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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Strömungsvorrichtung zur Entfernung von Störstoffen aus einer Suspension, deren Betriebstemperatur variabel ist und von der Umgebungstemperatur abweicht und die zumindest einen verstopfungsgefährdeten Bereich aufweist, in dem sich die Störstoffe ansammeln.
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Die Erfindung betrifft ebenso Hydrozyklone zur Reinigung einer Suspension mit einer Kammer kreisförmigen Querschnitts, an deren einem Ende ein Suspensions-Zulauf und am gegenüberliegenden Ende wenigstens ein Auslauf mündet, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
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Bekanntlich werden Hydrozyklone verwendet, um Flüssigkeiten, in denen sich Störstoffe befinden, durch starke Zentrifugalkräfte aufzukonzentrieren und abzuleiten.
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Besonders häufig dienen sie dazu, kleine Metallteile, Glassplitter und Sand aus Faserstoffsuspensionen zu entfernen.
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Infolge der Ansammlung von Störstoffen in bestimmten Bereichen des Hydrozyklons ist dort mit Verstopfungen zu rechnen, wenn nicht alle Betriebsparameter optimal eingestellt sind.
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Wegen der sich ändernden Betriebsbedingungen, wie z. B. der Schmutzfracht, ist das Auftreten von Verstopfungen nicht immer zu verhindern. Aus diesem Grunde muss man bei einem Hydrozyklon in der Regel mit einem verstopfungsgefährdeten Bereich rechnen.
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Als Folge von Verstopfungen können die Hydrozyklone keine Störstoffe mehr ausscheiden. Hinzu kommt ein hoher lokaler Verschleiß am Hydrozyklon, der dadurch hervorgerufen wird, dass die Schwerteile an einer Stelle rotieren und dabei die Wandung des Hydrozyklons abreiben.
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Um das Auftreten von Verstopfungen zu vermeiden oder zumindest diesen unerwünschten Zustand zu verkürzen, ist eine ständige Kontrolle der Hydrozyklone erforderlich, was schon deshalb aufwendig ist, da in vielen Anlagen eine große Anzahl von Hydrozyklonen enthalten sind.
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Gemäß der
DE 199 30 088 wird daher vorgeschlagen, die Temperaturänderung im verstopfungsgefährdeten Bereich zu messen, was allerdings bei sich ändernden Betriebstemperaturen zu Fehlinterpretationen führt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verstopfungen schnell und sicher auch bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen feststellen und so Maßnahmen zu ihrer Beseitigung einleiten zu können.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass die Temperatur der Suspension im verstopfungsgefährdeten Bereich oder stromabwärts davon erfasst und bei Überschreiten einer vorgegebenen, maximalen Abweichung von der aktuellen Betriebstemperatur auf eine Verstopfung geschlossen wird.
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Durch die Nutzung der oft variablen Betriebstemperatur der Suspension als Bezugsbasis kann im Fall einer Abweichung von dieser über ein vorgegebenes Maß hinaus sicher auf eine Verstopfung geschlossen werden.
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Änderungen der Betriebstemperatur ergeben sich in der Regel zumindest beim Anfahren oder Abstellen der Maschine, sind aber auch bei Änderungen der Zusammensetzung der Suspension oder der gewünschten Beschaffenheit nach ihrer Behandlung möglich.
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Meist liegt die Betriebstemperatur über der Umgebungstemperatur, weshalb eine Verstopfung dann auch mit einer Temperaturabsenkung im verstopften Bereich verbunden ist.
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Bevorzugt sollte die Temperatur an wenigstens zwei in Strömungsrichtung unterschiedlichen Messstellen erfasst werden, von denen vorzugsweise zumindest eine Messstelle in Strömungsrichtung vor dem verstopfungsgefährdeten Bereich liegt und so die Betriebstemperatur der Suspension erfasst.
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Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei Hydrozyklonen, welche zur Reinigung einer Suspension eingesetzt werden. Diese Hydrozyklonen besitzen eine Kammer kreisförmigen Querschnitts, an deren einem Ende ein Suspensions-Zulauf und am gegenüberliegenden Ende des Hydrozyklons zumindest ein Auslauf, insbesondere ein Schwerteil-Auslauf mündet, wobei die zu reinigende Suspension oft tangential über den Zulauf in die Kammer eingedüst wird.
