WO2024251511A1 - VERFAHREN ZUM BESTIMMEN DER KORNGRÖßENVERTEILUNG VON GRANULATEN IN EINEN FÖRDERSTROM UND MESSEINRICHTUNG - Google Patents

VERFAHREN ZUM BESTIMMEN DER KORNGRÖßENVERTEILUNG VON GRANULATEN IN EINEN FÖRDERSTROM UND MESSEINRICHTUNG Download PDF

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    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for continuously determining the grain size distribution of granules consisting of solid particles with different grain sizes, which are transported in a conveying direction in a conveying stream and in the process collide with at least one impact body designed as a waveguide and generate acoustic signals which propagate in each impact body as structure-borne sound waves.
  • the invention also relates to a measuring device for carrying out the method.
  • An essential characteristic of granules is their grain size distribution, which is used in all branches of industry as a measurable parameter for process monitoring, quality control, quality management, machine and plant monitoring and machine and plant control.
  • Granules are transported during relocation, production or use using different transport systems, whereby the transport is usually carried out hydraulically as a conveying stream, e.g. as a solid-water mixture, pneumatically, e.g. as a solid-air mixture, by means of belt systems or partly in free fall.
  • a conveying stream e.g. as a solid-water mixture
  • pneumatically e.g. as a solid-air mixture
  • a large number of investigations and development efforts focus on the use of acoustics to analyze granules, mainly in suspension form during hydraulic transport.
  • the invention relates to a passive acoustic method, wherein acoustic signals are used for signal processing which arise during the transport of the granulate by a collision of solid particles of the granulate with a device, such as a probe (impact body), or a part of the transport system, such as a pipe wall.
  • a device such as a probe (impact body), or a part of the transport system, such as a pipe wall.
  • US 5,257,530 B discloses a metal probe that is arranged transversely to the conveying direction of a suspension in a pipe so that the solid particles collide with the probe.
  • An acceleration sensor is attached to the probe outside the pipe and records the acoustic signals.
  • the amplified acoustic signals are transmitted to a signal processing unit.
  • the concentration of the solid particles in the suspension is determined from the signal energy and signal intensity after an FFT analysis (Fast Fourier Transformation). The method is primarily used to determine the concentration and mass of sand in an oil or gas stream.
  • WO 2014/116675 A1 discloses an impact body designed as a waveguide, which is arranged transversely to the conveying direction of a suspension in a line, so that the solid particles collide with the impact body.
  • An acoustic transducer which records the acoustic signals is attached to the probe outside the line.
  • the acoustic signals are transmitted to a signal processing unit.
  • the signal processing is used to determine the grain size distribution of the solid particles in the suspension.
  • the acoustic signals are sampled at a sampling frequency of, for example, 250 Hz.
  • the frequency spectrum is transformed using a DFFT (Discrete Fast Fourier Transformation), and the PDS (Power Density Spectrum) is generated from this, i.e. the sound power density.
  • a change in the slope of the signal intensity in the frequency range 100 kHz to 1 MHz as well as the change in the signal intensity for a preferred frequency in the frequency range greater than 20 kHz are used to determine the grain size of the solid particles in the
  • US 2008/282781 Al discloses a device and a method for monitoring formation sand in piped oil and gas production streams.
  • the sand causes erosion wear in the pipes, especially their bends.
  • the erosion wear is usually detected with an electrical resistance sensor.
  • a probe is proposed which has a Housing decoupled detector element which has an impact surface, an acoustic sensor coupled to the impact surface and the electrical resistance sensor for detecting erosion wear.
  • the acoustic sensor is used to detect the quantity of particles by counting the number of collisions of the particles with the impact surface.
  • the probe can also have means for detecting the flow energy.
  • the flow energy of the conveyed stream is detected by means of a differential pressure transducer.
  • the acoustic energy signals of the particles In order to determine the number of particles in a certain size range which impact the impact surface, the acoustic energy signals of the particles must be correlated with the flow velocity derived from the flow energy, assuming constant density.
  • the correlation between the acoustic energy signals of the impacting particles and the qualitative changes in the flow velocity serves the purpose of correlating the number of particles in the specific size range with the erosion wear at a given velocity profile of the flow rate.
  • US 10 309 887 B2 and US 11 260 399 B2 disclose passive acoustic measuring methods for continuously determining the grain size distribution of granules in a hydraulic conveying flow of a cyclone.
  • the device comprises a fixed sensor element which is mounted in a process pipe into which a process fluid flows, wherein the fixed sensor element has an impact body which protrudes into the flow.
  • a double threaded sleeve is used to attach the impact body.
  • Information about the size of the particles being ground is used to control the system.
  • the EP 3 356 813 Bl reveals a passive acoustic
  • Grain size distribution of granules in a conveying stream which uses the further knowledge that the acoustic signal depends on the grain size distribution and the flow energy of the conveying stream in terms of its characteristics.
  • the flow energy is determined by the speed and the concentration (mass concentration), or the bulk density of the solid particles of the granules.
  • the flow energy of the conveying stream is recorded with at least one force sensor provided in addition to the vibration sensor.
  • the signal processing of the electrical signals of the vibration sensor to determine the grain size distribution is carried out taking into account the electrical signals of the force sensor.
  • the invention is based on the task of proposing a passive acoustic method with which more precise results can be achieved in determining the grain size distribution of granular solid particles in a conveying stream, taking into account a changing flow energy of the conveying stream in real time.
  • the measurement of the flow energy of the conveying stream using at least one force sensor in addition to the vibration sensor should be dispensable.
  • a measuring device for carrying out the method should be proposed.
  • the solution to this problem is based on the knowledge that the flow resistance of the impact body in the flow stream, which is made up of the pressure and friction resistance, can have a detrimental effect on the signal quality.
  • a high pressure resistance also referred to as form resistance, causes the impact body around which the flow is moving to vibrate naturally and thus impairs the relationship between the properties of the electrical signals and the grain size distribution.
  • the invention in the embodiment of claim 2 is based on the knowledge that the detection of the spatial propagation of the acoustic signals in the impact body and the use of the corresponding electrical signals with the aid of a multi-axis vibration sensor with at least three measuring axes leads to an increase in the available electrical signals, from whose characteristics the grain size distribution can be determined in real time with greater accuracy.
  • the multi-axis vibration sensor offers the further advantage that an additional force sensor is no longer required to detect the flow energy of the conveying flow. To detect the flow energy, the electrical signals of the at least three measuring axes of the same vibration sensor that detects the spatial propagation of the acoustic signals in the impact body can be used.
  • the task is solved by a method for continuously determining the grain size distribution of a granulate consisting of solid particles with different grain sizes with the characteristics of the claim
  • a measuring device for carrying out the method results from the features of claim 14 .
