DE3049019C2 - Verfahren zur Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit von fluidisiertem Schüttgut nach dem Laufzeitverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betriff! ein Verfahren zur Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit von fluidisiertes! Schüttgut nach dem Laufzeiiverfahren. bei dem dem Schüttgut eine Markierung aufgeprägt wird, aus der am Anfang und am Ende einer vorgegebenen Wegstrecke an Meßstellen ein erstes und ein zweites Signal abgeleitet und der zeitliche Abstand beider Signale ermittelt wird.

Das Laufzeitverfahren ist beispielsweise aus Technisches Messen tm. 1979. Heft 4, Seite 147. 4.9 »Laufzeitverfar-en« bekannt. Dieses Verfahren beruht auf der Markierung eines Stromabschnitts des Schüttgutes und Messung der Laufzeil dieser Markierung zwischen zwei dahinter liegender¹ Meßquerschnilten. Aus dem Abstand der Meßqucrschnitte. also der vorgegebenen Wegstrecke, und der Zeitdiffercnz zwischen den Schwerpunkten des ersten und des zweiten Signals kann die mittlere Strömungsgeschwindigkeit berechnet werden. Weiterhin könner als Markierung auch in der Strömung bereits vorhandene Gasblascn. Feststoffpariikcl oder auch örtliche Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen benutzt werden. Die statistische Verteilung dieser Inhomogenitäten muß zwischen den Meßquerschnitten so weit erhalten bleiben, daß sie zur Identifizierung benutzt werden kann. Diese Markierungen können von Kondensatoren ermittelt werden, deren Kapazität von den Störungen beeinflußt wird.

Aus der DE-AS 17 98 182 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitsmcssung bekannt, bei welchem an zwei in Strömungsrichtung mit bekanntem Abstand auseinanderlegenden Stellen des Strömungsweges zufällige Schwankungen einer physikalischen Kenngröße des strömenden Fluids in entsprechende elektrische Signale umgesetzt und diese Signale miteinander korreliert werden, wobei zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Trägermedium suspendierten teilchenförmigen Materials als K< nngröße die Konzentration dieses Materials dient. Bei dieser Anordnung ist ein zu transportierendes Material iil einem Trägermedium suspendiert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Tragermediüfns und des suspendierten Materials können verschieden sein. Die für ein fluidisiertes Schüttgut charakteristische Wirbelschicht ist bei der bekannten Anordnung nicht vorhanden! Unter Fluidisieren vorsteht man hierbei das Überführen einer Festköfpefschütiung in eine Wirbelschicht (Fließbett) mit Hilfe eines porösen oder gelochten Anstromiiodens und eines durch den Anströmboden hindurchtretenden Fluids (Gas oder Flüssigkeit).

Beide bekannten Verfahren lassen sich nicht auf fluidisiert Schüttgüter übertragen, deren Fließverhalicn ciwa dem einer Flüssigkeit entspricht. In dem fluidisierten Schüttgut vorhandene Gasblasen oder örtliche Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen gleichen sich so schnell aus. daß sie beim Du· chlaufeii einer für genaue Messungen benötigten vorgegebenen Wegstrecke nicht mehr vorhanden sind. Andererseits kann ein fluidisiertes Schüttgut nicht als nicht-leitender Stoff angesehen werden, da es durch Aufladung und Transport der Schüttgutteilchen elektrische Ladungen transportieren kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für fluidisierte Schüttgüter ein Verfahren zu bestimmen, das ohne Verunreinigung des Schüttgutes eine genaue Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Markierung eine künstliche Veränderung der Dichte des Schüttgutes durch Einblasen eines Gases erfolgt und die Markierung etwa in Höhe der ersten Meßstelle aufgebracht wird. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn als Markierung eine Impulsfolge verwendet wird.

Das Verfahren ermöglicht eine Messung der mittle-

jo ren Strömungsgeschwindigkeit ohne eine Störung des Malerialflusses und ohne Verunreinigung des Schüttgutes mit Fremdkörpern. Durch die definierte Markierung des Schüttgutes wird gegenüber der Erfassung natürlich vorhandener Inhomogenitäten eine spitzere Kreuzkor·

j5 reliJtionsfunktion und damit eine Erhöhung der Meßgenauigkeit erreicht.

