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"Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Feststoff-
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gehaltes von Suspensionen, sowie dazugehörige Anordnung" Die Erfindung
betrifft zunächst ein Verfahren gemaß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Hierzu kennt
man aus einem U-förmigen Rohr bestehende Wägebalken, die das Gewicht der darin fließenden
Suspension wiegen. Uiese sind bei der hier bevorzugten Anwendung auf grobkörnige
Suspensionen zu erpfindlich und auch verschleißgefährdet. Ähnliches gilt für weitere
bekannte Verfahren und zugehörige Geräte wie Vibrations-Durchlaufmeßgeräte, optische
Verfahren oder elektrischo Leitfähigkeits-Messer u.a. Ferner sind in diesem Zusamrnenhang
Isot-apen-3urchstrahlungs-Geräte bekannt, die aber zu aufwendig sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber zunächst darin, ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruche 1 dahingehend zu verbessern, daß in
einem robuste und leicht zu beherrschenden Betrieb mit genügender Genauigkeit die
Trübedichte gemessen werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches
1, zunächst die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1. Strömungstechnisch muß
lediglich die Suspension auf eine entsprechend hohe Geschwindigkeit gebracht und
umgelenkt werden. Dies bereitet keine Probleme. Das gleiche gilt für die meßtechnische
Erfassung der bei der Umlenkung entstehenden Zentrifugalkräfte. Beide Maßnahmen
sind vorteilhaft so durchführbar, daß ein vorzeitiger bzw. störender Verschleiß
durch die Feststoffanteile der Suspension in Folge der Möglichkeit der Verwendung
von schweren, verschleißfesten Materialien für die Rohrkrümmer und ferner der einfachen
Austauschbarkeit dieser Rohrkrümmer leichter beherrschbar wird und zwar auch bei
einer grobkörnigen Suspension. Dagegen können die U-Rohre der bekannten Wägebalken
nicht aus einem schweren, verschleiß-Festen Material hergestellt werden, da deren
Gewicht mit in die Messung eingeht und diese dadurch zu ungenau werden würde.
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Die Verfahrensmerkmale des Anspruches 2 beinhalten eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung, da hiermit bei gleichbleibender Durchströmgeschwindigkeit
der Suspension die auftretenden Zentrifugalkräfte am größten sind und dabei im wesentlichen
konzentriert in der Zulaufrichtung auftreten. Dies erleichtert die Gestaltung der
zugehörigen Anordnung.
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Die Verfahrensmerkmale des Anspruch es 3 erweitern die Erfindung für
die selbsttätige Regelung des Feststoffgehaltes einer entsprechenden Betriebsanlage.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Schaffung einer Anordnung
zur Ourchführung eines oder mehrerer der vorgenannten Verfahrensmerkmale, wobei
die Anordnung einfach, robust und leicht zu handhaben sein soll. Der Lösung dieser
Aufgabe dienen zunächst die Merkmale des Anspruches 4. Es ist ersichtlich, daß eine
solche Anordnung mit wenigen Bauelementen verifizierhar ist, wobei auch die Meßeinrichtung
einfach sein kann, z.B.
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eine entsprechende Uruck- oder Kraftmeßdose.
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Die Merkmale des Anspruches 5 stellen eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung- dar, die sich durch ihre besondere bauliche Einfachheit und auch
Robustheit auszeichnet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachstehenden
Beschreibung von erfindungsgemäßcn Ausführungsbeispielen und - soweit dargestellt
- auch der zugehörigen Zeichnung zu entnehmen. Es zeigt: Fig. 1: schematisch und
in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsmölichkeit der Erfindung, Fig. 2:
eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hinsichtlich der Zu- und Abfuhr der
Suspension, Fig. 3: ein Diagramm mit einer Meßreihe, die mit einer Anordnung nach
der Erfindung gemessen wurde, Fig. 4: Schematisch eine weitere Ausführung der tifiri':
in Das hier etwa U-förmige Rohr 1 (stattdessen könnte auch ein Gerät vorgesehen
sein, das eine entsprechende Ourchstr().-mung und Umlenkung der Suspension ermöglicht,
jedoch wird im vorliegenden Text der Einfachheit halber immer nur von einem "Rohr"
gesprochen) wird von einer Suspension mit einem bestimmten Feststoffgehalt durchflossen.
Der Zulat.
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gemäß Pfeil 2 erfolgt über eine Leitung 3 und eine elastische Verbindungsmuffe
4, während der Ablauf gemäß Pfeil ', über eine weitere elastische Muffe 6 und eine
Ablaufleitung 7 geschieht. Die Suspension wird in einem gekrümmter Bereich 8 um
180° umgelenkt. Aufgrund dieser Umlenkung
ergibt sich eine Zentrifugalkraft
der Suspension und insbesondere des Feststoffgehaltes, deren parallel zum Zulauf
bzw. Ablauf verlaufende Kraftkomponente 9 bestrebt ist, das gesamte Rohr 1 in dazu
parallelen seitlichen Führungen 10 (z. B. Gleitschienen mit Gleitlagern oder Rollenlagern)
zu verschieben. Die Geschwindigkeit der Suspension im Rohr und damit auch im gekrümmten
Bereich ist relativ hoch. Um eine genügende Zentrifugalkraft zu erhalten, empfiehlt
es sich, diese Geschwindigkeit nicht geringer als 3 m/s zu wählen. Andererseits
sollte sie auch nicht extrem hoch sein, so dal3 sich eine obere Grenze Von,30 m/s
empfiehlt. Bevoroer rtinuun zugte Geschwindigkeiten'liegen im Bereich von 5 - 10
m/s.
