DE956000C

DE956000C - Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskositaet eines stroemenden Mediums, wie Fluessigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen

Info

Publication number: DE956000C
Application number: DEM15798A
Authority: DE
Inventors: Freerk Jan Fontein
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1951-10-09
Filing date: 1952-10-10
Publication date: 1957-01-10
Also published as: NL78259C; BE514696A; FR1071126A; GB721066A; US2716337A

Description

AUSGEGEBEN AM 10. JANUAR 1957

M 15798IX/

mit Feststoffen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität eines strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, welche als wesentlichen Teil eine Meßleitung enthält, in der wenigstens zwei Strömungswiderstände angebracht sind, deren Widerstandskoeffizienten unter dem auf das strömende Medium, wie Flüssigkeit. oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, anzuwendenden Druck in verschiedener Weise von der Viskosität des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abhängig sind.

Beiden bekannten Vorrichtungen wird die Tatsache, daß der Widerstandskoeffizient eines Strömungs-Widerstands durch die auftretende Strömungsart bedingt, in verschiedener Weise von der Reynoldschen Zahl, d. h. von der Viskosität eines strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abhängig ist, verwertet. So ist der Widerstandskoeffizient einer laminaren Strömung durch eine Leitung der Viskosität direkt

proportional; tritt eine turbulente Strömung auf, so ist der Widerstandskoeffizient bei Erhöhung der Viskosität grundsätzlich konstant.

Werden z. B. in einer Meßleitung mit einem geringen Widerstand zwei Strömungswiderstände, deren Widerstands'koeffizient bei den angewandten Geschwindigkeiten des Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, in verschiedener Weise von der Viskosität des durchströmenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abhängig ist, hintereinander geschaltet, während der Gesamtdruckabfall über die beiden Widerstände nahezu unveränderlich gehalten wird, so wird der Druck- »5 abfall über jeden dieser Widerstände von der Viskosität des durchströmenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abhängig sein.

Steigt z. B. der Widerstandskoeffizient des ersten

ao Widerstands schneller mit der Viskosität an als jener des zweiten, so wird der Druckabfall am ersten Widerstand mit der Viskosität steigen, am zweiten jedoch geringer werden.

Die Änderung des Druckabfalls über einem der as Widerstände läßt sich nunmehr mit Hilfe an sich bekannter Vorrichtungen in einen Impuls, der zum Steuern einer Signal-, Anzeige- oder Regelvorrichtung geeignet ist, umwandeln. Dazu eignen sich insbesondere druckempfindliche Membranen oder Membranensysteme; die Ablenkung, die unter Einfluß des Drucks oder des Druckunterschieds bei diesen Membranen stattfindet, läßt sich in einen mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Impuls, mit dem man eine Signal-, AnzeigeT oder Regelvorrichtung betätigen kann, umwandeln.

Werden in einer Meßleitung mit geringem Widerstand zwei Strömungswiderstände mit unterschiedlicher Charakteristik hinsichtlich der Viskosität parallel geschaltet und wird der Druckabfall über diese beiden Widerstände· konstant gehalten, so wird das Verhältnis der gleichzeitig durdh die beiden Widerstände strömenden Mengen strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, von der Viskosität abhängig sein. Mittels einer gegenseitigen Vergleichung der Strömungsgeschwindigkeiten durch die .beiden Widerstände, z. B. mit Hilfe eines Strommessers, bei dem man die von der Strömung erregten Kräfte gegeneinander arbeiten läßt, erzielt man auch wieder einen Impuls, der zum Steuern eines Signal-, Anzeige- oder Regelmechanismus geeignet ist.

Sehr empfindliche Meßorgane erhält man bekanntlich auch, indem man die Meßleitung in zwei Abzweigungen aufteilt, die sich später wieder vereinigen, und indem man in jeder Abzweigung dieselbe Kombination von zwei Strömungswiderständen, jedoch in der einen Abzweigung in umgekehrter Reihenfolge wie in der anderen Abzweigung, einbaut.

