DE8404449U1 - Massendurchfluss-messgeraet zur messung frei fallender fluessigkeitsstroeme - Google Patents

Description

Massendtirchfluß-MeBgerät gur Messung frei fallender

fflüssigkeitssti-ome

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Massendurchfluß-Meßgerät zur Messung frei fallender Massenströme von Flüssigkeiten auch im Gegenstrom zu Gasen und Dämpfen, insbesondere an und in chemischen Apparaturen im Technikums— und Produktionsmaßstab. Als Anwendungsbeispiel sei hier die Messung des Rücklaufstromes in einer Rektifizierkolonne im Gegenstrom zu den aufsteigenden Dämpfen genannt.

Die gängigen Meßgeräte für Volumen- oder Massenströme setzen eine Abtrennung der Flüssigkeit vom Gas voraus. Eine solche Abtrennung und Rückführung zum Zwecke der Messung stellt einen erheblichen Eingriff in den Betrieb - zum Beispi-j. einer Rektifikationskolonne - dar. Diese Meßgeräte weisen einen Druckverlust auf, der für manche Anwendungen nicht tolerierbar ist.

Ein bisher ungelöstes Problem ist die Messung des Rücklaufstromes im Gegenstrom zum aufsteigenden Dampf in einer Rektifizierkolonne. Hier ist nur die Massendurchflußmessung in Betracht zu ziehenj denn sowohl beim Wechsel des Trennproblems als auch bei Änderung der physikalischen Daten der Flüssigkeit zum Beispiel durch Änderung der Betriebsbedingungen wären Volumenstrom-Meßgeräte jeweils neu auf den Massendurchsatz zu eichen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, ein Msssendurchfluß-Meßgerät zu bauen, dem die zu messende Flüssigkeit völlig drucklos zugeführt werden kann und das eich unter anderem dazu eignet, einen flüssigen Massenstrom unabhängig von den physikalischen Eigenschaften der Substanzen laufend auch im Gegenstrom zu Gasen oder Dämpfen zu messen·

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Dieee Aufgabe wird gemäß der Erfindung technisch vorteilhaft dadurch gelöst, daß der Flüssigkeitsstrom durch einen motorisch angetriebenen Rotor auf eine definierte Geschwindigkeit beschleunigt wird} die dazu erforderliche Leistung ist ein Maß für den Masßonetrom*

Dieses Prinzip wird dadurch realisiert, daß der Flüssigkeitsstrom In einem Trichter gerammelt und von dort zentral in einen ochnellaufenden iiotor konstanter oder definierter Drehzahl geleitet wird, Die Flüssigkeit wird radial abgelenkt und auf die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors beschleunigt, it der sie dann tangential abgeschleudert wird» Meßtechnisch nutzbar sind das vom Antriebsmotor zur Beschleunigung der Flüssigkeit aufgebrachte Drehmoment sowie der in der Flüssigkeit nach Verlassen des Rotors enthaltene Impuls. Durch die Ausstattung dee Rotors mit Rauhigkeiten, Rinnen, offenen Porenstruktt.ien oder Röhrchen wird sichergestellt, daß alle Flüssigkeitsteilchen die gleiche Endgeschwindigkeit erreichen. Ein Einfluß der Viskosität auf das Meßergebnis wird dadurch ausgeschaltet«

Der Antrieb des Rotors und die Messung des Drehmoments entsprechen weitgehend dem Stand der Technik und werden deshalb als Hilfseinrichtungen zu der Erfindung nur kurz beschrieben.

Die Erfindung weist folgende Vorteile aufi

1* Es werden Massenströme und nicht Volumenströme von

Flüssigkeiten gemessen.
2. Die Massenstrommessung kann im Gegenstrom zu Gasen

oder Dämpfen durchgeführt werden* 3« Das Massenstrom-Meßgerät bat kleine Abmessungen; damit wird eine Massenstrommessung auch in engen und in bestehenden Apparaturen möglich.

4. Durch Wahl von Rotorform, Art des Antriebs und Art der Drehmomentmessung ist eine große Anpassungsfähigkeit gegeben·

5. Durch die Wahl der Werkstoffe ist eine hohe Chemikalienund Temperaturbeständigkeit zu erzielen.

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6. Das Gerät ist universel'i eineetzbarj auch der Betrieb in Druck- und! Vakuumgefäßen ist möglich.

7« Der Meßbereich läßt sich mit Hilfe der Rotordreh-23hl einstellen·

8« Eine Eichung des Gerätes, zum Beispiel mit Wasser, gilt für alle weiteren Flüssigkeiten.

9« Das Gerät ist öinsetz-bar für Anzeige und für Pro« zeßettuerung.