  • the transport of the solid particles in a defined conveying direction in a conveying stream is preferably carried out with the aid of a transport system.
  • the transport system is in particular a belt conveyor or a flow conveyor which transports the solid particles either pneumatically, i.e. as a solid particle-gas mixture, or hydraulically as a solid particle-liquid mixture in a pipe.
  • the solid particles can be transported in a conveying direction in a conveying stream in free fall.
  • the solid particles collide with the impact body, which is designed as a waveguide, and generate acoustic signals that spread spatially in the impact body as structure-borne sound waves.
  • the impact body comprises a holding part and an impact part.
  • the impact part can be designed, for example, to be streamlined or as a flat plate with longitudinal flow.
  • the impact part of the impact body is exposed to the conveying flow with solid particles, while the holding part serves to attach the impact body to the transport system, for example to attach it to a holder of a belt conveyor or the pipe wall of a flow conveyor.
  • the preferably multi-axis vibration sensor is arranged on the holding part in an acoustically conductive manner.
  • the impact part and the holding part are made of a single piece from a metallic material.
  • at least the impact part is made of hardened metal, in particular hard metal.
  • the shape of the impact part around which the air flows and the direction of flow determine the pressure resistance and the frictional resistance.
  • the pressure resistance is the force on the impact part of the impact body that is affected by the flow and results from the pressure difference Ap between its front and back sides.
  • the pressure difference is based on the energy loss of the frictional flow of the conveying stream.
  • Frictional drag is caused by the friction of the flow on the surface of the impacting part. The magnitude of this force depends on the size of the affected surface and the flow conditions, especially on whether the adjacent flow is laminar or turbulent, with turbulent flows increasing frictional drag and laminar flows decreasing frictional drag for the same surface area.
  • the pressure resistance is about 90% and the frictional resistance on the surface of the circular cylinder is about 10% of the flow resistance when the flow is perpendicular to the longitudinal axis of the circular cylinder.
  • the relatively large front surface of the impact body i.e. the surface in a plane
  • the surface projected perpendicular to the direction of flow results in the pressure resistance being many times higher than the frictional resistance, thereby impairing the accuracy of the measurement of the grain size distribution, particularly in the range of small grain size spectra.
  • the shape and flow direction of the impact part is determined in such a way that the pressure resistance is smaller than the frictional resistance, i.e. the proportion of pressure resistance is less than 50% of the flow resistance of the impact part, but preferably less than 30%, particularly preferably less than 10% of the flow resistance.
  • the flow resistance for a specific impact part can be checked by means of comparative measurements using strain gauges or by experiments.
  • the impact part can be placed in a flow channel and a flow medium can be moved around the impact part.
  • the resistance is measured by measuring the forces acting on the impact part.
  • both the detection of the propagation of the acoustic signals in the impact body and the detection of the flow energy of the conveying stream as well as the conversion into electrical signals are carried out with the aid of a multi-axis vibration sensor with at least three measuring axes, preferably arranged perpendicular to one another.
  • Only the electrical signals from at least three measuring axes of the vibration sensor are used to record both the acoustic signals spreading spatially in the impact body and the flow energy of the conveyed stream, which are required to determine the grain size distribution taking the flow energy into account.
  • the ratio of the electrical signals from two measuring axes of the vibration sensor is used to record the flow energy.
  • the electrical signals from at least three measuring axes of one vibration sensor are used to record the grain size distribution taking the flow energy into account.
  • a multi-axis in particular a piezoelectric acceleration sensor, is particularly suitable as a vibration sensor for detecting the spatially spreading acoustic signals.
  • the acceleration sensor is attached to the holding part outside the conveying flow, so that no Solid particles from the conveying stream come into direct contact with the multi-axis acceleration sensor.
  • the detection of the spatial spread of the acoustic signals and the detection of the flow energy of the conveying flow with the aid of only a single multi-axis vibration sensor with at least three measuring axes, preferably perpendicular to each other, means that the detection of the acoustic signals and the flow energy takes place simultaneously and thus in relation to a corresponding collective of solid particles, so that distortions of the results of the signal processing are avoided due to a time interval between the detection of the flow energy and the detection of the acoustic signals for determining the grain size distribution taking the flow energy into account.
  • the pressure resistance of the impact part can be effectively reduced by ensuring that the frontal area of the impact part, i.e. its cross-sectional area projected in the direction of flow onto a surface perpendicular to it, does not exceed 10% of the entire surface of the impact part
  • the flow resistance of the impact part of the impact body around which the flow passes can be reduced not only by the shape and direction of flow, but also by increasing the surface quality by reducing the frictional resistance on the surface of the impact part.
  • the surface preferably has a roughness depth R t of a maximum of 20 pm.
  • the roughness depth R t is measured using the contact method (DIN EN ISO 25178-601) or contactless using confocal technology (DIN EN ISO 25178-602).
  • the conveying direction of the conveying stream and the flow direction of the impact part run parallel to one of the axes of the multi-axis vibration sensor
  • its measuring axes are arranged in relation to one another in accordance with the x, y and z axes of an orthogonal coordinate system and the vibration sensor is arranged on the holding part of the impact body in such a way that the x axis of the vibration sensor runs parallel to the flow direction of the impact part.
  • the ratio of the electrical signals of the two measuring axes in the x and y directions or in the x and z directions of the multi-axis vibration sensor is preferably used.
  • the impact body is held in the conveying stream in a vibration-isolated manner.
  • the multi-axis vibration sensor can be detachably connected to the holding part of the impact body using a screw connection. This ensures the best possible permanent contact with the holding part.
  • the method for continuously determining the grain size distribution requires a prior calibration before starting the regular signal processing of the electrical signals, which is described below for the preferred vibration sensor with three measuring axes:
  • a normalization function is created by determining a functional relationship (correlation) between the continuously recorded electrical signals from two measuring axes of the vibration sensor for determining the flow energy and the concentration or bulk density of the solid particles of the granulate from samples taken at different times during the continuous signal recording.
  • determining the functional relationship preferably only a previously defined frequency spectrum of the continuously recorded electrical signals is considered. If the flow energy is recorded as in the prior art by means of a force sensor provided independently of the vibration sensor, the functional relationship between the electrical signals of the force sensor and the concentration or bulk density of the solid particles of the granulate is determined from samples taken at different times during the continuous signal recording.
  • a sample with a known total volume is taken and the mass concentration of the sample is determined.
  • the mass concentration ß ⁇ is defined as the quotient of the mass m ⁇ of a considered mixture component i, here the mass of the solid particles, and the total volume V of the mixed phase taken with the sample.
