DEM0015798MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. Oktober 1952 Bekanntgemacht am 23. Februar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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.

Bei den 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 ader deren Gemische mit Feststoffen, abhängig ist, verwertet. So ist der Widerstandskoeffizient einer laminaren Strömung durch eine Leitung der Viskosität direkt

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

ίν'-".'/ -iWerdeniiZ. .Bv'in._;einer';Meßleitung mit einem geringen Widerstand zwei S trömungs widerstände,

■·'■ * · deren Widerstandskoeffizient 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 Druckabfall 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 Widerstands schneller mit der Viskosität an als jener des zweiten, so wird der "Druckabfall anf ersten Widerstand mit der Viskosität steigen, am zweiten jedoch geringer werden.

Die Änderung des Druckabfalls über einem der 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 einenmechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Impuls, mit dem man eine Signal-, Anzeige- 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 durch 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 bekanntlichauch, 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 be-'^: r finden, ist" nunmehr zweimal so groß. Verbindet 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 öder 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 erzielt als bei den bekannten Vorrichtungen.

Vorzugsweise verwendet man als Strömungswiderstand, dessen Widerstandsfkoeffizient bei zunehmender Viskosität abnimmt, eine Rotationskammer (Zyklonwiderstand) mit einer geschlossenen Umdrehungsfläche als innere Begrenzung, 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 i_Oo Feststoffen, stattfindet.

Beispielsweise kann man als geeignete Rotationskammer eine Zyklondüse verwenden, die 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 uo 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 jedoch auch Rotationskammern mit tangential gerichteten Zulauf- und Ablaufrohren, bei denen die'Mittellinien der Zufuhrrohre tangential an einen Zylinder mit einem größeren Radius als den Zylinder gerichtet.sind, an welchen die Mittellinien der Ablaufrohre in tangentialer Weise gerichtet sind. . . "■

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

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iütn^größer £dn^l::känh;'als; bei"¹-den■ üblichen Strümungs widerständen^ ν ^vwas" feine wesentliche Verringerurfg ^: der:"'Vers"topfüngsgefahr mit sich ;j, bringt,^: ■ in . deri Fällen; wo ein "Gemisch einer Blüssigkeit öder eines :&äses^:mit Feststoffen untersucht werden muß. ■ :·■:.■·. ...

'■Die ^; erfindüngsgemäßeii ^: Vorrichtungen eignen sich ^: insibesondere als Unterteil einer Signal-, ν Anzeige-, oder Regelvorrichtung, die, falls die ίο Viskosität eines strömenden Mediums, wie Flüssigkeit.oder Gas oder deren· Gemische mit Feststoffen, von einem 'bestimmten Wert atiweicht, 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 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 Ausführungs'beispielen sind als Strömungswiderstände . ein Regelhahn und ein Zyklonwiderstand verwendet. Es können jedoch auch ■ andere .Strömungswiderstandsarten verwendet werden.

Fig. ι zeigt .eineMeßleitung 1, in der ein Drosselventil 2 und ein Zy'klonwiderstand 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 Membranablenkung ist 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 3²a ^zu~ satnmen. Der Zulauf findet durch die Leitung 37 mit tangentialer Mündung 33_ß statt, der Ablauf durch die Leitungen 38 und 3S₀, die in die Ablaufleitung 36_a einmünden.

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

¹ Bei der Verwendung des 'Meß organs ist es not-' wendig, den Druckabfall über die Leitung konstant" -65 zu halten. Das läßt sich beispielsweise dadurch vefwirHic'hen,' daß in den Fällen, bei de'neri die. Meß leitung in^; ein größeres System eingebaut ist,' vor der. Meßleitung¹ ein. Regulierhahn, Regelventil oder· Vefstelischieber, die sich automatisch regeln lassen, angebracht werden.· . "

■: Fig. 4 zeigt ein schematisches Beispiel; bei dem': die beiden nicht in derselben Weise mit der. Vis-' '"'' kqsität geänderten Strömungswiderstände 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_rf 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 ^f 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 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 ν, so erfolgt gerade das Gegenteil.

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

In den Abzweigungen 82_fl bzw. 83,, der Meßleitung sind die Drosselhähne 72 und 75_ß bzw. die Zyklonwiderstände 73,, und 74,, 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

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der Druck zwischen den Strömungswiderständen in beiden Abzweigungen nahezu gleich ist. Mittels Einstellung eines der Drosselhähne 72 und 75_a kann erzielt wenden, daß der Druck völlig gleich wird.

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_ß 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_O und 83_ß. vorgesehen.

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

In Abhängigkeit von der Stromrichtung wird

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

Claims (3)

1. 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 Töil eine Meßlei tong 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 Strömungs-widerstände derart beschaffen ist, daß dessen Widerstandskoeffizient bei zunehmender Viskosität des strömenden Mediums, wie Flüssigkeit oder Gas oder deren Gemische mit Feststoffen, abnimmt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand, dessen Widerstandskoeffizient 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. 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 Symmetriefläche liegen.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 570 705, 593 024,

   690024;

   französische Patentschriften Nr. 537231, 7°·

   612518;

   britische Patentschrift Nr. 428431.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen