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Vorriditung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität
einer Flüssigkeit von dem Typus, welcher als wesentliche Teile ein offenes Durchflußgefäß
enthält und Mittel, mit deren Hilfe Meßimpulse erhalten werden können in Abhängigkeit
von Schwankungen der jeweils in dem Durchflußgefäß vorhandenen Flüssigkeitsmenge,
welche Meßimpulse sich zum Steuern einer Signal-, Anzeige-, Registrier- oder Regelvorrichtung
eignen.
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Eine solche Vorrichtung eignet sich insonderheit als Teil eines Regelkreises,
in dem letzterwähnter Meßimpuls als Signal benutzt wird, wobei in der Regelstrecke
eine Flüssigkeit gebildet oder verwendet wird, die eine bestimmte Viskosität aufweisen
soll, welche Viskosität gewissen Schwankungen unterliegt.
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In den Fällen, wo es sich um eine Flüssigkeit handelt, bei der ein
eindeutiger Zusammenhang zwischen Viskosität und spezifischem Gewicht vorliegt,
eignet sich eine derartige Vorrichtung zugleich als Teil eines Kreises zum Regeln
des spezifischen Gewichts einer Flüssigkeit.
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Als Beispiele seien hier mehrere Anwendungsbereiche erwähnt, und
zwar: bei der Stärkeindustrie zur Reglung des spezifischen Gewichts von Stärke-
suspensionen,
bei der Kohlen- und Erzwäsche zur Reglung der Wichte einer Waschsuspension, bei
der Extraktion viskoser Stoffe oder Stoffe, die viskose Lösungen bilden, bei Polymerisationsvorgängen,
bei denen ein flüssiges Produkt gebildet wird, bei der Herstellung von Gemischen
von Schmierölen.
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In einer bekannten Vorrichtung des erwähnten Typus wird die Ffüssigkeit
unter einem konstanten Druckabfall kontinuierlich dem offenen Durchflußgefäß zugeleitet,
und zwar durch eine Zufuhrleitung, in der solche Strömungsbedingungen vorliegen,
daß die durchfließende Flüssigkeitsmenge unter den verschiedenen Meßverhältriissen
nicht durch die Viskosität bedingt wird. Die Flüssigkeit tritt über ein Drosselventil
aus dem Durchflußgefäß hinaus, so daß die jeweils in dem Durchflußgefäß vorhandene
Flüssigkeitsmenge bei ansteigender Viskosität der Flüssigkeit zunimmt. Der Meßimpuls
wird bei dieser Vorrichtung den Schwankungen des Gewichts der jeweils in dem Durchflußgefäß
vorhandenen Flüssigkeitsmenge entnommen.
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Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung der Vorrichtungen des erwähnten
Typus erreicht, indem man in die Zuleitung nach dem Durchflußgefäß einen Strömungswiderstand
aufnimmt, dessen Widerstandskoeffizient bei zunehmender Viskosität der Flüssigkeit
abnimmt. Dadurch wird erreicht, daß die Menge Flüssigkeit, welche dem Durchflußgefäß
zugeleitet wird, bei ansteigender Viskosität der Flüssigkeit zunimmt, was zur Folge
hat, daß die Empfindlichkeit der Messung- größer wird.
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Ähnlich wie bei Anwendung der bekannten Vorrichtungen liegt auch hier
die Notwendigkeit vor, über die Zuleitung nach dem Durchflußgefäß, mit Einschließung
des erwähnten Strömungswiderstandes, einen konstanten Druckabfall aufrechtzuerhalten.
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Vorzugsweise wird als Strömungswiderstand, dessen Widerstand bei
Steigerung der Viskosität der Flüssigkeit abnimmt, ein Zyklonwiderstand angewandt,
d. h. eine Rotationskammer mit einer geschlossenen Umdrehungsfläche als innerer
Begrenzung, versehen mit einer oder mehreren Zuleitungen für die Flüssigkeit, die
eine solche Form und Richtung aufweisen, daß der eintretenden Flüssigkeit eine tangentiale
Bewegungskomponente erteilt wird, und weiterhin mit einer oder mehreren Abfuhröffnungen,
die in solcher Weise angebracht sind, daß die Abfuhr der Flüssigkeit in einem Strahl
erfolgen kann, der kleiner ist als der Stral; in dem die tangentiale Zufuhr der
Flüssigkeit stattfinden kann.
