DE2334255C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung einer Flüssigkeit auf das Vorhandensein einer geringen Beimischung einer Verunreinigung mit niedrigerem Siedepunkt - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung einer Flüssigkeit auf das Vorhandensein einer geringen Beimischung einer Verunreinigung mit niedrigerem Siedepunkt

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DE2334255C2
DE2334255C2 DE2334255A DE2334255A DE2334255C2 DE 2334255 C2 DE2334255 C2 DE 2334255C2 DE 2334255 A DE2334255 A DE 2334255A DE 2334255 A DE2334255 A DE 2334255A DE 2334255 C2 DE2334255 C2 DE 2334255C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung einer Flüssigkeit auf das Vorhandensein einer geringen Beimischung einer Verunreinigung mit niedrigcrem Siedepunkt, insbosomleiv von öl mit geringer Wn1--serbcimischung.
Die technischen Gebrauchseigenschaften von öl ändern sich durch spurenhafte Beimischungen von weniger als 0,1"/« Wasser. Bei Verwendung eines solchen durch eine geringe Wasserbeimischung verunreinigten Öls als Abschreckflüssigkeit beim Härten von Metallen oder ganz allgemein als Wärmeauslauschmcdium in Wärmetauschern oder dergleichen ruft die geringe Wasserbeimischung die Gefahr der .Schaumbildung bei örtlicher Überhitzung hervor, wahrend der Wärmeübergang durch die Ausbildung einer sogenannten Di\mpfhaut beeinträchtigt wird.
Wird das öl in einem geschlossenen System verwendet, so ergibt sich ein beträchtlicher Druckanstieg.
Bei anderen Anwendungsfällen sind die durch Verunreinigungen mit Wasser hervorgerufenen Änderungen der elektrischen Eigenschaften oder der Schmier- S wirkung des Öles unerwünscht.
Es ist deshalb häufig notwendig, technische öle auf das Vorhandensein spurenhafter Beimischungen von Wasser zu überwachen. Dies gilt auch für andere Flüssigkeiten, deren Gebrauchseigenschaften durch geringe Beimischungen von verunreinigenden Flüssigkeiten oder Medien nachteilig beeinträchtigt werden.
Zur Überwachung von öl auf das Vorhandensein von Spuren von beigemischtem Wasser ist es bekannt, eine wasserhaltige Ölprobe zu erhitzen, wobei dann durch Siedeverzug ein knackendes Geräusch entsteht. Diese sogenannte »Knackprobe« gestattet keine automatische Überwachung eines Ölvorrates auf das Eindringen von Wasser. Abgesehen davon ist es bekannt, zur Feststellung einer Wasserbeimischung eine öl- ao probe einer Destillation zu unterwerfen und dadurch die Wasserbeimischung abzutrennen. Dies erfordert jedoch eine verhältnismäßig komplizier!.? Apparatur, die in der Regel nur in einem Labor zur Verfügung steht. Außerdem ist es bekannt, die beim Erhitzen einer mit Wasser verunreinigten ölprobe auf etwa 150 1C auftretende Drucksteuerung zur Messung heranzuziehen (DT-OS 1 598 712). Auch dieses Verfahren kann nicht kontinuierlich durchgeführt werden: es erfordert außerdem ebenfalls verhältnismüßig komplizierte Apparaturen. Schließlich wurden in der Praxis auch schon die elektrischen Eigenschaften (Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante) einer Ölprobe als Meßgrößen herangezogen. In diese Meßgrößen gehen aber Eigenschaften der Ölsorte sowie Einflüsse anderer Verunreinigungen des Öls ein, so daß die Messung nicht unproblematisch ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, der es gestattet, auch unter extremen Bedingungen, die beispielsweise im Härtereibetrieb vorliegen (ölverschmutzung. Hitze, fehlende Wartung) Öl auf das Vorhandensein von beigemischten Wasserspuren oder ganz allgemein eine Flüssigkeil auf das Vorhandensein von geringen Beimischungen von Verunreinigungen ir.it niedrigeren Siedepunkt kontinuierlich zuverlässig /u überwachen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ciiindungsgemäß derart vorgegangen, daß ein konstanter Probenslrom aus der die Beimischung enthaltenden Flüssigkeit entnommen und ohne Entmischung kontinuierlich schnell auf eine zumindest der Siedetemperatur der niedri!"-;cdenden Beimischung entsprechende Temperatur erhitzt wird und daß sodann der durch die Verdampfung der niedrigsiedenden Beimischung hervorgerufene Anstieg der Strömungsgeschwindigkeil des Probenstromes gemessen wild.
Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich hierbei, wenn die Messung der Strömungsgeschwindigkeit an einem aus einer Düse austretenden Strahl des erhiizien Probenstromes erfolgt. Hierzu kann aus dem erhitzten Probenstrom ein vertikaler Strahl erzeugt und die Höhe dieses Strahles gemessen werden. Dazu kann der Strahl an wenigstens einer in einem Abstand zu dem Strahlaustritt stehenden Meßstelle mittels eines Temperaturfühlers abgetastet werden.
Wie die praktische Erfahrung gezeigt hat, ist es zweckmäßig, wenn der durchlaufende Probenstrom an der Heizstclle innerhalb einer Zeitspanne von maximal 10 Sekunden kontinuierlich auf se;.ne Endtemperatur erhitzt wird. Unter diesen Bedingungen wird nämlich eine Entmischung der verdampfenden Verunreinigung und der diese enthaltenden Flüssigkeit vermieden.
Das neue Verfahren gestattet eine einfache zuverlässige Überwachung eines ölvorrates auf das Vorhandensein von Wasserspuren oder einer anderen Flüssigkeit auf geringe Beimischungen einer niedriger siedenden Verunreinigung, wobei die Meßgenauigkeit des Verfahrens verhältnismäßig hoch liegt. So ist es bei der Überwachung von Öl beispielsweise ohne weiteres möglich, Wasserspuren von O1Ol0Zo in dem Öl festzustellen.
Das neue Verfahren ist z. B. bei der Anwendung auf Öl weitgehend unabhängig von der ölsorte, deren Viskosität und Verschmutzung. Es gestattet eine kontinuierliche Messung oder Überwachung und zeichnet sich durch eine geringe Totzeit aus. Es kann, wie bereits vermerkt, grundsätzlich zur Messung und Feststellung von spurenförmigen Verunreinigungen in an sich beliebigen Flüssigkeiten Verwendung finden, wenn nur der Siedepunkt der Verunreinigung deutlich tiefer als jener der die Verunreinigung enthaltenden Flüssigkeit liegt.
Eine zur Durchführung des neuen Verfahrens eingerichtete Vorrichtung ist gemäß weiterer Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur kontinuierlichen Förderung eines konstanten Probensiromes aus der die Beimischung enthaltenden Flüssigkeit aufweist, der eine von dem Probenstrom durchflossen Heizvorrichtung nachgcschaltet ist, in der der durchlaufende Probenstrom kontinuierlich zumini'^st auf eine der Siedetemperatur der niedrig siedenden Beimischung entsprechende Temperatur erhitzbar ist und von der aus der Probenstrom durch eine Düse im freien Strahl in eine an einen Rücklauf angeschlossene Meßkammer einspritzbar ist und daß die Meßkammer eine Anzeigeeinrichtung für die Austriusacschwindittkcit des Strahles aus der Düse enthält."
Die neue Vorrichtung zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus, zu dem keine komplizierten Bauteile erforderlich sind, so daß sich ein niedriger Herstellungspreis und ein geringer Wartungsaufwand ergeben. Außerdem erfordert die Vorrichtung keine Eichung; sie ist auch unter schwierigen Umgcbungsverhältnisscn, beispielsv/eisc in einer Härierei. ansetzbar und absolut betriebssicher.
Ausgestaltungen der erfmdungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figur näher erläutert.
In einem Ölbehälter 1 ist ein zu überwachender Ölvorrat 2 enthalten, der durch einen aufgesetzten Deckel 3 gegen grobe Verunreinigungen geschützt ist. In den ölvorrat 2 ragt eine Förderleitung 4, die endseitig durch ein Grobfilter 5 abgeschlossen ist und in der eine Vorpumpe 6 und eine dieser nachgeschaltete Meßölpumpe 7 liegen. Zwischen der Vorpumpe 6 und der Meßölpumpe 7 zweigt von der Förderleitung 4 ein Rücklaufstutzen 8 ah, der in einen über eine Leitung 9 mit dem Ölbehälter 1 verbundenen Rücklauftrichtcr 10 mündet und durch den von der Vorpumpe 6 gefördertes überschüssiges Öl in den Ölbehälter zurückläuft.
