NO177924B

NO177924B - Dispensing Equipments

Info

Publication number: NO177924B
Application number: NO921782A
Authority: NO
Inventors: Soeren Bernhard Oevretveit; Njaal Underhaug
Original assignee: Multisafe Holding As; Multisafe As; Tanis As
Priority date: 1992-05-06
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1995-09-11
Also published as: NO921782L; NO177924C; NO921782D0

Description

DOSERINGSAPPARAT DOSING DEVICE

Oppfinnelsen angår et doseringsapparat for innføring av tilsetningsstoff i en væskestrøm, hvor en turbin plassert i væskestrømmen driver en doseringspumpe som fører tilsetningsstoff inn i væskestrømmen. The invention relates to a dosing device for introducing additive into a liquid stream, where a turbine placed in the liquid stream drives a dosing pump that introduces additive into the liquid stream.

Dosering av tilsetningsstoff inn i en massestrøm er kjent fra mange områder, og det finnes flere metoder for å holde blandingsforholdet konstant, eller nær konstant, selv om massestrømmen varierer. I noen tilfelle er det ønskelig å kunne dosere og blande inn tilsetninger i en massestrøm uten tilgang på annen energi enn den som finnes i massestrømmen selv, som kinetisk energi. Dosage of additive into a mass flow is known from many areas, and there are several methods for keeping the mixing ratio constant, or close to constant, even if the mass flow varies. In some cases, it is desirable to be able to dose and mix additives into a mass flow without access to energy other than that found in the mass flow itself, such as kinetic energy.

Tilsetning av brannhemmende kjemikalier til vann ved brann-slukking er av en slik art. Fra vannbasert brannsluknings-utstyr er det kjent å sette en turbin i vannstrømmen og la turbinen drive en doseringspumpe som pumper kjemikalier inn i vannstrømmen. Fordelen med en slik turbin/pumpe-sammen-stilling er at virkningen er uavhengig av ekstra energi-kilder og tilhørende systemer for energitransport. Når vannstrømmen er etablert, er det også tilgang på nødvendig energi. Addition of fire-retardant chemicals to water for fire-extinguishing is of such a nature. From water-based fire-fighting equipment, it is known to put a turbine in the water stream and let the turbine drive a dosing pump that pumps chemicals into the water stream. The advantage of such a turbine/pump combination is that the effect is independent of additional energy sources and associated systems for energy transport. Once the water flow is established, there is also access to the necessary energy.

En ulempe med noen kjente turbin/pumpe-løsninger er at det er vanskelig å variere blandingsforholdet. Endring innebærer som oftest bytting av komponenter. A disadvantage of some known turbine/pump solutions is that it is difficult to vary the mixing ratio. Change usually involves replacing components.

Fra NO-B nr. 155.431 er det imidlertid kjent å drive en doseringspumpe med en turbin som er plassert i hovedvann-strømmen, og å bruke en regulerbar motor (turbin), en regulerbar pumpe eller en variator mellom motor og pumpe. Med variabel oversetting mellom turbin og doseringspumpe kan blandingsforholdet velges. From NO-B No. 155,431, however, it is known to operate a dosing pump with a turbine that is placed in the main water flow, and to use an adjustable motor (turbine), an adjustable pump or a variator between motor and pump. With variable translation between turbine and dosing pump, the mixing ratio can be selected.

En turbins omdreiningstall varierer med væskestrøm og belast-ning. Turbinens hastighet er ikke proporsjonal med væske-strømmen, idet en turbin alltid har en viss sakking. Ved varierende væskestrøm er det ikke mulig å opprettholde ønsket blandingsforhold uten stadig å etterstille oversettingen mellom turbin og pumpe. Ved kjente anordninger av angjeldende art er det således bare mulig å oppnå korrekt blandingsforhold ved én bestemt væskestrøm. A turbine's speed varies with fluid flow and load. The speed of the turbine is not proportional to the liquid flow, as a turbine always has a certain amount of slack. With varying fluid flow, it is not possible to maintain the desired mixing ratio without constantly adjusting the translation between turbine and pump. With known devices of the type in question, it is thus only possible to achieve the correct mixing ratio with one particular liquid flow.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilsiktes oppnådd kom-pensasjon for ulinjær turbin-karakteristikk. According to the present invention, compensation for non-linear turbine characteristics is achieved.