  • the bulk density p Sch describes the density, i.e. the mass per volume of a mixture of a granular solid, here the solid particles, and a continuous fluid which fills the cavities between the solid particles.
  • the fluid is air.
  • a calibration function is created for the energy normalization of the signal intensity of the electrical signals for determining the grain size distribution by establishing a functional relationship (correlation) between the electrical signals of all measuring axes of the vibration sensor processed with the normalization function and the grain size distribution of the samples taken at different times during signal acquisition.
  • the determination of the grain size distribution of the samples taken at different times is carried out using a known method for determining the grain size distribution, for example by means of sieve analysis.
  • the recording of the acoustic signals of all measuring axes and the determination of the concentration or bulk density as well as the grain size distribution refer to an essentially identical collective of solid particles from the conveying flow, i.e. the sample is taken in close proximity to the multi-axis vibration sensor during the recording of the acoustic signals for calibration.
  • the control operation of the signal processing of the electrical signals of at least three measuring axes of the vibration sensor for determining the grain size distribution following the calibration then comprises the following steps:
  • standardization preferably Only the frequency spectrum of the continuously recorded electrical signals, which was previously defined for the creation of the calibration function, is considered.
  • the control operation of the signal processing of the electrical signals in a conventional vibration sensor following calibration is analogous, whereby only the electrical signal recorded by the vibration sensor is normalized using the normalization function in order to eliminate the dependence of the signal for determining the grain size distribution on the flow energy.
  • the determination of the grain size distribution in real time is carried out by applying the calibration function to the normalized electrical signals of the vibration sensor.
  • a measuring device for carrying out the method according to one of claims 1-13 results from the features of claim 14.
  • the vibration sensor of the measuring device preferably comprises at least three measuring axes.
  • the multi-axis vibration sensor develops a synergistic effect with regard to increased accuracy of the measurement results by almost completely decoupling the measurement results from a changing flow energy.
  • Shape features of a preferred impact part with reduced pressure resistance result from the features of claims 19 and 20.
  • the side surfaces of the impact part which are arranged symmetrically to a plane of symmetry, converge on the underside, i.e. on the side opposite the holding part, to form an edge in the plane of symmetry.
  • the edge preferably runs parabolically starting from a profile nose.
  • the profile nose is preferably formed by an almost point-shaped region on the surface of the impact part, which is the first to come into contact with the solid particles in the conveying stream in the direction of flow. This geometry means that the smallest cross-sectional area of the impact part is in the area of the profile nose, which minimizes distortion of the measurement results due to the pressure resistance of the impact part.
  • Figure 1 shows an example of a
  • Figure 2 a side view of an impact body the measuring device according to Figure 1 and sections along the lines AA, BB, CC and DD in the side view,
  • Figure 3 is a perspective view of the
  • Figure 4 shows a representation of a bracket for the
  • Figures 11-13 Signal analyses of test series 1-3 and 7-10 with a measuring device according to the invention
  • Figure 14 is a representation of a normalization function describing the functional relationship between the electrical signals of two measuring axes of the vibration sensor (calculated flow energy) and the concentration of solid particles (flow energy) of the granulate of samples taken at different times during signal acquisition,
  • Figure 15 is a representation of a calibration function which describes a functional relationship between the electrical signals of all axes of the vibration sensor processed with the normalization function and the grain size distribution of samples taken at different times during signal acquisition.
  • Figure 1 shows a measuring device for carrying out a method for continuously determining the grain size distribution of a granulate in a flow conveyor.
  • the measuring device essentially consists of an impact body (4) made of a metallic, wear-resistant material, which is used to generate acoustic signals by impact of solid particles of a granulate which spreads spatially as structure-borne sound waves in the impact body (4).
  • the measuring device has a holder (2) for holding the impact body (4) in a conveying flow in which the solid particles are transported hydraulically through a pipeline (1) in a conveying direction (7).
  • the impact body (4) has an impact part (4.1) and a holding part (4.2).
  • the holding part (4.2) which is better seen in Figure 3, comprises a lower section (4.3) which extends vertically from a holding plate (4.4).
  • the lower section (4.3) engages in a slot (10) which is made in the casing of the pipeline (1) parallel to its longitudinal axis (9) (see Figure 1).
  • the lower section (4.3) is flush with the inner wall of the pipeline (1), so that only the impact part (4.1) of the impact body (4) protrudes into the interior of the pipeline (1).
  • the impact part (4.1) whose pressure resistance in the flow direction (8) of the impact part (4.1) is smaller than the frictional resistance, is designed to be streamlined. In further tests it has been shown that the impact part (4.1) can be designed as a flat plate with longitudinal flow, with equally good measurement results, but with a much simpler geometry.
  • the profile of the impact part (4.1) is symmetrical to a plane of symmetry (11).
  • the direction vector of the flow direction (8) lies in the plane of symmetry (11). greatest length of the profile of the impact part (4.1) in its
  • the flow direction (8) is located directly at the transition to the holding part (4.2). It is at least ten times as large as the greatest thickness of the profile perpendicular to the plane of symmetry (11) (see section A-A).
  • the greatest thickness of the profile is located starting from the profile nose (12) approximately halfway along the greatest longitudinal extent of the profile of the impact part (4.1) and transverse to the flow direction (8) the greatest thickness of the profile is located at 40-50% of the greatest height of the profile in the plane of symmetry (11).
  • the edge (15) runs parabolically starting from the profile nose (12), as can be seen in the side view in Figure 2.
  • the profile nose (12) is
  • (4.1) is formed by an almost point-shaped region on the surface of the impact part, which is the first to come into contact with the solid particles in the conveying stream in the flow direction (8).
  • the multi-axis vibration sensor (5) designed as an acceleration sensor, is mounted on the front side of the holding part
  • the three measuring axes of the multi-axis vibration sensor (5) are arranged in accordance with the x-, y- and z-axes of an orthogonal coordinate system and the vibration sensor (5) is arranged and aligned on the holding part (4.2) such that the x-axis of the vibration sensor is parallel to the
  • the impact body (4) is attached to the pipeline (1) by means of a bracket (2) designed as a base, which is shown in detail in Figure 4. From sections A-A, B-B it can be seen that the underside of the bracket (2) is adapted to the contour of the casing of the pipeline (1).
  • the bracket (2) also has a slot (16) which is aligned with the slot (10) in the casing of the pipeline (1).
  • the bracket (2) is attached to the pipeline (1) using screw connections.
  • the holding plate (4.4) of the holding part (4.2) is placed on the flat surface of the bracket (2) and screwed to it. Vibration isolation (3) is arranged between the bracket (2) and the holding plate (4.4) (cf.