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Das Rehr 1 selber bzw. ein daran im mittleren Bereich der Krümmung
8 angebrachter Nocken 12 liegt am Kraftaufnehmer 13 einer Kraftmeßdose 14 an, bzw.
kommt im Verlauf der Verschiebung des Rohres 1 daran zur Anlage. Die Kraftmeßdose
14 verarbeitet die auftretenden und gemessenen Kräfte bevorzugt elektronisch (z.
B. über Dehnungsmeßstreifen, Verstärken, gegebenenfalls Dämpfungsglied, Transformator,
u.ä.).
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Dies kann an einem Instrument 15 und/oder einem Schreiber 16 zur Anzeige
gebracht bzw. registriert werden.Diese Geräte können auf die Anzeige der Trübedichte
oder die des Feststoffgehaltes geeicht werden. Sofern nicht nur eine absolute Messung
der Trübedichte (bzw. des hieraus rückrechenbaren Feststoffgehaltes) erfolgen soll,
sondern auch durch relative Messung der Trübedichte der Feststoffgehalt der Suspension
oder Auswirkungen in der zu regelnden Anlage geregelt werden sollen, wird man die
elektrischen Impulse der Kraftmeßdose 14 als Meßstrecke über einen Regler 17 in
den Regelkreis einer Betriebsanlage einschleusen, die mit dieser Suspension arbeitet
und deren Betriebsweise in Abhängigkeit von den Schwankungen des Feststoffgehaltes
der zugeführten Suspension zu regeln ist.
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Diese Regelung dient bevorzugt zur Regelung von Hydrozyklonen.
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Sie kann aber auch zur Regelung des Feststoffgehaltes von Sus-
pensionen
in einem bestimmten Bereich einer anderen Aufooreitungsvorrichtung oder -anlage
vorgesehen werden.
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Fig. 2 zeigte daß die Zufuhr 2 über eine Druckerhöhungspumpe 18 aus
dem mit der Leitung 19 angedeuteten Betiebsystem erfolgen kann. Gegebenenfalls kann
noch ein Pumpensumpf 20 vorgeschaltet sein. Die Meßeinrichtung mit den zugehörigen
Instrumenten usw. ist nur schematisch und striclipunktiert mit Ziffer 14 angedeutet.
Der Ablauf 5 mit Abzugsleitung 7 mündet entweder dirket in einen Auffang-behälter
21. Es kann aber auch in einen zwischengeschalteten Energievernichter, z. B. einen
Hydrozyklon 22 münden, der einseitig (siehe Ziffer 23) blindgeflanscht ist; falls
nicht ein zu regelnder Hydrozyklon oder Energieverbraucher nachgeschaltet ist. Der
Auffangbehälter 21 kann sich unterhalb de Auslaufes 24 des Hydrozyklones 22 befinden.
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Das Rohr 1 kann aus einem sehr verschleißfesten Material bzw stehen
z. B. Oxyd-Keramik, wie hochgradiges Aluminium-xyd.
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Auch sind verschleißfeste Stahllegierungen wie Weißgußeisen, Chromhartstahl,
entsprechende Nickelstähle und dergleichen möglich. Da keine rotierenden Teile und
auch keireempfindliche Lagerung vorgesehen sind und die Bewegung des Rohres in Richtung
des Pfeiles 9 bzw. entlang der Schienen 10 nur geringfügig ist (es genügt schon
ein relativ kleiner Weg von z. B. 1 mm des Krümmers bzw. des Rohres 1, um eine hinreichend
genaue Messung zu erreichen), sonst aber keine F3ewegungen auftreten, ist die gesamte
Anordnung auch in dieser Hinsicht sehr verschleißfest und robust. Zusammengefaßt
ist zu sagen, daß in einfacher Weise mit nur geringem abrasiven Verschleiß eine
"on line"-Messung des Feststoffgehaltes und gegebenenfalls entsprechende Regelung
einer Anlage möglich ist Zur Meßeinrichtung sei noch darauf hingewiesen, daß di
in der Richtung 9 vom Rohr 1 auf den Kraftaufnehmer 13 wirkenden Druckkräfte mit
zunehmendem Feststoffgehalt etwa
linear ansteigen (siehe Fig. 3).
Man kann die Meßanordnung entweder auf die Trübedichte selber eichen, oder bei entrchender
Umrechnung unter Einbeziehung der Dichten der Trägerflüssigkeit und der Partikel
auch den Feststoffgehalt selber anzeigen.
