DE1919613C3 - Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines in einer strömenden Flüssigkeit suspendierten Stoffes - Google Patents

Description

Nahezu jeder Bagger- oder Anschüttungsauftrag wird auf der Grundlage des geförderten Gutes verrechnet. Gewöhnlich wird vorher der Preis pro m^:| oder pro kg Baggergut vereinbar!. Für eine derartige Verrechnung ist es wichtig, daß die Baggergutmenge genau gemessen werden kann.

Bei Bagger- oder Anschüttungsarbeiten wird die geförderte Menge Baggergut mittels Peilungen im angeschütteten Gelände, im ausgebaggerten Wasser oder in den Prahmen, die das Baggergut zu der Sdiiittstello fördern, ermittelt. Das Peilen bringt viel Arbeit mit sich und ist mit großen Meßfehlern verbunden. Da es sich hierbei um menschliche Fehler handelt, können diese nicht mit Hilfe einer entsprechenden Eichung ausgeglichen werden.

Ein Verfahren zum Messen oder Regeln der von einer fließenden Trübe pro Zeiteinheit geförderten Feslsioffmenge ist bereits bekannt (deutsche Auslegeschrift 1119 529, deutsche Patentschrift 497 154,. USA.-Paientschrift 2 776 566), bei dem die Feststoffkonzentration der geförderten Suspension aus dem Druckunterschied in einem Leitungsabschnitt, der den

ίο Suspensionsstrom vertikal nach oben führt, bestimmt und mit der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension multipliziert wird. Dieses Meßverfahren ist jedoch mit prinzipiellen Meßfehlern behaftet, da der Druckunterschied an dem Leitungsabschnitt nicht nur vom spezifischen Gewicht abhängt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die die genaue Bestimmung der Durchflußmenge eines in einer strömenden Flüssigkeit suspendierten Stoffes gestaltet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines in einer strömenden Flüssigkeit suspendierten festen Stolfes, z. B. in Wasser geförderten Baggergutes, die die Förderkonzentration des Feststoffes aus einem

as Druckunterschied in einem eine erste Meßstrecke bildenden Leitungsabschnitt, der den Strom der Suspension im wesentlichen vertikal nach oben führt, bestimmt und den aus dem Druckunterschied bestimmten Wert mit der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension multipliziert, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein eine zweite Meßstrecke bildender zweiler Leitungsabschnitt vorgesehen ist, der den Strom der Suspension im wesentlichen vertikal nach unten führt und an dem ebenfalls der Druckunterschied gemessen wird, und daß die Förderkonzentration aus der Summe der an den beiden Meßstrecken gemessenen Druckunterschiede bestimmt und das dem Produkt aus Fördergeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Signal einem Integrator zugeführt wird.

Die erfindungsgernäße Vorrichtung gleicht den Meßfehler in dem ersten Leitungsabschnitt durch einen entsprechenden Meßfehler in dem zweiten Leitungsabschnitt aus. Damit kann ?. B. auf sehr genaue Art und Weise die geförderte Baggergutmenge gemessen werden und auf die bisherigen aufwendigen Methoden verzichtet werden.

In der folgenden Beschreibung werden an Hand der Figuren Ausfühningsbeispiele der Erfindung erläutert. In der Zeichnung stellen schematisch dar

Fig. 1 und 3 Leitungen für eine Suspension aus Baggergut und Wasser, die mit verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet sind,

F i g. 2 und 4 ein Diagramm der gemessenen Drücke an verschiedenen Meßpunkten der Vorrichtungen nach den F i g. 1 bzw. 3,

F i g. 5 und 6 je ein Schema von zwei verschiedenen besonderen Verfahren zur gleichzeitigen Durchführung von zwei Erdarbeiten und Messung der entsprechenden Fördermengen.

In einer Leitung, durch, welche eine Suspension aus Baggergut und Wasser strömt, ist ein Meßabschnitt angeordnet, der die Form eines umgekehrten U mit vertikalen Schenkeln besitzt. Diese Schenkel bilden einen Leitungsabschnit! /, der die Suspension vertikal nach oben, und einen Leitungsabschnitt A-, der die Suspension vertikal nach unten führt.

