DE4035518C2

DE4035518C2 - Verfahren und Anordnung zur meßtechnischen Bestimmung des Volumenstroms von mittels einer Kolbendickstoffpumpe transportiertem Fördergut

Info

Publication number: DE4035518C2
Application number: DE19904035518
Authority: DE
Inventors: Konrad Schwarzenauer; Christof Schnitzler
Original assignee: Putzmeister-Werk Maschinenfabrik 72631 Aichtal GmbH; Putzmeister Werk Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Putzmeister Concrete Pumps GmbH
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-11-09
Also published as: DE4035518A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur meßtechnischen Bestimmung des Förderstroms von mittels einer mindestens einen Förderzylinder aufweisenden Kolbendickstoffpumpe durch eine Förderleitung transportiertem Fördergut, bei welchem die Hubfrequenz sowie das Fördervolumen der einzelnen Druckhübe ermittelt und zur rechnerischen Bestimmung des Volumenstroms ausgewertet werden.

Unter Dickstoffen sollen im folgenden Feststoff-Flüssig gemische mit mehr oder weniger hohem Feststoffanteil verstanden werden, wie sie beispielsweise bei teilent wässerten Klärschlämmen, bei Kohlestaub-Flüssiggemischen oder bei Beton auftreten.

Es ist bekannt, den Volumenstrom einer Kolbenpumpe aus dem Produkt der zeitlichen Häufigkeit der Hübe (Hubfre quenz) n mit dem Inhalt des Förderzylinders V_z zu be stimmen:

q = nV_z (1)

Hierbei ist noch nicht berücksichtigt, daß das Förder gut aufgrund von Luftansaugung und Lufteinschlüssen nicht das gesamte Zylindervolumen ausfüllt und zunächst auf den Förderdruck komprimiert werden muß, bevor die Fördergutsäule in der Förderleitung in Bewegung gesetzt wird. Dieser Effekt kann in (1) durch Hinzunahme eines weiteren, den Füllgrad definierenden Faktor r1 berück sichtigt werden:

q = nV_zr (2)

Üblicherweise wird der Füllgrad r als konstanter Faktor angenommen. Dabei wird nicht berücksichtigt, daß der Füllgrad dadurch beeinflußt werden kann, daß der abso lute Druck in der Förderleitung von Störgrößen, wie Länge, Beschaffenheit, Form und Querschnitt der Förder leitung sowie der Viskosität des Förderguts abhängig ist und daß die angesaugte Luftmenge je nach Konsistenz und Vorpressung des im Saughub aus einem Einfülltrich ter angesaugten Förderguts und je nach Füllstand im Einfülltrichter in weiten Grenzen variieren kann. Die Annahme eines konstanten Füllgrades führt daher bei der Bestimmung des Volumenstroms von Dickstoffen häufig zu nicht tolerierbaren Fehlern.

Aus der DE-OS 33 03 787 ist es bei einem Pumpensystem zur Senkrechtförderung von aufeschlämmtem Gut an sich bekannt, den Fluiddruck in der Förderleitung mittels eines Druckwertgebers kontinuierlich zu ermitteln und das Ausgangssignal des Druckwertgebers dazu zu verwenden, einen drehzahlvariablen Pumpantrieb einzustellen, um hierdurch einen geeigneten Durchsatz in der Förderleitung aufrechtzuerhalten. Das Pumpensystem besteht dort jedoch aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Rotationskolbenpumpen, die zusammen einen mehr oder weniger kontinuierlichen Volumenstrom erzeugen, ohne Auszeiten bzw. alternierende Hoch- und Tiefdruckpegeln, so daß das Druckwertgebersignal direkt als Steuersignal verwendet werden kann.

Weiterhin ist es aus der US-PS 4,419,898 und der US-PS 4,780,834 bei einem Verfahren und einem Apparat zur Messung des Massenstroms eines Fluids in einer Leitung an sich bekannt, mit dem Volumenstrom variierende Parameter, wie etwa den Fluiddruck p, kontinuierlich mittels geeigneter Meßwertgeber zu bestimmen. Die dort entwickelten Meßprinzipien lassen sich jedoch bei einer zyklisch oder diskontinuierlich mit feststoffhaltigen Dickstoffen beaufschlagten Förderleitung nicht zur Förderstrommessung- bzw. -regelung anwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Fördermengenmessung von Dickstoffen zu entwickeln, womit einem variablen Füllgrad des Förderzylinders unabhängig von dessen Ursache Rech nung getragen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung die in den Ansprüchen 1 sowie 24 bis 26 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß aus dem Strömungs- bzw. Druckverlauf in der Förderleitung Rückschlüsse dahingehend gezogen werden können, wie lang die Kompressionszeit und wie lang die effektive Förderzeit dauert. Aus dem Verhältnis zwischen der effektiven Förderzeit und der Gesamthubzeit gegebenenfalls unter zusätzlicher Berücksichtigung von Auszeiten läßt sich der Füllgrad des Förderzylinders für jeden Hub bestimmen, und zwar unabhängig von den Ursachen, die zu einem variablen Füllgrad führen können.

Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Förderdruck in der Förderleitung kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitschritten fortlaufend gemessen wird und daß aus dem zeitabhängigen Amplitudenverlauf des gemessenen Förderdrucks sowohl der zeitliche Ab stand zwischen aufeinanderfolgenden Druckhüben zur Bestimmung der Hubzahl, als auch der Füllgrad des Förderzylinders zur Bestimmung des effektiven Fördervolumens je Druckhub ermittelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bestimmung des Füllgrades bei jedem Druckhub eine effektive Förderzeit gemessen, während der der Förderdruck größer als ein vorgegebener Druckschwell wert ist. Der Druckschwellwert kann dabei als Zwischen wert zwischen je einem aus dem gemessenen Amplitudenverlauf bestimmten Tiefdruckpegel und Hochdruckpegel ermittelt werden, beispielsweise nach der Beziehung

p_s = p_t + k (p_h-p_t) (3)

wobei p_s den Druckschwellwert, p_t den Tiefdruckpegel, p_h den Hochdruckpegel und k<1 eine empirisch zu er mittelnde Konstante bedeuten.

Der die Hubzahl bestimmende zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Druckhübe wird vorteilhafterweise aus der Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgen den abfallenden Amplitudenflanken des Förderdrucks ermittelt. Dabei kann der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Druckhübe aus der Hubzeit des Druckhubs und einer gegebenenfalls vorgegebenen oder gemessenen Auszeit additiv zusammengesetzt sein. Unter Auszeiten sind beispielsweise zu verstehen Stillstands zeiten des Kolbens verursacht durch Abschalten, Umschal ten zwischen zwei Zylindern bei Mehrzylinder- oder Zweizylinderpumpen, Saugphase bei Einzylinderpumpen oder Blockieren der Pumpe infolge einer Störung. Weiter kann die unterschiedliche Kolbengeschwindigkeit während der Kompressions- und Förderphase durch eine gegebenenfalls negative Auszeit in Ansatz gebracht werden.

Der Füllgrad r des Förderzylinders kann somit bei jedem Druckhub wie folgt bestimmt werden:

wobei T₁ die effektive Förderzeit, T₂ der zeitliche Druckhubabstand und T_A die Auszeit bedeuten.

Durch Einsetzen von (4) in (2) unter Berücksichtigung der Beziehung

n = 1/T₂ (9)

erhält man für den Volumenstrom die Beziehung

Da das mittlere Druckniveau in der Förderleitung aus verschiedenen Gründen zeitlich variieren kann, beispiels weise weil

- die Fördersäule entlang der Förderleitung unter schiedlich hoch sein kann und der statische Druck dadurch verändert wird,
- der Förderwiderstand in der Förderleitung aufgrund unterschiedlicher Konsistenz, Betätigen von Schie bern oder Zuschalten von Förderleitungen variiert,
- die Viskosität und/oder die Dichte des Fördermediums sich ändert,

muß auch der Druckschwellwert an den sich dadurch än dernden Tiefdruck- und Hochdruckpegel ständig angepaßt werden.

Dies kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfolgen, daß die Amplitudenmeßwerte des Förderdrucks mit vorgegebener Sampling-Rate digital umgesetzt und nach Maßgabe ihrer Größe in verschiedene Zählspeicher unter Auslösen eines Zählvorgangs sortiert werden, und daß das bei einem Meßzyklus aus den Zähl werten aller Zählspeicher erhaltene Häufigkeitsspektrum unter Ermittlung eines dem Tiefdruckpegel zugeordneten unteren und eines dem Hochdruckpegel zugeordneten obe ren Häufigkeitsmaximums ausgewertet und daraus der zwischen diesem liegende Druckschwellwert ermittelt wird. Die Sampling-Rate beträgt dabei zweckmäßig ein Vielfaches, vorzugsweise das 10²- bis 10⁴fache der Hubfrequenz.

