NO177924B - Doseringsapparat - Google Patents

Description

DOSERINGSAPPARAT

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.

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.

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.

En ulempe med noen kjente turbin/pumpe-løsninger er at det er vanskelig å variere blandingsforholdet. Endring innebærer som oftest bytting av komponenter.

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.

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.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilsiktes oppnådd kom-pensasjon for ulinjær turbin-karakteristikk.

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.

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.

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.

Det refereres til vedføyde skjematiske tegninger hvor:

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.

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.

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.

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.

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.

Den elektriske styreenheten 14 skal i det følgende beskrives mer detaljert med henvisning til figurene 3, 4 og 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.

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.

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.

En binær kodegiver, som ikke er vist, kan eventuelt erstatte motstanden 28 og A/D-krets 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.

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.

Claims (2)

1. Doseringsapparat for innføring av tilsetningsstoff (8) i en væskestrøm (2), hvor en turbin (3) plassert i væske-strømmen (2) driver en doseringspumpe (7) som fører tilsetningsstoff (8) inn i væskestrømmen (2), karakterisert ved at det er anordnet en strømningsføler (17) i væskestrømmen (2) og at turbinen (3) driver en elektrisk generator (13) som produserer elektrisk kraft til en elektrisk drevet doseringspumpe (7) , og at en styreenhet (14) er innrettet til å styre doseringspumpens (7) leveringsmengde proporsjonalt med væskestrømmens (2).

2. Doseringsapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at styreenheten (14) er innrettet til å utlede væske-strømmens (2) størrelse fra turbinens (3) omdreiningstall og turbinens (3) leverte energimengde, fortrinnsvis ved hjelp av en kalibrert elektronisk funksjon eller en kalibrerings-tabell.