An den dargestellten Meßpunkten 1, 2, 3 und 4 im Meßabschnitt sind Anschlüsse 13, 14, 15 bzw. Ϊ6 zum Messen der Förderkonzcntratioa des Baggergutes in der Suspension vorgesehen. Dfe Anschlüsse 13 und 14 stehen über Leitungen 17 und 18 mit den gegenüberliegenden Seiten eines Druckauinehnv.'rs 19 zum Aufnehmen der Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Leitungsabschnitt ;' beim Meßpunkt / und dem Druck beim Meßpankt 2 in Verbindung.

Ltcnso stehen die Anschlüsse 15 und 16 über Leitungen 20 und 21 mit den gegenüberliegenden Seiten eines D ruckaufnehme rs 22 zum Aufnehmen der Druckdillerenz zwischen dem Druck in dem Leitungsabschnitt k beim Meßpunkt 3 und dem Druck beim Meßpunkt 4 in Verbindung.

Ferner ist in einem horizontalen Leitungsabschnitt

23 ein an sich bekannter, mit einen inhomogenen Magnetfeld arbeitender Geschwindigkeitsmesser 24 vorgesehen.

Die Meßwerte der Druckaufnehmer 19 und 22 werden mit Hilfe einer Rechenmaschine 25 addiert und mit dem Meßwert des Geschwindigkeitsmessers

24 multipliziert. Dieses Produkt wird über die gesamte Strömungszeit integriert und von einem Zähler 56 registriert.

In Fig. 2 sind die Drücke an den Meßpunkten und die gemessenen Druckunterschiede /i, mit dem Index / des Leitungsabschnitts / und \\_k des L^itungsabschnitts k dargestellt.

Für h, und h_k gelten die nachstehenden Gleichungen:

A₄ =

C_k-V_k-).

Hierin stellen dar: L, und L_k die Länge der Leitung zwischen den Meßpunkten 1 und 2 bzw. die Länge zwischen den Meßpunkten 3 und 4. S_f und S₁. das spezifische Gewicht der Suspension in den Leitungsabschnitten / und k, V₁ und V_k die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in den Leitungsabschnitten./ und k und C₁ und C_k Strömungswiderstandskonstanten.

Wenn die Leitungsabschnitte / und k identisch sind, ist Cj = CjI.. Bei gleichem Durchmesser der Leitungsabschnitte ; und k gilt V₁ - V_k.

' — V -I- C · V - — O₁ -r L·, V₁ ,

Lk

In Lk

gegenüber dem abwärts fließenden Strom vorauszueilen, ausgeglichen.

Die Volumenkonzentration C₁. an Baggergut in der Suspension ist wie folgt zu berechnen:

1-2S_; τ 1.2S₄= 1-C₁. τ C_r-S„.

worin S,, das bekannte spezifische Gewicht des Baggergutes ohne Hohlräume ist. das beispielsweise gleich 2,65 kg dm^:| ist. Aus dieser Gleichung folgt dann

1.65 C₁. = (Sj - S₁.-2)-0.5.

Das Gewicht an Baggergut pro dnV· Suspension beträgt

C,, = 2,65 C₁. = (S, - S₁. - 2) ■ 0,805 .

Multipliziert man G_h mit der Anzahl Liter geförderter Suspension pro Sekunde, so gibt O_h das Gewicht an Baggergut pro Sekunde an:

O₁₁=G₁₁-A-V₁,,

worin V\die mit Hilfe des Geschwindigkeitsmessers 24 gemessene Geschwindigkeit der Suspension und A die Durchströmungsoberfläche des Geschwindigkeitsmessers darstellt.

Durch Integration von O_h über die Strömungszeit erhält man die in dieser Zeit insgesamt gelieferte Gewichtsmenge Baggergut. Vorzugsweise befinden sich die Meßpunkte 2 und 3 auf demselben Niveau und ist der Meßbereich in bezug auf die Anschlußkrümmungen vollkommen symmetrisch angeordnet. Bei einem Leitungsinnendurchmesser von 60 cm ist der vertikale Abstand zwischen den Meßpunkten 1 und 2 beispielsweise 4 m. Ferner ist das Bestimmen

des Mittelwertes der Werte '"' und ,"' leichter,

^L> ^u

falls Lj-L₁..

Die Bezugsziffern von Teilen der in den F i g. 3 und 6 dargestellten Ausführungsform ergeben sich aus den Bezugsziffern entsprechender Teile in den F i g. 1 und 5 durch Addition von 100.