Dette er oppnådd ved hjelp av et doseringsapparat som ifølge etterfølgende patentkrav l utmerker seg ved at det er anordnet en strømningsføler i væskestrømmen og at turbinen driver en elektrisk generator som produserer elektrisk kraft til en elektrisk drevet doseringspumpe, og at en styreenhet er innrettet til å styre doseringspumpens leveringsmengde proporsjonalt med væskestrømmen. This is achieved by means of a dosing device which, according to subsequent patent claim 1, is distinguished by the fact that a flow sensor is arranged in the liquid flow and that the turbine drives an electric generator that produces electric power for an electrically driven dosing pump, and that a control unit is arranged to control the dosing pump's delivery quantity is proportional to the liquid flow.

Ifølge oppfinelsen er det derved oppnådd et vesentlig bedre doseringsresultat ved at oversettingen mellom turbin og doseringspumpe er proporsjonal med væskestrømmens størrelse i stedet for proporsjonal med turbinens omdreiningstall. Væskestrømmens størrelse måles ved hjelp av strømnings-føleren. Turbinens karakteristikk finnes ved forsøk. According to the invention, a significantly better dosing result has thereby been achieved in that the translation between turbine and dosing pump is proportional to the size of the liquid flow instead of proportional to the turbine's speed. The size of the liquid flow is measured using the flow sensor. The turbine's characteristics can be found by testing.

Oppfinnelsen beskrives i det følgende med flere utførelses-eksempel, hvor tilsetningsstoff i Væskeform doseres inn i en væskestrøm. Det kan også tenkes sammenstillinger hvor gass eller faste stoff, som pulver eller granulat, inngår. The invention is described in the following with several design examples, where additive in liquid form is dosed into a liquid stream. Assemblies can also be imagined where gas or solids, such as powders or granules, are included.

Det refereres til vedføyde skjematiske tegninger hvor: Reference is made to the attached schematic drawings where:

Fig. 1 viser et doseringsapparat hvor turbin og doseringspumpe er koplet sammen med en variabel mekanisk kraft-overføring. Fig. 2 viser et doseringsapparat hvor turbin og doseringspumpe er koplet sammen med en variabel hydraulisk kraft-overføring. Fig. 3 viser et doseringsapparat hvor turbinen driver en generator som igjen driver en elektrisk motor og en doseringspumpe, via en elektrisk styrekrets. Fig. 4 viser oppbygning av en elektrisk styrekrets basert på analoge komponenter. Fig. 5 viser oppbygning av en elektrisk styrekrets delvis basert på digitale komponenter. Fig. 1 shows a dosing device where turbine and dosing pump are connected together with a variable mechanical power transmission. Fig. 2 shows a dosing device where turbine and dosing pump are connected together with a variable hydraulic power transmission. Fig. 3 shows a dosing device where the turbine drives a generator which in turn drives an electric motor and a dosing pump, via an electric control circuit. Fig. 4 shows the structure of an electrical control circuit based on analogue components. Fig. 5 shows the construction of an electrical control circuit partly based on digital components.

I figur 1 angir henvisningstallet l et rør hvori det strøm-mer en væske 2 forbi en turbin 3 som driver en aksling 4, som er ført fram til en mekanisk variator 5 av kjent type. En utgående aksling 6 fra variatoren 5 driver en doseringspumpe 7 som pumper tilsetningsstoff 8 gjennom en trykkledning 9 og inn i den strømmende væsken 2, nedstrøms for turbinen 3. Ved å variere oversetningsforholdet i variatoren 5, kan blandingsforholdet mellom den strømmende væske 2 og tilsetningsstoff 8 varieres. Om mengden av strømmende væske 2 varierer, varierer også omdreiningstallet på turbinen 3 og doseringspumpen 7 tilsvarende. Så lenge variasjonene i mengde av strømmende væske 2 er begrenset, vil blandingsforholdet holde seg tilnærmet konstant. Større variasjoner kompenseres ved å justere variatoren 5. In Figure 1, the reference number l indicates a pipe in which a liquid 2 flows past a turbine 3 which drives a shaft 4, which is led to a mechanical variator 5 of a known type. An output shaft 6 from the variator 5 drives a dosing pump 7 which pumps additive 8 through a pressure line 9 and into the flowing liquid 2, downstream of the turbine 3. By varying the gear ratio in the variator 5, the mixing ratio between the flowing liquid 2 and additive 8 can is varied. If the quantity of flowing liquid 2 varies, the revolutions of the turbine 3 and the dosing pump 7 also vary accordingly. As long as the variations in the quantity of flowing liquid 2 are limited, the mixing ratio will remain approximately constant. Larger variations are compensated for by adjusting the variator 5.

