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Vorrichtung zum Abzweigen eines Teilstromes aus Staubgasströmen mit
gleicher Staubzusammensetzung Allgemein wird als Bedingung für die richtige Bestimmung
des Staubgehaltes eines Gasstromes durch Teilstrommessung angegeben, daß im Absaugerohr
die gleiche Geschwindigkeit wie im Hauptstrom herrschen müsse. Neuere Feststellungen
haben nun ergeben, daß diese Vorschrift nur einen theoretischen Wert hat, die lediglich
für den Fall zutrifft, daß das Absaugerohr eine Wanddicke Null besitzt. Sobald also
mit stofflich ausgeführten Rohren abgesaugt wird, genügt die Erfüllung dieser Bedingung
nicht mehr für eine richtige Messung; denn in diesem Falle, d. h. in allen praktischen
Fällen, wird der Hauptgasstrom durch die Wanddicke der Absaugesonde gestört.
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Die Störung macht sich im allgemeinen dadurch bemerkbar, daß am äußeren
Schlitz nicht der statische Druck abgenommen wird, sondern ein Druck, der mit der
Geschwindigkeit im Hauptgasstrom sich ändert. Die Stromlinien des Hauptgasstromes
werden durch die endliche Wanddicke abgelenkt, und wenn man eine Kammer zwecks Abnahme
des Meßdrucks im ganzen Strom an der Absaugesonde einbaut, wird diese Ablenkung
noch vergrößert. Diese Ablenkung verursacht im allgemeinen, daß der Meßdruck des
Hauptstromes durch folgende Formel wiedergegeben werden kann:
worin P = der 2vIeßdruck des Hauptstromes, st = der statische Druck an der Meßstelle
des Hauptstromes, y = das spezifische Gewicht des Gases, v = die Geschwindigkeit
des Hauptgas-Stromes an der Meßstelle, = die Beschleunigung der Schwerkraft, cl
= eine Konstante, die von der Form der Sonde abhängig ist. -cl ist im allgemeinen
nicht 0, sondern negativ, d. h. daß der Meßdruck geringer wird als der statische
Druck, und zwar um eine Größe, die mit dem Quadrat der Hauptstromgeschwindigkeit
wächst.
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Auch an dein inneren Schlitz hat man nicht immer den richtigen statischen
Druck, weil entweder durch unbeabsichtigte Kontraktion des Gasstromes oder durch
Reibungsvorgänge Fehler eintreten.
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Die Abweichungen an beiden Stellen sind aber ungefähr dem Quadrat
der Hauptstromgeschwindigkeit proportional, so daß die Möglichkeit da ist; durch
zweckentsprechende Maßnahmen zu erreichen, daß bei der richtigen Absaugegeschwindigkeit
die beiden Drücke einander- gleich werden.
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Die Erfindung ist nun in der Anordnung einer die Strömungsrichtung
ändernden Vorrichtung, die äquivalente Meßdrücke erzielt, zu sehen und besteht beispielsweise
aus einem auf der Düse verschiebbaren Stauring.
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Wie weiter unten dargelegt ist, besteht die Erfindung ferner darin,
daß die Geschwindigkeit im. Absaugerohr von der Geschwindigkeit des Hauptgasstromes,
z. B. durch Vorsehung eines Satzes Absaugesonden für ein Absaugerohr, unabhängig
gemacht wird.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist beispielsweise
ein den Erfindungsgegenstand darstellender Sondersatz dargestellt.
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Die Abb. z bis 7 zeigen Längsschnitte durch die einzelnen Sonden,
und Abb. 8 zeigt eine am Absaugerohr montierte Sonde in Ansicht.
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Es bedeuten die Bezugszeichen i die Eintrittsöffnung für die abzusaugenden
Gase, -2 denkonischen Übergang zum äußeren Sondenmantel, 3 das zylindrische Sondenstück,
q. die konische Verengung im rückwärtigen Sondenteil, 5 Spalten (kreisförmig angeordnet)
zur Messung des statischen Druckes im Sondeninneren, 6 die zu 5 zugeordnete Druckkammer,
7 den Anschluß des Meßrohres zum Messen des von 5 ausgehenden Druckes, 8 Spalten
zur Messung des statischen Druckes im Hauptgasstrom, g die zu 8 gehörige Druckkammer,
io die entsprechende Anschlußleitung zum Meßgerät, ii den Stauring, 12, 13 und 1q.
Anschlußstücke für die Gasleitung 15 und die Leitungen 7 und io. ' Der Stellring
ii wird im allgemeinen auf dem zylindrischen Teil der Sonde hinter dem äußeren Meßschlitz
8 angeordnet, so daß er einen Staudruck an der Vorderseite hervorruft, welcher bei
einer bestimmten Stellung des Stauringes ii imstande ist, den sonst bisher entstehenden
Unterdruck gerade aufzuheben. Der Staudruck dieses Stellringes ist auch wieder dem
Quadrat der Hauptstromgeschwindigkeit proportional, und von der Entfernung des Stellringes
ii zum äußeren Schlitz 8 hängt ab, wie groß der Überdruck ist, den der äußere Meßschlitz
hervorruft.