Um Verfälschungen bei der Bestimmung der Tief- und Hochdruckpegel und damit des Druckschwellwerts zu ver meiden, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Zählwerte der einzelnen Zählspeicher unter Bildung eines gefilterten Häufigkeitsspektrums mit den Zählwerten benachbarter Zählspeicher mit in Abhängigkeit vom gegenseitigen Abstand abnehmender Wichtung additiv verknüpft werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß jedem Amplitudenwert die Nachbarwerte z. B. mit dem Faktor 5, 4, 3, 2 und 1 hinzuaddiert werden. Eine Drift in den genannten Schwerpunkten kann dadurch erfaßt werden, daß der zur Bildung des Häufigkeitsspektrums durchgeführte Meßzyklus in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt wird, wobei die Zählwerte des gefilterten Häufigkeits spektrums des zuletzt erfaßten Meßzyklus mit den niedriger gewichteten Zählwerten des gefilterten Häufigkeitsspektrums aus dem vorhergehenden Meßzyklus unter Bildung eines der Auswertung zugeführten Summenspektrums additiv verknüpft werden können.

Durch diese statistische Auswertung der Meßwerte wird nur der Druckschwellwert zwischen der Tiefdruckphase und der Hochdruckphase festgelegt. Die eigentliche Zeitmessung (effektive Förderzeit), die für die Bestim mung des Füllgrades und damit für die Förderstrommessung notwendig ist, wird bei jedem einzelnen Druckhub durchgeführt. Weiter wird bei jedem Pumpzyklus die Hubzeit ermittelt, um die Anzahl der Hübe pro Zeiteinheit (pro Stunde) zu aktualisieren und damit den Förderstrom berechnen zu können. Die Hubzeit und damit die Hubzahl kann dabei zeitabhängig variieren, weil

- der Kolben mehr oder weniger schnell läuft,
- der Öldruck oder Ölfluß der Antriebshydraulik ver ändert wird,
- der Widerstand in der Förderleitung variiert
- im Beschickungsbehälter ein variabler Füllstand vorhanden ist.

Mit der erfindungsgemäßen Meßmethode ist zusätzlich eine Funktionskontrolle möglich, indem das Häufigkeits spektrum hinsichtlich des Vorhandenseins signifikanter Häufigkeitsmaxima und/oder der Einhaltung eines vorge gebenen Abstands zwischen den Häufigkeitsmaxima und/oder des Vorliegens von Meßwerten oberhalb oder unterhalb vorgegebener Grenzwerte zum Zwecke der Fehlerüberwachung und -steuerung ausgewertet wird.

Der aus den Druckmeßwerten berechnete Volumenstrom kann beispielsweise auf einem Display oder einem Bildschirm zur Anzeige gebracht oder in ein analoges Spannungs- oder Stromsignal umgewandelt und zur Förderstromrege lung herangezogen werden.

Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens weist einen in der Förderlei tung angeordneten Drucksensor zur laufenden Messung des Förderdrucks und eine mit dem Ausgangssignal des Druck sensors beaufschlagte elektronische Auswerteeinheit zur Bestimmung der Hubfrequenz und des Füllgrades des För derzylinders und des daraus abgeleiteten Volumenstroms auf.

Im einfachsten Fall kann der Drucksensor als auf einen einstellbaren Druckschwellwert ansprechender Druckschal ter ausgebildet werden, wobei zusätzlich ein unter der Bedingung Förderdruck < Druckschwellwert auslösbarer Zeitzähler zur Bestimmung der effektiven Förderzeit und des daraus abgeleiteten Füllgrades vorgesehen sein kann.

Vorteilhafterweise weist die elektronische Auswerteein heit einen mit dem Ausgangssignal des Drucksensors beauf schlagbaren Analog/Digital-Wandler und einen mikropro zessorgesteuerten Amplitudenzähler zur Auslösung von Zählvorgängen in einer Vielzahl von Zählspeichern nach Maßgabe der Größe der vom Analog/Digital-Wandler mit vorgebbarer Sampling-Rate ausgegebenen digitalen Meß werte auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die elektronische Auswerteeinheit zusätzlich ein Programm zur Auswertung der bei einem Meßzyklus er mittelten Zählergebnisse unter Bestimmung eines einem Tiefdruckpegel zugeordneten unteren Häufigkeitsmaximums und eines einem Hochdruckpegel zugeordneten oberen Häufigkeitsmaximums sowie eines zwischen den Tief- und Hochdruckpegeln liegenden Druckschwellwerts sowie einen unter der Bedingung Förderdruck < Druckschwellwert auslösbaren Zeitzähler zur Bestimmung der effektiven Förderzeit und des daraus abgeleiteten Füllgrades auf.