I figur 2 angir 1 et rør hvori det strømmer en væske 2 forbi en turbin 3 som driver en aksling 4 som er ført fram til en mengdevariabel hydraulisk pumpe 10 som i en sluttet krets driver hydraulisk motor 11 hvis utgående aksling 12 driver en doseringspumpe 7 som pumper tilsetningsstoff 8 gjennom en trykkledning 9 og inn i den strømmende væsken 2, ned-strøms for turbinen 3. Ved å variere den hydrauliske pumpens 10 leveringsmengde, kan blandingsforholdet mellom den strøm-mende væske 2 og tilsetningsstoff 8 varieres. Om mengden av strømmende væske 2 varierer, varierer også omdreiningstallet på turbinen 3 og doseringspumpen 7 tilsvarende. Sålenge variasjonene i mengde av strømmende væske 2 er begrenset, vil blandingsforholdet holde seg tilnærmet konstant. Større variasjoner kompenseres ved å justere pumpens 10 leveringsmengde. In Figure 2, 1 indicates a pipe in which a liquid 2 flows past a turbine 3 which drives a shaft 4 which is led to a variable quantity hydraulic pump 10 which in a closed circuit drives a hydraulic motor 11 whose output shaft 12 drives a dosing pump 7 which pumps additive 8 through a pressure line 9 and into the flowing liquid 2, downstream of the turbine 3. By varying the hydraulic pump 10's delivery quantity, the mixing ratio between the flowing liquid 2 and additive 8 can be varied. If the quantity of flowing liquid 2 varies, the revolutions of the turbine 3 and the dosing pump 7 also vary accordingly. As long as the variations in the amount of flowing liquid 2 are limited, the mixing ratio will remain approximately constant. Larger variations are compensated for by adjusting the pump's 10 delivery quantity.

Ved svært ujevn væskestrøm vil turbinens 3 ulinjære karakteristikk kunne gi avvik fra det ønskede blandingsforhold. Trykkendringer virker også inn, idet økt væsketrykk krever mer energi til doseringspumpen 7, noe som igjen bidrar til at turbinen sakker. Skal ønsket blandingsforhold opprettholdes i en varierende væskestrøm, må den variable oversetning mellom turbin 3 og doseringspumpe 7 kontinuerlig justeres i henhold til mengden av strømmende væske 2. In the event of a very uneven liquid flow, the turbine's 3 non-linear characteristic could cause deviations from the desired mixing ratio. Pressure changes also have an effect, as increased fluid pressure requires more energy for the dosing pump 7, which in turn contributes to the turbine slowing down. If the desired mixing ratio is to be maintained in a varying liquid flow, the variable translation between turbine 3 and dosing pump 7 must be continuously adjusted according to the amount of flowing liquid 2.

I figur 3 angir henvisningstallet 1 et rør hvori det strøm-mer en væske 2 forbi en turbin 3, som via en aksling 4 driver en elektrisk generator 13. Generatoren 13 leverer elektrisk energi til en justerbar elektrisk styreenhet 14 som igjen driver en elektrisk motor 15, hvis utgående aksling 16 driver en doseringspumpe 7, som pumper tilsetningsstoff 8 gjennom en trykkledning 9 og inn i den strømmende væsken 2, nedstrøms for turbinen 3. En strømningsføler 17 registrerer den strømmende væske 2 og sender et målesignal til den elektriske styreenheten 14. Ved å variere innstillingen på den elektriske styreenheten 14, kan blandingsforholdet mellom den strømmende væske 2 og tilsetningsstoff 8 varieres. Om mengden av strømmende væske 2 varierer, endres hastigheten på den elektriske motor 15 tilsvarende, slik at ønsket blandingsforhold opprettholdes. Den elektriske styreenheten 14 gir mulighet for å kompensere for ulinjære karak-teristikker i så vel turbin 3 som i doseringspumpe 7. In Figure 3, the reference number 1 indicates a pipe in which a liquid 2 flows past a turbine 3, which via a shaft 4 drives an electric generator 13. The generator 13 supplies electric energy to an adjustable electric control unit 14 which in turn drives an electric motor 15 , whose output shaft 16 drives a dosing pump 7, which pumps additive 8 through a pressure line 9 and into the flowing liquid 2, downstream of the turbine 3. A flow sensor 17 registers the flowing liquid 2 and sends a measurement signal to the electrical control unit 14. to vary the setting on the electric control unit 14, the mixing ratio between the flowing liquid 2 and additive 8 can be varied. If the amount of flowing liquid 2 varies, the speed of the electric motor 15 changes accordingly, so that the desired mixing ratio is maintained. The electric control unit 14 makes it possible to compensate for non-linear characteristics in both turbine 3 and dosing pump 7.

