zähflüssigen Medium, bei der das Medium ein Gehäuse durchströmt, in dem ein beweglicher Meßkörper angeordnet ist und zwischen dem strömenden Medium und dem Körper eine als Maß für die zu bestimmende Konzentration dienende Kraft auftritt, kennzeichnet sich dadurch, daß der bewegliche Körper aus einer Mehrzahl in Strömungsrichtung hintereinander angeordneter und sich senkrecht zur Strömungsrichtung erstreckender Teile beAnordnung zum Messen der Konzentration
fester Pantikeln in einem im wesentlichen
nicht zähflüssigen Medium

Anmelder:

Fischer & Porter Company, Hatboro, Pa.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Victor Page Head, Hatboro, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika rom 5. Februar 1958 (713 406)

steht, die nicht mehr als 30% des Strömungsquerschnittes einnehmen, und daß Mittel zur Messung der durch den Körper in der Strömung erzeugten in Strömungsrichtung liegenden Schub- bzw. Scherungskräfte vorgesehen sind.

Eine derartige erfindungsgemäße Anordnung zeigt eine vernachlässigbar kleine Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit, wenn die Strömungsgeschwindigkeit zwischen 15 bis 150 cm pro Sekunde liegt. Zweckmäßigerweise werden hintereinander mehrere verhältnismäßig kleine Strömungshindernisse verwendet, um den Einfluß der Störung möglichst gering zu halten, die auf einfache gleitende Reibung zurückgeht.

Die Strömungshindernisse besitzen eine gekrümmte Oberfläche und sind vorzugsweise von kreisförmigem Querschnitt und erstrecken sich in den Strömungsweg der feststoffhaltigen Masse. Zweckmäßigerweise werden nach einander gegenüberliegenden Seiten gerichtete Strömungshindernisse verwendet, so daß die Seitenkräfte, die sich auf die Vorrichtung auswirken, sich gegenseitig aufheben. Vorzugsweise werden die Strömungshindernisse in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, wobei zweckmäßigerweise aufeinanderfolgende Strömungshindernisse im Winkel zueinander versetzt sind; vorzugsweise können sie

409 728/361

einen Winkel von 90° bilden. Die Strömungshindernisse haben zweckmäßigerweise eine minimale Breite von 12 mm im Strömungsquerschnitt und mindestens eine hervorstehende Länge gleicher Größe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt be- s trächtliche Vorteile insofern, als die Teilchenkonzentration unter Verhältnissen gemessen wird, bei denen direkt die Hauptströmung ausgenutzt wird, ohne daß sich eine wesentliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit ergibt.

Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt ferner den Vorteil, daß ein Meßergebnis erzielt wird, welches maßgeblich für die gesamte Strömung der nicht viskosen feststoffhaltigen Masse ist, im Gegensatz zu den Meßverfahren, die nur einen Teil der Strömung der Messung unterziehen; dabei ist keine Vergrößerung der Hauptströmungsleitung erforderlich.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung. In den Zeichnungen zeigt

F ig. 1 eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von festen Teilchen, F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch den oberen Teil der in F i g. 1 dargestellten Anordnung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung, die auf der Messung der Konzentration fester Teilchen beruht, wobei die in F i g. 1 dargestellte Meßvorrichtung zur Anwendung gelangt,

F i g. 4 eine Schnittdarstellung längs der mit 4-4 in F i g. 1 bezeichneten Linie.

Die in F i g. 1 dargestellte Meßanordnung 2 besteht aus einem T-förmigen Gehäuse 4, welches zwei Flanschflächen 6 und 8 besitzt; der Flansch 6 kann an eine Abflußleitung angeschraubt werden und der Flansch 8 an den Flansch 10 einer Zuführungsleitung. Zwischen den Flanschen 8 und 10 ist ein Metallring 12 eingeschraubt, der Dichtungsflächen 12A und 12 B besitzt. Ein Bolzen 14 ist an den Ring 12 angeschweißt und besitzt eine Bohrung 16. Die Bohrung 16 dient als Führung für die Achse 18 eines Schleppkörpers 19. Der Schleppkörper 19 besitzt eine Hülse 20, die eine Bohrung 22 aufweist und auf der Welle 18 befestigt ist. Eine Einstellschraube 24 und eine Hülse 26, welch letztere auf der Achse 18 angeschweißt ist, halten die Hülse 20 in ihrer Lage. Die Hülse 20 wird, bevor sie auf die Achse 18 aufgebracht wird, mit Bolzen 30 versehen, die sich in Bohrungen 32, 34, 36, 38 und 40 befinden; auf einanderfolgende Bohrungen sind dabei um 90° gegeneinander versetzt. Jeder Bolzen 30 besitzt dabei Vorsprünge 44 und 46, die sich von der Hülse 20 nach außen erstrecken. Jeder Bolzen 30 besitzt eine Bohrung 48 für die Achse 18.