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Je nach Art des Hydrozyklons kann ein Leichtteil-Auslauf im Bereich des Suspensions-Zulaufs oder im Bereich des Schwerteil-Auslaufs angeordnet sein.
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Um eine Abweichung von der Betriebstemperatur der Suspension erkennen zu können, sollte zumindest an den gegenüberliegenden Enden der Kammer oder deren Verbindungsleitungen jeweils wenigstens ein Temperatur-Sensor angeordnet sein.
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Unterscheidet sich die von den Temperatur-Sensoren gemessene Temperatur wesentlich voneinander, so deutet dies auf eine Verstopfung im Bereich eines Auslaufs, überwiegend des Schwerteil-Auslaufs hin.
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Die Messwerte der Temperatur-Sensoren bzw. die Temperaturabweichung zwischen ihnen kann direkt an der Strömungsvorrichtung angezeigt und/oder an eine Steuereinheit übermittelt werden.
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Eine bevorzugte Reaktion auf ein Überschreiten der maximalen Temperaturabweichung ist es hierbei, die Menge der ausgeleiteten Störstoffe solange zu erhöhen, bis die Verstopfung beseitigt ist.
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Ergänzend oder alternativ ist es aber auch möglich, auf die Außenwand der Hydrozyklone oder einem damit in Kontakt stehenden oder sehr nah dazu angeordneten Element jeweils mehrere Farbschichten aufzubringen, deren Aussehen sich bei unterschiedlichen Temperaturen ändert. Auch bei sich ändernder Betriebstemperatur der Suspension ist so die gleiche Reaktion der Farbschichten im ungestörten Bereich der Hydrozyklone sichergestellt.
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Daher sollten die Farbschichten zumindest in der Nähe des verstopfungsgefährdeten Bereiches, insbesondere des Schwerteil-Auslaufs und/oder einer aus dem verstopfungsgefährdeten Bereich vorzugsweise stromabwärts folgenden Verbindungsleitung angeordnet werden.
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Als Referenz können die Farbschichten benachbarter Hydrozyklone dienen, die mit den gleichen Farbschichten im gleichen Bereich der Außenwand ausgestattet sind und von der gleichen Suspension durchströmt werden.
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Eine unterschiedliche Farbreaktion der Farbschichten benachbarter Hydrozyklone weist unabhängig von der aktuellen Betriebstemperatur der Suspension auf eine Verstopfung hin.
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Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, mehrere, insbesondere die gleichen Farbschichten in Strömungsrichtung noch vor dem verstopfungsgefährdeten Bereich auf der Außenwand anzubringen.
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In diesem Fall dienen diese Farbschichten als Referenz für die Reaktion der Farbschichten im verstopfungsgefährdeten Bereich, wobei eine unterschiedliche Farbreaktion ebenso auf eine Verstopfung deutet.
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Die Farbschichten können dabei direkt als Lack oder indirekt als Aufkleber, Folien o.ä. aufgebracht werden.
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Um einen großen Temperaturbereich und damit auch einen großen Einsatzbereich der Hydrozyklone abdecken zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Änderung des Aussehens der Farbschichten bei einer Temperatur zwischen 20 und 80°C erfolgt.
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Außerdem ist es für das Erkennen der entsprechenden Temperaturunterschiede von Vorteil, dass die Temperatur bei denen die Farbschichten ihr Aussehen ändern, sich wenigstens zwischen zwei Farbschichten um 5 bis 20°C voneinander unterscheidet.
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Wegen der Vielzahl der zu überwachenden Hydrozyklone und der relativ großen Verstopfungsgefahr empfiehlt sich der Einsatz der Erfindung bei der Reinigung von Faserstoffsuspensionen mit einer Stoffdichte zwischen 0,5 und 6%, insbesondere zwischen 1,5 und 3,5 %, wie sie zur Bildung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn erforderlich sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich jedoch auch auf andere Strömungsvorrichtungen übertragen, in denen sich an bestimmten Stellen Ablagerungen bilden können, und bei deren Betrieb die Temperatur der Flüssigkeiten von der Umgebungstemperatur abweicht.
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Neben den Hydrozyklonen wäre z. B. an Schwerteilfallen oder Schwerteilschleusen in Faserstoffaufbereitungsanlagen zu denken oder kritische Stellen in Rohrleitungen, in denen hochbeladene Stoffgemische fließen.
