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Rektifikationseinrichtung rür eine
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um eine Nullage schwankende Anlage Die Erfindung betrifft eine Rektifikationseinrichtung
fUr eine um eine Nullage schwankende Anlage mit einem Stabilisierungssystem, das
die Rektifikationseinrichtung in einer Lage hält, bei der die Böden der Rektifikationseinrichtung
horizontal verlaufen.
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Kolonnen mit Rektifizierböden sind nur dann voll betriebsfähig, wenn
die Rektirizierböden horizontal liegen. Andernfalls treten auf den Rektifizierböden
durch ungleichmäßige FlUssigkeitsverteilung Gas- oder FlUssigkeits- Bypässe auf,
wenn nämlich der Flüssigkeitsstand auf den Austauschböden aufgrund der Kolonnenneigung
unterschiedlich hoch wird.
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Der Gasstrom weicht dann auf die Seite mit wenig Flussigkeit aus,
wogegen auf der anderen Seite der Böden unter dem Druck der erhöhten FlUssigkeitssäule
FlUssigkeit durchzuregnen beginnt. Bei Böden mit Zu- und Ablautschächten besteht
zwischen diesen eine Strömung, die bei Neigung der Böden verstärkt oder aufgehoben
oder in andere Richtungen umgelenkt wird. Dies führt zu unerwttrischten Vermischungen
und zu Änderungen der Verweilzeit der FlUssigkeit auf den Böden.
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Alle diese Effekte beeinflussen den Wirkungsgrad der Rekti-
fikationseinrichtung
ungünstig.
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Um eine Rektifikationseinrichtung auch in einer um eine NuL -lage
schwankenden Umgebung betreiben zu können, also beispielsweise auf einem Schiff
oder einer schwimmenden Plattform, ist es erforderlich, die Rektifikationseinrichtung
unabhängig von der Umgebung in einer Lage zu halten, bei der die Rektifizierböden
horizontal liegen.
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In der DE-OS 23 49 879 ist bereits vorgeschlagen worden, daß auf Schwimmkörpern
angeordnete Apparate, die unabhängig vom Einfluß des Seegangs immer auf einem horizontalen
Fundament stehen sollen, auf einer Trägerplattform stehen, die in einem FlUssigkeitsbecken
im Schwimmkörper schwimmt. Diese Art der Stabilisierung ist jedoch aufwendig und
beansprucht viel Platz. Außerdem lassen sich Schlingerbewegungen mit dieser Anordnung
zwar dämpfen, aber doch nicht vollkommen ausschließen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, das eine wirksame und dabei einfache Stabilisierung
einer Rektifikationseinrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rektifikationseinrichtung
nach allen Seiten frei beweglich aufgehängt ist und zusammen mit einem an den Seiten
der Rektifikationseinrichtung angreifenden Stellmechanismus und einem nahezu trägheitslosen
System einen Regelkreis bildet, wobei das nahezu trägheitslose System die momentane
Auslenkung der Anlage aus der Nullage mißt.
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Die Rektifiziersäule oder die sie enthaltende Apparatur ist erfindungsgemäß
aufgehängt. Liegt der Aufhängepunkt der Rektifikationseinrichtung nicht genau in
der Drehachse der Be-
wegung, die die Umgebung vollfUhrt, so entsteht
durch die Verlagerung des Schwerpunktes der Rektifikationseinrichtung eine Horizontalbeschleunigung,
die die aufgehängte Rektifikationseinrichtung zum Pendeln bringt. DarUber hinaus
bewirken an der Rektifikationseinrichtung angebrachte Verbindungsleitungen eine
weitere Horizontalbeschleunigung. Diese Pendelbewegungen werden durch den erfindungsgemäßen
Stellmechanismus verhindert. Dieser hält die Rektifikationseinrichtung starr in
ihrer Normalposition, d.h. in einer Stellung, in der die Rektifizierböden waagrecht
liegen, und zwar unabhängig von Schwingungsbewegungen der Umgebung. Die Regelung
des Stellmechanismus erfolgt erfindungsgemäß Uber ein nahezu trägheitsloses System,
das bei einer Auslenkung der Rektifikationseinrichtung aus der Normallage eine entsprechende
Gegenbewegung des Stellmechanismus bewirkt. "Nahezu trägheitslosw bedeutet in diesem
Zusammenhang, daß das System zur Steuerung des Stellmechanismus nahezu kein Trägheitsmoment
besitzt, damit die bei Bewegungen der Umgebung angreirenden Trägheitskräfte so gering
wie möglich sind und das System nicht zu pendeln beginnt.