  • the acoustic signals converted into electrical signals by the multi-axis vibration sensor (5) are fed by means of a signal line to a signal processing unit (not shown in the figures), for example a personal computer.
  • the electrical signals of the vibration sensor (5) are processed in the signal processing unit in order to determine the grain size distribution from the acoustic signals, taking the flow energy into account. Try
  • a streamlined impact body (4) according to the invention In a hydraulic circuit consisting of an adjustable solids pump, a pressure line, a suction line and a storage container for the granulate, a streamlined impact body (4) according to the invention and, at a short distance from it, a circular cylindrical impact body according to the current state of the art were installed.
  • a multi-axis vibration sensor (5) was attached to the streamlined impact body (4) according to the invention and a single-axis vibration sensor was attached to the cylindrical impact body.
  • Test 1 In a first series of tests, only water was pumped with three different capacities of the solids pump. The tests in this series are marked Test 1 to Test 3.
  • Test 4 to Test 6 In a second series of tests, three different tests with different Solid concentrations of a sand-water mixture were measured and the corresponding signals recorded. The tests in this test series are marked Test 4 to Test 6.
  • Figure 6 documents the frequency analyses of the test series Test 1 to Test 6 for the conventional impact body (cylindrical shape).
  • the change in flow energy be it in the form of an increase in the solids pump performance in Test 1 to Test 3 with water or an increase in the solids concentration in Test 4 to Test 6 with a sand-water mixture, has a direct influence on the signal intensity. From a frequency of 10 kHz, the intensity increases proportionally to the flow velocity and solids concentration of the flow rate. The signal properties are very dependent on the flow energy (increase in the solids pump performance or increase in the solids concentration).
  • Figures 7 to 9 show the results of the same
  • Test series Test 1 to Test 6 for the streamlined design of the impact body ( 4 ) and the use of a multi-axis vibration sensor ( 5 ) according to the invention are shown.
  • test results show that the use of a streamlined impact body in combination with a multi-axis vibration sensor reduces the influence of the change in flow energy, i.e. the influence of the solid concentration and/or velocity, on the signal properties.
  • Figure 10 documents the frequency analyses of the test series Test 1 to Test 3 and Test 7 to Test 10 for the conventional impact body (cylindrical shape).
  • the change in the grain size distribution in Tests 7 to 10 leads to a strong increase in the signal intensities across the entire frequency spectrum.
  • the order of the intensities for the individual tests in Figure 10 does not correspond to the order of the grain size distribution of the samples (fineness or coarseness).
  • the signal intensities Up to a frequency of 8 kHz, the signal intensities are disordered and intersect. In a frequency range between 8 and 11 KHz, the signal intensities of Tests 7 and 8 are the same, even though the sand in Test 7 is finer than the sand in Test 8.
  • the signal intensity of the finer mixture in Test 7 is even higher than the signal intensity of the coarser mixture in Test 8.
  • the signal intensity of the finer mixture Test 7 (average grain size 40 micrometers) is even higher than the signal intensity of the very coarse mixture of Test 9 with an average grain size of 100 micrometers.
  • Figures 11 to 13 show the results of the same test series Test 1 to Test 3 and Test 7 to Test 10 for the streamlined design of the impact body in combination with the multi-axis vibration sensor according to the invention.
  • the influence of the grain size distribution of the samples on the signal intensity of the respective wave propagation directions is different. Of key importance is the fact that in all wave propagation directions the signal intensity is proportional to the grain size distribution of the samples.
  • the signal intensity of test 7 (average grain size 40 micrometers) is smaller than the signal intensity of test 8 (average grain size 60 micrometers) and the signal intensity of test 8 is smaller than the signal intensity of test 9 (average grain size 100 micrometers) and finally the signal intensity of test 10 (average grain size 180 micrometers) is higher than the signal intensity of test 9.
  • the illustrated streamlined design of the impact body (4) according to the invention reduces the influence of the pressure resistance component of the flow resistance on the signal intensity (see second series of tests) and increases the dependence of the signal properties on the grain size distribution of the flow.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung von Feststoffpartikeln mit unterschiedlichen Korngrößen, die in einer Förderrichtung in einen Förderstrom transportiert werden und dabei mit einem als Wellenleiter eingerichteten Anprallkörper kollidieren und akustische Signale erzeugen, die sich in dem Anprallkörper als Körperschallwellen ausbreiten und mit einem Schwingungsaufnehmer erfasst werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Um genauere Ergebnisse bei der Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung einer veränderlichen Strömungsenergie des Förderstroms zu erzielen wird vorgeschlagen, die Druckwiderstandskomponente des Strömungswiderstandes eines Anprallteils des Anprallkörpers in einer Anströmrichtung zu reduzieren.

Description

Verfahren zum Bestimmen der Korngrößenverteilung von Granulaten in einen Förderstrom und Messeinrichtung
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung von Granulaten bestehend aus Feststof fpartikeln mit unterschiedlichen Korngrößen, die in einer Förderrichtung in einen Förderstrom transportiert werden und dabei mit mindestens einem als Wellenleiter eingerichteten Anprallkörper kollidieren und akustische Signale erzeugen, die sich in j edem Anprallkörper als Körperschallwellen ausbreiten . Außerdem betri f ft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Ein wesentliches Merkmal von Granulaten ist deren Korngrößenverteilung, die in allen Zweigen der Industrie als ein messbarer Parameter zur Prozessüberwachung, Qualitätskontrolle , Qualitätssteuerung, Maschinen- und Anlagenüberwachung und Maschinen- und Anlagensteuerung herangezogen wird .
Granulate werden bei der Umlagerung, Produktion oder Verwendung mit unterschiedlichen Transportsystemen transportiert , wobei der Transport in der Regel als Förderstrom hydraulisch, z . B . als Feststof f-Wasser-Gemisch, pneumatisch, z . B . als Feststof f-Luft-Gemisch, mittels Bandanlagen oder teilweise im freien Fall erfolgt . Die Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die in allen Förderströmen für ein breites Kornspektrum von einigen Mikrometern bis zu einigen Dezimetern eine Korngrößenanalyse in Echtzeit erlaubt , ist für eine Viel zahl von Industriezweigen von besonderer Bedeutung . Eine Vielzahl von Untersuchungen und Entwicklungsbestrebungen konzentrieren sich auf die Nutzung der Akustik zur Analyse von Granulaten, hauptsächlich in Suspensionsform während des hydraulischen Transports.
