DE2442559A1

DE2442559A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der parameter einer sich entgegen der schwerkraft an die innenwandung eines rotierenden hohlzylinders unter ausbildung eines boeschungswinkels anlegenden substanz

Info

Publication number: DE2442559A1
Application number: DE2442559A
Authority: DE
Inventors: Jacques Depoitier; Jean Parisis; Roger Rossion
Original assignee: Cimenteries CBR SA
Current assignee: Cimenteries CBR SA
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1976-01-22
Also published as: ES438918A1; US4056349A; BE817121A; JPS5124625A; ZA754184B; DE2442559B2; LU72860A1; FR2277327B1; CH594233A5; FR2277327A1; GB1512647A; ATA501175A; DD120537A5; DK290675A; DE2442559C3; CA1034684A; AT348914B; SE7507149L

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING, ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE "" '·

DRESDNER BANK AS 7 STUTTGART 1, P I S C H E K STR. 1 9 POSTSCHECK STGT. 25200-7O9

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Cimenteries C.B.R. Cementbedrijven ν . ■ 185, Chaussee de la Hulpe, Watermael-Boitsfort / Belgien

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Parameter einer sich entgegen der Schwerkraft an die Innenwandung eines rotierenden Hohlzylinders unter Ausbildung eines Böschungswinkels anlegenden Substanz ■

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Parameter einer sich entgegen der Schwerkraft gegen die Innenwandung eines rotierenden Hohlzylinders, insbesondere eines Trommelofens, unter Ausbildung eines Böschungswinkels anlegenden Substanz mittels einer den Zylinder und die in -ihm enthaltene Substanz durchdringenden

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Strahlung, insbesondere einer von einer radioaktiven Strahlungsquelle ausgesandten Strahlung.

Es ist bekannt, daß in einem rotierenden Zylinder, beispielsweise in einem Drehofen der Zementindustrie, die enthaltene Substanz sich unter Ausbildung eines Böschungswinkels gegen die Innenwand des Zylinders anlegt und somit in jeder Querschnittsebene des Zylinders ein bestimmtes Kreissegment erfüllt, dessen Sehne mit der Horizontalen einen bestimmten Winkel, den sogenannten Böschungswinkel, bildet. Es ist auch bekannt, daß die mittlere Durchsatzgeschwindigkeit der Substanz durch den Zylinder, sofern sich in dem Zylinder keine ringförmigen Ablagerungen ausbilden, umgekehrt proportional dem Sinus des natürlichen Böschungswinkels ist, wobei der momentane Durchsatz durch jeden Querschnitt des Zylinders gleich dem Produkt aus dieser mittleren Geschwindigkeit und der Fläche des jeweiligen Kreissegmentes ist. Der Böschungswinkel der Substanz, die mittlere axiale Wanderungsgeschwindigkeit der Substanz, die dem Füllgrad des Zylinders entsprechende Dicke der sich böschenden Substanz, gemessen als maximale radiale Abmessung des Segments, und der jeweilige Durchsatz bilden die Parameter der sich in einem Drehofen entgegen der Schwerkraft an der Innenwand böschenden Substanz·. Es ist des weiteren bekannt, daß sich der Böschungswinkel, je mehr man sich der Zone des Zusammenbackens der Substanz

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nähert, infolge der beginnenden Agglomeration vergrößert. In einem bestimmten, am Beginn der Zone des Verbackens liegenden Querschnitt des Drehofens ist der natürliche Böschungswinkel somit ein Maß für den Aufbereitungszustand der zu behandelnden Substanz. Es ist auch bekannt, daß analoge Erscheinungen auch bei anderen gleichartigen Vorrichtungen auftreten, wie beispielsweise bei Drehofen für die Erzbrikettierung und ähnlichen Öfen.

Bei solchen Vorrichtungen ist es unmöglich, durch eine visuelle Beobachtung der Böschungswinkel in den einzelnen Querschnitten die Durchsätze der Substanz oder auch den Zustand dieser Substanz in dem Augenblick abzuschätzen; in dem sie in die Verbackungszone eintritt. Eine rein visuelle Abschätzung des Verbackungsgrades bzw. des Sinterzustandes der Substanz ist nur am Ausgang dieser Zone möglich, also zu spät, um auf den sich in dieser Zone abspielenden Prozeß Einfluß zu nehmen. Bei den derzeitigen Vorrichtungen ist es somit unmöglich, sich die Parameter des Böschungswinkels und der Segmentbreite der Substanz zunutze zu machen, um den im Drehofen sich abspielenden Prozeß zu steuern, also beispielsweise einer Erhöhung der Wanderungsgeschwindigkeit in Richtung auf die Sinterzone oder auch einem Unterschied des Aufbereitungszustandes der Substanz beim Eintritt in diese Zone sofort entgegenzuwirken.

