DE3241624A1 - Messverfahren und messvorrichtung zur bestimmung der feststoffbeladung einer zentrifugentrommel - Google Patents

Messverfahren und messvorrichtung zur bestimmung der feststoffbeladung einer zentrifugentrommel

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Description

LEINE& KÖNIG
PATENTANWÄLTE
Dlpl.-Ing. Slgurd Leine ■ Dlpl.-Phys. Dr. Norbert König BurckhardtstraBe 1 Telefon (0511) 623005
Deutsche Gesellschaft für Wiederauf- D-3000 Hannover ι arbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Unser Zeichen Datum
550/33 21. Oktober 1982
Meßverfahren und Meßvorrichtung zur Bestimmung der Feststoffbeladung einer Zentrifugentrommel
Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren und eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Feststoffbeladung einer Zentrifugentrommel, insbesondere zur Verwendung in Wiederauf arbeitungsanlagen zum Abtrennen von nicht lösbaren Feststoffteilchen von Brennstofflösungen.
In Wiederaufarbeitungsanlagen ist es aus betrieblicher Sicht und aus Gründen der Spaltstoffüberwachung erforderlich, die Menge an Feststoff zeitlich zu überwachen, die sich in der Zentrifugentrommel befindet. Die Überwachung und Ermittlung der Feststoffmenge sollte möglich sein sowohl während des Laufes der Zentrifuge als auch während ihres Stillstandes.
Allgemein sind bereits verschiedene Verfahren zur Ermittlung der Feststoffbeladung einer Zentrifuge bekannt.
Bei einem Verfahren wird die Torsion der Welle der Zentrifugentrommel mit Hilfe von auf der Welle angeordneten Dehnungsmeßstreifen ermittelt. Die Größe der Torsion ist
Dr.K/N -8-
ein Maß für die Feststoffbeladung.
Bei einem anderen Verfahren wird die elastische Verformung der Zentrifugentronunel, die durch die auf den Trommelmantel wirkenden Zentrifugalkräfte entsteht, mit Hilfe von auf der Trommel angebrachten Dehnungsmeßstreifen bei stationärer Drehzahl ermittelt. Auch hier ist die Größe der elastischen Verformung ein Maß für die Feststoffbeladung.
Es ist ferner bekannt, die Feststoffbeladung durch Messung der Anlaufzeit oder auch der Auslaufzeit der Trommel von der Drehzahl Null auf Betriebsdrehzahl und umgekehrt oder innerhalb eines definierten Drehzahlbereichs zu ermitteln.
Auch die Messung der Stromaufnahme der Antriebsvorrichtung der Zentrifuge wird zur Ermittlung der Feststoffbeladung der Zentrifugentrommel herangezogen.
Ein sehr einfaches, gelegentlich auch benutztes Verfahren besteht darin, das Gewicht der gesamten Zentrifuge vor und nach dem Zentrifugieren zu messen, was beispielsweise durch das Vorsehen von geeigneten Kraftaufnehmern in den Auflagern der Zentrifuge erfolgen kann, Die Differenz der Meßergebnisse gibt dann direkt die Feststoffbeladung an.
Diese bekannten Verfahren haben verschiedene Nachteile.
Die Messung der Torsion mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen ergibt nur in Beschleunigungsphasen eine Information über die Feststoffbeladung. Die Messung der elastischen Verformung der Zentrifugentronunel mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen bei stationärer Drehzahl erlaubt zwar eine kontinuierliche Messung bzw. überwachung der Feststoffbeladung,
hat aber wie das erstgenannte Verfahren den Nachteil, daß die Messung nicht berührungsfrei erfolgt. Außerdem muß bei der Abtastung der elastischen Verformung der Zentrifugentrommel der Meßfühler (Dehnungsmeßstreifen) bei einer Wiederauf arbeitungsanlage im Prozeßraum untergebracht werden, was besonders nachteilig ist.
Beide Verfahren erlauben nicht die Messung der Feststoff beladung beim Stillstand der Zentrifuge. Außerdem sind diese beiden Verfahren nicht sehr genau.