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Wird durch einen derartigen Zyklonwiderstand eine Flüssigkeit gepreßt,
und zwar unter einem solchen Druck, daß die Flüssigkeit kontinuierlich durch sämtliche
Abfuhröffnungen die Rotationskammer verläßt, so bildet sich in der Rotationskammer
eine Zyklonströmung, das ist eine stationäre rotierende Strömung, in- der die tangentiale
Geschwindigkeitskomponente der Flüssigkeit bei. abnehmendem Rotationsstrahl stark
zunimmt. Bei zunehmender Viskosität der Flüssigkeit nimmt der Widerstandskoeffizient
eines derartigen Zyklonwiderstandes erheblich ab, so daß die Menge Flüssigkeit,
welche bei gleichbleibendem Zufuhrdruck durchgelassen wird, schnell großer wird.
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Kombiniert man einen Zyklonwiderstand mit einem Durchflußgefäß, in
dem als Abfuhröffnung eine Drosselöffnung vorgesehen ist, so erzielt man bei der
Anwendung eine größere Empfindlichkeit und einen größeren Meßbereich als mit den
bekannten Vorrichtungen. Es .ist auch möglich, ein Durchflußgefäß zu verwenden,
dessen Abfuhröffnung einen Widerstandskoeffizienten hat, der nicht von .der Viskosität
abhängig ist; Dies ist vom besonderer Bedeutung in den Fällen, wo Verstopfungsgefahr
besteht, z. B. wenn die zu messende Flüssigkeit eine Suspension ist.
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Die einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist diejenige, wobei der Zyklonwiderstand das äußere Ende der Flüssigkeitszuleitung
nach dem Durchflußgefäß bildet. Die Flüssigkeit spritzt dann unmittelbar aus der
(den! Abfuhröffnung(en;) des Zyklonwiderstands in das Durchflußgefäß.
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Wird ein Zyklonwiderstand mit mehr als einer Abfuhröffnung angewandt,
z. B. mit zwei Zentral-oder mehreren Tangentialabfuhröffnungen, so empfiehlt es
sich, zur Vermeidung eines zu großen Widerstands in der Zuleitung nach dem Durchflußgefäß
den Zyklonwiderstand unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in das Durchflußgefäß münden
zu lassen. Dadurch wird weiterhin eine gedrängte Konstruktion der Vorrichtung erhalten.
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Vorzugsweise verwendet man einen Zyklonwiderstand, der symmetrisch
in bezug auf eine hinsichtlich der Achse senkrechte Fläche ausgeführt und mit zwei
einander gegenüberliegenden zentralen Abfuhröffnungeon versehen ist, während die
Mittellinien der tangentialen Zufuhrleitungen in der Symmetriefläche liegen. Ein
solcher Zyklonwiderstand weist ein minimales Verhältnis zwischen Wandoberfläche
und Volumen auf, so daß die Reibung an der Wand, die bei zunehmender Viskosität
der Flüssigkeit größer wird und folglich den gewünschten Effekt beeinträchtigt,
sich auf ein Mindestmaß beschränkt.
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Mit Rücksicht auf obenstehende Erwägungen ist die günstigste Form
eine zylindrische Kammer mit einer oder mehreren Tangentialzuleitungen und zwei
Zentralabfuhröffnungen.
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Das zu verwendende Durchflußgefäß braucht hinsichtlich der erfindungsgemäßen
Anwendung keinen bestimmten Bedingungen zu genügen, abgesehen denn von dem, was
oben über die Abfuhröffnung bemerkt wurde. Wohl empfiehlt es sich, falls man eine
Suspension oder eine andere Flüssigkeit zu untersuchen hat, aiis der sich ein festes
oder viskoses Produkt absetzen kann, ein Durchflußgefäß zu verwenden, bei dem wenigstens
der untere Teil eine konische Form aufweist, wobei sich die Abfuhröffnung in der
Spitze dieses konischen Teiles befindet. Dadurch wird eine gute Durchströmung der
Flüssigkeit gefördert, und die Gefahr, daß eine Verstopfung der Abfuhröffnung auftritt,
wird herabgesetzt.
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Der Meßimpuls kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen
Weisen hervorgerufen bzw. übertragen werden. So kann der Meßimpuls beispielsweise
in an sich bekannter Weise Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels entnommen werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. I zeigt schematisch einen Regelkreis, in dem die erfindungsgemäße
Vorrichtung angewandt wird; Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht
ein in Einzelheiten dargestelltes Bild des Zyklonwiderstands g in Fig. I.
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In Fig. I ist mit I schematisch ein technischer Prozeß angedeutet,
wobei sich eine Flüssigkeit bildet, die eine bestimmte Viskosität aufweisen soll,
z. B. eine Eindickvorrichtung für eine Stärkesuspension. Die eingedickte Suspension
wird durch eine Leitung 2 abgeführt. Falls die Suspension nicht genügend eingedickt
ist und mithin eine zu geringe Viskosität aufweist, kann sie zum größten Teil durch
eine mit einem Regelventil 4 versehene Leitung 3 abgeführt werden, wobei sie anschließend
über Pumpenbehälter 5, Pumpe 6 und Leitung 7 in den Prozeß I zurückgeleitet vvird.