Weiter kann ein Programm zur Ermittlung der Stellgröße eines Volumenstromreglers aus der Abweichung des ermit telten Volumenstroms von einem Sollwert nach Maßgabe eines vorgegebenen Regelalgorithmus vorgesehen werden. Der Volumenstromregler kann dabei ein mit der Stell größe beaufschlagbares Proportionalventil als Stell glied aufweisen, des in einer Antriebshydraulik des Förderzylinders angeordnet ist.

Eine alternative Verfahrensweise zur Lösung der Erfindungsaufgabe sieht vor, daß bei jedem Druckhub der Füllgrad r des Förderzylinders nach Maßgabe des Zeitpunkts, in welchem die Fördergutsäule in der Förderleitung in Bewegung gesetzt wird, bestimmt wird, und daß der Förderstrom bzw. die Fördermenge unter Berücksichtigung des Füllgrads r aus der Beziehung q=n · V_z · r bestimmt wird, wobei n die Hubfrequenz bzw. Hubzahl und V_z den Hubraum des Förderzylinders bedeuten. Der Füllgrad r kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß in der effektiven Förderzeit T₁, also zwischen dem Zeitpunkt t_a, in welchen die Fördergutsäule in Bewegung gesetzt wird und dem Zeitpunkt des Strömungsendes t_e, der zurückgelegte Kolbenweg h₁ des Förderzylinders gemessen und der Füllgrad des Förderzylinders aus der Beziehung

r = h₁/h₀ (11)

abgeleitet wird, wobei h₀ den Kolbenhub des Förderzylinders bedeutet. Dabei kann der Zeitpunkt t_e beispielsweise als Zeitpunkt des Druckhubendes festgelegt sein, wenn die Förderleitung zur Vermeidung von Rückstromverlusten am Ende eines jeden Druckhubs für den Durchtritt von Fördergut gesperrt wird. Die Zeitpunkte t_a, t_e können jedoch auch unter Verwendung von Ultraschall oder mittels eines Strömungsmeßkörpers meßtechnisch bestimmt werden.

Gemäß weiteren verfahrensmäßigen Lösungen der Erfindungsaufgabe kann der Füllgrad r nach Maßgabe des Zeitpunkts, in welchem das Fördergut auf einen vorgegebenen Förderdruck komprimiert ist, bestimmt werden, oder durch Bildung des Quotienten (T₁/(T₂-T_A)), wobei T₁ die effektive Förderzeit, T₂ der zeitliche Druckhubabstand und T_A eine gegebenenfalls vorgegebene oder gemessene Auszeit bedeuten, und wobei der Förderstrom bzw. die Fördermenge unter Berücksichtigung des Füllgrads r aus Beziehung (2) bestimmt wird.

Vorzugsweise wird bei der Bestimmung des Füllgrades r die unterschiedliche Kolbengeschwindigkeit während der Kompressions- und Förderphase berücksichtigt, beispielsweise durch einen gegebenenfalls negativen Auszeitanteil T_A.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema einer Anordnung zur Messung, Steue rung und Regelung des Volumenstroms von Förder gut einer Dickstoffpumpe;

Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Förder drucks in der Förderleitung der Dickstoffpumpe nach Fig. 1;

Fig. 3 aus dem Druckverlauf aufgenommene Häufigkeits spektren der Förderdruckamplitude;