Die Messung der Anlaufzeit oder der Auslaufzeit der Trommel oder die Messung der Stromaufnahme der Antriebsvorrichtung der Zentrifuge stellen ebenfalls recht ungenaue Verfahren dar und sind überdies nicht beim Stillstand der Zentrifuge möglich. Die direkte Messung des Gewichtes der Zentrifuge 1st relativ ungenau, da das Zentrifugengewicht vergleichsweise groß zu der Feststoffbeladung ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Meßverfahren und eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Feststoffbeladung einer Zentrifugentrommel anzugeben, wodurch die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren vermieden sind und insbesondere eine genaue, berührungsfreie Messung außerhalb des Prozeßraumes mit geringem meßtechnischen Aufwand ermöglicht wird. Außerdem sollen das Meßverfahren und die Meßvorrichtung so ausgebildet sein, daß eine Messung der Feststoffbeladung sowohl beim Stillstand als auch beim Lauf der Zentrifuge in kontinuierlicher Weise möglich ist.
die
Diese Aufgabe wird durch/im Kennzeichen der Ansprüche
1 und 6 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung ermöglicht eine praktisch kontinuierliche und sichere Überwachung bzw. Messung der Feststoffbeladung einer Zentrifuge. Die Messung kann sowohl beim Lauf als auch beim Stillstand der Zentrifuge durchgeführt werden. Die vorgesehene Frequenzmessung der erzeugten Eigenschwingungen gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Meßergebnisse und ist relativ einfach durchführbar. Die Meßvorrichtung kann leicht außerhalb des Prozeßraumes einer Wiederaufarbeitungsanlage eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Meßverfahren und die erfindungsgemäße Meßvorrichtung sind sehr anwendungsflexibel.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung nach den Ansprüchen 1 und 6 sind in den Unteransprüchen zu diesen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispxel der Erfindung,
Fig. 2 zwei'Modifikationen der Ausführungsform nach Fig. 1, und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Gleiche Bauteile sind in den Figuren der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Zeichnung zeigt eine Zentrifuge 2 mit einer Zentrifugentrommel 4, die über eine gelagerte (Lager 6) Antriebswelle 8, einem Keilriemenrad 10 und einem Keilriemen 12 von einem Elektromotor 14 angetrieben wird.
Die Zentrifugentrommel 4 ist hängend angeordnet, was beim Einsatz in Wiederaufarbeitungsanlagen von Kernbrennstoffen zweckmäßig ist. Grundsätzlich ist natürlich auch jede andere Anordnungsweise (stehend, waagerecht oder geneigt) möglich.
Die Zentrifugentrommel weist einen Zulauf 16 und einen Ablauf 18 auf. Sie dient in Wiederaufarbeitungsanlagen insbesondere dazu, Feststoffpartikel aus Brennstofflösungen abzutrennen. Beim Umlauf der Zentrifugentrommel 4 setzen sich die Feststoffpartikel auf der Innenwand der Zentrifugentrommel ab und bilden die sogenannte Feststoffbeladung 20, auch Kuchen genannt.
Vorliegend geht es nun darum, die Menge an Feststoffbeladung zu ermitteln. Hierzu ist am oberen Ende 22 der Antriebswelle 8 eine zusätzliche Masse nu r beispielsweise in Form eines Käfigläufers 24, angebracht, der Teil einer elektrischen Maschine 26 mit einer Sta^torwicklung 28 ist.
Die Zentrifugentrommel 4 bildet als eine Masse m., mit dem Käfigläufer 24 als zweite Masse nu , die mit der Masse m- über die Antriebswelle 8 elastisch verbunden ist, ein mechanisches "Doppelmassen"-Schwingungsystem.
über die Sta—torwicklung 28 der elektrischen Maschine 26 kann im Käfigläufer 24 (Masse nu ) kurzzeitig eine EMK
-12-
_ -ι 2 —
erzeugt werden, durch die kurzzeitig ein Torsionsmoment auf das Schwingungssystem m., nu ausgeübt wird, das dadurch in Torsions-Eigenschwingungen versetzt wird. Die Frequenz dieser Schwingungen ist abhängig von der Zusatzmasse iru (Käfigläufer 24) und der Zentrifugentrommelmasse m. und ändert sich mit Änderung dieser Massen und ist somit abhängig von der Feststoffbeladung der Zentrifugentrommel 4. Über eine Frequenzmessung der erzeugten Torsionsschwingungen ist es also möglich, die Größe der Feststoffbeladung 20 zu ermitteln.
