DE1919614C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Fördergutdurchsatzes beim Saugfördern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Fördergutdurchsai/es durch Messung der Fördergutkon/cntration und der Suspensionsgeschwindigkeit, beim Saugfördern eines Gemisches aus in einer Flüssigkeit suspendiertem Bodenmaterial od. dgl. durch eine Förderleitung.

Die möglichst genaue Messung der den Fördergutdurchsal/ bestimmenden Größen, insbesondere der Fördergutkonzentration. ist in mehrfacher Hinsicht von Interesse. So bildet praktisch bei allen Baggeroder Anschüttumisarbeiten die Menge des bewegten

Fördergutes die Verreehnungsgrundlage. üblicherweise wird zu einem bestimmten Sat/, pro Kubikmeter ader pro Kilogramm gefordertem Baggergut verrechnet. Für diese vcrrcv-TinungsAneckc i.'. die inöizlichst genaue Messung der jeweiligen Förderkon/eiiiration an Baggergut in der geförderten Suspension von besonderem Interesse, als Grundlage für die Ermittlung der insgesamt geförderten Baggermenge. Darüber hinaus isi die möglichst genaue Messun» der Förderkonzentralion an Baggergut beim Pumpen einer Baggergut-Wasser-Suspension durch eine Förderleitung auch von ei heblicher Bedeutung Tür die laufende überwachung des Saugförderbetriebs zur Erzielung einer optimalen Arbeitsweise und zur Vermeidung einer Verstopfung der Leitung.

Die Ermittlung der den Fördergutdurchsatz bestimmenden Größen, insbesondere der FörJersutkonzentration. in einer Fördergut- Wasser-Suspension, mittels entlang der Förderleitung angeordneter Meßwertgeber, ist nach verschiedenen Verfahren bekannt. So kann die erwähnte Größe beispielsweise uus den Meßwerten von entlang der Förderleitung angeordneten, auf den Druck der Suspension in der Förderleitun« ansprechenden Druck- bzw. Differenzdruekmessern ermittelt werden. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-Patentschrift 32 24 121 bekannt: im einzelnen wird bei dieser bekannten Anordnung aus einer Differenzdruckmessung an einem Kniekrümmer der Förderleitung ein Maß für die Suspensionsgcschwindigkeit und aus einer Differenzdruckmessung zwischen zwei entlang der Förderleitung gelegenen Meßpunkten ein Maß für die Fördergutkonzentration in dem Suspensionsstrom gewonnen: aus diesen Meßwerten kann dann durch eine Rechenanlage der jeweilige Momentanweit des Förderguldurchsatzes berechnet werden.

Weiter ist es bekannt, die Förderguikonzentration durch Messung der Strahlungsabsorplion der Förgut-Wasser-Suspension. etwa die Absorption radioaktiver Strahlung zu ermitteln.

Diesen sämtlichen Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, daß das Meßergebnis durch mit der Fördergut-Wasser-Suspension mitgeführte Luft oder anderweitige Gase verfälschend beeinflußt werden kann. Die Anwesenheit von Luft oder anderweitigen Gaseinschlüssen in der Suspension hat zur Folge, daß ein niedrigeres spezifisches Gewicht als bei der gleichen Suspension ohne Lufi- bzw. Gaseinschluß gemessen wird. Durch die Anwesenheit von Luft oder anderweitigen Gasen wird daher eine gegenüber dem wahren Wert zu niedrige Fördergutkonzentration gemessen; umgekehrt wird bei Verwendung elektromagnetischer Geschwindigkeitsmesser ein etwas zu großer Durchsatz gemessen, wenn die Fördergut-Suspension Luft oder Gaseinschlüsse enthält.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs erwähnten Verfahren zur Bestimmung des Fördergutdurchsatzes im Wege der Messung der Fördergutkonzentration und der Suspensionsgeschwindigkeit beim Saugfördern einer Suspension die Verfälschung der Messung durch in der Fördergut-Suspension enthaltene Luft oder anderweitige Gase zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß zur Korrektur bezüglich eines in der Suspension mitgefühlten Luft- bzw. Gasanteils die Fördergutkonzentration und/oder die Suspensionsi>keit an mindestens zwei auf unterschiedlichen Drücken befindlichen Leitungsabschnitlen der Förderleitung gemessen und aus diesen Meßwerten ein Korrekt urweri gebildet wird. Durch die Erfindung wird daher eine Möglichkeit geschaffen, dieerwünschie Korrektur der Durchsatzmessung bezüglich verfälschenden Einflüssen von Luft- oder anderweitigen Gaseinschlüssen in einfacher Weise und ausschließlich unter Verwendung von in derartigen Saugforderanlagen üblichen und ohnehin zur Messung der För-

dergutkonzemraiion und oder der Suspensionsgeschwindigkeit vorhandenen Apparaturen zu erhalten. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Meßwerte für den Korrektur« en durch Druck- und oder Differenzdruckmessung an

'5 den Förderleitungsabschnitten unterschiedlichen Drucks gewonnen werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens, bei welcher entlang der Förderleitung für die Suspension Meßwertgeber für die Ermittlung der den Förderguidurchsat/ bestimmenden Größen. Fördergutkonzeniration und Suspensionsgeschwindigkeit, angeordnet \ind. wobei erfindungsgemäß an mindestens zwei Abschnitten der Förderleitung, in denen im Betrieb unterschiedliche Drücke herrschen. Meßwertgeber für wenigstens eine der beiden Bestimmungsgrößen vorgesehen sind Vorzugsweise sind als Meßwertgeber zur Bildung des Korrektlirwertes ausschließlich Druckmesser und oder Differenzdruckmesser vorgesehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Druckmesser und oder Differenzdruckmesser an einem unteren und einem oberen Bereich eines ersten Förderleinmgsabschnilts. in welchem die Suspension im wesentlichen vertikal nach oben strömt, und entsprechend an einem unteren und einem oberen Bereich eines zweiten Förderleiuingsabschnilis. in welchem die Suspension im wesentlichen vertikal abwärts strömt, angeschlossen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zur genauen Ermittlung der geförderten Baggergutmenge für Abiechnungs/wecke und als Grundlage für eine Steuerung bzw. Regelung des Förderprozesses.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert: in dieser zeigen die

Fig. 1.3.5 und 7 jeweils eine Leitung zum Fördern einer Suspension von Baggergut mit Wasser.

wobei die Leitungen jeweils mit verschiedenen Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Messung der Baggergutkonzentration in einer Baggergut-Wasser-Suspension ausgestattet sind, die als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.

F i g. 9 eine Meßvorrichtung für eine Ausführungsform eines Verfahrens und einer Saugbaggers orrichtung nach der Frlindung in Gestalt einer Weiterenuvivklung der Meßvonichtung aus Fig. 5. die Fig. 2. 4. 6. 8 und 10 jeweils ein Diagramm der an verschiedenen Meßpunkten der Vorrichtungen nach den F' ig. I. 3. 5. 7 und ^L> gemessenen Drücken und

Fig. 11 eine mit einer abgewandelten erfindungsgemäßcn Meßvorrichtimg ausgestattete Leitung /um Fördern einer Suspension von Baggergut mit Wasser. Bei den dargestellten Ausführungsformen sind miteinander übereinstimmende und einander entsprechende Teile jeweils mit einander entsprechenden.

sich um Einheilen von 100 unterscheidenden Bezugsziffern bezeichnet.

Zum besseren Verständnis der in den F i g. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Saugbaggervorrichtung werden zunächst an Hand der F i g. 1 bis 8 ein Verfahren und McßvoirichUingen hierfür zur Messung der Baggergutkonzentration in einer Baggergul-Wasser-Suspension beschrieben, die als solche nicht Gegenstand der Erfindung sind, von denen die Erfindung jedoch ausgeht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist im Zuge einer Leitung, durch welche eine Suspension von Baggergut mit Wasser hindurchströmt, ein Meßabschnill in Form eines umgekehrten U mil vertikalen Schenkeln angeordnet. Hierdurch wird ein Leitungsabschnitt/, in welchem die Suspension vertikal nach oben strömt und ein Leitungsabschnitt k. in welchem die Suspension vertikal nach unten strömt, geschaffen.

Zur Messung der Förderkonzentration an Baggergut in der Suspension sind in dem dargestellten Meßabschnitt an dargestellten Meßpunkten 1. 2. 3 und 4 Anschlüsse 13. 14. 15 bzw. 16 vorgesehen. Die Anschlüsse 13 und 14 stehen mittels Leitungen 17 und 18 mit den entgegengesetzten Seiten eines Differenzdruckmessers 19 zur Messung des Druckunterschieds zwischen dem Meßpunkt 1 und dem Meßpunkt 2 in einem Leitungsabschnitt./ in Verbindung.

Entsprechend stehen die Anschlüsse 15 und 16 mittels Leitungen 20 und 21 mit den entgegengesetzten Seiten eines Öifferenzdruckmesscrs 22 zur Messung des Druckunterschiedes zwischen dem Meßpunkt 3 und dem Meßpunkt 4 in einem Leitungsabschnitt k in Verbindung.

Ferner ist in einem horizontalen Leitungsabschniu

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

Die Meßwerte der DifTerenzdruckmesser 19 und 22 werden mittels einer Rechenvorrichtung 25 addiert und mit dem Meßwert des Geschwindigkeitsmessers

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

In F i g. 2 sind die Drücke in den Meßpunkten 1 bis 4 und die gemessenen Druckunterschiede /ij für die Leitunesahschnittc./ und Z)₁ für den Lcitungsabschnilt k dargestellt.

Für h, und h_k gelten die nachstehenden Bezichunticn

j ■ V))

i_h

Hierin bedeuten

Lj und Ι_Λ die Länge der Leitung /wischen den Meßpunkten 1 und 2 bzw. die Länge zwischen den Meßpunkten 3 und 4. Sj und S_t jeweils das spezifische Gewicht der Suspension in den Lcitunusabschnittcn / bzw. k.