Die Erfindung betrifft ein passives akustisches Verfahren, wobei akustische Signale für die Signalverarbeitung genutzt werden, die während des Transports des Granulats durch eine Kollision von Feststoffpartikeln des Granulats mit einer Vorrichtung, wie einer Sonde, (Anprallkörper) , oder einem Teil des Transportsystems , wie beispielsweise einer Rohrwandung, entstehen.
Passive akustische Verfahren sind beispielsweise aus der US 5,257,530 B, der WO 2014/11667 5 Al, der US 2008/282781 Al US 10 309 887 B2 sowie US 11 260 399 B2 und der EP 3 356 813 Bl bekannt:
Die US 5,257,530 B offenbart eine metallische Sonde, die quer zur Förderrichtung einer Suspension in einer Leitung angeordnet ist, so dass die Feststoffpartikel mit der Sonde kollidieren. An der Sonde ist außerhalb der Leitung ein Beschleunigungsaufnehmer angebracht, der die akustischen Signale aufnimmt. Die verstärkten akustischen Signale werden zu einer Signalverarbeitungseinheit übertragen. Im Rahmen der Signalverarbeitung wird nach einer FFT-Analyse (Fast Fourier Transformation) aus der Signalenergie und Signalintensität auf die Konzentration der Feststoffpartikel in der Suspension geschlossen. In erster Linie dient das Verfahren zur Bestimmung der Konzentration und Masse von Sand in einem Öloder Gasstrom. Die WO 2014 / 116675 Al of fenbart einen als Wellenleiter eingerichteten Anprallkörper, der quer zur Förderrichtung einer Suspension in einer Leitung angeordnet ist , so dass die Feststof fpartikel mit dem Anprallkörper kollidieren . An der Sonde ist außerhalb der Leitung ein akustischer Wandler angebracht , der die akustischen Signale aufnimmt . Die akustischen Signale werden zu einer Signalverarbeitungseinheit übertragen . Im Rahmen der Signalverarbeitung soll auf die Korngrößenverteilung der Feststof fpartikel in der Suspension geschlossen werden . Die akustischen Signale werden mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 250 Hz abgetastet . Für j edes abgetastete Signal wird im Wege einer DFFT ( Discrete Fast Fourier Trans formation) das Frequenzspektrum trans formiert und daraus die PDS ( Power Density Spectrum) erzeugt , d . h . die Schalleistungsdichte . Eine Änderung der Steigung der Signalintensität im Frequenzbereich 100 kHz bis 1 MHz sowie die Änderung der Signalintensität für eine bevorzugte Frequenz im Frequenzbereich größer als 20 kHz dienen zur Bestimmung der Korngröße der Feststof fpartikel in der Suspension .
Die US 2008 /282781 Al of fenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung von Formationssand in leitungsgebundenen Öl- und Gas förderströmen . Der Sand ruft in den Leitungen, insbesondere deren Krümmungen Erosionsverschleiß hervor . Der Erosionsverschleiß wird üblicherweise mit einem elektrischen Widerstandssensor erfasst . Um neben dem Erosionsverschleiß die Partikelmenge und deren Einfluss auf den Erosionsverschleiß erfassen zu können, wird eine Sonde vorgeschlagen, die ein von einem Gehäuse entkoppeltes Detektorelement aufweist , das eine Anprall fläche , einen an die Anprall fläche gekoppelten akustischen Sensor und den elektrischen Widerstandssensor zur Erfassung des Erosionsverschleißes aufweist . Der Akustiksensor dient zur Erfassung der Partikelmenge , indem die Anzahl der Kollisionen der Partikel an der Anprall fläche gezählt wird . Die Sonde kann darüber hinaus Mittel zur Erfassung der Strömungsenergie aufweisen . Die Strömungsenergie des Förderstroms wird mittels eines Di f ferenzdruckwandlers erfasst . Um die Anzahl der Partikel in einem bestimmten Größenbereich zu ermitteln, die auf die Anprall fläche auftref fen, müssen die akustischen Energiesignale der Partikel mit der aus der Strömungsenergie abgeleiteten Fließgeschwindigkeit unter der Annahme konstanter Dichte korreliert werden . Die Korrelation zwischen den akustischen Energiesignalen der auf tref f enden Partikel sowie der qualitativen Änderungen der Fließgeschwindigkeit dient dem Zweck, die Anzahl der Partikel in dem bestimmten Größenbereich mit dem Erosionsverschleiß bei einem gegebenen Geschwindigkeitsprofil des Förderstroms zu korrelieren .
Die US 10 309 887 B2 und die US 11 260 399 B2 of fenbaren passive akustische Messverfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung von Granulaten in einem hydraulischen Förderstrom eines Zyklons . Die Vorrichtung umfasst ein festes Sensorelement , das in einem Prozessrohr angebracht ist , in den ein Prozess fluid fließt , wobei das feste Sensorelement einen Anprallkörper aufweist , der in die Strömung hineinragt . Eine doppelte Gewindehülse dient der Befestigung des Anprallkörpers . Informationen über die Mahlgutgröße der Partikel werden zur Anlagensteuerung genutzt . Die EP 3 356 813 Bl of fenbart ein passives akustisches
Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der
Korngrößenverteilung von Granulaten in einem Förderstrom, welches die weitere Erkenntnis nutzt , dass das akustische Signal hinsichtlich seiner Charakteristik von der Korngrößenverteilung und der Strömungsenergie des Förderstroms abhängt . Die Strömungsenergie wird durch die Geschwindigkeit und die Konzentration (Massekonzentration) , bzw . die Schüttdichte der Feststof fpartikel des Granulats , bestimmt . Um in Echtzeit zuverlässige Messergebnisse zur Korngrößenverteilung zu erhalten, wird die Strömungsenergie des Förderstroms mit mindestens einem zusätzlich zu dem Schwingungsaufnehmer vorgesehenen Kraftaufnehmer erfasst . Die Signalverarbeitung der elektrischen Signale des Schwingungsaufnehmers zur Bestimmung der Korngrößenverteilung wird unter Berücksichtigung der elektrischen Signale des Kraftaufnehmers durchgeführt .
Der Erfindung liegt ausgehend von der EP 3 356 813 Bl als nächstliegendem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde , ein passives akustisches Verfahren vorzuschlagen, mit dem genauere Ergebnisse bei der Bestimmung der Korngrößenverteilung von granulären Feststof fpartikeln in einem Förderstrom unter Berücksichtigung einer veränderlichen Strömungsenergie des Förderstroms in Echtzeit erzielt werden . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll die Messung der Strömungsenergie des Förderstroms mithil fe mindestens eines Kraftaufnehmers zusätzlich zu dem Schwingungsaufnehmer entbehrlich sein . Außerdem soll eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen werden . Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Erkenntnis , dass der sich aus dem Druck- und Reibungswiderstand zusammensetzende Strömungswiderstand des Anprallkörpers in dem Förderstrom die Signalqualität nachteilig beeinflussen kann . Insbesondere ein hoher Druckwiderstand, auch als Formwiderstand bezeichnet , versetzt den umströmten Anprallkörper in Eigenschwingungen und beeinträchtig dadurch die Abhängigkeit zwischen den Eigenschaften der elektrischen Signale und der Korngrößenverteilung .