Den elektriske styreenheten 14 skal i det følgende beskrives mer detaljert med henvisning til figurene 3, 4 og 5. The electrical control unit 14 will be described in more detail below with reference to figures 3, 4 and 5.

Den elektriske styreenheten 14 kan bygges av analoge kretser, slik som skjematisk vist i figur 4, hvor signal fra strøm-ningsføleren 17, figur 3, føres inn til et punkt 18. Signalet fra strømningsføleren 17 forårsaker en spenning i et summasjonspunkt 19, hvis verdi avhenger av en motstand 20 og en justerbar motstand 21. En første forsterker 22 vil via en tilbakekoplings-motstand 23 søke å bringe spenningen i punktet 19 til null. Den første forsterker 22 gir dermed ut en spenning i et punkt 24 med motsatt polaritet av spenningen i punktet 18. Den første forsterkers 22 utgangssignal ledes til en andre forsterker 25 som gir drivstrøm til et punkt 26 som er koplet til den elektriske motor 15 i figur 3. Drivstrømmen fra den andre forsterker 25 er proporsjonal med spenningen i punkt 24, med samme, eller med motsatt, polaritet. Ved å endre innstillingen på den justerbare motstand 21, kan blandingsforholdet mellom væskestrøm 2 og tilsetningsstoff 8 varieres, se figur 3. Ved å kople inn et kompensasjonsledd, særlig mellom punktene 18 og 19 i figur 4, kan karakteristik-ken tilpasses turbinen 3 og pumpen 7. The electrical control unit 14 can be built from analog circuits, as shown schematically in Figure 4, where the signal from the flow sensor 17, Figure 3, is fed to a point 18. The signal from the flow sensor 17 causes a voltage in a summation point 19, whose value depends on a resistor 20 and an adjustable resistor 21. A first amplifier 22 will via a feedback resistor 23 seek to bring the voltage at point 19 to zero. The first amplifier 22 thus outputs a voltage at a point 24 with the opposite polarity of the voltage at point 18. The output signal of the first amplifier 22 is led to a second amplifier 25 which provides drive current to a point 26 which is connected to the electric motor 15 in figure 3. The drive current from the second amplifier 25 is proportional to the voltage at point 24, with the same, or with the opposite, polarity. By changing the setting of the adjustable resistor 21, the mixing ratio between liquid flow 2 and additive 8 can be varied, see figure 3. By connecting a compensation link, especially between points 18 and 19 in figure 4, the characteristic can be adapted to the turbine 3 and the pump 7.