Die Druckseite der Meßölpumpe 7 ist mit einer
Heizvorrichtung in Gestalt einer Heizrohrschlange 11 verbunden, die ihrerseits an eine vertikal angeordnete Düse 12 angeschlossen ist. Die Heizrohrschlange 11 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer. Sie ist an die Sekundärwicklung eines Niederspannungstransformators 13 angeschlossen, so daß die Rohnvandung von elektrischem Strom durchflossen ist, der eine direkte Beheizung der Rohrheizschlange 11 bewirkt.
Die vertikale Düse 12 ist am Boden einer geschlossenen Meßkammer 14 angeordnet, die ein Kontrollfenster 15 aufweist und an eine Rücklaufleitung 160 angeschlossen ist, die in den Rücklauftrichter 10 mündet. In der Meßkammer 14 ist der Düse 12 gegenüberliegend ein Grenzwertfühler in Gestalt eines Temperaturfühlers 16 angeordnet, dessen Abstand zu der Düse 12 verstellbar ist und der somit eine im Abstand von der Düse 12 angeordnete Meßstelle bildet. Der Temperaturfühler 16 ist an ein Anzeigegerät 17 angeschlossen, dem er in Abhängigkeit von der an ao der Meßstelle auftretenden Temperatur Meßsignale zuleitet. Außerdem ist in einem die Düse 12 mit der Rohrheizschlange 11 verbindenden Leitungsstück 18 ein weiterer Temperaturfühler 19 vorgesehen, der ein Kontrollanzeigegerät 20 steuert und gemeinsam mit dem Anzeigegerät 17 mit einem Alarmgerät in Gestalt einer Hupe 21 verbunden ist, die bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturgrenzwertes an dem Temperaturfühler 16 ausgelöst wird.
Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Die Vorpumpe 6 und die Meßölpumpe 7 fördern über die Förderleitung 4 aus dem ölbehälter 1 einen konstanten Ölstrom, der eine unter 100' C liegende Temperatur aufweist. Die Vorpumpe 6 hat hierbei die Aufgabe, die Totzeit beim Einschalten der Vorrichtung auf wenige Sekunden zu verkürzen und die Meßölpumpe 7 unabhängig von der Saughöhe und der Länge der Förderleitung 4 zu machen.
Der aus der Meßölpumpe 7 austretende ölstrom durchfließt die Heizrohrschlangc 11. in der er auf eine Temperatur von lOO C oder einen höheren Temperaturwert erhitzt wird. Die Erhitzung muß so schnell erfolgen, daß sich das öl und die darin enthaltene geringfügige Wasserbeimischung nicht entmischen, wenn das Wasser infolge der Erwärmung auf oder über den Siedepunkt verdampft. Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß der Verdampfungsvorgang maximal etwa 10 Sekunden in Anspruch nehmen darf.
Das so erhitzte öl tritt sodann in der Meßkammer 14 aus der Düse 12 in einem vertikalen freien Strahl 22 aus, dessen Höhe von der Größe der das öl verunreinigenden beigemischten Wasserspuren abhängt. Die Höhe des Strahles 22 kann durch das Kontrollfenster 15 an Hand einer eingravierten Einskala 23 unmittelbar abgelesen werden, so daß der Umfang der Wasserverunreinigung des Öls unmittelbar anschaulich abgeschätzt werden kann.
Erreichen die Wasserbeimischungen zum öl und damit die Höhe des Strahles 22 einen kritischen Grenzwert, so trifft der Strahl 22 auf den im entsprechenden Abstand zu der Düse 12 eingestellten Temperaturfühler 16 auf, womit die Temperatur an der von diesem Temperaturfühler gebildeten Meßstelle sprunghaft ansteigt. Das diesem Temperaturanstieg entsprechende Meßsignal bewirkt eine demgemäße Anzeige des Anzeigegerätes 17, während gleichzeitig die Hupe 21 ausgelöst wird.
Das Kontrollanzeigegerät 20 dient dazu, die öltemperatur beim Eintritt in die Düse 12 festzustellen und damit Jic Heizvorrichtung in Gestalt der Hcizrohrschlange 11 zu überwachen.
Das in Gestalt des Strahles 22 aus der Düse 12 austretende Öl wird am Boden der Meßkammer 14 gesammelt; es :1 rinnt über die Rücklauflcitung 160 und den Rücklauflriehier 10 wieder in den Ölbehälter 11 zurück. Hierbei tritt ein Reinigungseflckt auf, weil das Wasser aus dem auf über 100°C erhitzten ölstrahl in djr Meßkammer 14 austritt, so daß das Rückflußöl wasserfrei ist.