Des Weiteren beruht die Erfindung in der Ausgestaltung des Anspruchs 2 auf der Erkenntnis , dass die Erfassung der räumlichen Ausbreitung der akustischen Signale in dem Anprallkörper und die Nutzung der entsprechenden elektrischen Signale mit Hil fe eines mehrachsigen Schwingungsaufnehmers mit mindestens drei Messachsen zu einer Erhöhung der verfügbaren elektrischen Signale führt , aus deren Charakteristik die Korngrößenverteilung in Echtzeit mit höherer Genauigkeit ermittelt werden kann . Neben der höheren Genauigkeit bietet der mehrachsige Schwingungssaufnehmer den weiteren Vorteil , dass für die Erfassung der Strömungsenergie des Förderstroms kein zusätzlicher Kraftaufnehmer mehr erforderlich ist . Zur Erfassung der Strömungsenergie kann auf die elektrischen Signale der mindestens drei Messachsen desselben Schwingungsaufnehmers zurückgegri f fen werden, der die räumliche Ausbreitung der akustischen Signale in dem Anprallkörper erfasst .
Im Einzelnen wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung eines Granulats bestehend aus Feststof fpartikeln mit unterschiedlichen Korngrößen mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst . Eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 14 .
Das Transportieren der Feststof fpartikel in einer festgelegten Förderrichtung in einem Förderstrom erfolgt vorzugsweise mit Hil fe eines Transportsystems . Bei dem Transportsystem handelt es sich insbesondere um einen Bandförderer oder einen Strömungs förderer, der die Feststof fpartikel entweder pneumatisch, d . h . als Feststof fpartikel-Gas-Gemisch oder hydraulisch als Feststof f parti kel- Flüssigkeits-Gemisch rohr gebunden transportiert . Außerdem können die Feststof fpartikel in einer Förderrichtung in einem Förderstrom im freien Fall transportiert werden .
Die Feststof fpartikel kollidieren mit dem als Wellenleiter eingerichteten Anprallkörper und erzeugen akustische Signale , die sich in dem Anprallkörper räumlich als Körperschallwellen ausbreiten . Der Anprallkörper umfasst ein Halteteil und ein Anprallteil . Das Anprallteil kann beispielsweise stromlinienförmig oder als längsangeströmte ebene Platte ausgestaltet sein . Das Anprallteil des Anprallkörpers ist dem Förderstrom mit Feststof fpartikeln ausgesetzt , während das Halteteil zur Befestigung des Anprallkörpers an dem Transportsystem dient , beispielsweise zur Befestigung an einer Halterung eines Bandförderers oder der Rohrwandung eines Strömungs förderers . Außerdem wird an dem Halteteil der vorzugsweise mehrachsige Schwingungssaufnehmer akustisch leitend angeordnet . Im Interesse einer ungestörten Ausbreitung der Körperschallwellen sind das Anprallteil und das Halteteil einteilig aus einem metallischen Werkstof f ausgeführt . Um die Verschleiß festigkeit des Anprallkörpers in dem Förderstrom zu verbessern, besteht zumindest das Anprallteil aus gehärtetem Metall , insbesondere Hartmetall .
Die Form des umströmten Anprallteils und die Anströmrichtung bestimmen den Druckwiderstand und den Reibungswiderstand .
Der Druckwiderstand ist die Kraft auf das umströmte Anprallteil des Anprallkörpers , die aus der Druckdi f ferenz Ap zwischen seiner Vorder- und Rückseite resultiert . Die Druckdi f ferenz beruht auf dem Energieverlust der reibungsbehafteten Strömung des Förderstroms .
Der Reibungswiderstand wird von der Reibung der Strömung an der Oberfläche des Anprallteils verursacht . Die Größe dieser Kraft hängt ab von der Größe der betrof fenen Oberfläche und den Strömungsverhältnissen, vor allem davon, ob die anliegende Strömung laminar oder turbulent ist , wobei turbulente Strömungen bei übereinstimmender Größe der Oberfläche den Reibungswiderstand erhöhen und laminare Strömungen den Reibungswiderstand verringern .
Bei kreis zylindrischen Anprallkörpern, wie sie bei den bekannten passiven akustischen Verfahren zum Einsatz gelangen, beträgt der Druckwiderstand etwa 90 % und der Reibungswiderstand an der Mantel fläche des Kreis zylinders etwa 10 % des Strömungswiderstandes bei Anströmung senkrecht zur Längsachse des Kreis zylinders . Die verhältnismäßig große Stirnfläche des Anprallkörpers , d . h . die in eine Ebene senkrecht zur Anströmungsrichtung proj i zierte Fläche , hat zur Folge , dass der Anteil des Druckwiderstands um ein Viel faches höher als der Reibungswiderstand ist und dadurch die Genauigkeit der Messung der Korngrößenverteilung, insbesondere im Bereich kleiner Korngrößenspektren beeinträchtigt wird .
Erfindungsgemäß wird indes die Form und Anströmungsrichtung des Anprallteils derart bestimmt , dass der Druckwiderstand kleiner als der Reibungswiderstand ist , d . h . der Anteil des Druckwiderstands beträgt weniger als 50 % des Strömungswiderstandes des Anprallteils , vorzugsweise j edoch weniger als 30% , besonders bevorzugt weniger als 10% des Strömungswiderstandes . Durch die Reduzierung des Druckwiderstandes kann die Genauigkeit der Bestimmung der Korngrößenverteilung und die Entkopplung von der Strömungsenergie des Förderstroms weiter verbessert werden .
Bei einem z . B . als Scheibe bzw . ebene Platte ausgebildeten Anprallteil mit einer Anströmungsrichtung parallel zu den Oberflächen der Scheibe bzw . Platte würde der Anteil des Druckwiderstandes nahezu gegen 0% gehen .