Der Schleppkörper 19 besteht aus irgendeinem geeigneten Material; es kann Metall oder ein synthetischer Kunststoff sein. Vorzugsweise besteht die Welle 18 aus Metall und die Hülse 20 und die Bolzen aus synthetischem Kunststoff, so daß das Gewicht des Schleppkörpers verhältnismäßig niedrig bleibt.

Das Gehäuse 4 besitzt ferner einen Flansch 50, der mit einem Flansch 52 verschraubt ist. Der Flansch 52 besitzt eine Flanschverbindung mit dem Teil 54. Wie in F i g. 2 zu erkennen ist, erstreckt sich die Achse 18 nach oben in den Gehäuseteil 54 hinein, welch letzterer eine Verengung 56 aufweist, die die Führung der Welle 18 bewirkt. Öffnungen 57 vermeiden, daß ein Druckgefälle in dem Teil 56 auftritt. Die Achse 18 besitzt einen abgerundeten Kopf 58, welcher gegen eine Scheibe 60 wirkt, die an einer Membranplatte 62 befestigt ist. Die Membran 64 ist , zwischen den gegenüberliegenden Platten 62 und 65 vorgesehen; die Membran 64 ist ferner zwischen dem Gehäuseteil 54 und dem Hohlkörper 66 angeordnet, wobei ein dichter Abschluß durch die O-Ringe 64A und 64 B bewirkt wird.

Der Teil 66 enthält einen Hebel 68, welcher schwenkbar an der Membran 70 befestigt ist und zwischen dem Teil 66 und einem Ring 72 befestigt ist, wobei als Abdichtung ein O-Ring 7OA dient. Der Hebel 68 ist andererseits starr mittels des Hebels 76 mit der Scheibe 74, die auf der Membran 65 angeordnet ist, verbunden. Der Bolzen 77 durchsetzt den Schlitz 78 in dem Verbindungshebel, so daß eine einstellbare Verbindung mit dem Hebel 68 gewährleistet ist.

Die Membran 64 ist in bezug auf den Wasserdruck in dem Gehäuseteil 54 durch ein hydraulisches Ausgleichsystem ausbalanciert. Die Verbindungsleitung 80 verbindet das Innere des Gehäuses 54 mit der Kammer 82, die durch die Membran 84 gebildet wird. Die genannte Membran ist in dem Teil 66 unter Anwendung des Verschlußstückes 86 gelagert, wobei der dichte Abschluß durch die O-Ringe S4A und 84 B bewirkt wird. In dem Teil 66 befindet sich eine Druckflüssigkeit, vorzugsweise öl, die keine Korrosion der in dem Teil 66 vorgesehenen Teile bedingt. Öl kann in den Apparateteil 66 an dem Stutzen 88 zugeführt werden. Ein Nadelventil 90, welches sich in einer verjüngten Öffnung 92 befindet, gestattet, in gewünschter Weise die Dämpfung der Druckflüssigkeit in dem Körper 66 zu bemessen. Die Kammer 82 ist mit einer Spülwasserleitung 94 verbunden.

Der Hebel 68 wirkt auf ein Kraftübertragungssystem, welches mit 98 bezeichnet ist. Das genannte System kann ein übliches Umformgerät sein, welches die Kraft, die durch den Hebel 68 ausgeübt wird, beispielsweise in eine pneumatische oder elektrische Ausgangsgröße überführt, so daß ein Registriergerät oder ein Regelgerät gesteuert werden kann.

In F i g. 3 ist das erfindungsgemäße Meßgerät 2 an einer Leitung 11 gezeigt, die sich an der Ausgangsseite einer Pumpe 102 befindet. Die Pumpe 102 steht an ihrer Niederdruckseite über ein Verbindungsrohr 106 mit einem Tank 104 in Verbindung, der mit Papiermasse gefüllt ist. Eine Wasserleitung 108 ist ebenfalls an das Leitungssystem 106 in der Nähe des Ansaugstutzens der Pumpe 102 angeschlossen. Das für die Zwecke der Konzentrationsmessung dienende Gerät 2 ist so angeschlossen, daß die zu überwachende Flüssigkeit durch die Leitung 110 abgeführt wird.

Eine Spülleitung 94 ist an ein Meßgerät 112 angeschlossen, welches Wasser von einer Leitung 114 erhält; das Meßgerät 112 stellt sicher, daß eine konstante Wasserströmung in die Leitung 94 geleitet wird. Es ist zweckmäßig, daß nur eine geringe Flüssigkeitsströmung durch die Spülleitung 94 erfolgt, beispielsweise in der Größe von 0,25 bis 1 Gramm pro Minute. Der Druck in der Leitung 114 wird größer gewählt als der Druck in dem Meßgerät 2, in welchem die Konzentration fester Teilchen gemessen wird. Zweckmäßigerweise wird ein Überdruck von 0,35 Atmosphäre oder mehr in bezug auf den Druck in der Meßkammer benutzt.