Die Frequenzmessung erfolgt mit Hilfe eines elektromagnetischen oder optischen Meßfühlers 30, der Markierungen 32 abtastet, die auf der Zusatzmasse iru , also dem Käfigläufer 24, angebracht sind. Die Frequenz der Meßfühler-Ausgangssignale wird durch eine Einrichtung 34 ermittelt und ausgewertet. Die Meßergebnisse oder die ermittelten Feststoffbeladungen werden dann auf einerAnzeige 36 dargestellt.
In den Figuren der Zeichnung sind nun weitere Realisierungsmöglichkeiten schematisch dargestellt.
Der Käfigläufer 24 muß nicht am Ende der Antriebswelle 8 angebracht sein; er kann an beliebiger Stelle vorgesehen werden, vergl. Käfigläufer 24' in der Fig. 1.
Die Zusatzmasse m^, beispielsweise in Form des Käfigläufers, kann auch auf einer zusätzlichen Welle oder Achse 38, die bezüglich der Zentrifugentrommel 4 der Antriebswelle 8 gegenüber angeordnet ist, angebracht sein, vergl. Fig. 2. Diese zusätzliche Welle oder Achse 38 kann über
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beabstandete Stege 40 im Bereich des Auslaufs 18 der Zentrifugentrommel 4 angeordnet sein oder als Verlängerung 42 der Antriebswelle ausgebildet sein, vergl. Fig. 2. Die zusätzliche Welle oder Achse 38 kann zusätzlich gelagert (Lager 44) sein.
Die Zusatzmasse n^ mit den Markierungen 32 kann auch einfach als Scheibe 46 ausgebildet sein, vergl. Fig. 3 und Das Torsionsmoment zur Erzeugung der Torsionsschwingungen kann dann beispielsweise mit Hilfe einer Bremsvorrichtung 48 erzeugt werden, deren Bremsbacken 50 beispielsweise druckmittelbetätigt mit Hilfe eines Ventils 52 und einer Druckmittelquelle 54 oder einfach mechanisch an die Scheibe 46 anlegbar sind.
Die Erzeugung des Torsionsmomentes ist auch über den Antriebsmotor 14 der Zentrifugentrommel 4 möglich, indem dort eine gesondert speisbare Zusatzwicklung 56 vorgesehen wird, über die kurzzeitig das Drehmoment des Motors 14 beeinflußbar ist.
Es kann unter Umständen auch auf die Zusatzmasse nu verzichtet werden. Das Torsions-Schwingungssystem besteht dann aus der Zentrifugentrommel 4 und der Antriebswelle 8 oder der zusätzlichen Welle oder Achse 38, auf der dann die abzutastenden Markierungen 58 angebracht sind, vergl. Fig. 2. Die Erzeugung des Torsionsmomentes kann hier beispielsweise mechanisch durch kurzzeitiges Anlegen zweier Bremselemente 60, 62 erfolgen. Die Abtastung der Markierungen 58 und Auswertung der erhaltenen Meßfühler erfolgt wie oben
-14-
schon beschrieben.
Außer der vorliegend aus meßtechnischen und aufwandsmäßigen Gründen bevorzugten Erzeugung und Auswertung von Torsionsschwingungen können grundsätzlich auch Longitudinal- und/oder Biegeschwingungen erzeugt und ausgewertet werden.

Claims (20)

Ansprüche
1.) Meßverfahren zur Bestimmung der Feststoffbeladung der Trommel einer Zentrifuger insbesondere zur Verwendung in Wiederaufarbeitungsanlagen zum Abtrennen von nicht lösbaren Feststoffteilchen von Brennstofflösungen, dadurch gekennzeichnet , daß ein aus der Zentrifugentrommel (4, m.) und einer mit der Trommel (4, v\ ) gekoppelten Zusatzmasse (nu; 24; 46; 38) bestehendes mechanisches . Schwingungssystem (m , m ) in Eigenschwingungen versetzt wird und daß die von der Feststoffbeladung abhängige Frequenz der Eigenschwingungen oder eine von der Frequenz ableitbare Größe gemessen und hinsichtlich der Feststoffbeladung ausgewertet wird.
2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schwingungssystem in Torsionsschwingungen versetzt wird.
3. Meßverfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Torsionsschwingungen durch kurz-
Dr.K./H.
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zeitige Änderung des Drehmomentes oder der Drehgeschwindigkeit (Verzögerung oder Beschleunigung) der Zentrifugentrommel (4) erzeugt werden.
4. Meßverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Torsionsschwingungen durch kurzzeitige mechanische Abbremsung der Rotationsbewegung eines Antriebsteiles der Zentrifugentrommel (4) oder eines mit der Trommel umlaufenden und drehfest verbundenen Teiles (24; 46; 38) erzeugt werden.
5. Meßverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Torsionsschwingungen kurzzeitig, berührungsfrei über ein elektromagnetisches Feld dem Schwingungssystem aufgeprägt werden.
6. Meßvorrichtung zur Bestimmung der Feststoffbeladung der Trommel einer Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung (26; 48; 6o, 62) zum Versetzen des aus der Zentrifugentrommel (m1, 4) und der mit der Trommel gekoppelten Zusatzmasse (nu; 24; 46; 38) bestehenden mechanischen Schwingungssystems (m , m ) in Eigenschwingungen und eine Einrichtung (3of 34, 36) zur Messung und Auswertung der Frequenz der Eigenschwingungen oder einer davon ableitbaren Größe vorgesehen sind.
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7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzmasse (m ) durch ein Antriebsteil der Zentrifugentrommel (4) oder durch die Antriebswelle (8) der Zentrifugentrommel (4) gebildet wird.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzmasse (m_) eine zusätzliche, drehfest mit der Zentrifugentrommel (4) verbundene Welle (38) ist, die bezogen auf die Zentrifugentrommel· (4) der Antriebswelle (8) gegenüber angeordnet ist.
9. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r ch gekennzeichnet , daß die zusätzliche Welle eine Verlängerung (42) der Antriebswelle ist.
10. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (nu) durch einen drehfest mit der Antriebswelle (8) oder der zusätzlichen Welle (38) der Zentrifugentrommel (4) verbundenen Körper gebildet wird.
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11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn ze i chne t, daß der Körper ein Rotor oder Läufer (24) einer elektrischen Maschine (26) ist.
12. Meßvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper am zur Zentrifugentrommel (4) entfernten Ende (22) der Antriebswelle (8) oder zusätzlichen Welle bzw. Achse (38) angeordnet ist.
13. Meßvorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Zentrifugentrommel (4) und der mit der Trommel gekoppelten Zusatzmasse (m^) bestehende mechanische Schwingungssystem (m-, m~) durch die Vorrichtung (26; 48; 60, 62) in Torsionsschwingungen versetzbar ist.
14. Meßvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine elektrische Maschine (26) ist, durch deren elektrisches Erregerfeld auf den auf der Antriebswelle (8) oder der zusätzlichen Welle oder Achse (38) angeordneten Rotor oder Läufer (24) ein Torsionsmoment ausübbar ist.
15. Meßvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung durch eine zusätzliche, separat speisbare Wicklung (56) eines elektrischen Antriebsmotors (14) der Zentrifugentrommel (4) ge-
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bildet wird, über die ein eine kurzzeitige, ein Torsionsmoment auf das Schwingungssystem (m.., m2) ausübende Änderung der Rotationsgeschwindigkeit (Verzögerung oder Beschleunigung) bewirkendes elektrisches Erregerfeld erzeugbar ist.
16. Meß vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine kurzzeitig anlegbare mechanische Bremsvorrichtung (48; 60, 62) ist, die auf einen Teil der Antriebsseite oder auf die zusätzliche Achse oder Welle (38) oder den auf der Antriebswelle (8) oder der zusätzlichen Achse oder Welle (38) angeordneten Körper (24; 24'; 46; 38) wirkt.
17. Meßvorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30, 34, 36) zur Messung der Frequenz einen Meßfühler (30) aufweist, der Markierungen (32; 58) abtastet, die auf der mit der Zentrifugentrommel (4) gekoppelten Zusatzmasse (iru) angebracht sind, und dessen Ausgangssignale einer Auswerteeinrichtung (34) zur Ermittlung der Frequenz der Eigenschwingungen des Schwingungssystems (m.|, nu) und der aus der Frequenz ableitbaren Feststoffbeladung der Zentrifugentrommel zugeführt werden.
18. Meßvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (30) ein
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elektromagnetischer Drehgeber ist.
19. Meßvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (30) ein optischer Sensor ist.
20. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Frequenz bzw. der Frequenzänderungen der Eigenschwingungen des Schwingungssystems die Periodendauer der Ausgangssignale der Meßfühler gemessen und ausgewertet wird.
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