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In der Zementindustrie kennt man beim Betrieb von Drehofen eine Meßvorrichtung der vorgenannten Art, die eine ortsfeste radioaktive Strahlungsquelle und einen ortsfesten Strahlenempfänger aufweist, die so arbeitet, daß die von dem Empfänger aufgenommenen Strahlen die Wandung des Ofens an der Stelle durchdringen, an der sich keine zu behandelnde Substanz befindet, so daß mit dieser Vorrichtung lediglich an einer bestimmten Stelle des Ofens die Dicke der Blechwandung, der Ofenauskleidung und der sich auf der Auskleidung ablagernden Kruste bestimmt werden kann. In der Zementindustrie kennt man auch zum Betrieb von Drehofen eine Meßvorrichtung, mittels der das Vorhandensein oder das NichtVorhandensein von Behandlungssubstanz in dem Ofen festgestellt wird, und die ebenfalls eine fest angeordnete radioaktive Strahlungsquelle und einen fest angeordneten Empfänger aufweist, wobei diese Vorrichtung so betrieben wird, daß die von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen die Substanz durchdringen, so daß lediglich an der Stelle, an der die Strahlen die Substanz durchdringen, deren Schichtdicke festgestellt werden kann, jedoch keiner der anderen im Vorstehenden genannten Parameter.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil der vorbekannten Meßvorrichtung zu vermeiden und eine Meßvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt,, die Lage der Kreissehne des von der Substanz eingenommenen Segmentes

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und, von dieser ausgehend ,den Böschungswinkel, die maximale radiale Ausdehnung des Segmentes, die mittlere Wanderungsgeschwindigkeit der Substanz und den jeweiligen Substanzdurchsatz in verschiedenen Querschnitten des Zylinders zu bestimmen. Eine solche Meßvorrichtung ermöglicht eine Vorausbestimmung des Grades der erfolgten Sinterung am Ausgang des Ofens, so daß man auf die Verfahrensparameter, beispielsweise den Zusatz von Brennstoff, die Rotationsgeschwindigkeit des Ofens und andere Parameter schon vorauswirkend Einfluß nehmen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am äußeren Umfang der Zylinderwandung eine im wesentlichen punktförmige Strahlungsquelle und auf der dieser Strahlungsquelle abgewandten Seite des Zylinders mindestens zwei Empfänger zur Aufnahme der die Substanz durchdringenden Strahlen angeordnet und Mittel zur Auswertung der von den Empfängern aufgenommenen Strahlung vorgesehen sind.

Diese Vorrichtung wird vorteilhafterweise so betrieben, daß die die Substanz an zwei vorbestimmten Stellen durchdringenden Strahlen von den Empfängern während einer vollen Umdrehung des Zylinders aufgefangen werden.

Die Strahlungsquelle ist vorteilhafterweise so orientiert und die Empfänger sind vorteilhafterweise so angeordnet, daß die Strahlen den Zylinder in einer senkrecht zur Längs-

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— 6 —

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achse sich erstreckenden Ebene durchsetzen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß mindestens eine Strahlungsquelle und mindestens zwei Empfänger so in ihrer gegenseitigen Lage angeordnet sind, daß die Empfänger denselben Abstand von einer die Strahlungsquelle enthaltenden Achsenebene aufweisen.

Die Betriebsweise der Vorrichtung kann durch eine Abwandlung vereinfacht werden, die darin besteht, daß am äußeren Umfang des Zylinders ein dritter, als Vergleichsempfänger dienender Empfänger in einem solchen Abstand von der die Strahlungsquelle enthaltenden Achsenebene angeordnet ist, daß er außerhalb des bei rotierendem Zylinder von der Substanz bedeckten Segments liegt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung bilden den Gegenstand weiterer Unteransprüche und sind in der Zeichnung dargestellt, in der verschiedene Ausführungsbeispiele in schematischer Weise dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines mit der erfindungsgemäßen

Vorrichtung ausgerüsteten Drehofens; Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt nach der Schnittlinie II - II der Fig. 1 zusammen mit der

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am Zylinderumfang angeordneten Strahlungsquelle, drei Empfängern und einem Blockschaltbild des elektrischen Teils der Vorrichtung*

Fig. 3, 4 und 5 gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sowohl hinsichtlich der Anordnung der Empfänger als auch hinsichtlich der Ausbildung des elektrischen Teils der Vorrichtung abgewandelte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung des Zylinders mit den zur rechnerischen Darstellung der einzelnen Parameter erforderlichen Größen.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehofen ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet, die an einer Stelle vor dem Beginn der Sinterzone des Ofens angeordnet ist und die es erlaubt, aufgrund einer Bestimmung des an dieser Stelle sich ausbildenden Böschungswinkels Änderungen im Aufbereitungszustand der Substanz bei deren Eintritt in die Sinterzone noch in einem Zeitpunkt festzustellen, in welchem man noch auf die Substanz, vorzugsweise auch auf die Ofentemperatur, einwirken kann, um die Qualität des Erzeugnisses zu verbessern. Diese Vorrichtung weist in dieser Figur nicht dargestellte Mittel auf, die es erlauben, die Vorrichtung in Richtung der Längsachse des Zylinders zu verschieben.