Vj und l\ die jeweilige Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in den Leitungsabschnitten / bzw. k und

Cj und C\ Konstanten, die den Strömungswiderstand pro Längeneinheit darstellen.

Sind die Lcilungsabsehnittc j und λ identisch, so ist Cj = C\. Bei gleichem Durchmesser der Abschnitte; und k gilt Vj — \\.

Damit erhält man

l_hL_k = S_k - Q ■ Vi. l_hL, + h_k:'L_k = S, + S₁.

ίο Bei Summation der Ausdrücke für hj Lj und h_k L^ entfallen die die Strömungswiderstände enthaltenden Tenne. Der Prozentsatz des Volumens an Baggergut in der Suspendion ist aus dem spezifischen Gewicht der geförderten Suspension, das dem Durchschnitt von Sj und S_k gleich ist. zu berechnen.

Zwar hat das Baggergut in dem Leitungsabschnitt/ infolge seines größeren spezifischen Gewichtes die Tendenz, gegenüber der aufwärts gerichteten Strömung zurückzubleiben. Diese Tendenz wird jedoch im Abschnitt /cdurchdieentsprechendeTendenzdesBaggergutes infolge seines größeren spezifischen Gewichts der abwärts gerichteten Strömung vorzueilen, ausgeglichen. Die Volumenkonzentration C, an Baggergut in der Suspension ist wie folgt zu berechnen:

' ₂ S; + ' ₂ S₄ = 1 - C,. + C, ■ S_h. worin S_b das bekannte spezifische Gewicht des Baggergutes ohne Hohlräume ist. das beispielsweise gleich 2,65 kg dm³ ist. Aus dieser Gleichung folgt dann mit dem angegebenen Zahlenwert

1-65 C, = [Sj + S_k - 2) ■ 0.5t).

Das Gewicht an Baggergut pro dm³ Suspension, angedeutet mit

G_h = 2.65 C, = \Sj + S_k - 2) ■ 0,805.

Multiplikation von G"„ mit der Anzahl Liter geförderter Suspension pro Sekunde, gibi den Ertrag O_h in Gewicht an Baggergut Sekunde:

O,, = G_h ■ A ■ K₄. worin V_s die mittels des Geschwindigkeitsmessers 24 gemessene Geschwindigkeit der Suspension und A den Durchströmungsquerschnitt des Geschwindigkeitsmessers 24 darstellen.

Durch Integration von O,, über die Strömungszeit erhält man die in dieser Zeit insgesamt gelieferte Gewichtsmenge Baggergut.

Die Meßpunktc 2 und 3 befinden sich auf demselben Niveau.und der Meßabschnitt ist mit den AnschlulJ-krümmungen vollkommen symmetrisch. Bei einem inneren Leitungsdurchmesser von beispielsweise 60 cm ist der vertikale Abstand zwischen den Meßpunkten 1 und 2 beispielsweise 4 m. Ferner wird die Bestimmung des Durchschnitts oder Mittelwerts der Werte /i,L und h_k Ι_Λ leichter, falls Lj = I^

Um zu verhindern, daß Baggergut in I.ciluncer 117. 118. 120 und 121 gelangt, wird wie aus T-" i c. :

ersichtlich, mittels einer Pumpe 126 Wasser als cir Spülmedium durch vier im wesentlichen identisch» enge Spülleilungen 127, 128. 129 und 130. die ai Anschlüsse von Mcßpunktcn 101. 102. 103 bzw. ICN angeschlossen sind, in den Meßabschnitt gepumpt Der Druck verlauf in den Spülleitungcn 127 bis 131 ist in F i g. 4 dargestellt. Falls die Drücke in dci Spülleitungcn 127 bis 130 über eine Leilungslängc V₁ von der Pumpe 126 an gemessen werden und di Gesamtleilungslänge von der Pumpe bis zu dei Anschlüssen der Meßpunktc 101. 102. 103 bzw. 10 gleich U_n ist. dann ist

''i = '';,„ ' l\ l^;,„ und t_h -- Zi₁₁₁, ■ I_n Γ,,,.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkcil werden die Meßpunkte an den Spiilleitungen 127 bis 130 möglichst dicht bei den Meßpunkten 101 bis 104 gewählt.

Die Strömungsgeschwindigkeit V_s der Suspension wird statt mittels des Geschwindigkeitsmessers 24 in dem Leitungsabschnitt 23 (Fig. I) mittels zwei Geschwindigkeitsmessern 124,-und 124_t bestimmt (Fig.3). Bei einer Geschwindigkeitsmessung in dem horizontalen Leitungsabschnitt 23, wie in F i g. 1, können Meßfehler dadurch entstehen, daß sich Baggergut unten in diesen Abschnitten absetzt, wodurch der Strömungsquerschnitt vermindert und ein von dem wahren Wert abweichender Wert der Strömungsgeschwindigkeit gemessen wird. In einem vertikalen Leitungsabsehnill ist die Absetzung von Baggergut ausgeschlossen. Wohl tritt dabei das Problem auf. daß in einer aufwärts gerichteten Strömung die Wassergeschwindigkeit größer ist als in einem abwärts gerichteten Strom, weil das Baggergut im ersten Fall gegenüber dem Wasser zurückbleibt und im zweiten Fall gegenüber dem Wasscr voreilt. Die sich gegebenenfalls daraus ergebenden Meßfehler bei der Bestimmung von Vj und V_k weiden jedoch beim Mitteln von Vj und V_k kompensiert.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform einer Meßvorrichtung sind Anschlüsse von Meßpunkten 202 und 203 mittels einer oberen Leitung 218 miteinander verbunden, während zwischen der Mitte 206 dieser oberen Leitung 218 und der einen Seite eines Differenzdruckmessers 233 eine Tastlcitung