Die Erfindung wird nun Am Beispiel einer bereits in der Praxis bewährten Ausführungsform näher erläutert« Die beiliegende Zeichnung Fig· 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Meßgerätes aus dem radförmigen Rotor mit dem elektrischen Antriebemotor· Me Steuerelektronik für den Motor wird als dessen bekannter Bestandteil nicht eingehend beschrieben«

Der Rotor 2 besteht aus zwei Kreisscheiben 2a und 2b aus Chrom-Nickel-Stahl ( Werkstoff Nr· 1.4571) von 0,4 nun Dicke und 35 nun Durchmesser« Zwischen den beiden Scheibei. befindet sich zur Führung der Flüssigkeit eine 4 mm hohe Packung aus Drahtgeweberingen des gleichen Werkstoffes« Die untere Scheibe 2b trägt eine Zentralbohrung zur Befestigung auf dem Antriebsmotor 4 bis 6« Die obere Scheibe 2a ist zentral auf 12 mm aufgebohrt. Zur Bildung eines Einlasses für die Flüs« sigkeit in die Drahtgewebepackung ist diese Bohrung kegelförmig aufgeweitet in Gestalt eines umgekehrten Trichters* Die Teile des Rotors werden durch die Rohr« nieten 3 zusammengehalten«

Der Antriebsmotor 4 bis 6 ist ein abgewandelter kornmerzieller Gleichstrom-Kleinmotor mit feststehendem Spulensatz 4, rotierendem Magneten 5 und elektronischer Kommutierung 6« Statorspulensatz 4 und Kommutierungsspulensatz 6 sind durch Kapselung mit unmagnetischen Chromnickelstahl ( Nr. 1.4571) und Verguß mit keramischen Massen den Betriebsbedingungen innerhalb einer Rektifikationskolonne angepaßt.

Das Meßgerät mit den vorstehend beschriebenen Abmessungen arbeitet in einer Rektifikationskolonne von 62 mm

Innendurchmesser« Biiteprechenfi'ist 'es kai einem Zwischenflansch 9 mit drei radial angeordneten Rohren 8 montiert. Dieser Stern aus lehren trägt in der Mitte den feststehenden Spulensatz 4 und ßiit Hilfe von Streben 7 den Kömmutierungsspulensata 6 sowie den 7-ulauf trichter 1« Die Tragerohre 8 dienen gleichzeitig als Schutzrohre für die Durchführung der elektrischen Anschlüsse- des Motors 4 bis 6.

Die Steuerelektronik regelt den Motor auf 2200 min konstant. Unter diesen Bedingungen nimmt die Regelelektronik .·< ..; der öV-Gleichspannungsquelle 60 1 2,5 mA Strom auf. Mit zunehmender Belastung steigt der Strom bis auf 190 mA, bevor die Drehzahl abfällt. Der Anstieg des Stromes über den Leerlaufstrom hinaus ist direkt proportional dem Massenstrom. Bereits einzelne Tropf«n, die in den Meßrotor gelangen, bewirken einen Anstieg des Stromes. Die Ansprechempfindlichkeit liegt bei einem Massenutrom von 0_t05 kg/h, Der lineare Bereich der Eichkurve reicht bis 22 kg/h.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung läßt sich in vielfacher Weise modifizieren.

Pur beengte Platzverhältnisse, zum Beispiel für Rek~ tifikationskolonnen mit kleinerem Durchmesser ist das Ausführungsbeispiel nach der Abbildung Pig» 2 vorgesehen* Der Rotor 2, hier als Becher mit Belegung 3 aus Drahtgewebe ausgebildet, ist auf dem Innenteil ^ einer magnetischen Zentraldrehkupplung mit liegender Welle in einem Seitenansatz oder Rohrstutzen montiert· Die Flüssigkeit wird über den Trichter Λ mit Rohrbogen dem Rotor zugeführt« Der Antrieb erfolgt über den Außenteil 4 der Magnetkupplung mit Hilfe eines Elektromotors, dessen Drehmoment als Maß für den Massenstrom ermittelt wird·

Das in der Abbildung Pig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Variante bezüglich des Antriebs und der Ablesung des Massenstromes· Der scheibenförmige Rotor nach Ausführungsbeispiel 1 hängt an der senkrechten Welle eines modifizierten Synehronmotors 1. Der Flüssigkeitsstrom wird über das Leitblech 6 dem Rotor 2

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f.ugeleitet. Die abgeb^hlVSuderW^Uuoigkeit wird in dem den Rotor koaxial umfassenden, drehbaren Ring 3 aufgefangen und abgebremst. Dabei wird der Ring 3 gegen die Richtkraft einer Spiralfeder 5 verdreht. Diese Verdrehung des Ringes 3 wird durch das Fenster 4 optisch ausgelesen; sie ist dem Massenstrom proportional. Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Lagerreibung des Rotors keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat«

Der gleiche Effekt wird, dadurch erreieht, daß a.B« bei Ausführungabeispiel 1 das ganze System aus Rotor und Antriebsmotor leicht drehbar aufgehängt wird und sein vom Massenströfli abhängiges Rückdrehmoment mit einem Kraftmesser gemessen wird.

Claims (3)

Ulrich Mihm. 5912 Hilchenbacb HeBp:erat zur Messimg frei fallender FlüssiRkeitsströroe Ansprüche

1. Massendurchfluß-Meßgerät zur- Messung frei fallender Massenströme von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen motorisch angetriebenen Rotor mit Zulauf und Austritt für die Flüssigkeit, der die Flüssigkeit beschleunigt und dessen vom Massenstrom abhängiges Drehmoment ermittelt wird.

2. Massendurchfluß-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Kreisscheibe, eine flache Schale, ein Becher mit konischem oder zylindrischem Mantel oder eine Anordnung von Röhrchen ist.

3. Massendarchfluß-Meßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Führung der Flüssigkeit dienenden Flächen Strukturen zur Mitnahme der Flüssigkeit aufweisen, zum Beispiel Rauhigkeiten wie aufgesinterte Körner., offene Rinnen wie eine Kordierung, offene Poren wie eine Fritte oder Drahtgewebepackung, Röhrchen oder Bohrungen.