NL8301701A - Stelsel en inrichting voor het detekteren van depotvorming. - Google Patents

Description

r. m 4 N.0. 31.837 1

Stelsel en inrichting voor het detekteren van depotvorming.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het detekteren van depotvorming in een transportkanaal voor het transporteren van 5 deeltjes in een licht doorlatend dragerfluïdum. Bij het transport van deeltjes in een dragerfluïdum, bijvoorbeeld het transport van zand of kolen in water (slurry) of het transport van vezeldeeltjes, granen en andere droge stoffen in perslucht, kent men het probleem van de depotvorming. Depotvorming in een horizontale leiding ontstaat wanneer de 10 vaste bestanddelen in het fluïdum gaan bezinken. Het moment waarop dit gebeurt is afhankelijk van de granulaire samenstelling van het mengsel, de mengselkoncentratie en de mengselsnelheid.

Het gevaar van depotvorming schuilt hierin, dat de kans bestaat dat de gehele leiding dicht slaat met alle gevolgen van dien. In het bagger-15 bedrijf spreekt men van verzanden. Een baggerbaas zal dan ook altijd zorgen een voldoende grote veiligheidsmarge te handhaven ten opzichte van de gevaarlijke zone waarin het depot wordt gevormd* Het is echter anderzijds ook zo dat de omstandigheden voor het energetisch optimaal verpompen van een slurry zich vrij dicht bij deze zone bevinden. Dat is 20 in de praktijk gebleken en kan bovendien aangetoond worden met behulp van snelheid-drukverschil-grafieken voor leidingtransport. Er bestaat dan ook een duidelijke behoefte aan een betrouwbare inrichting voor het detekteren van depotvorming in een fluïdumtransportkanaal.

Bij een tot nu toe bekende inrichting werd gebruik gemaakt van 25 ultrasone golven, welke echter in het bijzonder bij lage snelheden een zeer onbetrouwbaar resultaat opleveren. Bovendien zal in akoestisch vervuilde omgevingen (zoals in het bijzonder bij slurry-transport van kolen en zand het geval zal zijn) het relatief kleine meetsignaal worden verdrongen door het veel sterkere stoorsignaal.

30 De uitvinding verschaft nu een inrichting voor het detekteren van depotvorming in een transportkanaal voor het transporteren van deeltjes in een dragerfluïdum, gekenmerkt door een llchtzender, een lichtontvan-ger en een gevorkte glasvezelkabel, waarvan het gemeenschappelijke uiteinde is gebracht in de wand van het transportkanaal, de ene vorktak ge-35 koppeld is met de lichtzender en de andere vorktak gekoppeld is met de lichtontvanger, en de uitgang van de lichtontvanger verbonden is met een diskriminatorschakeling waarin gediskrimineerd wordt tussen signalen afkomstig van bewegende deeltjes in het fluïdum en signalen afkomstig van stilstaande deeltjes in het fluïdum. Tijdens de werking van de inrich-40 ting zal door de lichtzender licht worden uitgestraald dat via de glas- 8301701 i 's 2 vezelkabel wordt ingestraald in het dragerfluïdum. De in het drager* fluïdum getransporteerde deeltjes doen dienst als lichtreflektor en kaatsen het licht terug naar de glasvezelkabel, zodat er in de lichtont-vanger gereflekteerd licht wordt ontvangen. Aan de uitgang van de licht-5 ontvanger ontstaat dan een elektrisch signaal, dat evenredig is met de intensiteit van het gereflekteerde licht. Wanneer de deeltjes in de leiding niet bewegen, hetgeen het geval is zodra er depotvorming optreedt, dan is deze intensiteit konstant. Een geringe verplaatsing van de deeltjes is al voldoende om telkens een verandering in de lichtintensiteit 10 te veroorzaken. In dat geval ontstaat dus aan de uitgang van de licht-ontvanger een wisselspanningssignaal, dat in de diskriminatorschakeling kan worden gediskrimineerd.

Bij voorkeur is de diskriminatorschakeling voorzien van een omvormer waarmee de effektieve wisselspanningskomponent in het ontvangen sig-15 naai wordt omgezet in een gelijkspanningssignaal, en een komparator, waarin dit gelijkspanningssignaal wordt vergeleken met een vooraf be* paald drempelwaardesignaal. Bij voorkeur is verder de uitgang van de diskriminatorschakeling gekoppeld met een visuele indikatoreenheid. Deze visuele indikatoreenheid geeft dan duidelijk aan of de snelheid van de 20 deeltjes zich boven of beneden een kritische snelheid bevindt, met andere woorden of er wel of geen gevaar bestaat voor depotvorming.