Die Figur zeigt schematisch Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung. FIs zeigt

Fig 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem die Markiei <ng eine künstliche Veränderung der Dichte des Schüttgules ist.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus der Förderrinne 1. die mit dem Neigungswinkel Λ gegen d>e Waagerechte geneigt ist. In der Förderrinne 1 befindet sich ein Fluidisierungsboden 2. der beispielsweise aus offenpon ger Keramik, einem offenporigen Kunststoff oder Sintermetall bestehen kann. Der unter dem Fluidisierungsboden befindliche Raum der Forder-inne 1 wird über einen Stutzen 4 und ein Ventil 5 mit der Druckluft verbunden, der Durchlaß des Ventils 5 wird so eingestellt, daß das Sthutijni· Ϊ oberhalb des Fluidisierungsbodens 2 fluidisiert wird. Oberhalb des fluidisierten Schüttgutes befinden sich an genau definierten Stellen die Elektroden 15. die mit einem Impedanzwandler 10 verbunden sind, der sich in einem Abschirmgehäuse 6 befindet. Der Impedanzwandler 10 besitzt einen sehr hochohmigen F.ingang mit einer Spannungsquelle 8 verbunden. Auf dem Fluidisierungsboden 2 befinden sich unterhalb der Elektroden 15 netzförmige F.lektroden 9. die in der Zeichnung nicht dargestellter Weise geerdet sind. Die beiden I lektroden 15 schließen die Vorgegebene Wegstrecke ein, über die die Messung erfolgt, dabei liegt die Elektrode 15<iin Flugrichtung des fluidisierten Schüttgutes 3 gesehen, am Anfang der Wegstrecke und die Elektrode 15b am Ende der Wegstrccke< Mit der unter der Elektrode 15a befindlichen Stelle des Fluidisierufigsbodens 2 ist ein Stutzen 11 fest Verbunden, der über ein Ventil 12 mit einer

Drui.kluftquel!e verbu : i ^%n ist.

Wenn die Elektroden 15 quer zur Ebene deb fluidisieren Schurigutes 3 stehende Zylinder sind, ist der Stutzen 11 als Rohr etwa mit dem Elekirodendurchmesser konzipiert, das senkrecht auf dem Fluidisierungsbo- i den 2 steht. Sind die Enden der Elektroden 15 dagegen als parallel /ur Ebene des fluidisierten Schuttgutes 3 und quer zur Flielirichtung befindliche Zylinder konzipiert, ist der Stutzen 11 ein parallel zu diesen Zylindern verlaufendes Rohr, das vom Fluidisierungsboden 2 angeschnitten wird. Das Schüttgut 3 sieht die Elektroden 15 bzw. den Stutzen 11 also einmal annähernd punktförmig und das andere Mal annähernd spaltförmig In der Fig. 1 befinden sich die Elektroden 15 oberhalb des Schüttgutes 3, soweit der spezifische ü Widerstand des Schüttgutes hoch genug ist, ist das jedoch nicht funktionsnotwendig, die Elektroden können in diesem Fall auch in das Schüttgut eintauchen