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Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: einen schematischen Querschnitt durch einen Hydrozyklon;
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2 a + b: Hydrozyklone mit unterschiedlichen Farbschichten 14, 15, 16, 17;
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3: eine Reihe von Hydrozyklonen mit mehreren Farbschichten 14, 15, 16, 17 und
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4: eine Multi-Zyklon-Anordnung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache, dass die kritische Ansammlung von Störstoffen 3 in einem verschleißgefährdeten Bereich der Strömungsvorrichtung zu Temperaturänderungen führt.
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Der Grund hierfür liegt darin, dass die Temperatur der zu reinigenden Flüssigkeit bzw. Suspension 1 fast immer von der Umgebungstemperatur abweicht.
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Ist sie z. B. höher, werden die Stellen, an denen die Flüssigkeit/Suspension 1 an der Wandung der Strömungsvorrichtung vorbeiströmt, erwärmt. Infolge davon stellt sich im ungestörten Betrieb der Strömungsvorrichtung eine in etwa gleichmäßige Temperatur ein.
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Das gilt dann auch für die verstopfungsgefährdeten Bereiche 2.
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Wird dagegen die Ansammlung von Störstoffen 3 so groß, dass die Strömung partiell zum Erliegen kommt, sich also z. B. eine Verstopfung anbahnt, kühlt die Strömungsvorrichtung an dieser Stelle ab, sofern die Umgebungstemperatur unterhalb der Temperatur der Flüssigkeit/Suspension 1 ist.
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Daher kann eine lokale Temperaturänderung als Indikator für beginnende oder bereits erfolgte Verstopfungen angesehen werden.
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Auf diese Weise ist bei Betrieb der Strömungsvorrichtung eine Verhinderung oder schnelle Beseitigung von Betriebsstörungen möglich.
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Das vorzugebende Maß für die Temperaturabweichung, bei dem eine kritische Ansammlung von Störstoffen 3 vorliegt, wird durch Versuche ermittelt. Es hängt u. a. von der Höhe und Konstanz der Temperatur der Flüssigkeit/Suspension 1 in der Strömungsvorrichtung ab.
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Da die Temperatur der Flüssigkeit/Suspension 1 während des Betriebs schwanken kann, erfolgt die Auswertung der erfassten Temperatur unter Berücksichtigung dieser Schwankungen. Dementsprechend wird die Temperatur der Suspension 1 im verstopfungsgefährdeten Bereich 2 oder stromabwärts davon erfasst und bei Überschreiten einer vorgegebenen, maximalen Abweichung von der aktuellen Betriebstemperatur auf eine Verstopfung geschlossen.
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Die hier beschriebenen Hydrozyklone dienen der Reinigung einer Faserstoffsuspension 1, wie sie beispielsweise zur Papierherstellung erforderlich ist, mit einer Stoffdichte zwischen 1,5 und 3,5% von Schwerteilen.
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Das feststehende Gehäuse des Hydrozyklons umschließt eine längliche Kammer 7 mit kreisförmigem Querschnitt.
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An einem Ende 11 der Kammer 7 befindet sich ein Suspensions-Zulauf 8, über den die zu reinigende Faserstoffsuspension 1 gemäß 1 tangential in einen zylindrischen Einlaufabschnitt der Kammer 7 eingedüst wird. Hierdurch wird die Faserstoffsuspension 1 auf eine kreisförmige Bahn gebracht, wobei die Faserstoffsuspension 1 gegen die Wand der Kammer 7 gedrückt wird.
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Durch die dabei wirkenden Zentrifugal- und Fliehkräfte reichern sich die Schwerteile 3 an der Wand der Kammer 7 und die Leichtteile in der Mitte der Kammer 7 an.
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Auf diese Weise gelangen die Schwerteile 3 an der Wand der Kammer 7 in Strömungsrichtung 4 spiralförmig zum gegenüberliegenden Ende 12 der Kammer 7 mit dem Schwerteil-Auslauf 9, über den die Schwerteile 3 aus dem Hydrozyklon abgeführt werden.
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Um Verstopfungen des Schwerteil-Auslaufs 9 entgegenzuwirken, kann im Bereich des Schwerteil-Auslaufs 9 über eine Zuleitung Verdünnungsflüssigkeit in die Kammer 7 geleitet werden.