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Die in Fig, 2 dargestellte Vc ^! htung weist eine in einem Abschirmbehälter angeordnete Strahlungsquelle 1 auf, die in unmittelbarer Nähe der Zylinderwandung 2 etwa diametral gegenüber dem sich bei rotierendem Ofen ausbildenden Segment 5 angeordnet ist. Die von der Strahlungsquelle ausgesandte Gamma-Strahlung durchdringt den Drehofen und die in ihm enthaltene Substanz. Die Wandung 2 des Zylinders besteht aus einer Sfcahltrommel, deren Innenwand mit Formsteinen 3 aus feuerfestem Material ausgekleidet ist, an denen s.ieii eine ICrust«. -* unterschiedlicher Dicke anlagern kann.

Je nach dem Drehsinn des Ofens erfüllt die sich entgegen der Schwerkraft an die Innenwand des Zylinders anlegende Substanz ein Segment 5, dessen dem Böschungswinkel entsprechende Kreissehne mit der Horizontalen 6 einen Winkel 7 vom Betrag et bildet, der je nach dem Grad der Aufbereitung der Substanz im Bereich vor der Sintersone unterschiedlich groß sein kann»-Auf der Seite des Segmentes 5 sind am Umfang des Zylinders drei Empfänger 8a, 8b und 8c angeordnet« die die von der Strahlungsquelle i ausgesandte Strahlung auffangen. Die beiden Empfänger 8a und 8b sind so angeordnet, daß sie gleichzeitig die dauernd das Substanzsegment 5 durchdringende Strahlung auffangen und so an zwei Stellen 50 und 51 die SchwärZungen der Substanzdicke el und e2 feststellen, aus denen die Lage der Sehne des Segmentes und der von der Sehne mit der Horizontalen gebildete Winkel

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bestimmt werden kann« Der Empfänger 8c ist außerhalb des Bereiches angeordnet, in welchem die von ihm aufgenommene Strahlung die Substanz durchsetzt.

Die Empfänger 8a, 8b und 8c sind, falls notwendig, gegen die Wärmestrahlung des Ofens beispielsweise durch ein von Kühlwasser durchflossenes Gehäuse geschützt. Darüberhinaus können sie gegen kosmische Strahlung und auch Sekundärstrahlung durch ein Bleimantelgehäuse geschützt sein. Diese Empfänger sind über Elemente 9-12 mit einem Rechner 13 unter Bildung von gleichen Meßketten verbunden, wobei diese Elemente durch einen Vorverstärker 9 mit Impedanzanpassung, einem Stabilivolt-Hochspannungserzeuger 10, einer Impulszähl- bzw„ -Integriereinheit 11 mit Umwandlung in ein der aufgenommenen Strahlung proportionales Analogsignal gebildet werden, dessen Integrierzeit mindestens, wenn man genügend genaue Werte erhalten will, einer Umdrehung des Ofens entspricht» Das Element 12 stellt einen Spannungswandler mit galvanisch unterbrochener Strombeaufschlagung dar, mittels dessen die Signale einem Analogoder Digital-Rechner 13 zugeleitet werden.

Aufgrund der bekannten Absorptionsformejjerhält man für die Zahl der von einem Empfänger aufgenommenen Photonen

a²

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- 10 - i - kt

^O die Zahl der von der radioaktiven Strahlungsquelle

ausgesandten Photonen,

B den Streufaktor von Stahl,

e~ das Produkt aus den Werten e~ , e~ , e~ und e~ darstellt, wobei die Indices 2-5 den Teilen der Fig. 2 entsprechen und b dem Absorptionskoeffizient des jeweiligen Materials entspricht, und

a der Entfernung "Strahlungsquelle - Strahlungsempfänger" entspricht.

Für einen gegebenen Empfänger können verschiedene Konstanten unter einem Koeffizienten zusammengefaßt werden, in welchen auch der Querschnitt und der WLrkungsfaktor des Empfängers eingeht.

Anstelle der Formal (1) kann auch geschrieben werden

b4 + b5)

0, = K.e-<^{b3 + b4 + b5)} (2)

wobei b4 durch einen Ä'quivalentbeAag für Auskleidungsformsteine 3 ersetzt werden kann und an die Stelle der Summe b3 + b4 der Wert b'3 tritt.

Für den Fall des Empfängers 8a erhält man somit

0, =Ke-^^{J + J3}^ C3)

-La. ei

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und für den Fall des Empfängers 8c

*lc = ^Kc^e

Der Rechner bestimmt die Dicke des Segments 5 am Ort der Empfänger 8a und 8b, wobei der dritte Smpfänger 8c als Vergleichsempfänger der Sliminierung der unterschiedlichen Dicke der Kruste 4 und der feuerfesten Auskleidung 3 dient, die zweimal von der Strahlung durchsetzt werden und eine entsprechende Schwächung der Strahlung hervorrufen. Kennt man die geometrischen Orte der Anordnung der Empfänger 8a und 8b und die Dicke des Segmentes 5 an diesen Stellen, so kann man mitteis bekannter geometrischer Formeln die Koordinaten derjenigen Punkte bestimmen, in denen die von den beiden Empfängern aufgefangenen Strahlen die Sehne des Segmentes 5 schneiden, und aufgrund dieser Koordinaten den Böschungswinkel CC .

Der Gang der Rechnung ist folgenders

Aus der Gleichung (4) erhält man für die Dicke der feuerfesten Auskleidung und der Krustenablagerung den Wert

κ^β

b«3 = In g-S. (5)

lc

in der 0, das Signal am Empfänger 8c ist.