Fig. 4 aus den Spektren nach Fig. 3 abgeleitete gefil terte Häufigkeitsspektren.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Dickstoffkolben pumpe 1 besteht im wesentlichen aus zwei Förderzylin dern 10, 12, deren stirnseitige Öffnungen 14, 16 in einen über eine Vorpreßeinrichtung 17 beschickbaren Material aufgabebehälter 18 münden und abwechselnd während des Druckhubs über eine Rohrweiche 20 mit einer Förderlei tung 22 verbindbar und während des Saughubs unter Ansau gen des Förderguts 24 zum Materialaufgabebehälter 18 hin offen sind. Die Förderzylinder 10, 12 werden über hydrau lische Antriebszylinder 26, 28 über ein symbolisch ange deutetes Wegeventil 29 im Gegentakt angetrieben. Zu diesem Zweck sind die Förderkolben 30, 32 über eine gemeinsame Kolbenstange 34, 36 mit den Kolben 38, 40 der Antriebszylinder 26, 28 verbunden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Antriebszylinder 26, 28 bodenseitig über Druckleitungen 44, 46 mit Hilfe einer nicht dargestellten Hydropumpe abwechselnd mit Drucköl beaufschlagt. An ihrem stangenseitigen Ende sind die Antriebszylinder 26, 28 durch eine Verbindungsleitung 48 hydraulisch miteinander gekoppelt. Die Beaufschlagung der Antriebszylinder mit Druckflüssigkeit erfolgt über das über einen Schalter 49 elektromagnetisch betätig bare Pumpe-Ein-Ventil 50, während das Fördervolumen der Antriebszylinder und damit auch der Förderzylinder über Proportionalventil 52 gesteuert und/oder geregelt wer den kann.

Mit der Förderleitung 22 kommuniziert ein Drucksensor 24, dessen Ausgang über die Signalleitung 55 und einen nicht dargestellten Analog/Digital-Wandler mit dem Eingang einer mikroprozessorgesteuerten Auswerteelektro nik 56, die vorzugsweise einen Einplatinenrechner mit Digitalanzeige 58 enthält, verbunden ist. Über einen Anschluß 60 der Auswerteelektronik 56 kann das Pumpe- Ein-Ventil 50 angesteuert und/oder dessen Zustand über wacht werden. Ein weiterer Anschluß 62 der Auswerte elektronik 56 ist zur Hubzeit-Überwachung und damit zur Funktionskontrolle der Pumpe mit einer Signallampe 64 verbunden. Schließlich enthält die Auswerteelektronik 56 noch zwei Regelanschlüsse 66, 68, die über Umschalter 67, 69 und einen Regelverstärker 70 mit dem Proportional ventil 52 verbindbar sind. Alternativ hierzu kann das Magnetventil 52 auch über ein von Hand verstellbares Potentiometer 74 angesteuert werden.

Der mit dem Drucksensor 54 gemessene Amplitudenverlauf des Förderdrucks in der Förderleitung 22 ergibt sich aus dem Diagramm nach Fig. 2. Jeder Pumpzyklus ist erkennbar in eine Kompressions- oder Tiefdruckphase und eine Förder- oder Hochdruckphase unterteilt, die über eine schräge Anstiegsflanke ineinander übergehen. Der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Druck hübe wird am besten aus der Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden abfallenden Amplitudenflanken des Förderdrucks ermittelt. Beim kontinuierlichen Betrieb entspricht der zeitliche Hubabstand der Hubzeit T₀, wäh rend beim diskontinuierlichen Betrieb sich der zeit liche Hubabstand T₂ aus der Hubzeit T₀ und einer vorgege benen oder gemessenen Auszeit T_A additiv zusammensetzt. Die effektive Förderzeit T₁ ist definiert durch die Zeit innerhalb eines Druckhubes, in der der Förderdruck p größer als ein Druckschwellwert p_s ist.