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Dies erlaubt den störungsfreien Einsatz des Hydrozyklons auch bei hohen Stoffdichten, wie hier angestrebt.
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Die in der Mitte der Kammer 7 vorhandene, von den Schwerteilen 3 gereinigte Faserstoffsuspension 1 wird hier als Leichtteil-Komponente 18 über den Leichtteil-Auslauf 10 abgepumpt.
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Hierzu reicht ein rohrförmiger Leichtteil-Auslauf 10 am zulaufseitigen Ende 11 entlang der Zentrumsachse 19 in die Mitte der Kammer 7.
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An den zylindrischen Einlaufabschnitt der Kammer 7 schließt sich in Richtung des in Strömungsrichtung 4 gegenüberliegenden Endes 12, d.h. in Richtung des Schwerteil-Auslaufs 9 ein kegelförmiger Hydrozyklon-Abschnitt an, in dem sich der Durchmesser der Kammer 7 zum Schwerteil-Auslauf 9 hin kontinuierlich vermindert.
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Durch diese Verjüngung steigt die Rotationsgeschwindigkeit der Suspension 1 derart an, dass sich die Schwerteile 3 an der Wand der Kammer 7 aufkonzentrieren.
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Der Leichtteil-Auslauf 10 reicht bis in den zylindrischen Einlaufabschnitt hinein.
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Sollen Leichtteile aus der Faserstoffsuspension 1 entfernt werden, so wird die von diesen gereinigte Faserstoffsuspension 1 als Schwerteil-Komponente über den Schwerteil-Auslauf 9 aus dem Hydrozyklon befördert, während die Leichtteile über den Leichtteil-Auslauf 10 abgeführt werden.
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Am Zulauf 8 der Kammer 7 wird die Faserstoffsuspension 1 mit einem Druck von bis zu 4 oder sogar 6 bar eingedüst, was zu einer hohen Belastung hinsichtlich Verschleiß an der Innenoberfläche der Kammer 7 führt.
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Im verstopfungsgefährdeten Bereich 2 tritt eine gewünschte Aufkonzentration der Störstoffe 3 auf, was jedoch leicht zu einer Verstopfung, hier des Scherteil-Auslaufs 9 führen kann, d. h. der Abfluss der Schwerteile 3 wird unterbrochen. Infolge dieser Situation kann die Suspension 1 auch nicht mehr direkt an der Wandung im verstopfungsgefährdeten Bereich 2 vorbeifließen, so dass dort eine Temperaturänderung auftritt.
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Diese wird durch einen Temperatur-Sensor 13 an einer Messstelle 5 im verstopfungsgefährdeten Bereich 2 erfasst und an eine Steuereinheit 6 weitergegeben.
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Ein weiterer Temperatur-Sensor 13 misst die Temperatur am zulaufseitigen Ende 11 der Kammer 7 und leitet das Messsignal ebenfalls an die Steuereinheit 6.
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Überschreitet die Temperaturdifferenz zwischen beiden Enden 11, 12 der Kammer 7 einen vorgegebenen Wert, so weist dies auf eine Verstopfung hin.
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In diesem Fall aktiviert die Steuereinheit 6 einen Stellmotor 20, welcher im Bereich des Schwerteil-Auslaufs 9 ein größerer Querschnitt zur Verfügung stellt.
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Diese Maßnahme wird dann so lang durchgeführt, bis die Verstopfung beseitigt ist.
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Alternativ oder ergänzend kann bei einer Verstopfung auch die Zufuhr von Verdünnungsflüssigkeit in den verstopfungsgefährdeten Bereich 2 gesteigert werden.
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Die stromaufwärts am zulaufseitigen Ende 11 vorhandene Messstelle 5 bildet den Referenzwert um bei Schwankungen der Betriebstemperatur Fehlsignale zu vermeiden.
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Bei Bedarf kann die Temperatur an der Außenwand der Kammer 7 auch direkt angezeigt werden.
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Außerdem eignet sich die Lösung auch bei verkleideten oder doppelwandigen Hydrozyklonen.
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Eine sehr einfache Realisierung der Erfindung kann bei Hydrozyklonendadurch erfolgen, dass an seiner Außenwand mehrere Farbschichten 14, 15, 16, 17 aufgebracht sind, deren Aussehen sich bei unterschiedlichen Temperaturen ändert. In einem solchen Fall lässt sich sehr effizient eine ganze Batterie von Hydrozyklonen kontrollieren.