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Aus der Gleichung (3) erhält man für die Dicke "Auskleidung - Krustenanlagerung - Segment" die Gleichung

b'3 + b5 = In ^K'a (6)

in der 0, das Signal am Empfänger 8a ist.

Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich für die Dicke der das Segment 5 erfüllenden Substanz am Ort des Empfängers 8a der Wert

K' K' '
b5 = In g-⁵· - In g—- oder In K¹ " ^Ic

*\La ^Ic 0, _a

la

^el ⁼ k5

(Der Wert K", das Maß für die Kruste am Empfänger 8c, wurde auf die Bedingungen der Messung am Empfänger 8a zurückgeführt.)

Die aus Fig. 6 ersichtlichen Koordinaten für die vorgenannten Schnittpunkte errechnen sich wie folgt:

Y2 = (a2 + e2) sin D2

x2 = K2 - C2 und somit = K2 - (Y2 cotg D2) Yl = (al + el) sin Dl

xl = Kl - (Yl cotg Dl). - 13 -

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A 11 -594 30.8.1S74 - 13 - i - kt

Y2 - Yl

Für den Böschungswinkel ©c ergibt sich tg OC =

Die Werte al, a2, Dl, D2, Kl und K2 sind bekanntJ die Werte el und e2 werden auf die vorgenannte Weise errechnet.

Das Ergebnis dieser Messung kann bei manueller Beschickung des Ofens und bei manueller Steuerung des Prozesses der Bedienungsperson dazu dienen, den Ablauf des Prozesses zu verfolgen und notwendigenfalls auf die Parameter des Prozeßablaufes einzuwirken, insbesondere die' Zugabe des Brennstoffes zu verändern, oder auch im Falle einer automatischen Steuerung des Prozeßablaufes, um beispielsweise im voraus als Stellgröße in einen Analog- oder Digital-Regler 26 einzugehen, der die Zugabe des Brennstoffs bei 27 steuert.

Die Zahl der Empfänger kann selbstverständlich noch gegenüber den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen vergrößert werden, wodurch aufgrund der Auswertung aller erhaltener Signale genauere Meßergebnisse erhalten werden können. Die von den einzelnen Empfängern ausgehenden Signale können auch unmittelbar in einen numerischen Rechner eingegeben werden.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine Abwandlung des im Vorstehenden beschriebenen Aus-

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führungsbeispieJs dar. Die Messung des Böschungswinkels erfolgt hierbei unmittelbar aufgrund der Winkelstellung eines konzentrisch den Drehofen umgebenden Ringes, dessen Winkeleinstellung so vorgenommen wird, daß das von der Strahlungsquelle ausgesandte Strahlenbündel im wesentlichen senkrecht auf das von Substanz erfüllte Segment, streng genommen auf den Mittelpunkt der Sehne dieses Segmentes auftrifft.

Diese Vorrichtung weist einen Ring 20 auf, der konzentrisch um die Wandung 2 des Drehofens angeordnet ist und einerseits das die Strahlungsquelle 1 aufnehmende Gehäuse und andererseits, der Strahlungsquelle 1 diametral entgegengesetzt, zwei Empfänger 8a und 8b trägt, die symmetrisch zu der die Strahlungsquelle 1 und den Mittelpunkt 0 des Zylinderquerschnittes durchsetzenden Achse 21 angeordnet sind, wobei die Strahlungsquelle 1 und die beiden Empfänger 8a und 8b verschiebbar an dem Ring 20 angeordnet sind. Der Ring ist an einen Servomechanismus 22 angekuppelt, der eine Winkelverstellung des Ringes hervorruft, derart, daß die vorgenannte Symmetrieachse 21 durch den Mittelpunkt des Segmentes 5 hindurchgeht und auftretenden Verschiebungen dieses Mittelpunktes folgt. Die von den beiden Empfängern 8a und 8b ausgehenden Signale werden mittels der einzelnen, je eine Meßkette bildenden Elementen 9-12 dem Eingang eines Reglers 23 zugeleitet, der mittels einer Null-Methode

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Gleichgewicht feststellt, wenn die beiden Empfänger 8a und 8b dieselbe Strahlungsenergie aufnehmen, d.h. wenn zwischen der Strahlungsquelle 1 und den beiden Empfängern 8a und 8b sich eine Substanzschicht gleicher Dicke, befindete Der Ausgang des Reglers 23 steuert über ein an sich bekanntes Stellglied 24 den Servomechanismus 22 in einer Drehrichtung, die sich aus dem Betrag des Unterschiedes der beiden dem Regler 23 zugeleiteten Signale ergibt, um auf diese Weise dauernd einen Gleichgewichtszustand zwischen den beiden Signalen der Empfänger 8a und 8b herzustellen, wobei die jeweilige Lage des Ringes mittels eines Winkelgebers 25 dem Servomechanismus 22 eingegeben wird.

Der so ermittelte Böschungswinkel oc wird, wie oben ausgeführt wurde, entweder einer Anzeigevorrichtung oder einem automatisch wirkenden Regler zugeleitet, je nachdem die Steuerung des Drehofens manuell oder automatisch erfolgt.