231 vorgesehen ist. Ebenso sind Anschlüsse von Mcßpunktcn 201 und 204 mittels einer unteren Leitung 217 miteinander verbunden und ist zwischen der Mitte 205 der unteren Leitung 217 und der anderen Seile ties Differen/druckmesscrs 233 eine Tastleitung

232 vorgesehen. So wird mittels lediglich des einzigen Differen/druckmcssers 233 ein Druck gemessen, der gleich '■, h, ; ' ₂ 'Ί, ist (s. F i g. 6). so daß eine automatische Addition und Halbierung erfolgt. Falls ein wenig Baggergut von dem Leitungsabschnitt/ aus in die Leitungen 218 und 217 einströmen sollte, so ist dies nicht von Nachteil. Denn dieses Baggergut strömt dann durch die Leitungen 218 bzw. 217 bis in den Abschnitt k. Dieses Baggergut kann deshalb nicht in die Tastleitungcn 231 bzw. 232 hineinströmen, weil diese so verlegt sind, daß sie von den Mitten 206 und 205 aus zunächst nach oben verlaufen. Die Messung nach F i g. 5 hat außer dem Vorteil, daß dabei ein Durchmesser und eine elektrische Addiereinheit weniger notwendig sind, den weiteren Vorteil, daß wegen der Messung mittels lediglich einem Druckmesser an Stelle von zwei Druckmessern ein Meßfehler weniger in die Gesamtmcssung eingeht.

Der Ausgang des Differenzdruckmessers 233 ist außer an eine Rechenvorrichtung 225 auch an eine ■ Anzeigevorrichtung 270 zur Anzeige des jeweiligen spezifischen Gewichtes der geförderten Suspension oder zur Anzeige der Förderkonzentration an Baggergut in dieser Suspension angeschlossen.

Die in F i g. 7 dargestellte Meßvorrichtung weist keine Spüllcitungen auf. Dabei verbinden eine obere Leitung 318 und eine untere Leitung 317 einen Meßpunkt 302 mit einem Meßpunkt 303 bzw. einen Meßpunkt 301 mit einem Meßpunkt 304 Ferner ist zwischen Mitten 306 und 305 der oberen und unteren Leitung ein Differenzdruckmesscr333 angeordnet. Der Differenzdruckmesser 333 mißt, wie Fig. S zeigt, ebenfalls einen Wert, der gleich ' , /ij ■+ ' _: h_k ist. Dieser Meßwert kann ein Stellorgan 371 einer Regelvorrichtung zur automatischen Regelung des Förderprozcsses betätigen.

Zwar strömt eine gewisse Menge der Suspension aus dem Leitungsabschnitt/ durch die obere und untere querverlaufende Leitung 318 bzw. 317 in den Leitungsabschnitt k. Diese Suspensionsmenge ist jedoch vernachlässigbar. Erforderlichenfalls kann sie berechnet werden.

Die verstehend beschriebenen Meßmethoden ergeben richtige Werte, falls keine Luft oder Gas in der Suspension vorhanden ist. Es gibt jedoch Betricbsumstände. unter denen die Anwesenheit von Luft oder Gas in der Suspension nicht zu verhindern ist, beispielsweise während des Leersaugens von mit Baggergut gefüllten Prahmen. Für die Messung der während der Durchführung von Erdarbeiten durch die Leitung geförderten, zu verrechnenden Menge an Baggergut ist es von großer Wichtigkeit, daß das Meßergebnis bezüglich des Luft- bzw. Gasanteils korrigiert wird, wenn sich Luft- oder Gasblrsen in der Suspensionsmischung befinden.

lii der nachfolgenden Beschreibung ist der Einfachheit und Kürze halber jeweils nur von Lufteinschlüssen die Rede, wobei »Luft« jeweils die allgemeinere Bedeutung »Gas« mitumfassen soll.

Die Anwesenheit von Luft in einer Suspension von Baggergut mit Wasser hat zur Folge, daß das gemessene spezifische Gewicht niedriger ist. als wenn in dieser selben Suspension keine Luft vorhanden gewesen wäre. Mit der vorstehend beschriebenen Meßvorrichtung, aber auch mit anderen Dichtemessern, beispielsweise auf der Grundlage von radioaktiver Strahlung, wird durch die Anwesenheit von Luft eine gegenüber dem wahren Wert zu niedrige Förderkonzentration an Baggergut gemessen. Andererseits wird bei Verwendung elektromagnetischer Geschwindigkeitsmesser ein etwas zu großer Durchsatz gemessen.