In de praktijk zal het, bijvoorbeeld bij het transport van zand over grote afstanden, gemakkelijk kunnen voorkomen, dat relatief lange transportkanalen worden toegepast, die op diverse punten moeten worden 25 bewaakt. In dat geval verdient het de voorkeur dat de uitgang van de diskriminatorschakeling verbonden is met een zender, waarmee het uit* gangssignaal van de diskriminatorschakeling wordt overgezonden naar een bijbehorende ontvanger, waarvan de uitgang gekoppeld is met een indi-katie-eenheid. Op deze wijze kunnen op een centrale plaats een aantal 30 meetpunten worden bewaakt.

Het uitgangssignaal van de lichtontvanger zal niet alleen een ge-lijkspanningskarakter bezitten bij het optreden van depotvorming, maar tevens wanneer er alleen een dragerfluïdum zonder deeltjes door het transportkanaal beweegt. Om in dat geval een alarmering via de indika-35 torinrichting uit te sluiten kan het de voorkeur verdienen dat de diskriminatorschakeling voorzien is van een ingang waarop een signaal kan worden aangeboden wanneer het fluïdum geen deeltjes bevat.

In de praktijk is gebleken dat een betrouwbare depotdetektie wordt verkregen indien het gemeenschappelijke uiteinde van de glasvezelkabel 40 zich bevindt in het onderste gedeelte van het transportkanaal begrensd 8301701

Sz % 3 door een hoek van + 30° ten opzichte van de vertikaal door het middelpunt van het kanaal.

Wanneer een meer gedetailleerde aanwijzing omtrent de mate van depotvorming gewenst is, dan kan binnen het kader van de uitvinding ge-5 bruik worden gemaakt van een meetstelsel voor het detekteren en meten van depotvorming in een transportkanaal voor het transporteren van deeltjes in een dragerfluïdum, gekenmerkt door een aantal Inrichting als bovenomschreven, waarbij de gemeenschappelijke uiteinden van de respek-tievelijke gevorkte glasvezelkabels ingebracht zijn in de kanaalwand 10 onder respektievelijke verschillende hoeken met de vertikaal door het middelpunt van het kanaal. Bij voorkeur worden drie inrichtingen toegepast die aangebracht zijn onder respektievelijke hoeken van 30°, 60° en 90°.

De uitvinding zal in het volgende aan de hand van een uitvoerings-15 voorbeeld nader worden beschreven.

Fig. 1 toont een schematisch aanzicht van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont het schakelschema van de lichtzender uit fig. 1.

Fig* 3 toont het schakelschema van de lichtontvanger, de versterker 20 omvormer, komparator en display-eenheid uit fig. 1.

Het blokschema van een in de praktijk beproefde inrichting volgens de uitvinding is gegeven in fig. 1. Op drie plaatsen zijn er in de wand van de baggerleiding 1 uiteinden van gevorkte glasvezelkabels 2, 3 en 4 aangebracht. Een vorktak van elke glasvezelkabel is verbonden met een 25 lichtzender en de andere vorktak is verbonden met een lichtontvanger. In fig. 1 zijn alleen de lichtzender en lichtontvanger behorend bij glasvezelkabel 2 getoond. Het zal duidelijk zijn dat identieke schakelingen voor de andere glasvezelkabels 3 en 4 kunnen worden gebruikt. De ene vorktak van de glasvezelkabel 2 is gekoppeld met de lichtemitterende 30 diode 5 die wordt aangestuurd door een diodestuureenheid 6. De diode-stuureenheid 6 stuurt een gelijkstroom door de lichtemitterende diode 5, waardoor een kontinu lichtsignaal in de glasvezel wordt gestuurd. Bovendien is het mogelijk om een testsignaal (een sinusvormig signaal of een ruissignaal) aan te bieden aan het stelsel .

35 Het gereflekteerde licht dat via de glasvezelkabel 2 wordt ontvan gen komt terecht op de fotodiode 7, die dit licht omzet in een elektrisch signaal. Dit signaal wordt versterkt in de versterker 8 en toegevoerd aan een RMS-DC konvertor 9, die de effektieve waarde van een wis-selspanningssignaal (RMS * Root Mean - Square) omzet in een gelijkspan-40 ning. Deze gelijkspanning wordt in de komparator 10 vergeleken met een 8301701 referentiespanning. Is het signaal kleiner dan de referentie dan wordt een negatief uitgangssignaal afgegeven. Indien het signaal groter is dan de referentie dan wordt een positief uitgangssignaal afgegeven. Met het uitgangssignaal van de komparator wordt een display en alarmeenheid 11 5 gestuurd. Op de display kan dan worden waargenomen of er depotvormlng opgetreden is en afhankelijk van het stelsel hoe hoog dit depot in de leiding staat. In het geïllustreerde uitvoeringsvoorbeeld van fig. 1 kunnen de display-eenheden van de drie glasvezelkabels worden gekombi-neerd, waardoor een duidelijk inzicht wordt verkregen omtrent de hoogte 10 van het in de baggerleiding 1 opgetreden depot.