Die Folgesteuerung des Ringes 20 könnte auch mittels an sich bekannter Digital-Steuerglieder bzw. -Regler erfolgen.

Die in Fig. 4 dargestellte Meßvorrichtung entspricht in ihrem wesentlichen Aufbau der in Fig. 3 dargestellten Meßvorrichtung. Die bei dieser an dem Ring 20 angeordneten

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Elemente sind bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung unmittelbar an der Drehofenwandung befestigt und die Messung des Böschungswinkels erfolgt zyklisch. Die beiden Empfänger 8a und 8b sind wiederum symmetrisch zu einer Linie 31 angeordnet, die die Strahlungsquelle 1 und die Längsachse des Ofens durchsetzt.

Die mit den beiden Empfängern verbundenen elektronischen Glieder, die im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung entsprechen, sind in einem Gehäuse 32 angeordnet, das an der Trommelwandung 2 befestigt ist. Die elektronischen Glieder werden in bekannter Weise über Storchenschnabelkontakte 33 und an der Zylinderwandung befestigte Schleifringe 34 gespeist.

Die den Meßwerten entsprechenden Signale werden den sie auswertenden Elementen entweder über Schleifkontakte oder über spezielle Sender und Empfänger zugeleitet. Die Winkelstellung des Drehofens wird mittels eines Gebers 35 festgestellt. Der Böschungswinkel CX wird ebenfalls wie bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung mittels einer Null-Methode ermittelt. In .dem Augenblick, in welchem sich die von den Empfängern ausgehenden Signale im Gleichgewicht befinden, wird die über die Stellung des Ofens Aufschluß gebende Information über einen Kontakt 36 des von dem Verstärker 38 gesteuerten Relais 37 an einen Verstärker gegeben. Zu allen übrigen Zeitpunkten, wenn sich die

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Empfänger nicht in der normalen Zone des Böschungssegmentes befinden, ist das Relais 37 mittels einer Hilfsvorrichtung 40 blockiert. Die auf diese Weise erfolgende Messung weist einen an die Umdrehungsdauer des Ofens gebundenen Zyklus auf, während die Information über den jeweils ermittelten Böschungswinkel aufgrund des Speicherverstärkers 39 eine fortlaufende ist.

Die Wirkungsweise dieser zuletztgenannten Meßanordnung sei im folgenden anhand des in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Alle drei Ausführungsbeispiele beruhen auf der Bestimmung des Böschungswinkels, aus dem sich bestimmte Hinweise bezüglich der Aufbereitung der in die-Sinterzone des Ofens eintretenden Substanz ergeben.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die einzelnen Meßvorrichtungen zur Bestimmung der zu ermittelnden Werte an jeder beliebigen Stelle des Ofens angeordnet sein können und auch bei beliebigen anderen Maschinen mit einem rotierenden Zylinder und' einer diesen Zylinder durchsetzenden Substanz Verwendung finden können.

Es kann auch ein Interesse an der Kenntnis anderer Parameter bestehen, so beispielsweise an der Kenntnis des

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Füllzustandes des Drehofens oder des jeweiligen Durchsatzes durch den Drehofen. Auch in diesem Fall können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese Parameter ermittelt werden. Ganz allgemein gesprochen erhält man mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung eine Angabe bezüglich der Gesamtdicke der drei Schichten Böschungssegment, ibrmsteinauskleidung und Krustenablagerung. Hierbei genügt es, die Dicke der Formsteinauskleidung und der Krustenablagerung allein durch die Messung zu ermitteln, um rechnerisch die Dicke des BöschungsSegmentes, und damit auch die Beaufschlagung des Ofens zu bestimmen.

Diese Messung ist schon mit der in Fig. 2 dargestellten Meßvorrichtung durchführbar. Bei der in Fig. 3 dargestellten Meßvorrichtung wird zur Durchführung dieser Messung ein dritter Empfänger so angeordnet, daß er nicht von den das Böschungssegment durchsetzenden Strahlen beaufschlagt wird, oder der Ring 20 zyklisch so bewegt, daß die Messung außerhalb des Böschungssegmentes erfolgt. In diesem Fall wird von einem die zuletzt von der Meßvorrichtung eingenommene Winkelstellung speichernden System zeitweilig ein als Ersatz dienendes Meßsignal gebildet.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Meßvorrichtung genügt es, der Messung die Signale zugrunde zu legen, die von den beiden Empfängern ausgehen, solange das Böschungssegment sich noch nicht im Strahlenweg zwischen den Empfängern und der Strahlungsquelle befindet.

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Kennt man den Füllungsgrad des Ofens, so kann man hieraus den momentanen Durchsatz ableiten, da man weiß, daß die Wanderungsgeschwindigkeit der Substanz in einem Drehofen der Gleichung

4
sxnoc

genügt, in der K eine Konstante, 0 der Zylinderdurchmesser, η die Rotationsgeschwindigkeit des Ofens, ρ die Neigung der Längsachse des Ofens ist, und somit alle diese Größen bis auf den Böschungswinkel CC bekannt sind, der mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelt wird.

Der jeweilige Durchsatz an Substanz ergibt sich somit als das Produkt aus dem vorgenannten Geschwindigkeitswert und dem Füllungsgrad des Ofens.

Das Meßprinzip als solches ist nicht an die in den Fig. 1-4 dargestellten Vorrichtungen gebunden; es kann auch bei einer in Fig. 5 abgebildeten Variante der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung verwirklicht werden, bei der eine Strahlungsquelle 1 und ein Empfänger 8c an der Wandung 2 des Ofens so angeordnet sind, daß sie auf einer Mittellinie 31 liegen. Bei dieser Vorrichtung wird die Dicke des Böschungssegmentes mittels des Empfängers 8c während der Bewegung des Böschungssegmentes gegenüber dem Zylinder an mindestens zwei unter-

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A 11 694 30.8.1974 - 20 - i - kt

schiedlichen Stellen mittels der von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen bestimmt, während die Dicke der Ofenwandung einschließlich der an dieser abgelagerten Kruste während der Zeit bestimmt wird, innerhalb der das Böschungssegment sich nicht im Strahlenweg zwischen der Strahlungsquelle 1 und Empfänger 8c befindet.

Für den Fall, daß bei einer solchen Vorrichtung eine Mehrzahl von Empfängern vorgesehen ist, würde es sich empfehlen, für jeden einzelnen der Empfänger eine besondere Strahlungsquelle vorzusehen, die jedoch einer Eichung unterzogen werden müßten.

Bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art, wie sie bei einem Drehofen der Zementindustrie Verwendung findet, ist es vorteilhaft, Analog- und Digital-Glieder zu verwenden, mittels der die erhaltenen Signale mit anderen Signalen kombiniert werden, die beispielsweise der gemessenen Sintertemperatur, der Temperatur an der Antriebskupplung des Ofens oder auch der Temperatur im Bereich vor der Sinterzone des Ofens entsprechen, oder auch einem Signal, das dem Grad der fortschreitenden Entkohlung entspricht, wobei die Vorrichtung so ausgebildet sein kann, daß die durch die Vorrichtung gebildeten vorgenannten Meßwertsignale direkt und/oder als nach der Zeit differenzierte und/oder integrierte Signale mit den anderen Meßwertsignalen kombiniert

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werden. Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung an sich bekannte Brückenglieder auf, deren Verzweigungspunkten die von den strahlenbeaufschlagten Empfängern abgeleiteten Signale, bestimmten Meßwerten entsprechende Signale sowie auch bestimmten Summenwerten entsprechende Signale zugeleitet werden, wobei zwischen den Brückengliedern und den Summierungsgliedern Verzögerungsglieder angeordnet sein können.

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Claims

A 11 694 χ — kt 30.8.1974 24A2559 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Parameter eines sich entgegen der Schwerkraft gegen die Innenwandung eines rotierenden Hohlzylinders, insbesondere eines Trommelofens, unter Ausbildung eines Boschungswxnkels anliegenden Substanz mittels einer den Zylinder und die in ihm enthaltene Substanz durchdringenden Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang der Zylinderwandung (2) eine im wesentlichen punktförmige Strahlungsquelle (1) und auf der dieser Strahlungsquelle (1) abgewandten Seite des Zylinders mindestens zwei Empfänger (8a, 8b) angeordnet und Mittel (9-13) zur Auswertung der von den Empfängern (8a, 8b) aufgenommenen Strahlung vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadu-rch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle (1) und die Empfänger (8a, 8b) im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Zylxnderlängsachse angeordnet sind.

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3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine Strahlungsquelle (1) und mindestens zwei Empfänger (8a, 8b) so in ihrer gegenseitigen Lage angeordnet sind, daß die Empfänger (8a, 8b) denselben Abstand von einer die Strahlungsquelle (1) enthaltenden Achsenebene aufweisen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß am äußeren Umfang des Zylinders ein dritter, als Vergleichsempfänger dienender Empfänger (8c) in einem solchen Abstand von der die Strahlungsquelle (1) enthaltenden Achsenebene angeordnet ist, daß er außerhalb des bei rotierendem Zylinder von der Substanz (5) bedeckten Sektors liegt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfänger (8) in an sich bekannter Weise elektrisch mit einem die Schichtdicken der Substanz (5) am Ort der Empfänger (8) bestimmenden Analog- oder Digital-Rechner (13) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Umfang des Zylinders konzentrisch zu

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diesem bewegliche Strahlungsquelle(Ij mit zur Zylinderachse symmetrischem Strahlensektor und mindestens zwei gleiche, gegenüber der beweglichen Strahlungsquelle (1) starr und zur die Strahlungsquelle (1) aufnehmenden Achsenebene symmetrisch angeordnete Empfänger (8_# 8b) und Mittel zur Steuerung der Strahlungsquelle (1) derart, daß die auf die Empfänger (8a, 8b) gerichtete Strahlung die gegen die Zylinderwand anliegende Substanz (5) durchsetzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle (1) und die beiden Empfänger (8a, 8b) an einen zum Zylinder konzentrischen, drehbar gelagerten Ring (20) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle (1) und die beiden Empfänger (8a, 8b) verstellbar an dem Ring (20) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, gekennzeichnet durch eine die Drehung des Rings (20) bewirkende, an die Empfänger (8) angeschlossene Steuereinrichtung mit einem an sich bekannten Rechner (13),