Es sei angenommen, daß in einer Suspension von Baggergut mit Wasser ein Volumenprozentsatz an Luft = C₁ vorhanden ist. daß das spezifische Gewicht dieser Suspension α beträgt und daß das spezifische Gewicht der Suspension ohne Luft jedoch mit demselben Baggergut-Wasser-Verhältnis = ;■.

Dieses ;· ist somit ein Maß für die Menge Baggergut in der Suspension.und die Förderkonzentraiionsmeßvorrichlunghat den Zweck, dieses-genau zu ermitteln, und zwar unabhängig von der in der Suspension eingeschlossenen bzw. mitgeführten Menge Luft. Dies wird durch Verwendung einer Meßvorrichtung ermöglicht, die auch C₁, mißt. 1st nämlich C₁ bekannt, so kann aus « der gesuchte Wert von ;■ gemäß der Formel

\ÖÖ

¹⁰⁰
■' " Wo-C₁, '" ^l-^]

bestimmt werden.

Ausgehend von einem Wert des spezifischen Gewichts des Baggergutes gleich 2.65 und dem spezifischen Gewicht von Wasser gleich 1.0 erhält man

C₁ 2.65

(100 ■- C₁) ■
100

1.0

509 685/113

worin C₁ die Förderkonzentration an Baggergut darstellt: damit wird

- 1 = 0.0165 C₁.

(4)

Bei der Ermittlung des Luftprozentsatzes C, wird das Kriterium benutzt, daß sich bei einer Änderung des Drucks das Baggergut- und Wasservolumen nicht. jedenfalls nicht merklich, wohl jedoch das Luftvolumen sich ändert. Je nachdem der Druck niedriger ist, wird das spezifische Gewicht der Baggergut-Wasser-Luft-Suspension stärker vom spezifischen Gewicht der Sand-Wasser-Suspension (ohne Luft) abweichen, weil der Prozentsatz Luft C_L zunimmt.

Beim Verfahren nach F i g. 9 wird mittels einer Pumpe 485 eine Suspension von Baggergut mit Wasser, in der möglicherweise Luft mitgeführt wird, durch eine Leitung 498 gefördert, in der ein Meßabschnitt 499 von der Art, wie an Hand von F i g. 5 und 6 beschrieben, angeordnet ist. Dabei sind um Meßpunkte 401, 402, 403 und 404 vier Leitiingsabschnitte 491, 492. 493 bzw. 494, die je eine Höhe I/7 besitzen, gewählt. Ferner ist eine Pumpe 426 mittels Spülleitungen 427, 428. 429 und 430 außer an die Meßpunkte 401. 402, 403 und 404 auch an weitere Meßpunkte 471. 472. 473 und 474, die an den oberen Enden, und an weitere Meßpunkte 481, 482. 483 und 484. die an den unteren Enden der Leitungsabschnitte 491, 492, 493 und 494 vorgesehen sind, angeschlossen. Die Spülleitungen sind jeweils zwischen den auf demselben Niveau angeordneten Meßpunkten zu zweien mittels oberen Leitungen 486 und 488, mittleren Leitungen 418 und 417 und unteren Leitungen 487 und 489 miteinander verbunden. Die Mitten der oberen Leitung 486 und der unteren Leitung 489 sind mittels einer ersten Tastleitung 490 und die Mitten der unteren Leitung 487 und der oberen Leitung 488 sind mittels einer zweiten Tastleitung 495 miteinander verbunden. Zwischen den Mitten der mittleren Leitungen 417 und 418 ist ein Differenzdruckmesser 433. der den Druckunterschied IP' = P_n — P_h mißt, angeschlossen. Zwischen den Mitten der beiden Tastleitungen 490 und 495 ist ein Differenzdruckmesser 496. der den Differenzdruck gleich ¹Z₂ IP₀-¹S I P₁, mißt, geschaltet. Schließlich ist an die Mitte der Tastleitung 495 ein Druckmesser 497. der ungefähr den Druck P_gem = \₂ P₁, + ' , P_n aufnimmt, angeschlossen, wobei die Indizes o. h und gern »unten«, »oben« und »in der Mitte« bedeuten. In der Mitte zwischen den Leitungsabschnitten 491 und 492 ist ein Geschwindigkeitsmesser 424; und in der Mitte zwischen den Leitungsabschnitten 493 und 494 ein Geschwindigkeitsmesser 42A_k angeordnet.

Rechts in F i g. 9 sind die mittels der oberen, mittleren und unteren Leitungen gemittelten Drücke auf den Niveaus der betreffenden Meßpunkte angegeben, die in Wirklichkeit in den Mitten der oberen, mittleren und unteren Leitungen herrschen: in Fig. 10 ist in einer graphischen Darstellung ein Beispiel der Werte dieser Drücke und der mittels der Differenzdruckmesser 433 und 496 und eines Druckmessers 497 bestimmten Drücke veranschaulicht.

Die in den unteren Leitungsabschnitten 491 und 494 herrschenden Drücke sind prinzipiell höher als die Drücke in den oberen Leitungsabschnitten 492 und 493. weil auf den unteren Leitungsabschnitten 491 und 494 eine zusätzliche Suspcnsionssäulc steht.

Nachstehend wird dargelegt, wie mit dieser Mcßvorrichiung der Luftanteil C₁ in Volumenprozent gemessen werden kann.

Unter der Annahme, daß die Luftblasen dem Boylesehen Gesetz (PV = konstant) folgen und die im Meßabschnitt auftretende Temperaturänderung der Luft zu vernachlässigen ist. gilt für die Blasen:

(Die Angabe 0 bedeutet »unten«, h »oben« und gem »in der Mitte«, wo die Geschwindigkeitsmesser 424j und 424_t angeordnet sind)

oder
is C ■ P — C ■ P — C P (6)

Dies kann als ein Verhältnis

P₁, : P_n = C,.„ : C₁,, (7)

geschrieben werden.

Wegen des Gesetzes der Verhältnisse nilt auch

4- P P

' 7

Für das zu messende spezifische Gewicht des Baggergutes mit Wasser und Luftsuspension unten und oben im U-förmigen Meßabschnitt 499 gelten die Formeln (1):

und

«f. —

100

100

Diese zwei spezifischen Gewichte sind jeweils über em kurzes vertikales Stück I/7 zu messen. In den oberen Leitungsabschnitten 492 und 493 wird der Druckunterschied

IP₁, = I/7· a

und in den unteren Leitungsabschnitten 491 unc 494 der Druckunterschied

IP,,- I /1 ■ <«„ HD

gemessen.
Kombination von (9). (10) und (11) ergibt

_c __r _ 100(.IP_n- IP_n)

Indem nun I P„ und I P_n voneinander abgezoger wird, was hydraulisch mittels der Tastleitur.een 4Ή und 495 und des dazwischengcschaltctcn Differenz druckmessers496 bewirkt wird:erhält man cm Meßer gebnis. das ein direktes Maß für C_1n - C, , ist. Mittel

des Differenzdruckmessers 433 wirdIP - P_nuemessen zur Ermittlung des spezifischen Gewichtes der durch stromenden Suspension, wie an Hand der Fig. dargelegt ,st. Schließlich wird mit dem Druckmcssc

497 die halbe Summe des Absoluldruekes unten und oben '■', P₁₁ + ' ι P,,. oder des Mitieldrucks in den vier Leitungsabschnitten 491, 492, 49.1 und 494 gemessen: dieser Mittelwert ist gleich dem Druck in der Mitte /wischen den Leitungsabschnitlen. wo die Geschwindigkeitsmesser 424; und 424_k angeordnet sind. In Näherung darf für den Luft prozentsatz C,,_;,„, /wischen den Meßpunkten 401, 402. 403 und 404 gesetzt werden:

C₁J .

(13)

Aus den vorstehend beschriebenen Messungen ist es möglich, C_lgi,_m zu berechnen. Aus Kombination von (13) und (8) folgt

■2 [P,.+ PJ P₁, - P„

und mit (12)

₌ lOOj IP„- IP,) P,

Nach Einsetzen von (14) in (2)

114)

und mit

IP

	,,,	IP	r..
■'/··	- iP„	h
IP -

t/l

IP

(15)

35

IP,,- ip₍.
Ι/?

ΪΡ

50

korrigiert werden muß. Durch das Messen mittels ganz mit Wasser (spez. Gew. = 1.0) gefüllten Tastleitungen mißt der Diffcrcnzdruckmesscr433 in Wirklichkeit einen Wert, der (;■ - 1) direkt proportional ist. Um (15) dieser Anzeige anzupassen, wird der gemessene Differenzdruck = IP' gesetzt, so daß der wirkliche Druckunterschied zwischen den Mitten der mittleren Leitungen 417 und 418 gleich ( IP' + /1 · 1.0) ist. Dann wird für (15) geschrieben:

IP' -I- /1 . IP₁,- IP₁, /'„,.,„
H ⁺ I/i IP^: + /1

65

IP IP,, 'Pi. P,.„

;■ ^f ifc 1A

^(Ui)

Das geförderte Gewicht an Baggergut pro Sekunde ergibt sich dann wie folgt:

G_h sck. - Q,„- 2.65C₁ = Q,„

2.65
1.65 ⁽■'*'■"'

worin Q_1n der Wert ist. der mittels eines Geschwindigkeitsmessers, der Luft nicht mißt, ermittelt ist. oder

G_h sek. — i.61

IP'
/i

I/i

P₃,., λ

IP' + hj '

117)

Durch Integration dieses Wertes über die Förderzeit wird das gelieferte Gewicht an Baggergut ermittelt.

Wenn ein Geschwindigkeitsmesser Luft als Wasser mißt, gilt bei einer durch eine Leitung strömenden Suspension von Baggergut. Wasser und Luft:

Qm = Q* + 0». + Q₁.