Deler av den elektriske styreenheten 14 kan med fordel bygges med digital elektronikk. Figur 5 viser skjematisk et utførelseseksempel av en digital styreenhet hvor signal fra strømningsføleren 17, figur 3, føres inn til et punkt 18 og videre til en første analog-til-digital-omvandler 27, en såkalt A/D-krets. Ønsket blandingsforhold stilles inn på en justerbar motstand 28, og innstilt verdi ledes til en andre analog-til-digital-omvandler, A/D-krets 29. A/D-kretsenes 27, 29 ut-verdier kombineres til en digital adresseverdi 30 og ledes til en hukommelseskrets 31 som inneholder en kali-breringstabell. Hukommelseskretsen 31 gir ut en digital verdi 32 som hentes ut av kalibreringstabellen og ledes til en digital-til-analog-omvandler 33, en såkalt D/A-krets, som gir ut et analogt signal 34. Signalet 34 går til en følge-holde-krets 35 og derfra til et punkt 24, motsvarende punkt 24 i figur 4. En klokkekrets 36 gir ut klokkesignaler 37, 37' og 37" og styrer de ulike verdi-dmsetningene i tids-riktig rekkefølge, avhengig av de kretstypene som velges. Klokkesignalene 37, 37' og 37" må oppdatere alle verdier så ofte at følge-holde-kretsens 35 utsignal følger variasjonene i den strømmende væske 2 med tilstrekkelig nøyaktighet, for eksempel 100 ganger i sekundet. Parts of the electrical control unit 14 can advantageously be built with digital electronics. Figure 5 schematically shows an embodiment of a digital control unit where the signal from the flow sensor 17, Figure 3, is fed to a point 18 and on to a first analog-to-digital converter 27, a so-called A/D circuit. The desired mixing ratio is set on an adjustable resistor 28, and the set value is fed to a second analog-to-digital converter, A/D circuit 29. The output values of the A/D circuits 27, 29 are combined into a digital address value 30 and is led to a memory circuit 31 which contains a calibration table. The memory circuit 31 outputs a digital value 32 which is extracted from the calibration table and is led to a digital-to-analogue converter 33, a so-called D/A circuit, which outputs an analogue signal 34. The signal 34 goes to a follow-hold circuit 35 and from there to a point 24, corresponding to point 24 in Figure 4. A clock circuit 36 outputs clock signals 37, 37' and 37" and controls the various value statements in time-correct order, depending on the circuit types that are selected. The clock signals 37, 37' and 37" must update all values so often that the output signal of the follow-hold circuit 35 follows the variations in the flowing liquid 2 with sufficient accuracy, for example 100 times per second.

Hukommelseskretsen 31 inneholder som nevnt en kalibrerings-tabell. Verdiene som er lagret i tabellen, angir hvor fort doseringspumpen 7, figur 3, skal gå Ved alle kombinasjoner av digitaliserte verdier for væskestrømmen 2, figur 3, og innstilt ønsket blandingsforhold på variabel motstand 28. As mentioned, the memory circuit 31 contains a calibration table. The values stored in the table indicate how fast the dosing pump 7, figure 3, should go For all combinations of digitized values for the liquid flow 2, figure 3, and set the desired mixing ratio on variable resistance 28.

En binær kodegiver, som ikke er vist, kan eventuelt erstatte motstanden 28 og A/D-krets 29. A binary encoder, not shown, may optionally replace the resistor 28 and A/D circuit 29.

Væskestrømmens 2 størrelse kan måles på flere måter. Instal-lasjonen kan forenkles ved at væskestrømmens 2 størrelse avledes fra generatoren 13. Strømningsføleren 17 kan dermed tas bort. Væskestrømmens 2 størrelse kan eksempelvis avledes som en sammenheng mellom generatorens 13 produserte spennings-frekvens og effekt. The size of the liquid flow 2 can be measured in several ways. The installation can be simplified by the amount of liquid flow 2 being derived from the generator 13. The flow sensor 17 can thus be removed. The size of the liquid flow 2 can, for example, be derived as a relationship between the voltage frequency and power produced by the generator 13.

En fordel med en elektronisk styrt oversetning mellom turbinen 3 og doseringspumpen 7 er at doseringen kan funksjons-testes uten bruk av vann. Et ikke vist testapparat kan koples til styreenheten 14 og levere elektrisk kraft samt et refe-ransesignal som simulerer en væskestrøm. Doseringspumpens 7 leveringsmengde som funksjon av referansesignalet kan dermed verifiseres. An advantage of an electronically controlled translation between the turbine 3 and the dosing pump 7 is that the dosing can be functionally tested without the use of water. A test device, not shown, can be connected to the control unit 14 and deliver electrical power as well as a reference signal that simulates a liquid flow. The delivery quantity of the dosing pump 7 as a function of the reference signal can thus be verified.

Claims

1. Dosing device for introducing additive (8) into a liquid stream (2), where a turbine (3) placed in the liquid stream (2) drives a dosing pump (7) which introduces additive (8) into the liquid stream (2), characterized in that a flow sensor (17) is arranged in the liquid flow (2) and that the turbine (3) drives an electric generator (13) which produces electric power for an electrically driven dosing pump (7), and that a control unit (14) is designed to control the delivery quantity of the dosing pump (7) in proportion to the liquid flow (2).

2. Dosing device according to claim 1, characterized in that the control unit (14) is designed to derive the size of the liquid flow (2) from the turbine's (3) rotational speed and the turbine's (3) delivered energy quantity, preferably by means of a calibrated electronic function or a calibration table.