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einem Regler (23, 26), einem den Ring (20) betätigenden, die Drehrichtung des Rings (20) in Abhängigkeit des Abstandes der vom Regler (23, 26) aufgenommenen Signale bestimmenden Servomechanismus (22) und einem mit dem Servomechanismus (22) verbundenen, die Stellung des Rings (20) registrierenden Winkelgeber (25).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen an dem Ring (20) angeordneten Empfänger aufweist, der derart betätigt wird, daß die von ihm zur gleichen Zeit, während der die beiden gegenüber der Strahlungsquelle (1) starr angeordneten Empfänger (8a, 8b) von der Strahlung beaufschlagt werden, aufgenommene Strahlung die einen Böschungswinkel aufweisende Substanz (5) nicht durchdringt, wobei die Steuereinrichtung so betätigt wird, daß die von dem gegenüber dem ZyfrJTiroar starr angeordneten Empfänger aufgenommenen Signale mit den Signalen verglichen werden, die von den beiden gegenüber der Strahlungsquelle starr angeordneten Empfängern aufgenommen wird.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so betätigt wird, daß die gegenüber dem

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Zylinder bewegliche Strahlungsquelle in vorbestimmten Zeitpunkten sich in einer solchen Lage befindet, daß die von einem Empfänger aufgenommene Strahlung die Substanz nicht durchsetzt, wobei die von diesem Empfänger aufgenommenen Signale mit den Signalen verglichen werden, die von den beiden Empfängern aufgenommen werden, solange diese sich in einer Lage befinden, in der die von ihnen aufgenommene Strahlung die Substanz durchdringt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied (24) derart betätigt wird, daß es in vorbestimmten Zeitpunkten unabhängig von den ihm vom Regler aufgegebenen Informationen den Servomechanismus betätigt, der die Drehbewegung des die Strahlungsquelle und die beiden Empfänger tragenden Rings steuert, so daß das einen der Empfänger beaufschlagende Strahlenbündel sich außerhalb des von der Substanz eingenommenen Sektors befindet, wobei die vorhergehende Stellung des Ringes während jeder Drehbewegung gespeichert wird, um einen der Empfänger in eine solche Lage zu bringen, daß das auf ihn auftreffende Strahlenbündel außerhalb des von der Substanz eingenommenen Sektors liegt.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine an dem Zylinder angeordnete Strahlungsquelle aufweist, deren Strahlenbündel so beschaffen ist, daß die Zylinderachse in der Symmetrieebene des Strahlenbündels liegt, und mindestens einen diametral zu der Strahlungsquelle am Zylinder angeordneten, mit der Achse der Strahlungsquelle fluchtenden Empfänger aufweist, wobei die Von dem Empfänger ausgehenden Signale jeweils in dem Zeitintervall registriert werden, in dem die Substanz sich im Strahlenweg zwischen Strahlungsquelle und Empfänger befindet.

14. Verfahren zur Bestimmung der Parameter einer sich gegen die Innenwandung eines rotierenden Hohlzylinders unter Ausbildung eines Böschungswinkels anl-egenden Substanz unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen derartigen Betrieb der Steuereinrichtung, daß die Signale, die von dem Empfänger in dem Zeitintervall erhalten werden, in dem die von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlen die Substanz durchdringen, und die Signale, die in einer vorbestimmten Lage des Empfängers, in der die von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlen die Substanz nicht durchdringen, erhalten werden, gespeichert werden, und die Einrichtung des weiteren derart betrieben wird, daß die in dieser vorbestimmten Zeit von dem Empfänger

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erhaltenen Signale mit den Signalen verglichen werden, die von dem Empfänger erhalten werden, solange das Strahlenbündel die Substanz durchdringt.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile umfaßt:

ein an dem Zylinder befestigtes Gehäuse, das die an sich bekannten Mittel in sich aufnimmt, mittels derer die von dem Empfänger erhaltenen Informationen an den Rechner weitergeleitet werden:

elektrische Zuleitungen zu den von dem Gehäuse aufgenommenen Mitteln mittels an dem Zylinder angeordneter Schleifringe und Storchschnabel-Kontakten; Organe zur Übertragung der von dem Empfänger ausgehenden Signale zu dem Rechner*

ein die Winkelstellung des Zylinders anzeigendes Organ: ein die Anzeige der Winkelstellung des Zylinders speichernder Verstärker;

ein den Speicherverstärker steuerndes Relais; ein das Relais solange blockierendes Hilfsorgan, als der Empfänger nicht die vorbestimmte vorgenannte Lage einnimmt und er nicht von der die Substanz durchdringenden Strahlung beaufschlagt wird.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine radioaktive Strahlenquelle aufweist, die an dem Zylinder angeordnet ist und derart betrieben wird, daß die Symmetrieebene des von der Strahlenquelle ausgesandten Strahlenbündels die Zylinderachse in sich aufnimmt, sowie zwei Empfänger aufweist, die an dem Zylinder symmetrisch zu d-.r vorgenannten Symmetrieebene und in einem solchen Abstand von dieser angeordnet sind, daß die von der Strahlungsquelle ausgesandten und gleichzeitig von den beiden Empfängern aufgefangenen Strahlen die Substanz durchdringen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e ken η zeichnet , daß diese so betrieben wird, daß die Signale, die von den beiden Empfängern in dem Augenblick ausgehen, in dem die von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen gleichzeitig die Substanz durchdringen, und diejenigen Signale, die von den beiden Empfängern in einer vorgeschriebenen Lage ausgehen, in der die von den Empfängern aufgenommenen Strahlen die Substanz nicht durchdringen, miteinander verglichen werden.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile umfaßt:

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ein an dem Zylinder befestigtes Gehäuse, das die an sich bekannten Mittel in sich aufnimmt, mittels derer die von dem Empfänger erhaltenen Informationen an den Rechner weitergegeben werden;

am Zylinder befestigte Schleifringe und Storchschnabelkontakte aufweisende elektrische Zuleitungen zu den von dem Gehäuse aufgenommenen Organen:

Organe, um die Signale von dem Empfänger auf den Rechner zu übertragen;

ein die Winkelstellung des Zylinders anzeigendes Organ; einen Null-Verstärker;

ein von dem Null-Verstärker in dem Zeitpunkt betätigtes Relais, in dem die von den die Substanz durchsetzenden Strahlen bewirkten Erregungen der beiden Empfänger sich im Gleichgewichtszustand befinden; ein von dem Relais gesteuerter Verstärker, in dem die Anzeige bezüglich der Winkelstellung des Zylinders gespeichert wird;

ein das Relais in dem Zeitpunkt blockierendes Hilfsorgan, in dem die Empfänger nicht die vorgenannte vorbestimmte Lage einnehmen und nicht von den die Substanz durchsetzenden Strahlen beaufschlagt werden.

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19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 9 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner so ausgelegt ist, daß er, ausgehend von den ihm zugeleiteten Signalen, die Neigung bzw. die Ausdehnung des von der Substanz eingenommenen Segments, die Wanderungsgeschwindigkeit der Substanz in dem Zylinder und den jeweiligen örtlichen Durchsatz an Substanz durch den Zylinder bestimmt.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Steuerung des Betriebs eines Drehofens verwendet wird, insbesondere zur Steuerung der Menge des zur Heizung des Ofens dienenden Brennstoffs, der Drehgeschwindigkeit des Ofens und dergleichen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—20, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Achsrichtung des Zylinders verschiebbar ausgebildet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß sie in Verbindung mit einem zur Zementherstellung dienenden Drehofen an sich bekannte Analog- oder Digital-Rechenelemente aufweist, mittels derer die durch die Strahlenbeaufschlagung

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der Empfänger hervorgerufenen Signale mit beliebigen Meßwerten entsprechenden Signalen verglichen werden, beispielsweise Meßwerten bestimmter Sintertemperaturen,

von Temperaturen
Meßwerten/im Bereich vor der Sinterzone des Ofens, Meßwerten der an der Antriebskupplung des Ofens auftretenden Temperaturen, Meßwerten des Grades der Entkohlung und dergleichen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß sie bei Verwendung im Zusammenhang mit einem Drehofen der Zementindustrie an sich bekannte Analog- oder Digital-Rechenelemente aufweist, mittels derer die von den ötrahlungsbeaufschlagten Empfängern abgeleiteten Signale als nach der Zeit differenzierte oder integrierte Signale mit anderen Signalen verglichen werden, die bestimmten Meßwerten entsprechen, beispielsweise Meßwerten von Sintertemperaturen, von im Bereich vor der Sinterzone herrschenden Temperaturen, von an der Antriebskupplung des Ofens herrschenden Temperaturen, oder auch Meßwerten, die dem Grad der Entkohlung entsprechen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß sie bei Verwendung in Verbindung mit einem Drehofen der Zementindustrie an sich bekannte Analog- oder Digital-Rechenelemente aufweist,

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mittels derer von den strahlenbeaufschlagten Empfängern abgeleitete Signale unmittelbar und/oder nach der Zeit differenzierte oder integrierte Signale mit anderen Signalen verglichen werden, die Meßwerten beispielsweise von Sintertemperaturen, von im Bereich vor der Sinterzone herrschenden Temperaturen, von an der Antriebskupplung des Ofens herrschenden Temperaturen, oder auch dem Grad der Entkohlung entsprechen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-24, dadurch gekennzeichnet, daß sie an sich bekannte Brückenglieder aufweist, deren Verzweigungspunkten die von den strahlenbeaufschlagten Empfängern abgeleiteten Signale, bestimmten Meßwerten entsprechende Signale sowie bestimmten Summenwerten entsprechende Signale zugeleitet werden.

26. Verfahren zur Bestimmung der Parameter einer gegen die Innenwandung eines rotierenden Hohlzylinders unter Ausbildung eines Böschungswinkels anliegenden Substanz mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadu.rch gekennzeichnet , daß die von der 'Strahlungsquelle ausgesandten, an mindestens zwei vorbestimmten Stellen die Substanz durchdringenden Strahlen während einer vollständigen Umdrehung des Zylinders von den Empfängern aufgefangen werden.

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