Eine Überprüfung des Strömungswiderstandes für ein bestimmtes Anprallteil kann mittels Vergleichsmessungen durch Dehnmessstrei fen oder durch Experimente ermittelt werden . Um den Reibungs- und Druckwiderstand an einem umströmten Körper zu ermitteln, kann beispielsweise das Anprallteil in einem Strömungskanal platziert und ein Strömungsmedium um das Anprallteil herum bewegt werden . Die Messung des Widerstands erfolgt mittels Kraftmessung der auf das Anprallteil wirkenden Kräfte . Sowohl das Erfassen der Ausbreitung der akustischen Signale in dem Anprallkörper als auch das Erfassen der Strömungsenergie des Förderstroms sowie das Umformen in elektrische Signale erfolgt in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mit Hil fe eines mehrachsigen Schwingungsaufnehmers mit mindestens drei , vorzugsweise senkrecht zueinander angeordneten Messachsen .
Es werden ausschließlich die elektrischen Signale der mindestens drei Messachsen des Schwingungsaufnehmers verwendet , um sowohl die sich räumlich in dem Anprallkörper ausbreitenden akustischen Signale als auch die Strömungsenergie des Förderstroms zu erfassen, die zur Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung der Strömungsenergie erforderlich sind . Zur Erfassung der Strömungsenergie wird das Verhältnis der elektrischen Signale von zwei Messachsen des Schwingungsaufnehmers verwendet . Zur Erfassung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung der Strömungsenergie werden die elektrischen Signale der mindestens drei Messachsen des einen Schwingungsaufnehmers verwendet .
Da die akustischen Signale von dem Anprallkörper direkt auf den an dem Halteteil befestigten mehrachsigen Schwingungsaufnehmer übertragen werden, kommt als Schwingungsaufnehmer insbesondere ein mehrachsiger, insbesondere ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor für das Erfassen der sich räumlich ausbreitenden akustischen Signale in Betracht . Der Beschleunigungssensor wird an dem Halteteil außerhalb des Förderstroms befestigt , so dass keine Feststof fpartikel aus dem Förderstrom unmittelbar mit dem mehrachsigen Beschleunigungssensor in Kontakt gelangen .
Das Erfassen der räumlichen Ausbreitung der akustischen Signale und das Erfassen der Strömungsenergie des Förderstroms mit Hil fe nur eines einzigen mehrachsigen Schwingungsaufnehmers mit mindestens drei , vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden Messachsen bewirkt , dass das Erfassen der akustischen Signale und der Strömungsenergie zeitgleich und dadurch in Bezug auf ein übereinstimmendes Kollektiv von Feststof fpartikeln erfolgt , sodass Verfälschungen der Ergebnisse der Signalverarbeitung durch einen zeitlichen Abstand der Erfassung der Strömungsenergie von der Erfassung der akustischen Signale zur Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung der Strömungsenergie vermieden werden .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine genauere Korngrößenanalyse in Echtzeit mit einem sehr breiten Kornspektrum von einigen Mikrometern bis einigen Dezimetern in j eglicher Art von granulären Förderströmen mit sich ändernder Strömungsenergie basierend auf einem passiven akustischen Verfahren durchzuführen, ohne dass die Messung der Strömungsenergie des Förderstroms mithil fe eines zusätzlichen Kraftaufnehmers erforderlich ist .
Der Druckwiderstand des Anprallteils kann dadurch wirksam reduziert werden, dass die Stirnfläche des Anprallteils , das heißt dessen in Anströmrichtung auf eine dazu senkrechte Fläche proj i zierte Querschnitts fläche , maximal 10% der gesamten von dem Förderstrom umströmten Oberfläche des
Anprallteils beträgt .
Der Strömungswiderstand des umströmten Anprallteils des Anprallkörpers kann j edoch nicht nur durch die Formgebung und Anströmungsrichtung, sondern auch durch eine Erhöhung der Oberflächengüte herabgesetzt werden, indem der Reibungswiderstand an der Oberfläche des Anprallteils reduziert wird . Vorzugsweise weist die Oberfläche eine Rautiefe Rt von maximal 20 pm auf . Die Rautiefe Rt wird berührend nach der Tastschnittmethode ( DIN EN ISO 25178- 601 ) oder berührungslos mit der Konf okaltechnologie ( DIN EN ISO 25178- 602 ) gemessen .
Damit die Förderrichtung des Förderstroms und die Anströmrichtung des Anprallteils parallel zu einer der Achsen des mehrachsigen Schwingungsaufnehmers verläuft , sind dessen Messachsen entsprechend der x- , y- und z- Achse eines orthogonalen Koordinatensystems zueinander angeordnet und der Schwingungsaufnehmer derart an dem Halteteil des Anprallkörpers angeordnet , dass die x-Achse des Schwingungsaufnehmers parallel zur Anströmrichtung des Anprallteils verläuft . Zur Bestimmung der Strömungsenergie wird vorzugsweise das Verhältnis der elektrischen Signale der zwei Messachsen in x- und y-Richtung oder in x- und z- Richtung des mehrachsigen Schwingungsaufnehmers verwendet .
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Anprallkörper schwingungsisoliert in dem Förderstrom gehalten . Die Schwingungsisolation zwischen dem Halteteil des Anprallkörpers und einer Halterung, z . B . an dem Gerüst des Förderbandes oder an dem Mantel einer Rohrleitung für den hydraulischen Transport , reduziert den Einfluss von Fremdschwingungen auf den Anprallkörper und den daran befestigten Schwingungsaufnehmer, insbesondere werden Veränderungen der Signalintensität und Frequenzverschiebungen weitgehend vermieden .
Zur weiteren Verbesserung der Signalqualität und Reproduzierbarkeit der Erfassung der akustischen Signale kann der mehrachsige Schwingungsaufnehmer mittels einer Schraubverbindung lösbar mit dem Halteteil des Anprallkörpers verbunden sein . Hierdurch wird ein dauerhaft bestmöglicher Kontakt zu dem Halteteil gewährleistet .
Das Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung setzt vor Beginn der regulären Signalverarbeitung der elektrischen Signale eine vorherige Kalibrierung voraus , die nachfolgend für den bevorzugten Schwingungsaufnehmer mit drei Messachsen beschrieben wird :
In einem ersten Schritt wird eine Normierfunktion erstellt , indem ein funktionaler Zusammenhang (Korrelation) zwischen den kontinuierlich erfassten elektrischen Signalen von zwei Messachen des Schwingungsaufnehmers zur Bestimmung der Strömungsenergie und der Konzentration bzw . Schüttdichte der Feststof fpartikel des Granulats von während der kontinuierlichen Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben ermittelt wird . Bei der Ermittlung des funktionalen Zusammenhanges wird vorzugsweise lediglich ein zuvor festgelegtes Frequenzspektrum der kontinuierlich erfassten elektrischen Signale betrachtet . Sofern die Strömungsenergie wie im Stand der Technik mittels eines unabhängig von dem Schwingungsaufnehmer vorgesehenen Kraftaufnehmers erfasst wird, wird der funktionale Zusammenhang zwischen den elektrischen Signalen des Kraftaufnehmers und der Konzentration bzw . Schüttdichte der Feststof fpartikel des Granulats von während der kontinuierlichen Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben ermittelt .