Fig. 2 toont een gedetailleerd schema van een uitvoeringsvorm van de lichtzender 6 uit fig. 1. Deze lichtzender is voorzien van een aantal lichtemitterende dioden 20, 21, 22, die met een transistor 23 en twee weerstanden 24 en 25 in serie zijn geschakeld tussen de voedingsspan-15 ningsklemmen. De stroom door de dioden wordt bepaald door de basisspan-ning van de stuurtransistor 23. Deze stroom kan bijvoorbeeld op het meetpunt 27 worden gemeten. Staat op dit punt een gelijkspanning van 1 V dan loopt er door de dioden 20, 21 en 22 een stroom van 100 mA in dit uitvoeringsvoorbeeld. De stroom kan worden geregeld met een potentio-20 meter 28 verbonden met de uitgang van de operationele versterker 29. Op de positieve ingang van deze versterker 29 kan verder een testsignaal worden aangeboden. De konfiguratie rond de operationele versterker 29 is verder konventioneel en aan de deskundigen bekend.

In fig. 3 is een schakelschema weergegeven van de eenheden 7, 8, 9, 25 10 en 11 uit fig. 1. De fotodiode 7 is in fig. 3 aangesloten op de ver- sterkertrap 30 waarvoor een instrumentatieversterker van het type AD521JD van Analogue Devices is gekozen. De versterking wordt bepaald door R2/R1 en bedraagt in dit geval dus 1000. De ingangen zijn symmetrisch belast met weerstanden van 1 M. De koppelkondensator C*n be-30 paalt de responsiesnelheid en de ingangsweerstand van 1SL bepaalt de amplitude van het signaal, een en ander afhankelijk van de weerstand van de fotodiode.

De uitgang van deze versterkertrap is gekoppeld met de ingang van de RMS-DC konverter, opgebouwd rond een geïntegreerde schakeling 35 AD636JH. Voor verdere details van deze geïntegreerde schakeling en de rond deze schakeling gebruikte komponenten wordt verwezen naar de speci-fikatiebladen van deze schakeling.

Opgemerkt wordt, dat het in principe ook mogelijk is om een piek-detektor te gebruiken. Dat zou zelfs voordelen kunnen bezitten omdat de 40 piekwaarde van het signaal vele malen groter is dan de effektieve waar- 8301701 5 de. Anderzijds wordt met behulp van deze geïntegreerde schakeling AD636 een zeer eenvoudige schakeling gerealiseerd.

De uitgang van de EMS-DC konvertor is gekoppeld met een ingang van een komparatortrap opgebouwd rond de geïntegreerde schakeling AD547JH.

5 Het signaal op de positieve ingang 3 wordt vergeleken met de referentie-spanning, die aangeboden wordt op de negatieve ingang 2. Deze referen-tiespanning wordt op gebruikelijke wijze via een instelbaar weerstands-netwerk opgewekt en bedraagt in een praktisch uitvoeringsvoorbeeld 30 A 35 mV.

10 Opgemerkt wordt, dat in principe elke willekeurige operationele versterker kan worden gebruikt, waarbij als enige eis wordt gesteld dat de offsetspanning laag moet zijn. Er is een groot aantal van dergelijke operationele versterkers in de handel verkrijgbaar.

De uitgang van de komparator is verbonden met de ingang van een 15 display-eenheid, in dit geval voorzien van twee gekleurde licht-emitte-rende dioden, t.w. een groen licht uitstralende diode 41 en een rood licht uitstralende diode 42. Ter beveiliging is verder een diode 43 aan de ingang aangebracht. Het zal voor de deskundige duidelijk zijn dat bij een hoog signaal aan de uitgang van de komparator, in welk geval er dus 20 geen depotvorming is opgetreden, de groene diode 41 licht zal uitstralen terwijl in het andere geval de rode diode 42 zal branden, hetgeen duidt op depotvorming.

Het zal verder duidelijk zijn dat de uitgang van de komparator eveneens gekoppeld kan worden met een alarmschakeling, bijvoorbeeld een 25 akoestische alarmering, hetgeen echter in de figuren niet in detail is weergegeven.