Hierin stellt dar:

(18)

Q_1n, den Gesamtdurchsatz, der mittels eines mit einem inhomogenen Magnetfeld arbeilenden Geschwindigkeitsmessers gemessen wird.

Q_h den Durchsatz an Baggergut.

Q_n. den Durchsatz an Wasser und

Q₁ den Durchsalz an Luft.

Wenn Q₁₁₁ den Durchsatz an Baggergut mit Wasser darstellt, kann zur Gleichung (18) geschrieben werden:

ö,„ =

100

Bislang wurde im Baggerbetrieb mit der Näherung

IP , .
;■ = . gearbeitet.

Diese Näherung ist zur Bestimmung der Förderkonzentration, auf deren Grundlage die gelieferte Menge Baggergut abgerechnet wird, unzulässig, wenn viel Luft in der Suspension vorhanden ist. Aus der obigen Formel (15) ist zu ersehen, daß der Meßwert ' P

I₁ bei Vorhandensein von Luft in der Mischung mit einem Korrekturausdruck

Dadurch, daß das spezifische Gewicht von Wasser = 1.0 ist

Q₁, = ö,„(;·- 1-"I- (-01

Substitution von (19) und (2) in (20) gibt

121

In (21) wird der beispielsweise mittels eines konventionellen Förderkonzentrationsmessers aufgenommene Meßwert (,; — 1) mit einem Ausszleichswert

ausiiciilichcn.

In F i g. 11 ist ein Verfahren veranschaulicht, bei dem die Förd^rkonzentration der durch eine Leitung 500 geförderten Suspension von Baggergut mit Wasser und möglicherweise Luft in anderer Weise ermittelt wird.

An Leitungsabschnitten 502 und 503 an beiden Seiten einer in der Leitung 500 angeordneten Pumpe 501 werden Messungen durchgeführt. Der Druck im Leitungsabschnitt 503 ist erheblich höher als im Leitungsabschnitt 502.

In jedem der beiden Leitungsabschnittc 502 und 503 werden die nachstehenden Größen gemessen:

die Geschwindigkeiten r, und i\ mittels Geschwindigkeitsmessern 504 und 505. die Baggergut und Luft als Wasser messen.

die Temperaturen 7, und T₂ mittels Thermometern 506 und 507 und die Drücke P₁ und P, mittels Druckmessern 508 und 509.
die an die Mitte einer Taslleitung 510 bzw 511 angeschlossen sind.

Schließlich ist in einem Leitungsabschnilt 513 der Leitung 500 außer einem auf radioaktiver Strahlung beruhenden Dichiemesser512. der das spezifische Gew icht der Suspension mißt, noch ein die Temperatur 7₃ messendes Thermometer 514 und ein den Druck P₃ auf der Mitte einer Tastleitung 515 messender Druckmesser 516 vorgesehen.

In diesem Zustand gelten die nachstehenden Gleichungen:

Nun ist weiter V_bK mit (25) und (26) zu berechnen:

A-P,- T-,
V₁,,,.= ,4T₂-Ir₁ -V₂) --- --■-—.

Der Dichtemesser 512 mißt den Meßwert

P₂

T₁

T₂

r,

(22)

(23)

(24! (25)

"³ ~~ 100

worin C_J3 einen Ausgleichswert darstellt.
Für den Leituntisabschniu 513 gilt weiter

C₁J ■ ρ, _ c_L1 ■ /\

(2S|

oder

/», ■ 7., 7, P,

Hierin ist J-' das pro Stunde geförderte N'olumen und A der Durchströmungsquerschnitt. Die Angalie bw bezieht sich auf Baggergut mit Wasser. L auf Luft. 1 auf den Leitungsabschnitl 502. 2 auf den Leimngsabschnitt 503 und 3 auf den Leitungsabschnill 513. wo der Dichtemesser 512 angeordnet ist.

worm

(24) (25) gibt
,1

Durch ljnsel/en \on |22| erhall man

¹ /.:
.1

P₁ ■ 7,

A ■ P, ■ 7;

Kombination \on (29). (30). (2dl. (27) und i2S: uiht den /ti berechnenden Wert ;-. aus dem miiM'd.is (". m derselben Suspension ohne Luft /u berechnen is',

Schließlich ist der Volumendurchsat/ an Ha.^=.;-111 pro Sekunde:

C, (H)O- t',.i

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35

(26)

Indem man die Meßwerte, verseilen nut den riclitiuen Faktoren, mich Formel (31) einem Rechenverstärker zuführt und das Frgebnis über die Förder/eU integriert, erhiilt man die Volumenmenge des geförderten Bauizerautes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Fördergutdurchsatzes durch Messung der Fördergutkonzentralion und der Suspensionsgeschvvindigkeit. beim Saugfördern eines Gemisches aus in einer Flüssigkeit suspendiertem Bodenmateriai od. dgl. durch eine Förderleitung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur bezüglich eines ;o in der Suspension mitgeführten Luft- bzw. Gasanteils die Fördergutkonzentration und oder die Suspensiopsgeschwindigkeit an mindestens zwei auf unterschiedlichen Drücken befindlichen Leitungsabschnitten (491 bis 494. Fig. 9: 502