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Der Druck an dem äußeren Meßschlitz 8 kann durch folgende Formel wiedergegeben
werden:
worin alle Buchstaben die gleiche Bedeutung haben nie in der obigen Formel mit Ausnahme
der Konstanten e2, die von der Stellung des Staukörpers zum Schlitz abhängig und
in diesem Falle positiv ist. Es gibt eine Stellung des Staukörpers, wobei c2 = c,
ist, so daß bei dieser Stellung der Unterdruck, der sonst entstehen würde, durch
den Stellring aufgehoben ist. Weil beide Abweichungen des statischen Druckes dem
Quadrat der Hauptstromgeschwindigkeit proportional sind, gilt diese Einstellung
praktisch für alle Geschwindigkeiten. Die genaue Einstellung des Staukörpers an
der Sonde geschieht durch Eichung in einem Windtunnel. Erst durch diese Maßnahmen
ist es möglich, die richtige Absaugegeschwindigkeit mittels eines Differenzdruckmessers
einzustellen. Bei den schon üblichen Vorrichtungen hat man den Nachteil, daß bei
der richtigen Absaugegeschwindigkeit der Differenzdruckmesser nicht 0 anzeigt und
daß die Abweichung und somit der Fehler von der Geschwindigkeit abhängig ist. Im
obigen war der Fehler der bekannten Vorrichtungen dadurch behoben, daß man durch
den Stellring ii am äußeren Schlitz 8 den tatsächlichen statischen Druck einstellt.
Wenn an dem Schlitz der statische Druck der Hauptgasströmungherrscht, genügt die
obengenannte Einstellung des Stellringes zur Behebung aller Fehler. Wenn aber durch
die Konstruktion der Sonde auch am inneren Schlitz eine Abweichung vom statischen
Druck auftritt, ist auch dieser Fehler durch den Staukörper zu beheben. In diesem
Fall braucht nicht mehr cl gleich e2 zu sein, denn die Abweichung des Meßdruckes
an dem inneren Schlitz könnte man durch eine ähnliche Formel wie die obige wiedergeben,
in der eine dritte Konstante c3 auftritt; und dann braucht nur die Bedingung erfüllt
zu sein, daß c2 = cl. -f- c3, um bei richtiger Absaugegeschwindigkeit die Gewähr
zu haben, daß der Differenzdruck 0 anzeigt.
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In der beispielsweisen Darlegung für Staubmeßströme soll keine Beschränkung
der Anwendung der Vorrichtung gesehen werden, sondern dieselbe kann mit gleichem
Erfolg angewendet werden, z. B. bei Abzweigungen des Teilstromes von Flüssigkeiten
oder auch von staubfreien Gasgemischen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, wie bereits kurz angedeutet,
darin zu sehen, daß die Geschwindigkeit im Absaugerohr 15 von der Geschwindigkeit
des Hauptgasstromes unabhängig gemacht wird. Wenn man, wie bei den üblichen Vorrichtungen,
ein Absaugerohr hat, das über seine ganze Länge den gleichen inneren Durchmesser
aufweist, stößt man bei diesen Versuchen auf folgende Schwierigkeiten: i. Bei niedrigen
Hauptstromgasgeschwindigkeiten ist die Geschwindigkeit im Absaugerohr oft zu gering,
tun den Staub in der Schwebe zu halten, so daß sich Staubablagerungen im Rohr bilden.
Hierdurch wird das Meßergebnis nachteilig beeinflußt, indem es des öfteren erforderlich
ist, Sonde und Rohr abzumontieren und zu reinigen.
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z. Bei diesen niedrigen Hauptstromgasgeschwindigkeiten wird auch die
Höchstleistung des Apparates nicht ausgenutzt, wodurch die Versuche sehr lange dauern,
bevor man die gewünschte Staubmenge abgesaugt hat und außerdem die Regelvorrichtung
der Apparatur in einem sehr großen Bereich der Geschwindigkeiten die Einstellung
der richtigen Absaugegeschwindigkeiten ermöglichen muß.
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Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch behoben, daß
man im Absaugerohr immer eine so große Gasgeschwindigkeit einhält, daß Staubablagerungen
ganz ausgeschlossen sind (z. B. 20/3o m pro Sekunde) und für die verschiedenen mittleren
Hauptstromgasgeschwindigkeiten einzeln auswechselbare Sonden (Abb. i bis 7), die
im rückwärtigen
Teil eine entsprechende Verengung aufweisen. Bei
den Staubmessungen wird man sich also nach Messung der in dem Querschnitt auftretenden
Gasgeschwindigkeiten die richtige Absaugesonde wählen, die gestattet, die Staubmeßapparatur
voll auszunutzen, um Staubablagerungen zu vermeiden.
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In dem Falle, daß die Hauptstromgasgeschwindigkeit sehr hoch ist und
sogar höher als die oben angedeutete normale Absaugegeschwindigkeit, muß man die
Verjüngung der Absaugesonde durch eine entsprechende Erweiterung oder den normalen
Querschnitt (Abb. z) ersetzen.
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Man hat also bei einem Absaugerohr 15 einen Satz Absaugesonden, von
denen jede (Abb. Z bis 7) für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich des Hauptstromes
vorgesehen ist. Dadurch braucht die Regelvorrichtung der Staubmeßapparatur nur in
einem beschränkten Bereich einstellbar zu sein, der nur den üblichen Unterschied
in der Geschwindigkeit des Hauptstromes des gleichen Querschnittes berücksichtigt
und nicht den noch viel größeren Unterschied in der mittleren Geschwindigkeit.