Um zu verhindern, daß Baggergut in die Leitungen 117, 118, 120 und 121 gelangt, wird mit Hilfe einer Pumpe 126 Wasser als ein Purgiermedium durch vier im wesentlichen identische enge Purgierleitungen

127, 128,129 und 130, die mit den Anschlüssen 101, 102, 103 bzw. 104 verbunden sind, in den Meßabschnitt gepumpt (s. F i g. 3).

Der Druckverlauf in den Purgierleitungen ist in Fig. 4 dargestellt. Falls die Drücke in den Putgier-

leitungen über eine Leitungslänge =l/„, von der Pumpe 126 an gemessen werden und die Gesamtleituneslänge von der Pumpe an bis an die Anschlüsse 113, 114, 115 und 116 der Meßpunkte 101, 102, 103 bzw. 104 gleich U_n ist, dann ist

Bei Addition der Terme '- und --.- entfallen

Li Lk

die Strömungswiderstandsterme.

Der Prozentsatz des Volumens an Baggergut in der Suspension ist aus dem spezifischen Gewicht der geförderten Suspension, das gleich dem Mittelwert von Sj und S_k ist, zu berechnen.

Zwar hat das Baggergut in dem Leitungsabschnitt/ infolge seines größeren spezifischen Gewichtes die Neigung, gegenüber dem aufwärts fließenden Strom zurückzubleiben. Diese Neigung wird jedoch in dem Leitungsabschnitt k durch die Neigung des Baggergutes, infolge des größeren spezifischen Gewichtes ^hi = ^him

U₁₁
U_m

^und ''* =

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit werden die Meßpunkte auf den Purgierleitungen 127 bis 130 dicht bei den Meßpunkten 101 bis 104 gewählt.

Vorzugsweise wird die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension V_s statt mit Hilfe eines Geschwindigkeitsmessers 24 in dem Leitungsabschnitt 23 mittels zweier Geschwindigkeitsmesser 124j und 124^ bestimmt. Bei einer Geschwindigkeitsmessung in einem horizontalen Leitungsabschnitt 23 der F i g. 1 können Meßfehler dadurch entstehen, daß sich Bagger-

5 ^ 6

gut unten in diesen Lciliingsabschnitten absetzt, wo- arbeitsstellen 40 un3 41 von der Baggerstelle 42 her durch der S'.römungsquerschniu vermindert und eine mittels Klappenrahmen 43 zu einer Sauggrube 45 geanderials die wahre Strömungsgeschwindigkeit ge- fördert, ir die Sauggrube geschüttet, mit Hilfe eine« messen wird. Die Absetzung von Baggergut ist in Saugbaggers 46 aus der Sauggrube aufgesaugt und einem vertikalen Leitungsabschnitt ausgeschlossen. 5 durch eine gemeinsame Leitung 47 zu einer Abzwei-Wohl trill dabei das Problem auf, daß in einem auf- gur.g 48 gefördert. Nach Fig. 5 führen von der·Abwärts fließenden Strom die Wassergeschwindigkeit zweigung 48 her zwei Zweige 49 i-nd 51. in denen größer ist als in einem abwärts fließenden Strom, vertikal angeordnete U-Krümmungen 50 bzw. 52 mit weil das Baggergut im ers'cn Fall gegenüber dem der vorstehend beschriebenen MeßvorriclUung und Wasser zurückbleibt und im zweiten Fall gegenüber io eventuell Ventile 53 bzw. 54 angeordnet sind, zu den dem Wasse: vorcilt. Die sich gegebenenfalls daraus Anschüttungsarbeitsstellcn 40 bzw. 41.
ergebenden Meßfehler beim Aufnehmen von V₁ und Die gelieferten Baggergutmepgen werden aus den V_k werden jedoch beim Mitteln von V₁ und V_k aus- bei den U-Krümmungen 50 und 52 gewonnenem geglichen. Meßwerten für die beiden Anschüttungsarbcitsstel-