503. F i p.. 1') der Förderleitung gemessen und aus diesen Meßwerten ein Korrekturwert gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte für den Korrekturwert durch Druck- und oder Differenzdruckmessung an den Förderleitungsabschnitten unterschiedlichen Drucks gewonnen werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2. bei welcher entlang der Förderleitung für die Suspension Meßwertgeber für die Ermittlung der den Fördergutdurchsat/ bestimmenden Größen. Fördergutkonzentration und Suspensionsgeschwindigkeit, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens zwei Abschnitten (491 bis 494. Fig. 9; 502. 503) der Förderleitung, in denen im Betrieb unterschiedliche Drücke herrschen. Meßwertgeber (496. 497. 433:

504. 505) für wenigstens eine der beiden Bestimmungsgrößen vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßweitgeber zur Bildung des Korrekturwertes ausschließlich Druckmesser (497) und/oder Differenzdruckmesser (496. 433) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmesser (497) und oder Differenzdruckmesser (496, 433) an einem unteren (491) und einem oberen (492) Bereich eines ersten Förderleitungsabschnitts (/), in welchem die Suspension im wesentlichen vertikal nach oben strömt. und entsprechend an einem unteren (494) und einem oberen (493) Bereich eines zweiten Förder- ' leitungsabschnitts (k), in welchem die Suspension im wesentlichen vertikal abwärts strömt, angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Bereiche (491 bis 494) der beiden Förderleitungsabschnitte (/, A:) gleich hoch sind und sich paarweise auf gleichem Niveau befinden, daß die oberen Enden. die Mitten und die unteren hnden der sich jeweils paarweise auf gleichem Niveau befindlichen Bereiche (491, 494 bzw. 492. 493) jeweils über eine obere (486. 488), eine mittlere (418, 417) und eine untere (487, 489) Leitung miteinander verbunden sind, daß eine erste Tastleitung (490) die Mitte der oberen Leitung (486) der oberen Bereiche (492. 493) der beiden Förderleitungsabschnitte mit der Mitte der unteren Leitung (489) der unteren Bereiche (491. 494) der beiden Förderleitungsabschnitte, und entsprechend eine zweite Tastleitung (495) die M itIe der unteren Leitung (487) der oberen Bereiche (492, 493) der Förderleilungsabsehnilte mn der Mitte der oberen Leitung (488) der untere;! Bereiche (491. 494) der beiden Förde, leitungsabschnitte verbindet, und daß zwischen den Muten der beiden mittleren Leitungen (417.418) ein erster Differenzdruckmesser (433) und zwischen den Mrten der beiden Tastleitungen (490, 495) ein zweiler Differenzdruckmesser (496) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6. dadurch »ekennzeichnet."daß jeweils in der Mitte zwischen den beiden Bereichen (491, 492 bzw. 494. 493) des ersten und oder des zweiten Förderleitun»sabschnitts </' bzw. k) ein Geschwindigkeitsmesser (424; bzw. 424k) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. gekennzeichnet durch einen Druckmesserl497)zur Bestimmung des mittleren Drucks in den zu beiden Seilen des bzw. der Geschwindigkeitsmesser^) (424/ bzw. 424k) befindlichen Bereichen (491, 492 bzw. 494.493)der beiden Förderleitungsabschnitte!/. /.1.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Meßpunkt (472 bzw. 481) im oberen bzw. unteren Bereich (492 bzw. 491) des ersten FörderleitungsabschniUs !;■ mittels einer verhältnismäßig engen oberer: b.w. unteren Leitung (486 bzw. 489) mit einem einsprechenden Meßpunkt (473 bzw. 484) im oberen bzw. unteren Bereich (493 bzw. 494) des zweiten Förderleitungsabschnitts (/c) verbunden sind und daß zwischen den Mitten der oberen (486) und der unteren (489) engen Leitung ein Differen/druckmesser (496) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßpunkte (401 bis 404. 471 bis 474: 481 bis 484) an den beiden Förderleitungsabschnitten (/ bzw. k) Spülleitungen (427 bis 430) zur Zufuhr eines Spülmediums, beispielsweise Wasser, von einer Pumpe (426) angeschlossen sind und daß die beiden an zwei obere Meßpunkte (402. 403) angeschlossenen Spülleitungen (428.

429) mittels einer oberen Leitung (418) und entsprechend die beiden an zwei unleren Meßpunkten (401. 404) angeschlossenen Spüllcitungen (427.

430) mittels einer unteren Leitung (417) miteinander verbunden sind und daß zwischen den Mitten der oberen und unteren Leitung (417. 418) einer der Differenzdruckmesser (433) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10. gekennzeichnet durch eine Rechen vorrichtung (25) zur Zeitintegration des Produkts aus Fördergutkonzentration und Suspensionsgeschwindigkeit zur Ermittlung der in dem Zeitraum geförderten Fördergutmenge.