Die Druckunterschiedsänderung zwischen den Stellen in den beiden Abzweigungen, welche sich zwischen den betreffenden Widerstandspaaren befinden, ist nunmehr zweimal so groß. Verbindet §5 man diese Stellen in beiden Abzweigungen durch eine Leitung, so steht die Flüssigkeit in dieser Leitung abhängig von der Viskosität des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, still oder strömt nach der einen oder der anderen Seite weg. Auch damit kann man eine Signal-, Anzeige- oder Regelvorrichtung bedienen.

Eine Eichung der Vorrichtung zur Erzielung absoluter Werte ist unbedingt notwendig. Der Meßbereich läßt sich dadurch vergrößern, daß man die Durchströmöffnung einer oder beider Strömungswiderstände verstellbar macht oder den Druckabfall über die Meßleitung variabel macht.

Gemäß der Erfindung ist wenigstens einer der Strömungswiderstände derart beschaffen, daß dessen Widerstandskoeffizient bei zunehmender Viskosität des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abnimmt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine größere Empfindlichkeit der Messung erzie.lt als 'bei den bekannten Vorrichtungen.

Vorzugsweise verwendet man als Strömungswiderstand, dessen Widerstandskoeffizient bei zunehmender Viskosität abnimmt, eine Rotationskammer (Zyklonwiderstand) mit einer geschlossenen Umdrehungsfläche als innere Begrenzung, versehen mit einer oder mehrer η tangentialen Zufuhrleitungen und wenigstens einer Abfuhröffnung, die derart angebracht ist, daß die Abfuhr des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, in einem Strahl erfolgt, der kleiner ist als der Strahl, in dem die tangentiale Zufuhr des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, stattfindet.

Beispielsweise kann man als geeignete Rotationskammer eine Zyklondüse verwenden, die¹ einer gewöhnlich an einer Seite mehr oder weniger konisch zulaufenden Rotationskammer entspricht, wobei die Kammer mit einer zentral angeordneten Ablauföffnung an der Spitze und einer oder mehreren tangential gerichteten Zuleitungen, die in den geräumigen Teil einmünden, versehen ist.

Insbesondere eignen sich Rotationskammern, die senkrecht zur Rotationsachse symmetrisch ausgeführt sind. Die Rotationskammern weisen dann zwei zentrale runde Ablauföffnungen und eine oder mehrere tangential gerichtete Zuleitungsrohre oder -spalten, deren Mittellinien in der Symmetriefläche liegen, auf.

Verwendbar sind jedodh auch Rotationskammern mit tangential gerichteten Zulauf- und Ablaufrohren, bei denen die Mittellinien der Zufuhrrohre tangential an einen Zylinder mit einem größeren iao Radius als den Zylinder gerichtet sind, an welchen die Mittellinien der Ablaufrohre in tangentialer Weise gerichtet sind.

Bei der Benutzung einer Rotationskammer als Strömungswiderstand erzielt man den zusätzlichen Vorteil, daß die Abflußöffnung für das zu messende

Medium größer sein kann als bei den üblichen Strömungswiderständen, was eine wesentliche Verringerung der Verstopfungsgefähr mit sich bringt, in den Fällen, wo ein Gemisch einer S Flüssigkeit oder eines Gases mit Feststoffen untersucht werden muß.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich insbesondere als Unterteil einer Signal-, Anzeige- oder Regelvorrichtung, die, falls die

ίο Viskosität eines strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, von einem bestimmten- Wert abweicht, einen Impuls erhalten. Da die Vorrichtung sich sowohl zur Durchführung großer als auch verhältnismäßig geringer Mengen eignet, kann die Vorrichtung in vielen technischen Verfahren angewendet werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regulierung der Viskosität und somit des spezifischen Gewichts der Waschsuspension bei

ao der Kohlen- und Erzwäsche oder bei chemischen oder physikalischen Verfahren, bei denen die Viskosität des Endproduktes, je nach Ablauf des Verfahrens in starkem Maße wechselt, verwendet werden. Zu erwähnen sind z. B. die Extraktion viskoser Stoffe oder viskose Lösungen bildende Stoffe, die Polymerisation eines Monomeren zu einem flüssigen Produkt, die Mischung von Schmierölen usw.