De depotdetektie-inrichting volgens de uitvinding kan vast worden gemonteerd aan een komplete pijpsektie, die op vrij eenvoudige wijze op een willekeurige plaats in een transportleiding kan worden gemonteerd. 30 Daarbij is het mogelijk om de diameter van deze sektie iets groter te kiezen dan de diameter van de transportleiding. Het gevolg daarvan is dat er in de meetsektie eerder depot zal optreden, hetgeen een veiligheidsmarge vormt bij een lange persleiding.

Aangezien de gehele schakeling slechts zeer weinig energie gebruikt 35 is het mogelijk om een eenvoudige zend- en ontvanginstallatie te gebruiken voor informatie-overdracht vanaf een of meerdere meetpunten, naar een centrale ontvanger waarin alle meetpunten worden bewaakt.

Een prototype van de schakeling is getest in een transportkanaal voor het transporteren van een slurry van water en kooldeeltjes. De 40 referentiespanning werd ingesteld op 30 mV. Als er geen depot in het 8301701 * * 6 kanaal optreedt dan bedraagt de responsie 100-300 mV en deze uitgangs-spannlng is vrijwel onafhankelijk van de snelheid in het kanaal, mits deze snelheid maar boven de kritische snelheid ligt, waarbij de depot-vorming begint. Als de deeltjes in het kanaal niet meer bewegen, met 5 andere woorden als er depotvorming is opgetreden, dan bedraagt het sig* naai aan de uitgang van de RMS-DC konverter nog maar 16-18 mV, hetgeen tezamen met de gekozen referentiespanning een duidelijk detektiekrite-rium oplevert.

Alhoewel in het bovenstaande is gesproken over glasvezelkabels zal 10 het voor de deskundige duidelijk zijn dat ook optische vezelkabels vervaardigd uit andere materialen dan glas binnen het kader van de uitvinding kunnen worden toegepast. Tevens zal het duidelijk zijn, dat de in de figuren in detail weergegeven schema's slechts bedoeld zijn als voorbeeld en dat vele andere uitvoeringsvormen binnen het bereik van de des-15 kundige liggen.

8301701

Claims (9)

1. Inrichting voor het detekteren van depotvorming in een trans-portkanaal voor het transporteren van deeltjes in een licht doorlatend 5 dragerfluïdum, gekenmerkt door een lichtzender, een lichtont-vanger en een gevorkte glasvezelkabel, waarvan het gemeenschappelijke uiteinde is ingebracht in de wand van het transportkanaal, de ene vork-tak gekoppeld is met de lichtzender en de andere vorktak gekoppeld is met de lichtontvanger, en de uitgang van de lichtontvanger verbonden is 10 met een diskriminatorschakeling waarin gediskrimineerd wordt tussen signalen afkomstig van bewegende deeltjes in het fluïdum en signalen afkomstig van stilstaande deeltjes in het fluïdum.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de diskriminatorschakeling is voorzien van een omvormer waarmee de 15 effektieve wisselspanningskomponent in het ontvangen signaal wordt omgezet in een gelijkspanningssignaal en een komparator waarin dit gelijk-spanningssignaal wordt vergeleken met een vooraf bepaald drempelwaarde-signaal.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het ken- 20 merk, dat de uitgang van de diskriminatorschakeling gekoppeld is met een visuele indikatoreenheid.

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk, dat de uitgang van de diskriminatorschakeling verbonden is met een zender, waarmee het uitgangssignaal van de diskriminatorschakeling 25 wordt overgedragen naar een bijbehorende ontvanger, waarvan de uitgang gekoppeld is met een indikatoreenheid.

5. Inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat de diskriminatorschakeling voorzien is van een ingang waarop een signaal kan worden aangeboden indien het fluïdum geen deel- 30 tjes bevat.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de pijpsektie van het transportkanaal waarin het gemeenschappelijke uiteinde van de gevorkte glasvezelkabel is gemonteerd een enigszins grotere diameter heeft dan de rest van het transport- 35 kanaal.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gemeenschappelijke uiteinde van de glasvezelkabel zich bevindt in het onderste gedeelte van het transportkanaal begrensd door een hoek van + 30° ten opzichte van de vertikaal door het middel- 40 punt van het kanaal. 3301701

7 * v

8. Meetstelsel voor het detekteren en meten van depotvorming in een transportkanaal voor het transporteren van deeltjes in een vertrager-fluïdum, gekenmerkt door een aantal inrichtingen als omschreven in een der voorgaande conclusies 1-6, waarbij de gemeenschappelijke 5 uiteinden van de respektievelijke gevorkte glasvezelkabels ingebracht zijn in de kanaaltfand onder respektievelijke verschillende hoeken met de vertikaal door het middelpunt van het kanaal.

9. Meetstelsel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat drie inrichtingen zijn toegepast en de genoemde hoeken respektieve- 10 lijk 30°, 60° en 90° bedragen. ***** 8301701