Der Amplitudenverlauf des Drucksignals gemäß Fig. 2 wird zur Bestimmung des aktuellen Schwellwerts p_s inner halb vorgegebener Meßzyklen in der mikroprozessorge steuerten Auswerteelektronik 56 unter Erzeugung eines Häufigkeitsspektrums H(p) statistisch ausgewertet. Zu diesem Zweck werden die Amplitudenmeßwerte des Förder drucks mit vorgegebener Sampling-Rate in einem Analog/Di gital-Wandler digital umgesetzt und nach Maßgabe ihrer Größe in verschiedene Zählspeicher unter Auslösen eines Zählvorgangs sortiert. In Fig. 3 ist das bei zwei auf einanderfolgenden Meßzyklen aus den Zählwerten aller Zählspeicher erhaltene Häufigkeitsspektrum in Form von durchgezogenen Balken für den letzten Meßzyklus und in Form von gestrichelten Balken für den vorletzten Meß zyklus in Abhängigkeit vom Förderdruck aufgetragen. Diese Spektren zeigen bereits zwei ausgeprägte Schwer punkte im Bereich des Tiefdruckpegels p_t und des Hoch druckpegels p_h. Um Verfälschungen bei der Bestimmung des Tief- und Hochdruckpegels zu vermeiden, werden die Zählwerte der einzelnen Zählspeicher (Balken in Fig. 3) unter Bildung eines gefilterten Häufigkeitsspektrums mit den Zählwerten benachbarter Zählspeicher mit in Abhängigkeit vom gegenseitigen Abstand abnehmender Wichtung additiv verknüpft. Dabei entstehen die in Fig. 4 dargestellten gefilterten Spektren, von denen die in durchgezogenen Linien dargestellten dünnen Balken zum letzten Meßzyklus und die gestrichelten Balken zum vorletzten Meßzyklus gehören. Zwischen den beiden Zyk len wandern die Schwerpunkte des Tiefdruckpegels p_t und des Hochdruckpegels p_h und damit auch der aus diesen beiden nach der Beziehung (3) bestimmte Druckschwell wert p_s in Richtung kleinere Werte. Die Füllgrad-Bestim mung, die maßgeblich durch den Druckschwellwert p_s beein flußt wird, paßt sich also dem variablen Absolutdruck in der Förderleitung an. Zusätzlich kann die Drift der Schwerpunkte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßzyk len mit numerischen Mitteln dadurch noch gedämpft, daß die Zählwerte des gefilterten Häufigkeitsspektrums des zuletzt erfaßten Meßzyklus (durchgezogene dünne Balken) mit den niedriger gewichteten Zählwerten des gefilter ten Häufigkeitsspektrums aus dem vorhergehenden Meßzyk lus (gestrichelte Balken) unter Bildung eines der Aus wertung zugeführten Summenspektrums (fette aufgesetzte Balkenstücke in Fig. 4) additiv verknüpft werden.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin dung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur meßtechnischen Bestimmung des Förderstroms von Fördergut, das mittels einer Kolbendickstoffpumpe 1 durch eine Förderleitung 22 transportiert wird. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß aus dem Druck verlauf in der Förderleitung Rückschlüsse auf den Füll grad des Förderzylinders gezogen werden können, die für eine genaue Volumenstrombestimmung notwendig sind. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Förderdruck in der Förderleitung 22 mittels eines Drucksensors 54 kontinuierlich oder in vorgegebe nen Zeitschritten fortlaufend gemessen wird und daß aus dem zeitabhängigen Amplitudenverlauf des gemessenen Förderdrucks sowohl der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Druckhüben zur Bestimmung der Hubzahl bzw. der Hubfrequenz, als auch der Füllgrad des Förderzylinders zur Bestimmung des effektiven Förder volumens je Druckhub ermittelt werden.

Claims

1. Verfahren zur meßtechnischen Bestimmung des Volu menstroms von mittels einer mindestens einen För derzylinder aufweisenden Kolbendickstoffpumpe durch eine Förderleitung transportiertem Förder gut, bei welchem die Hubfrequenz sowie das Förder volumen der einzelnen Druckhübe ermittelt und zur rechnerischen Bestimmung des Volumenstromes ausge wertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderdruck (p) in der Förderleitung kontinuier lich oder in vorgegebenen Zeitschritten fortlau fend gemessen wird, und daß aus dem zeitabhängigen Amplitudenverlauf des gemessenen Förderdrucks der zeitliche Abstand (T₂) zwischen aufeinanderfol genden Druckhüben zur Bestimmung der Hubfrequenz sowie der Füllgrad (r) des Förderzylinders zur Bestimmung des effektiven Fördervolumens je Druck hub ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Füllgrades (r) bei jedem Druckhub eine effektive Förderzeit (T₁) gemessen wird, während der der Förderdruck (p) größer als ein vorgegebener Druckschwellwert (p_s) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschwellwert (p_s) als Zwischenwert zwischen je einem aus dem gemessenen Amplituden verlauf bestimmten Tiefdruckpegel (p_t) und Hoch druckpegel (p_h) ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschwellwert p_s aus dem Tiefdruck pegel p_t und dem Hochdruckpegel p_h nach der Beziehung p_s = p_t + k (p_h - p_t)bestimmt wird, wobei 0 < k < 1 eine empirisch zu er mittelnde Konstante bedeutet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand (T₂) zweier aufeinanderfolgender Druckhübe aus der Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden abfallenden Amplitudenflanken des Förderdrucks (p) ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand (T₂) zweier aufeinanderfolgender Druckhübe aus der Hubzeit (T₀) des Druckhubs und einer gegebenen falls vorgegebenen oder gemessenen Auszeit (T_A) additiv zusammengesetzt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllgrad (r) des Förderzylinders bei jedem Druckhub durch Bildung des Quotienten T₁/(T₂-T_A) bestimmt wird, wobei T₁ die effektive Förderzeit T₂ der zeitliche Druckhubabstand und T_A die Auszeit bedeuten.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß eine variable Kolbengeschwindigkeit im Verlauf eines Druckhubs bei der Bestimmung des Füllgrads (r) durch einen gegebenenfalls negativen Auszeit anteil (T_A) in Ansatz gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Volumenstrom q durch die Bezie hung bestimmt wird, wobei T₁ die effektive Förderzeit je Druckhub, T₂ den zeitlichen Druckhubabstand, T_A die vorgegebene Auszeit und V_z das Hubvolu men des Förderzylinders bedeuten.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßwerte des Förderdrucks mit vorgegebener Sampling-Rate digital umgesetzt und nach Maßgabe ihrer Größe in verschiedene Zählspeicher unter Auslösen eines Zählvorgangs sortiert werden, und daß das bei einem Meßzyklus aus den Zählwerten aller Zählspei cher erhaltene Häufigkeitsspektrum unter Ermitt lung eines einem Tiefdruckpegel (p_t) zugeordneten unteren und eines einem Hochdruckpegel (p_h) zuge ordneten oberen Häufigkeitsmaximums ausgewertet wird und daraus der zwischen diesen liegende Druck schwellwert (p_s) ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sampling-Rate ein Vielfaches, vorzugsweise das 10²- bis 10⁴fache der Hubfrequenz beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zählwerte der einzelnen Zählspei cher unter Bildung eines gefilterten Häufigkeits spektrums mit den Zählwerten benachbarter Zählspei cher mit in Abhängigkeit vom gegenseitigen Abstand abnehmender Wichtung additiv verknüpft werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß der zur Bildung des Häufigkeitsspektrums durchgeführte Meßzyklus vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Zählwerte des gefilterten Häufigkeits spektrums des zuletzt erfaßten Meßzyklus mit den niedriger gewichteten Zählwerten des gefilterten Häufigkeitsspektrums aus dem vorhergehenden Meß zyklus unter Bildung eines der Auswertung zugeführ ten Summenspektrums additiv verknüpft werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß der ermittelte Volumen strom mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und die Sollwertabweichung zur Bildung einer Stell größe für die Ansteuerung eines vorzugsweise die Hubfrequenz variierenden Stellglieds zum Zwecke der Volumenstromregelung verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß der gemessene Volumen strom an einer Anzeige oder einem Bildschirm lau fend angezeigt und/oder über einen Drucker proto kolliert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da durch gekennzeichnet, daß das Häufigkeitsspektrum hinsichtlich des Vorhandenseins signifikanter Häufigkeitsmaxima und/oder der Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zwischen den Häufigkeits maxima und/oder des Vorliegens von Meßwerten ober halb oder unterhalb vorgegebener Grenzwerte zum Zwecke der Fehlerüberwachung und -steuerung ausge wertet wird.

18. Anordnung zur meßtechnischen Bestimmung des Volu menstroms von mittels einer mindestens einen För derzylinder (10, 12) aufweisenden Kolbendickstoff pumpe (1) durch eine Förderleitung (22) transpor tiertem Fördergut (24) zur Durchführung des Ver fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und 24 bis 27, gekenn zeichnet durch einen in der Förderleitung angeord neten Drucksensor (54) zur laufenden Messung des Förderdrucks (p) und einer mit dem Ausgangssignal des Drucksensors (54) beaufschlagten elektronischen Auswerteeinheit (56) zur Bestimmung der Hubfrequenz und des Füllgrades des Förderzylinders und des daraus abgeleiteten Volumenstroms.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß der Drucksensor als auf einen einstell baren Druckschwellwert (p_s) ansprechender Druck schalter ausgebildet ist und daß ein unter der Bedingung Förderdruck (p) < Druckschwellwert (p_s) auslösbarer Zeitzähler zur Bestimmung der effekti ven Förderzeit (T₁) und des daraus abgeleiteten Füllgrades (r) vorgesehen ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Auswerteeinheit (56) einen mit dem Ausgangssignal des Drucksensors (54) beaufschlagbaren A/D-Wandler und einen mikro prozessorgesteuerten Amplitudenzähler zur Auslö sung von Zählvorgängen in einer Vielzahl von Zähl speichern nach Maßgabe der Größe der vom A/D-Wand ler mit vorgegebener Sampling-Rate ausgegebenen digitalen Meßwerte aufweist.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß die elektronische Auswerteeinheit (56) zusätzlich ein Programm zur Auswertung der bei einem Meßzyklus ermittelten Zählergebnisse unter Bestimmung eines einem Tiefdruckpegel (p_t) zugeord neten unteren Häufigkeitsmaximums und eines einem Hochdruckpegel (p_h) zugeordneten oberen Häufigkeits maximums und eines zwischen den Tief- und Hoch druckpegeln liegenden Druckschwellwerts (p_s) sowie einen unter der Bedingung Förderdruck (p) < Druck schwellwert (p_s) auslösbaren Zeitzähler zur Bestim mung der effektiven Förderzeit (T₁) und des daraus abgeleiteten Füllgrades (r) aufweist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, gekennzeichnet durch ein Programm zur Ermittlung der Stellgröße eines Volumenstromreglers aus der Abweichung des ermittelten Volumenstroms von einem Sollwert nach Maßgabe eines vorgegebenen Regelal gorithmus.

23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß der Volumenstromregler ein mit der Stell größe beaufschlagbares Proportionalventil (52) als Stellglied aufweist, das in einer Antriebshydrau lik (26, 28) des Förderzylinders (10, 12) angeordnet ist.

24. Verfahren zur Bestimmung des Förderstroms oder der Fördermenge von mittels einer mindestens einen Förderzylinder aufweisenden Kolbendickstoffpumpe durch eine Förderleitung in Form einer Fördergutssäule transportiertem Fördergut, bei welchem die Hubfrequenz oder die Hubzahl sowie das Fördervolumen der einzelnen Druckhübe ermittelt und zur rechnerischen Bestimmung des Förderstroms oder der Fördermenge ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Druckhub der Füllgrad (r) des Förderzylinders nach Maßgabe des Zeitpunkts, in welchem die Fördergutsäule in der Förderleitung in Bewegung gesetzt wird, bestimmt wird, und daß der Förderstrom bzw. die Fördermenge unter Berücksichtigung des Füllgrads (r) aus der Beziehung q = n V_z rbestimmt wird, wobei n die Hubfrequenz bzw. Hubzahl und V_z den Hubraum des Förderzylinders bedeuten.

25. Verfahren zur Bestimmung des Förderstroms oder der Fördermenge von mittels einer mindestens einen Förderzylinder aufweisenden Kolbendickstoffpumpe durch eine Förderleitung in Form einer Fördergutssäule transportiertem Fördergut, bei welchem die Hubfrequenz oder die Hubzahl sowie das Fördervolumen der einzelnen Druckhübe ermittelt und zur rechnerischen Bestimmung des Förderstroms oder der Fördermenge ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Druckhub der Füllgrad (r) des Förderzylinders nach Maßgabe des Zeitpunkts, in welchem das Fördergut auf einen vorgegebenen Förderdruck komprimiert ist, bestimmt wird, und daß der Förderstrom bzw. die Fördermenge unter Berücksichtigung des Füllgrads (r) aus der Beziehung q = n V_z rbestimmt wird, wobei n die Hubfrequenz bzw. Hubzahl und V_z den Hubraum des Förderzylinders bedeuten.

26. Verfahren zur Bestimmung des Förderstroms oder der Fördermenge von mittels einer mindestens einen Förderzylinder aufweisenden Kolbendickstoffpumpe durch eine Förderleitung in Form einer Fördergutssäule transportiertem Fördergut, bei welchem die Hubfrequenz oder die Hubzahl sowie das Fördervolumen der einzelnen Druckhübe ermittelt und zur rechnerischen Bestimmung des Förderstroms oder der Fördermenge ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllgrad (r) des Förderzylinders bei jedem Druckhub durch Bildung des Quotienten (T₁/T₂-T_A) bestimmt wird, wobei T₁ die effektive Förderzeit, T₂ der zeitliche Druckhubabstand und T_A eine gegebenenfalls vorgegebene oder gemessene Auszeit bedeuten, und daß der Förderstrom bzw. die Fördermenge unter Berücksichtigung des Füllgrads (r) aus der Beziehung q = n V_z rbestimmt wird, wobei n die Hubfrequenz bzw. Hubzahl und V_z den Hubraum des Förderzylinders bedeuten.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Füllgrades (r) die unterschiedliche Kolbengeschwindigkeit während der Kompressions- und Förderphase berücksichtigt wird.