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Das Funktionsprinzip des Erfindungsgegenstandes ist folgendes: Die
Rektifikationseinrichtung sei zunächst in Normalstellung.
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Sobald die Umgebung der Rektifikationseinrichtung schwankt und dabei
in eine Richtung kippt, gibt das nahezu trägheitslose System einen Impuls auf den
Stellmechanismus, der bewirkt, daß der Stellmechanismus die Rektifikationseinrichtung
in die ursprUngliche Normalposition zurUckstellt. Die RUckstellbewegung ist dabei
mit dem empfangenen Impuls koordiniert, so daß die Rektifikationseinrichtung bei
jeder beliebigen Auslenkungsrichtung automatisch in die richtige Lage zurUckgebracht
wird. Rektifikationseinrichtung, Stellmechanismus und das die Auslenkung messende
System bilden zusammen einen Regelkreis.
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Die Verbindung zwischen System und Stellmechanismus erfolgt beispielsweise
Uber elektrische Leitungen, durch die vom Steuersystem abgegebene Impulse auf den
Stellmechanismus Ubertragen werden.
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Durch den Erfindungsgegenstand wird der Vorteil erreicht, daß Rektifikationseinrichtungen,
die fUr die Aufstellung auf festem Boden vorgesehen sind, ohne besonderen Aufwand
in unveränderter Ausführung auch auf Schiffen und schwimmenden Plattformen verwendet
werden können.
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Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform des Erfindungsgegenstandes sind
als nahezu trägheitsloses System ein frei beweglich aufgehängte Sender mit gebUndeltem
Strahl und mit Abstand zu diesem radial um den Strahl des Senders bei Nulllage der
Anlage angeordnete, an der Rektifikationseinrichtung befestigte Empfänger vorgesehen.
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Die Empfänger sind unabhängig von dem Sender an der Rektifikationseinrichtung
befestigt. Befindet sich die Umgebung der Rektifikationseinrichtung in ihrer Nullage,
so trifft der Strahl des Senders genau in die Mitte zwischen die radial um den Strahl
angeordneten Empfänger. Sobald die Umgebung zu schwanken beginnt, verändert der
Strahl seine Position relativ zu den Empfängern. Wenn der Strahl auf einen EmprKnger
trifft, so liefert dieser einen Impuls, der wiederum den Stellmechanismus in Gang
setzt. Der Stellmechanismus verändert die Neigung der Rektifikationseinrichtung
so lange, bis der Strahl der Sendediode wieder genau in der Mitte zwischen den Empfängern
liegt.
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Ebensogut ist eine umgekehrte Anordnung von Sender und Empfänger möglich,
bei der der Empfänger frei beweglich aufgehängt und der Sender unabhängig davon
an der Rektifikationseinrichtung befestigt ist.
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Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Ausgestaltung des
Erfindungsgegenstandes die Empfänger in gleichem Abstand vom Strahl des Senders
auf gedachten Linien lotrecht durch diese angeordnet sind, wobei die Linien parallel
zu den Hauptschwingungsachsen der Anlage liegen. Ist beispielsweise die Rektifikationseinrichtung
auf einem Schiff untergebracht, so liegen die Hauptschwingungsachsen in Längs-und
in Querrichtung des Schiffes, entsprechend dessen Roll-und Stampfbewegungen. In
diesem Beispiel sind vier Empfänger vorgesehen.
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Es hat sich als gUnstig herausgestellt, wenn in Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung der Sender bzw. die Empfänger im Aufhängungspunkt
der Rektifikationseinrichtung aufgehängt sind, da sich in diesem Fall das komplette
Steuersystem genau am Ort der zu stabilisierenden Rektifikationseinrichtung befindet.