Bei dem an Hand der Vorrichtung beschriebenen Verfahren wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß bei der Verdampfung der niedrig siedenden Verunreinigung in einem eine solche verunreinigende Beimischung enthaltenden Probenstrom eine beträchtliche Volumenstromerhöhung auftritt, die sich durch Messung der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Probenstromes feststellen läßt, was in einfacher Weise durch Messung der Länge oder Höhe eines freien Strahles des Probenstromes geschehen kann.
Das spezifische Volumen in dnV/kg beträgt:
Wasser Iv.w.
Wasserdampf
bei 50' C 1,0
bei 150 C 2000
Mit Wasserspuren
verunreinigtes öl hei
0,02 Gewichtsprozent
Wasser
1,3
1,8
0,05 Gewichtsprozent Wasser
1.3
2,4
Aus dieser Tabelle ist zu entnehmen, daß schon beim Vorhandensein von Wasserspuren in der Größenordnung von 0,01 Gewichtsprozent der Volumenstrom beim Austritt aus der Düse 12 gegenüber jenem von reinem öl um 29°/o zunimmt, während bei einer Wasserbeimischung von 0,05 %> eine Zunahme des Volumenstromes von etwa 71°/o vorhanden ist. Da die Strahlhöhe bzw. -weite mit dem Quadrat der Ausirittsgexchwindigkeit zunimmt, ergibt sich gegenüber den Verhältnissen bei reinem öl beim Vorhandensein einer Wasserbeimischung von 0,02 bzw. 0,05 Gewichtsprozent eine sprunghafte Vergrößerung der Strahlhöhe bzw. -weite um 65 bzw. 190%>.
Praktische Versuche haben gezeigt, daß schon bei Verwendung einer einfachen Förderpumpe für die Meßölpumpe 7, deren Förderkonstanz etwa 10% beträgt, ohne besondere Maßnahmen zur Erhöhung der Förderkonstanz und zur Beseitigung von Pulsationen Wasserspuren von 0,02 Gewichtsprozent von dem entsprechend eingestellten Temperaturfühler 16 absolut betriebssicher angezeigt werden.
Beispiel für die Auslegung einer solchen Vorrichtung:
Öltemperatur 20 bis 95° C
Vorpumpe 50 dm3lh
Gerätepumpe 12 dm3/h
Durchlaufzeit (Heizrohr) 6 Sek.
Erwärmung auf 160° C
Düsendurchmesser 2,2 mm
Austrittsgeschw. (reines Öl) ... 0,88 m/s
Strahlhöhe (reines Öl) 40 mm (= v2/2 g
Strahlhöhe bei 0,02 Gewichtsprozent Wasser 65 mm
Strahlhöhe bei 0.05 Gewichtsprozent Wasser 115 mm
Besonders günstige Meßverhältnisse ergeben sich, wie praktische Versuche gezeigt haben, wenn die Vorrichtung derart ausgelegt ist, daß die Austi itisuesehwindigkeit des keine Beimischung einhaltenden reinen Öls aus der Düse 12 zwischen 0.2 und 2 ms liegt.
Im übrigen ist es denkbar, die öltemperatur beim Eintritt in die Düse 12 automatisch auf einen konstanten Wert einzuregeln. Zu diesem Zweck braucht lediglich das dem KontroUanzeigegerat 20 von dem Temperaturfühler 19 zugeleitete Mcßsignal einem entsprechenden, bei 25 angedeuteten Regler zugeführt zu werden, der auf den die Rohrheizschlange 11 durchfließenden Heizstrom Eingriff nimmt, was z.B. dadurch geschehen kann, daß der Niederspannungstransformator 13 als Drehtransformator mit veränderlicher Übersetzung ausgebildet ist.