Ohne die Erfindung einzuschränken, soll- diese an Hand einiger Beispiele näher erläutert werden. In diesen Ausführungsbeispielen sind als Strömungswiderstände ein Regelhahn und ein Zyklonwiderstand verwendet. Es können jedoch auch andere Strömungswid&rstandsarten verwendet werden.

Fig. ι zeigt eine Meßleitung 1, in der ein Drosselventil 2 und ein Zyklonwiderstand 3 angebracht sind. Wird bei konstantem Druck ein strömendes Medium, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, durch die Leitung gepreßt, so wird der Druckunterschied an beiden Seiten des Ventils 2 von der Viskosität abhängig sein. Dieser Druckunterschied wird mit der druckempfindlichen, in der Dose 5 montierten Membran 4 gemessen. Die Drücke in der Meßleitung werden durch die Anschlußleitungen 6 und 7 nach den beiden Seiten der Membran verlegt. Die Ablenkung der Membran wird durch Organ 9, das eine Hin- und Herbewegung ausführen kann, auf den Zeiger 10 übertragen. Die Größe der Membranäblenkungist mit einer gegenwirkenden Feder 8 einstellbar. In Fig. 2 ist eine symmetrisch ausgeführte Rotationskammer dargestellt. Die Rotationskammer setzt sich aus zwei mit Schraubengewinde aneinander befestigten Teilen 3i_a und 32_a zusammen. Der Zulauf findet durch die Leitung 37 mit tangentialer Mündung 33_e statt, der Ablauf durch die Leitungen 38 und 38_a, die in die Ablaufleitung 30_α einmünden.

fio In Fig. 3 setzt sich die Rotationskammer aus den Teilen 31_& und 32₆ zusammen. Die Zufuhrleitung entspricht der Leitung 37_a, der Ablauf findet tangential durch die Leitung 39 statt.

Bei der Verwendung des Meßorgans ist es notwendig, den Druckabfall über die Leitung konstant zu halten. Das läßt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, daß in den Fällen, bei denen die Meßleitung in ein größeres System eingebaut ist, vor der Meßleitung ein Regulierhahn, Regelventil oder Verstellschieber, die sich automatisch regeln lassen, angebracht werden.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Beispiel, bei dem die beiden nicht in derselben Weise mit der Viskosität geänderten S trömungs wider stände parallel geschaltet sind, wodurch der Druckabfall über diese beiden Widerstände gleich ist. Das Verhältnis der gleichzeitig durch die Strömungswiderstände strömenden Mengen strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, ist dann ein Maß für die Viskosität dieses strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen.

Die Meßleitung i_d ist in zwei Abzweigungen unterteilt, in denen ein Regelhahn 55 bzw. ein Zyklonwiderstand, 56 vorgesehen sind. Diese beiden Abzweigungen laufen über eine Regelvorrichtung in einen gemeinschaftlichen Ablauf 66 aus. .

Die Meßvorrichtung setzt sich aus einem Zylinder 61 mit einer Trennungswand 67 zusammen. Durch die Endwände und durch die Wand 67 ist eine Kolbenstange beweglich angebracht. An dieser Kolbenstange 58 sind zwei scheibenförmige Strömungswiderstände 59 und 60 befestigt. Das durch die Strömungswiderstände 55 bzw. 56 strömende Medium, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, übt dadurch eine Kraft auf die Kolbenstange aus, wodurch diese durch den Unterschied an Strömungsgeschwindigkeit bedingt, nach der linken oder der rechten Seite ausschlägt. Der zweite Teil des Zylinders enthält ein an sich bekanntes hydraulisches Relais. Die hydraulische Flüssigkeit wird über die Leitung 62 zugeführt und über die Leitung 65 zurückgeführt. Abhängig von dem Stand der Kolbenstange und dadurch von den Kolben 70 und 71 wird in den Leitungen 63 und 64 ein Druckunterschied, gegebenenfalls eine Strömung erregt.