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Es ist von Vorteil, wenn, wle weiter vorgeschlagen wird, der Stellmecharlisrnus
mindestens einen Stellmotor mit Spindel oder einen Hydraulikzylinder enthält. Diese
Stellmechanismen enthalten einen festen und einen beweglichen Teil, der relativ
zum resten Teil Bewegungen in einer Richtung ausführen kann.
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Der feste Teil ist mit der Umgebung verbunden, der bewegliche mit
der Rektifikationseinrichtung, oder umgekehrt.
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Bei einer vorteilhaften Modifikation des Errindungsgegenstandes ist
der Stellmechanismus aus zwei Elementen zusammengesetzt, deren Auslenkrichtungen
in einer Ebene liegen und senkrecht aufeinander stehen. Beim Zusammenwirken zweier
derart angeordneter Stellelemente läßt sich die Rektifikationseinrichtung in jede
beliebige Richtung verschieben. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Auslenkrichtungen
der Elemente des Stellmechanismus parallel zu den Hauptschwingungsachsen der Umgebung
sind. Die meisten der auftretenden Schwankungen
werden bei dieser
AusrUhrungsform durch die Bewegung eines einzigen der Stellelemente ausgeglichen.
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Zweckmäßigerweise greift der Stellmechanismus in Höhe des Schwerpunkts
der Rektifikationseinrichtung an. Dies gilt vor allem fUr den Fall, daß die Rektifikationseinrichtung
mit einer Kette oder einem Seil aufgehängt ist. Bei einer Aufhängung mit Stangen
oder ähnlichen starren Elementen ist dies nicht unbedingt erforderlich, Weitere
Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten
AusfUhrungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigen: Figur 1 eine auf einem Schiff untergebrachte Rektifiziersäule
die Figuren 2 u. 3 ein Steuersystem zur Messung der Auslenkung der Rektifiziersäule
aus der Normalposition Figur X eine schematische Darstellung der Anordnung der Empfänger
des Steuersystems auf einem Schiff.
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Das Prinzip der Erfindung wird am Beispiel eines Luftzerlegers an
Bord eines Schiffes näher erläutert. FUr analoge Bauteile werden in den Figuren
dieselben Bezugszeichen verwendet. Wesentlicher Bestandteil des Luftzerlegers ist
eine Rektifiziersäule 1. Die Rektifiziersäule 1 ist bei 2 z.B.
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an einer Kette im Schiffskörper 5 aufgehängt. Die Aufhängung läßt
eine freie Bewegung der Rektifiziersäule 1 nach allen Richtungen zu. Etwa in Höhe
ihres Schwerpunktes ist die Rektifiziersäule 1 Uber zwei Stellelemente 3, 4 mit
dem Schiffskörper 5 verbunden, die die Lage der Rektifiziersäule 1 gegenUber dem
Schiff fixieren. Die Stellelemente 3, 4 können Jeweils geradlinige Stellbewegungen
ausführen, wobei die
Auslenkrichtungen der beiden Stellelemente
3, 4 senkrecht aufeinander stehen. Die Stellelemente 3, 4 sind so angeordnet, daß
ihre Auslenkbewegungen in Richtung der Hauptschwingungsachsen des Schiffes verlaufen.
Diese liegen in der Bug-Heck-und in der Backbord-Steuerbord-Richtung. Die Stellelemente
werden von Motoren 6 angetrieben. Erfindungsgemäß ist als Sender eine nahezu trägheitslose
Sendediode 7, die im Aufhängungspunkt 2 der Rektifiziersäule 1 aufgehängt ist, vorgesehen.
Nahezu trägheitslos bedeutet hier, daß die Sendediode 7 bei den Ublicherweise im
Schiff aurtretenden Schwankungen keine Pendelbewegungen ausführt, sondern stets
lotrecht unter dem Aufhängungspunkt 2 bleibt. Die Sendediode 7 ist so angeordnet,
daß ihr Strahl senkrecht nach unten auf die darunter befindliche Rektifiziersäule
1 fällt. Auf der Rektifiziersäule 1 sind Empfänger 8 angeordnet, die bei Nullage
des Schiffes in gleichem radialen Abstand um den Strahl der Sendediode 7 liegen.
Die Empfänger 8 sind Uber nicht dargestelte Verbindungsleitungen und gegebenenfalls
dazwischengeschaltete Impulsverstärker mit den Motoren 6 der Stellelemente 3, 4
verbunden.