Wie in F i g. 3 zu ersehen ist, ist zur Umformung der ausgeübten Kraft ein pneumatisches Gerät vorgesehen, welches an eine Druckluftleitung 116 angeschlossen ist. Der Druck des Gerätes 98 wird über eine Leitung 118 einem Schreibgerät 120 zugeführt, das an eine Druckluftleitung 122 angeschlossen ist. Der Ausgangsdruck des pneumatischen Aufzeichen- und Steuergerätes 120 wird über eine Leitung 126 an ein durch Druckluft gesteuertes Ventil 128 in der Wasserzufuhrleitung 108 geleitet. An der Überdruck- m seite des Ventils 128 befindet sich ein Handventil 130 an der Leitung 108 zum Abstellen bei Reparaturarbeiten.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Registrier- und Regelgerätes ist derart, daß, nachdem Einstellung des Gerätes auf die gewünschte Konzentration der festen Teilchen vorgenommen wurde, die gewünschte Teilchenkonzentration aufrechterhalten wird, indem die Menge des Verdünnungswassers geregelt wird, welches von der Leitung 108 der Leitung 106 zugeführt wird. Eine Aufschlämmung von Faserstoffen aus dem Vorratsbehälter 104 durchfließt das Rohr 106 und wird mit Wasser aus der Leitung 108 verdünnt und durchsetzt alsdann die Pumpe 102, so daß die von derselben abgegebene Flüssigkeit dem die Teilchenkonzentration messenden Meßgerät 2 zugeführt wird; von letzterem gelangt es in die Leitung 110.

Wenn die Aufschwemmung faserhaltiger Teilchen auf die Vorsprünge 44 und 46 des Bolzens 30 trifft, wird auf diesen eine Scherungskraft ausgeübt, und die resultierende Kraft wirkt in der Richtung, daß der Schleppkörper 19 nach oben bewegt wird und die Achse 18 eine Kraft auf den Hebel 68 über die durch Druck ausbalancierte Membran 64, den Hebel 76 und den Hebel 68 auf das Druckumformgerät 98 überträgt.

Die Ausgangskraft des Kraftumformgerätes 98 hängt direkt von der Größe der Scherungskraft ab, die durch die faserhaltige Partikeln enthaltende Aufschwemmung bedingt ist. Wenn die Konzentration der festen Teile in der Aufschwemmung zu niedrig ist, ergibt sich eine geringere Kraft in dem Aufzeichen- und Regelgerät 120, die wiederum in einer Änderung des Druckes sich äußert, die auf das Ventil 128 ausgeübt wird und ein Schließen desselben zur Folge hat; auf diese Weise wird die Wasserströmung in der Leitung 108 verringert und dementsprechend die Konzentration der festen Teile in der Aufschwemmung vergrößert. Wenn die Konzentration fester Teile zu hoch ist, ergibt sich der umgekehrte Vorgang, und es stellt sich ein weiteres Öffnen des Ventils 128 ein, so daß die Wasserströmung zur Leitung 106 vergrößert wird und dementsprechend die Konzentration der festen Körper veringert wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen der Konzentration fester Partikeln in einem im wesentlichen nicht zähflüssigen Medium, bei der das Medium ein Gehäuse durchströmt, in dem ein beweglicher Körper angeordnet ist, und zwischen dem strömenden Medium und dem Körper eine meßbare, ein Maß für die zu bestimmende Konzentration bildende Kraft auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper aus einer Mehrzahl in Strömungsrichtung hintereinander angeordneter und sich senkrecht zur Strömungsrichtung erstreckender Teile besteht, die nicht mehr als 30% des Strömungsquerschnittes einnehmen, und daß Mittel zur Messung der durch den Körper in der Strömung erzeugten, in Strömungsrichtung liegenden Schub- bzw. Scherungskräfte vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den Strömungsweg erstreckenden, ein Hindernis für die Strömung darstellenden Teile des Körpers von zylindrischer Form sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Körpers in Bezug aufeinander winkehnäßig versetzt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem strömenden Medium angeordnete, in Richtung der Strömung von dieser mitführbare Körper mit einer Vorrichtung zum Messen der auf den Körper wirkenden Kräfte verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper einen Bolzen aufweist, dessen Achse in Richtung der Strömung des Mediums liegt, und daß an dem Bolzen eine Mehrzahl Vorsprünge vorgesehen ist, die sich in den Strömungsweg erstrecken.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membran vorgesehen ist, auf die das eine Ende des Bolzens wirkt, und daß die dem Bolzen zugewendete Seite der Membran dem Druck in dem das strömende Medium umschließende Gehäuse unterworfen ist und Mittel vorgesehen sind, die einen Druck auf die entgegengesetzte Seite der Membran ausüben, welcher gleich dem Druck in dem Gehäuse ist, und daß weitere Mittel vorgesehen sind, welche die auf die Membran durch den Bolzen ausgeübten Kräfte zu messen gestatten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 021598;
britische Patentschrift Nr. 549 957;
USA.-Patentschriften Nr. 1 201402, 1125 017.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 728/361 11.64 © Bundesdruckerei Berlin