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Es empfiehlt sich eine mechanische Verriegelung 25 des Rohres l zu
einer in Fig. 1 nur gestrichelt angedeuteten Basis 2(3 auf der die Schiene 10 und
auch die Meßeinrichtung 13, 14 usw. befestigt sind. Diese Verriegelung schützt die
eßeinrichtung gegen Pumpendruckstöße bei der Inbetriebnahme und wird erst bei Erreichen
des stationären Betriebes entriegelt.
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Schließlich kann eine justierbare Feder 27 vorgesehen sein, die einerseits
am Rohr 1, z.B. dessen Umlenkbereich 8, und andererseits bei 28 an der Basis 26
befestigt ist. Durch die im einzelnen nicht dargestellte Justiermöglichkeit dieser
Feder ist die Anpassung der Meßeinrichtung an verschiedene Fetsteffkonzentrationsbereiche
möglich, ohne hierfür verschiedurle Kreftmeßdosen benützen zu müssen, da die zu
messende Kraft genauer eingegrenzt werden kann. Auch zur Linearisierung des Kraftverlaufs
dient die justierbare Feder (Schraubenfeder mit linearer Kennlinie). Die elastischen
Verbindungselemente (z.0. Schläuche) tragen nicht zur Kraftüburtragung bei. Falls
konstruktiv und hinsichtlich des zu erwartenden Verschleißes möglich, kann auch
eine Kraftmeßeinrichtung unmittelbar im abgekrümmten Bereich 8 bzw. in der Krürnrnerwand
vorgesehen werden, um dort von der Zentrifugalkraft beaufschlagt zu werden. Diese
Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Versuche haben gezeigt, daß die Meßergebnisse einer derartigen Anordnung,
die als dynamisches Pyknometer bezeichnet werden kann, zum Feststoffgehalt der durchgeschickten
Suspension in einer reproduzierbaren Relation stehen.
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Nachstehend werden in Verbindung mit Figur 3 die Zahlen
eines
detaillierten Ausführungsbeispieles mit den Ergebnissen der zugehörigen Meßreihe
erläutert: Fig. 3 zeigt das Ergebnis einer derartigen Meßreihe, bei der der Feststoffgehalt
(Quarzsand) zunächst schrittweise von 0 (reines Wasser) bis auf 360 g/l (Trübedichte
1,224 kg/ 1) gesteigert und dann bis hinunter auf 5n g/l abgernagert.
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wurde. Aufgetragen wurden die Differenzwerte der Kräfte N, gemessen
an der Kraftmeßdose, und zwar über dem Feststoffgehalt der Aufgabesuspension in
g/l. Die Abhängigkeit der Kraftanzeige vom Feststoffgehalt erweist sich als linear.
Die Kraftanzeige, gemessen an der Kraftmeßdose in Milliampere, stieg - nach entsprechender
Nullpunkts-Justierung - von 0 (reines Wasser) auf 8,6 (bei 360 g/l Feststoffgehalt),
was - nach Ermittlung der Eichkurve -einem Kraftanstieg auf 210 Newton entspricht.
Die Lineargeschwindigkeit im durchströmten Krümmer 1, bzw. 8 wurde bei 7,8 + 0,1
m/s konstant gehalten. Der Druckverlust im Krümmer steigerte sich dabei von 0,4
auf 0,52 bar. Die Temperatur wurde im Meßbereich auf 21 + 1"C gehalten (st.S-tistische
Schwankungen während 85 Minuten Meßdauer).
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Der verwendete Meßkrümmer hatte einen lichten Durchmesser 2 von 44
mm, was einem Querschnitt von 15,2 cm entspricht.
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Bei 7,8 m/s linearer Durchflußgeschwindigkeit entspricht das einem
Strömungsvolumen von 0,152'78 = 11,86 dcm³/s bzw.
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42,68 m³/h. Der mittlere Radius des 180°-Krümmers war 112 mm, der
Umfang somit 3,5 dm, wozu beiderseitig je 30 mm gerader Stutzenansatz kommen. Das
erzeugte zentrifugale Beschleunigungsvielfache erreicht, bei 7,8 m/s Lineargeschwindigkeit,
den Wert 55, 4 g.
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Aufgrund der in Fig. 3 erkennbaren Streuungen kann mit einer reproduzierbaren
Meßgenauigkeit von + 20 g/l Feststoffgehalt (bzw. + 0,012 kg/l Trübedichte) gerechnet
werden. Das ist für die automatische Regulierung von Anlagen der Mineralaufbereitung
ausreichend. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen, diesen Toleranzwert auf die Hälfte
herabzudrücken, sind möglich.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der zueinander und zur Kraftkomponentenrichtung
9 parallelen Führungen des Rohres.
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'.ie bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus 29, die an ihren Enden
30 mit der Basis 26 fest verbunden sind. Diese Stangen 2'3 verlaufen parallel zu
den einander parallelen Armen 3, 4 bzw. 6, 7 des Rohres und damit parallel zur Kraftkomponentenrichtung
9. Auf ihnen laufen Kugellager, die in den Ansätzen 31, die ihrerseits fest mit
dem Rohr verbunden sind, z. B. über einen Zwischenträger 32.
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- Ansprüche -
- Leerseite -