Außerdem gestattet die Vorrichtung eine sehr leichte Kontrolle ihrer Funktion sowie der Einstellung des Temperaturfühlers 16. Es braucht nämlich lediglich das über die Rücklaufleitung 160 aus der Meßkammer 14 zurückströmende öl der Meßölpumpe 7 zugeführt zu werden, was über eine bei 26 gestrichelt angedeutete Leitung mit einer zugeordneten Umschaltarmatur 27 geschehen kann. Das über die Rücklaufleitung 160 zurückströmende öl ist nämlich, wie bereits erwähnt, wegen der vorhergehender
ίο Erhitzung auf über 100' C wasserfrei, so daß die Höhe lies Strahles 22 dem Nullwert — entsprechend der Wasserbeimischung — entsprechen muß. Während der Rückführung des aus der Meßkammer 14 zurücklaufenden Öls ist durch die Umschaltarmatui 27 die Förderleitung 4 abgesperrt, so daß kein mi Wasser verunreinigtes öl während dieser Uberprü fung in der Vorrichtung angesaugt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 626/
1501

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung einer Flüssigkeit auf das Vorhandensein einer gefingen Beimischung einer Verunreinigung mit niedrigerem Siedepunkt, insbesondere von öl mit geringer Wasserbeimischung, dadurch gekennzeichnet, daß ein konstanter Probenstrom aus der die Beimischung enthaltenden Flüssigkeit entnommen und ohne Entmischung kontinuierlich schnell auf eine zumindest der Siedetemperatur der niedrigsiedenden Beimischung entsprechende Temperatur erhitzt wird und daß sodann der durch die Verdampfung der niedrigsiedenden Beimischung hervorgerufene Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Probenstromes gemessen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Strömungsgeschwindigkeit an einem aus einer Düse austretenden Strahl des erhitzten Probenstromes erfolgt.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erhitzten Probenstrom ein vertikaler Strahl erzeugt und daß die Höhe dieses Strahles gemessen wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl an wenigstens einer in einem Abstand zu dem Strahlaustrilt stellenden Meßstelle mittels eines Temperaturfühlers abgetastet wird. 3"
    5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der durchlaufende Probenstrom »n der Heizstelle innerhalb einer Zeitspanne von maximal K) Sekunden kontinuierlich auf seine Endtemperatur erhitzt wird.
    6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, tladurch gekennzeichnei, daß sie eine Einrichtung (4, 6, 7) zur kontinuierlichen Förderung eines konstanten Probenstromos aus der die Beimischung enthaltenden Flüssigkeit aufweist, der tine von dem Probenstrom durchflosscne Heizvorrichtung (11) nachgeschaltet ist. in der der durchlaufende Probenstrom kontinuierlich zumindest auf eine der Siedetemperatur der niedrig siedenden Beimischung entsprechende Temperatur crhitzb;ir ist und von der aus der Probenstrom durch eine Düse (12) im freien Strahl in eine an einen Rücklauf (I(SO) angeschlossene Meßkamine; (14) ein-.prit/bar ist und daß die Meßkammer (14) eine Anzeigeeinrichtung (15. 23) für die Aus-Itrittsgeschvvindigkeit des Strahls (22) aus der Düse (12) enthält.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mcßkammcr (14) einen ■Grcnzwerlfühler (16) zur Anzeige der Überschreitung eines Grenzwertes des Gehalts der Verunreinigung bcsit/.t.
    8. Vorrichtung nacn Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzv ortfühler (16) ein Temperaturfühler ist.
    '). Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (15, 23) ein die optische Betrachtung des Strahls (22) gestattendes Kontrollfenstcr(lS) in der Meßkammer (14) aufweist.
    K). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Boden der Meßkammer
    (14) angeordnete Düse (12) und der austretende Strahl (22) vertikal ausgerichtet sind und daß durch den Grenzwertfühler (16) die Strahlhöhe meßbar ist.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertfühler (16) in seinem Abstand zur Düse (12) verstellbar ist.
    12. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit der keine Beimischung enthaltenden reinen Flüssigkeit aus der Düse (12) zwischen 0,2 bis 2 m/s liegt.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein von dem Probenstrom durchfiossenes beheiztes Rohr (11) aufweist.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) aus elektrisch leitendem Material besteht und mittels eines die Rohrwandung durchfließenden elektrischen Heizstromes direkt beheizbar ist.
    15. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenstrom in der Heizvorrichtung (11) innerhalb maximal 10 Sekunden kontinuierlich auf die EndtcmperaUir erhitzbar ist.
    16. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung eine in einer an die Heizvorrichtung (11) angeschlossenen Förderleitung (4) liegende Pumpe (7) mit konstanter Förderleistung aufweist, der gegebenenfalls eine Vorpumpe (6) vorgeschaltet ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Rücklauf (160) aus der Meßkammer (14) zurückströmende Flüssigkeit im Kreislauf durch die Heizvorrichtung (11), die Düse (12) und die Meßkammer (14) förderbar ist, so daß von der Höhe oder Weite des Strahles (22) der im Kreislauf geführten Flüssigkeit eine Null-Wert-Eichung für die Größe der Beimischung ableitbar ist.
    18. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (11) mit einem Regler (25) gekoppelt ist, durch den die Temperatur der Flüssigkeit beim Eintritt in die Düse (12) auf einen konstanten Wert einregclbar ist.
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