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Zum Zweck einer automatischen Reglung des besagten Kreislaufsystems
wird ein Teil der durch die Leitung 2 strömenden Suspension abgelassen und mittels
einer Pumpe 8 unter einem konstanten Druckabfall einem Zyklonwiderstand 9 zugeleitet.
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Die Suspension, die den Zyklonwiderstand g verläßt, strömt frei in
ein konisches Durchflußgefäß 10 mit fester Drosselöffnung II, um anschließend durch
Auffangbehälter 12 und Leitung I3 der Leitung 2 wieder zugeführt zu werden.
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Zum Hervorrufen eines Impulses, der sich zum Steuern des Regelventils
4 eignet, welchem Impuls die Schwankungen in dem Niveau der jeweils in dem Durchflußgefäß
10 vorhandenen Suspensionsmenge zugrunde liegen sollen, benutzt man ein druckempfindliches
Organ I4, das mit einem in dem Durchflußgefäß 10 aufgestellten Tauchrohr 15 in Verbindung
steht. Das Regelventil 4 wird durch Preßluft gesteuert, die über einen Regelhahn
I6 und eine Leitung 22 der Leitung I7 entzogen wird. Der Druck dieser Preßluft wird
durch das druckempfindliche Organ 14 beeinflußt, und zwar mit Hilfe eines Prallplättchens
I8, dem gegenüber eine Düse 19 aufgestellt ist. Zur Verbesserung der Wirkung des
Tauchrohres 15 wird über einen Regelhahn 20 kontinuierlich Preßluft durch dieses
Rohr hindurchgeleitet, welche Preßluft gleichfalls der Leitung I7 entstammt.
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Wenn die Viskosität der durch die Leitung 2 abgeführten Suspension
abnimmt, wird die Menge Suspension, die durch den Zyklonwiderstand 9 strömt, geringer
werden, während die Menge Suspension, die durch die Drosselöffnung 11 strömt, zunimmt.
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Dadurch wird das Niveau der Suspension in dem Durchflußgefäß sinken,
was zur Folge hat, daß der Luftdruck in dem Tauchrohr 15 und der Druckkammer 21
des Organs 14 abnimmt. Dies führt eine nach unten gerichtete Bewegung des Prallplättchens
r8 herbei, wadurch weniger Luft durch die Düse 19 strömen kann und der Druck in
der Leitung 22 gesteigert wird, was wiederum zur Folge hat, daß das Regelventil
4 geöffnet bzw. weiter geöffnet und mithin die erforderliche Rezirkulierung der
Suspension bewirkt wird. Bei zunehmender Viskosität der durch die Leitung 2 abgeführten
Suspension erfolgt das Umgekehrte.
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Der in Fig. 2 dargestellte Zyklonwiderstand besteht aus einer zylindrischen
Rotationskammer 30, die sich aus zwei mit Schraubengewinde aneinander befestigten
Teilen 3I und 32 zusammensetzt. Die Rotationskammer 30 ist mit einer Tangentialzuleitung
34 für die Flüssigkeit, welche Leitung bei 33 in die Kammer einmündet, und weiterhin
mit zwei zentralen Abfuhröffnungen 35 und 36 versehen, an die die Abfuhrleitungen
37 und 38 angeschlossen sind.
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Beispiel Zum Regeln des Eindickverfahrens einer Maisstärkesuspension,
bei dem eine Suspension von etwa 190 Be verlangt wurde, verwendete man eine Vorrichtung
nach Fig. I mit einem Zyklonwiderstand g nach Fig. 2, der nachstehende Hauptabmessungen
aufwies: innerer Durchmesser der Rotationskammer 30 ......... zu zu zu ... zu zu
zu zu zu , zu zu zu 60 mm innerer Durchmesser der Zuleitung 34 .... 6 mm Durchmesser
der Abfuhröffnungen 35 und 36 4 mm Ein Teil der erzeugten Suspension, die eine Temperatur
von 370 C hatte, wurde dem Zyklonwiderstand unter einem konstanten Druck von o,8
atü zugeführt. Je Minute strömen etwa 6 1 einer Suspension von 190 Be durch die
Meßvorrichtung. Die Drosselöffnung II des Durchflußgefäßes 10 wies einen Durchmesser
von 8 mm auf; während der Messung betrug die Höhe der Flüssigkeit in dem Durchflußgefäß
etwa 15 cm. Es wurde eine sehr empfindliche -Regelung erzielt.