Dic vor unbefugten Zugang zu schützenden Teile 15 len genau ermittelt. Vorteilhaft ist dabei, daß das der Meßvorrichtung wie die Rechenmaschine und Baggergut aus einer gemeinsamer·. Sauggrube 45 statt das Zählwerk müssen durch einen Wächter, der dem aus Prahmen, die den Boden von der Baggerstelle 42 Werkmeister und dem Auftraggeber zuverlässig er- her zu einem Spüler fördern, aufgesaugt wird. Beim scheint, gesichert werden. Vorzugsweise werden Saugen von Baggergut aus Prahmen ist der Saugdiese Teile in einem oder mehreren abzuschließen- ao prozeß nicht so kontinuierlich und nicht so winden Räumen untergebracht, welche Räume von schaftlich durchzuführen wie beim Aufsaugen von jedem der beiden versiegelt werden. Vorzugsweise Baggergut aus einer Sauggrube.
sind für jeden abzuschließenden Raum zwei ver- in Fig. 6 ist an Stelle von zwei Krümmungen in schiedcne Schlösser vorgesehen, von denen das eine den Zweigen eine U-Krümmung in der gemeinsamen Schloß nur von dem Auftraggeber und das andere 25 Leitung 147 angeordnet. An dieser U-Krümmung iiit Schloß nur von dem Werkmeister geöffnet werden im wesentlichen eine Meßvorrichtung nach F i t\. 1 kann, so daß nur der Auftraggeber und der Werk- angeordnet, die jedoch mit zwei Zählwerken St\a meister zusammen zu den zu schützenden Teilen ge- und 56 fc vorgesehen ist, an die die Rechenmaschine langen können. Vorzugsweise sind die Zählwerke 125 über einen Schalter 57 wahlweise anschließbar jiinter einer durchsichtigen Scheibe angeordnet. Fer- 30 ist. Der Schalter 47 wird mittels eines pneumatischen ncr können die Meßwerte außer einer in einem ab- Widders 58 betätigt, der über ein Steuerorgan 5'J geschlossenen Raum aufgestellten Rechenmaschine unter Einfluß derselben Luftquelle 60 steht wie die bzw. Zählwerk auch einem anderen, beispielsweise Widder 61 und 62. Diese Widder werden derart von gut zugänglichen Anzeiger oder einem Regelorgan dem Steuerorgan 59 umgeschaltet, da« jeweils das der Baggervorrichtung zugeführt werden. 35 eine Ventil 153 geschlossen und das andere Ventil

In Fig. 5 und 6 ist der Fall dargestellt, daß von 154 geöffnet ist oder umgekehrt, wobei das Zählwerk

einem Werkmeister gleichzeitig Erdarbeiten an zwei 56a bzw. das Zählwerk 56 b an dem Ausgang dei

Arbeitsstellen 40 und 41 für zwei verschiedene Auf- Rechenmaschine angeschlossen ist. Auf diese Weise

traggeber durchgeführt werden. registriert das Zählwerk 56a das zu der Erdarbciis-

Bei diesem Verfahren wird der von einem Saug- 40 stelle 141 und das Zählwerk 56h das zu der Erdbagger 44 aufgesaugte Boden für die Anschüttungs- arbeitsstelle 140 geförderte Baggergut.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines in einer strömenden Flüssigkeit suspendierten festen Stoffes, z. B. in Wasser geförderten Baggergutes, die die rörderkonzentration des FeslstoiTes aus einem Druckunterschied in einem eine erste Meßstrecke bildenden Leitungsabschniu, der den Strom der Suspension im wesentlichen vertikal nach oben . ührt bestimmt und den aus dem Druckunterschied bestimmten Wert mit der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension multipliziert, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine zweite Meßstrecke bildender zweiter Leitungsabschnilt (k) vorgesehen ist, vier den Strom der Suspension im wesentlichen vertikal nach unten führt und an dem ebenfalls der Druckunterschied gemessen wird, und daß die Förderkonzentration aus der Summe der an den beiden Meßstrecken gemessenen Druckunter-Swhiede bestimmt und das dem Produkt aus Fördergeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Signal einem Integrator zugeführt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ui.d der zweite Leitungsabschnitt (/ und k) gleich hoch sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (60) eines Purgiermediums — vorzugsweise Wasser — über Purgier'eii'ingen (127 bis 130) an die Anschlüsse (113 bis 116) des ersten und des zweiten Leitungsabschnitts (/' und A-) angeschlossen ist und daß Mittel (119, 122) zum Messen der Druckunterschiede in diesen Purgierleitungen (127 bis 130) vorgesehen sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Meßpunkt (101, 102. 103 und 104), an dem der Druck gemessen werden soll, eine Purgierleitung (127," 128. 129 bzw. 130) mündet und daß ein Druckaufnehmer oder ein Differenzdruckaufnehmer (119, 122) an diese Purgierleitung (127, 128, 129 bzw. 130) in der Nahe ihrer Mündung angeschlossen ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit der !Suspension in jeder der beiden Leitungsabschnitte je ein Geschwindigkeitsmesser (124/. 124/:) angeordnet ist.