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Da die Farbschichten 14, 15, 16, 17 bei unterschiedlichen Temperaturen ihre Farbe ändern, kann problemlos gewährleistet werden, dass bei den möglichen Betriebstemperaturen des Hydrozyklons im Falle einer Verstopfung wenigstens eine Farbschicht 14, 15, 16, 17 ihre Farbe ändert, wenn sich die Temperatur in Richtung der Umgebungstemperatur bewegt.
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Hierzu besitzen bei 3 alle zu überwachenden Hydrozyklone jeweils vier unterschiedliche Farbschichten 14, 15, 16, 17 in Form von Ringen als Messstelle 5 im verstopfungsgefährdeten Bereich 2, d.h. in der Nähe des Schwerteil-Auslaufs 9.
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Um das Erkennen von Unregelmäßigkeiten zu vereinfachen, sind die gleichen Farbschichten 14, 15, 16, 17 benachbarter Hydrozyklone auch in gleicher Höhe angeordnet.
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Anwenden lässt sich die Erfindung auch bei sogenannten Multi-Zyklon-Anordnungen gemäß 4, die in einem geschlossenen Behälter eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Hydrozyklone enthalten, welche über einen gemeinsamen Zulauf-Raum 22, einen gemeinsamen Leichtteil-Auslauf-Raum 23 sowie einen gemeinsamen Schwerteil-Auslauf-Raum 24 miteinander gekoppelt sind.
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Zur Aufbringung der entsprechenden Farbschichten eignet sich dabei insbesondere die Außenseite der Verschlusskappen 21 des Behälters der Multi-Zyklon-Anordnung, die nach Öffnen Zugang zum Leichtteil-Auslauf-Raum 23 sowie zum betreffenden Hydrozyklon gewähren. Diese Verschlusskappen 21 stehen meist sogar direkt oder indirekt über Abstandhalter mit dem jeweiligen Hydrozyklon in Kontakt.
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Bei diesen oft relativ kleinen und liegend angeordneten Hydrozyklonen kann leicht auch die gesamte Kammer 7 soweit verstopfen, dass über den Leichtteil-Auslauf 10 weniger oder nichts in den gemeinsamen Leichtteil-Auslauf-Raum 23 gelangt, was zu einer Abkühlung der sehr nah zum entsprechenden Hydrozyklon angeordneten Verschlusskappe 21 führt.
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Zeigen die Farbschichten 14, 15, 16, 17 der einzelnen Hydrozyklone bzw. Verschlusskappen ein unterschiedliches Farbbild, so deutet dies auf eine Verstopfung hin, insbesondere bei den Hydrozyklonen deren Farbbild sich vom Farbbild der Mehrzahl einer Reihe von sehr vielen nebeneinander angeordneten Hydrozyklonen abweicht.
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Soll die Referenz für die aktuelle Betriebstemperatur der Suspension 1 vom jeweiligen Hydrozyklon selbst kommen, dann werden gemäß 2 die gleichen Farbschichten 14, 15, 16, 16 nicht nur im verstopfungsgefährdeten Bereich 2 sondern auch an einer in Strömungsrichtung 4 vor diesem liegenden Messstelle 5 auf die Außenwand des Hydrozyklons aufgebracht.
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Weicht das Farbbild zwischen beiden Messstellen 5 voneinander ab, so deutet dies auf eine Verstopfung hin.
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Während bei 2a jede Messstelle 5 ihre eigenen Farbringe besitzt, sind die Farbschichten 14, 15, 16 bei 2b in Form von parallelen Streifen aufgetragen, welche vom zulaufseitigen Ende 11 zum gegenüberliegenden Ende 12 im verstopfungsgefährdeten Bereich 2 verlaufen.
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Um einen möglichst großen Bereich der Betriebstemperatur abzudecken, erfolgt die die Änderung des Aussehens der Farbschichten 14, 15, 16, 17 bei einer Temperatur zwischen 20 und 80°C, wobei die Temperatur bei denen die Farbschichten 14, 15, 16, 17 ihr Aussehen ändern, sich wenigstens zwischen zwei Farbschichten 14, 15, 16, 17 um 5 bis 20°C voneinander unterscheidet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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