Ist der Regelhahn 55 derart eingestellt, daß bei einer bestimmten Viskosität ν die Regelvorrichtung keinen Impuls ergibt, so wird einer Erhöhung der no Viskosität zufolge die Kolbenstange nach links bewegt, wodurch die hydraulische Flüssigkeit in die Leitung 64 gepreßt wird, während die Leitung 63 sich mit dem Ablauf verbindet. Wird die Viskosität niedriger als v, so erfolgt gerade das Gegen- iig teil.

Die Fig. 5 zeigt eine schematisdhe Vorrichtung, bei der vier Strömungswiderstände angebracht sind.

In den Abzweigungen 82_a bzw. 83_a der Meß- lao leitung sind die Drosselhähne 72 und 7S_a bzw. die Zyklonwiderstände 73,, und 74_a vorhanden, jedoch in der einen Abzweigung in umgekehrter Reihenfolge wie in der anderen Abzweigung. Diese Strömungswiderstände weisen derartige Abmessungen auf, daß bei einer bestimmten Viskosität

der Druck zwischen den Strömungswiderständen in beiden Abzweigungen nahezu gleich ist. Mittels Einstellung eines der Drosselhähne 72 und 75_a kann erzielt werden, daß der Druck völlig gleich wird. S Gegebenenfalls läßt sich einer der Drosselhähne 72 und 75_a durch einen ständigen Strömungswiderstand ersetzen. Steigert sich die Viskosität, so nimmt der Druck zwischen den Widerständen in der Abzweigung 82_a ab und in der Abzweigung 83_a zu; wird die Viskosität niedriger, so erfolgt das Umgekehrte.

Es ist eine Verbindungsleitung 84, in der ein Strommesser 85 vorhanden ist, zwischen den beiden Abzweigungen 82_e und 83,, vorgesehen.

Dieser Strommesser enthält als stromempfindliches Element eine bewegliche Kolbenstange 86, an der ein scheibenförmiger Strömungswiderstand angebracht ist.

In Abhängigkeit von der Stromrichtung wird

so der Schalter 87 betätigt, mit dem ein Regelstromkreis gesteuert werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Vorrichtung zur kontinuierlichen Be- «5 Stimmung der Viskosität eines strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, welche als wesentlichen Teil eine Meßleitung enthält, in der wenigstens zwei Strömungswiderstände angebracht sind, deren Widerstandskoeffizienten unter dem auf das strömende Medium, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, anzuwendenden Druck in verschiedener Weise von der Viskosität des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Strömungswiderstände derart beschaffen ist, daß dessen Widerstandskoeffizient bei zunehmender Viskosität des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand, dessen Widerstandskaeffizient bei zunehmender Viskosität abnimmt, eine Rotationskammer (Zyklonwiderstand) mit einer geschlossenen Umdrehungsfläche als innere Begrenzung ist, versehen mit einer oder mehreren tangentialen Zufuhrleitungen und wenigstens einer Abfuhröffnung, die derart angebracht ist, daß die Abfuhr des strömenden Mediums, wie. Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, in einem Strahl erfolgt, der kleiner ist als der Strahl in dem die tangentiale Zufuhr des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, stattfindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonwiderstand symmetrisch in bezug auf einer zur Achse senkrechten Fläche ausgeführt und mit zwei einander gegenüberliegenden zentralen Abfuhröffnungen versehen ist, während die Mittellinien der tangentialen Zufuhrleitungen in der Symmetrienäche liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 570 705, 593 024,

690 024; französische Patentschriften Nr. 537231, 7»

612 518; britische Patentschrift Nr. 428431.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 659/338 2.56 (609742 1.57)