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Sobald sich das Schiff aus der Nullage z.B. nach Backbord neigt, kippt
die Rektifiziersäule um einen kleinen Winkel mit dem Schiff mit, während die Sendediode
7 weiterhin lotrecht nach unten strahlt. Der auf die Rektifiziersäule auftreffende
Strahl wandert daher aus seiner Mittelstellung zwischen den Empfängern 8 in Richtung
auf den backbordseitig angeordneten Empfänger. Sobald der Strahl diesen Empfänger
trifft, erhält der Motor 6 des Stellelements 3 einen Impuls, der den Motor in Gang
setzt und zwar in einer Richtung, die eine Verlängerung der Stellelemente 3 bewirkt.
Der Stellmechanismus wirkt also der Bewegung des Schiffs entgegen und bringt die
Rektifiziersäule wieder in ihre ursprUngliche Lage zurUck.
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Gleichzeitig mit der RUckstellung der Rektifiziersäule 1 wandert der
Strahl der Sendediode 7 wieder in die Mittelstellung
zurUck. Sobald
der Strahl nicht mehr auf den Empfänger trifft, hört der Motor 6 automatisch zu
laufen auf. Ein analoger RUckstellvorgang wird bei Neigungen in andere Richtungen
in Gang gesetzt, wobei gegebenenfalls auch alle beide Stellelemente 3, 4 gleichzeitig
Bewegungen ausfUhren können.
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Es ist von entscheidender Bedeutung, daß jedem Empfänger 8 eine definierte
Bewegungsrichtung eines bestimmten Stellelements 3, 4 zugeordnet ist, um die Rektifiziersäule
Jeweils wieder auf schnellstem Weg in ihre Ausgangslage zurUckbringen.
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Durch den Abstand des Steuersystems 9 vom Aufhängungspunkt 2, den
Abstand der Sendediode 7 von den Empfängern 8, durch die Brennweiten eventuell vorhandener
Linsen an der Sendediode 7 und an den Empfängern 8, durch den Abstand der Empfänger
8 voneinander sowie durch die Übersetzungen in den Stellelementen 3, 4 und elektronische
Schaltungsmaßnahmen können Reaktionszeit und Bewegungscharakteristik des Steuer-und
Stabilisierungssystems den Erfordernissen entsprechend festgelegt werden.
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Es ist auch möglich, daß bei einer nicht dargestellten Modifikation
des Erfindungsgegenstandes der Sender an der Rektifiziersäule 1 befestigt ist und
die Empfänger mit Abstand zum Sender unabhängig von diesem frei beweglich aufgehängt
sind. Das Funktionsprinzip bei dieser Anordnung ist analog zu dem der vorher beschriebenen
Anordnung.
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Die Bilder 2 und 3 zeigen das erfindungsgemäße Steuersystem im Querschnitt.
Die Rektifiziersäule 1, die bei 2 am Schiffskörper 5 aufgehängt ist, befindet sich
in Bild 2 in ihrer Ausgangslage, bei der die Rektifizierböden horizontal liegen.
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Bild 3 zeigt das Schiff 5 und die Rektifiziersäule 1 in geneigter
Position (Ubertrieben dargestellt).
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Auf der Rektifiziersäule 1 sind Empfänger 8 angeordnet. In der Nullage
des Schiffes (Bild 2) zeigt der Strahl 10 der Sendediode 7, die ebenfalls im Aufhängungspunkt
2 der Säule 1 aufgehängt ist, vertikal nach unten genau zwischen die Empränger 8.
Sobald das Schiff sich zu neigen beginnt (Bild 3) neigt sich filr eine kurze Zeit
auch die Rektifziersäule 1 um einen kleinen Winkelbetrag, während die Sendediode
7 weiterhin vertikal nach unten hängt. Der Strahl 10 trifft daher auf einen der
Empfänger 8, der wie bereits beschrieben worden ist, den RUckstellmechanismus fUr
die Rektifiziersäule 1 in Gang setzt, der die Säule wieder in die Position gemäß
Figur 2 zurUckbringt.
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Bild 4 zeigt die Anordnung der Empfänger 8 um den Strahl 10 der Sendediode
7 bei Nullage des Schiffes,