Die Funktionsweise des in der Fig. 1 ausgeführten Beispiels ist wie folgt: j«

Zunächst wird der Querschnitt des Ventils 5 so eingeregelt, daß im Stutzen 4 und im unteren Teil der Förderrinne 1. der durch den Fiuidisierungshoden 2 begrenzt wird, sich ein derartiger Überdruck einstellt, daß das Schüttgut 3 fluidisiert wird. Aufgrund des Neigungswinkels A gegen die Senkrechte fließt das Schüttgut dann wie eine Flüssigkeit nach unten, in der F i g. 1 also von rechts nach links. Die Elektroden 15 und 9 bilden jeweils einen Kondensator, dessen Kapazität durch die geometrische Anordnung und die Dielektrizi- in tätskonstante des zwischen den Elektroden befindlichen Mediums gegeben ist. In der Praxis ergeben sich Kapazitätswerte der Größenordnung relative Dielektrizitätskonstante mal 10 pF. Die relative Dielektrizitätskonstante von Schüttgut ist größer als !,während die für r, Luft etwa 1 ist. Wie bereits ausgeführt, bildet die zwischen den Elektroden 15 befindliche Strecke die Meßstrecke. Zu Beginn der Messung wird durch kurzzeitiges Öffnen des Ventils 12 ein derartiger Luftimpuls auf den Stutzen 11 gegeben, daß dieser durch na den Fluidisierungsboden 2 hindurch das Schüttgut 3 beiseite bläst. Demgemäß wird gleichzeitig eine Verringerung der Kapazität des von den Elektroden 15a und 9 gebildeten Kondensators z. B. durch ein Trägerfrequenzverfahren gemessen. v> ie im unteren Teil 4', der F i g. 1 dargestellt. Die durch kurzzeitiges Öffnen des Ventils 12 dem fluidisierten Schü'tgut aufgeprägte Markierung kann jedoch .luch in anderer, in der Zeichnung nicht dargestellter Weise aufgebracht werden. Beispielsweise befindet sich vor Beginn der Meßstrecke urne Schwinge oberhalb des fluidisierten Schüttgutes die kurzzeitig bis etwa zum Fiuidisierungsboden 2 in das Schüttgut gestoßen wird und den FIuIi des Schüttgutes unterbricht. Statt einer Schwinge kann sinngemäß auch ein Tauchkörper verwendet werden. Sobald die auf diese Weise bewirkte Verringerung des Flachengewichtes den von den Elektroden 15a und 9 gebildeten Kondensator erreicht hat, mißt dieser wiederum eine Verringerung der Kapazität.

Diese Messung der Kapazitätsänderung dient zur Festlegung der Anfangszeit der Messung fO. Die dem Schüttgut aufgeprägte Markierung, also die Veränderung des Flächengewichts des Schüttgutes und damit der relativen Dielektrizitätskonstante wandert mit dem Schüttgut in Flußrichtung des Schüttgutes, wobei sich die Markierung infolge Nachrutschens des Schüttgutes in die Markierung langsam wieder ausgleicht. Der Abstand zwischen den Elektroden 15 wird nun so gewählt, daß die Markierung beim Passierendes aus den Elektroden 156 und 9 gebildeten K densators noch deutlich meßbar ist. Andererseits sollte Jc Abstand der Elektroden 15 zur Erhöhung der Meßgenauigkeit möglichst groß sein. Wie im unteren Teil der Fig. 1 dargestellt, verursacht die Störung beim Passieren des aus den F'ektroden 15£> und 9 gebildeten Kondensators zur Zeit 11 wiederum eine Änderung der Kapazität, die breiter und weniger stark ausgeprägt ist, als die Kapazitätsänderung am Anfang der Meßstrecke zur Zeit /0. Die Zeitdifferenz fO— rl ist die Laufzeit der Markierung und damit die mittlere Laufzeit über die durch den Elektrodenabstand vorgegebene Wegstrekke. Der Quotient Wegstrecke durch Laufzeit stellt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Schüttgutes dar.

Der untere Teil der F i g. 1 zeigt die Impulsformen in sehr schematisierter Weise, in Wirklichkeit sind die Impulse erheblich durch Störungen überlagert. Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es daher zveckrt äßig. den eben geschilderten Meßablauf mehrfach zu wiederholen oder ein fortlaufend erzeugtes Störsignal wirken zu lassen und die einzelnen Messungen mittels einer Korrelationsmethode auszuwerten. Wie oben bereits ausgeführt, ist diese Methode besonders geeignet für ein Schüttgut mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante, da der Effekt der Kapazitätsänderung in diesem Fall besonders ausgeprägt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit von fluidisiertem Schüttgut nach dem Laufzeit verfahren, bei dem dem Schüttgut eine Markierung aulgeprägt wird, aus der am Anfang und am Ende einer vorgegebenen Wegstrecke an MePstellen ein erstes und ein /weites Signal abgeleitet und der zeitliche Abstand beider Signale ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Markierung eine künstliche Veränderung der Dichte des Schüttgutes durch Einblasen eines Gases erfolgt und die Markierung etwa in Höhe der ersten Meßstelle aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Markierung eine Impulsfolge verwendet wird.