Bei einem hydraulischen Förderstrom, z . B . als Feststof fpartikel-Wasser-Gemisch, wird eine Probe mit einem bekannten Gesamtvolumen entnommen und die Massenkonzentration der Probe ermittelt . Die Massenkonzentration ß± ist definiert als Quotient aus der Masse m± einer betrachteten Mischungskomponente i , hier der Masse der Feststof fpartikel und dem Gesamtvolumen V der mit der Probe entnommenen Mischphase .
Bei einem Transport der Feststof fpartikel auf einem Bandförderer wird indes die Schüttdichte ermittelt . Die Schüttdichte pSch bezeichnet die Dichte , d . h . die Masse pro Volumen eines Gemenges aus einem körnigen Feststof f , hier die Feststof fpartikel , und einem kontinuierlichen Fluid, welches die Hohlräume zwischen den Feststof fpartikeln aus füllt . Das Fluid ist beim Bandtransport die Luft .
In einem zweiten Schritt wird unter Berücksichtigung der so erhaltenen Normierfunktion eine Kalibrierfunktion für die Energienormierung der Signalintensität der elektrischen Signale zum Bestimmen der Korngrößenverteilung erstellt , indem ein funktionaler Zusammenhang (Korrelation) zwischen den mit der Normierfunktion verarbeiteten elektrischen Signalen sämtlicher Messachsen des Schwingungsaufnehmers und der Korngrößenverteilung von den während der Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben ermittelt wird .
Die Bestimmung der Korngrößenverteilung der zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben erfolgt mit einem bekannten Verfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilung, beispielsweise im Wege einer Siebanalyse .
Die Erfassung der akustischen Signale sämtlicher Messachsen und die Ermittlung der Konzentration bzw . Schüttdichte sowie der Korngrößenverteilung beziehen sich auf ein im wesentlichen übereinstimmendes Kollektiv von Feststof fpartikeln aus dem Förderstrom, d . h . die Probe wird während der Erfassung der akustischen Signale für die Kalibrierung in unmittelbarer Nähe zu dem mehrachsigen Schwingungsaufnehmer gezogen .
Der sich an die Kalibrierung anschließende Regelbetrieb der Signalverarbeitung der elektrischen Signale der mindestens drei Messachsen des Schwingungsaufnehmers zum Bestimmen der Korngrößenverteilung umfasst sodann die folgenden Schritte :
Normieren der von den mindestens drei Messachen des Schwingungsaufnehmers erfassten elektrischen Signale mit der Normierfunktion, um die Abhängigkeit der erfassten elektrischen Signale sämtlicher Messachsen zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von der Strömungsenergie zu eliminieren . Bei der Normierung wird vorzugsweise lediglich das zuvor auch für die Erstellung der Kalibrierfunktion festgelegte Frequenzspektrum der kontinuierlich erfassten elektrischen Signale betrachtet .
Ermitteln der Korngrößenverteilung in Echtzeit durch Anwenden der Kalibrierfunktion auf die normierten elektrischen Signale sämtlicher Messachsen .
Der sich an die Kalibrierung anschließende Regelbetrieb der Signalverarbeitung der elektrischen Signale bei einem herkömmlichen Schwingungsaufnehmer erfolgt analog, wobei lediglich das eine von dem Schwingungsaufnehmer erfasste elektrische Signal mit der Normierfunktion normiert wird, um die Abhängigkeit des Signals zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von der Strömungsenergie zu eliminieren . Die Ermittlung der Korngrößenverteilung in Echtzeit erfolgt durch Anwenden der Kalibrierfunktion auf das normierte elektrischen Signale des Schwingungsaufnehmers .
Eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1- 13 ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 14 .
Der Schwingungsaufnehmer der Messeinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens drei Messachsen . Der mehrachsige Schwingungsaufnehmer entfaltet im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Anprallteils eine synergistische Wirkung in Bezug auf eine erhöhte Genauigkeit der Messergebnisse durch nahezu vollständige Entkopplung der Messergebnisse von einer sich ändernden Strömungsenergie . Formmerkmale eines bevorzugten Anprallteils mit reduziertem Druckwiderstand ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 19 und 20 .
Ferner hat es sich in Versuchen als vorteilhaft für die Messgenauigkeit herausgestellt , wenn die zu einer Symmetrieebene symmetrisch angeordneten Seitenflächen des Anprallteils an der Unterseite , d . h . an der dem Halteteil gegenüberliegenden Seite , zu einer in der Symmetrieebene liegenden Kante zusammenlaufen . Die Kante verläuft vorzugsweise parabel förmig ausgehend von einer Profilnase . Die Profilnase wird bei einer derartigen Ausbildung vorzugsweise durch einen nahezu punktförmigen Bereich auf der Oberfläche des Anprallteils gebildet , der in Anströmungsrichtung als erstes mit den Feststof fpartikeln in dem Förderstrom in Kontakt gelangt . Aus dieser Geometrie ergibt sich, dass die kleinste Querschnitts fläche des Anprallteils sich im Bereich der Profilnase befindet , wodurch eine Verfälschung der Messergebnisse durch den Druckwiderstand des Anprallteils minimiert wird .
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Messeinrichtung anhand der Abbildungen näher erläutert . Es zeigen
Abbildung 1 ein Aus führungsbeispiel einer an einem
Strömungs förderer angeordneten Messeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ,
Abbildung 2 eine Seitenansicht eines Anprallkörpers der Messeinrichtung nach Abbildung 1 sowie Schnitte entlang der Linien A-A, B-B, C-C und D-D in der Seitenansicht ,
Abbildung 3 eine perspektivische Ansicht des
Anprallkörpers nach Abbildung 1 ,
Abbildung 4 eine Darstellung einer Halterung für den
Anprallkörper nach Abbildung 1 ,
Abbildung 5 unterschiedliche Korngrößenverteilungen eines Sand-Wasser-Gemisches mit vier verschiedenen Sanden für Testreihen 7- 10 ,
Abbildung 6 Signalanalysen von Testreihen 1- 6 mit einer Messeinrichtung nach dem Stand der Technik,
Abbildungen 7-9 Signalanalysen der Testreihen 1- 6 mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
Abbildung 10 Signalanalysen von Testreihen 1-3 und 7- 10 mit einer Messeinrichtung nach dem Stand der Technik,
Abbildungen 11-13 Signalanalysen von Testreihen 1-3 und 7- 10 mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
Abbildung 14 eine Darstellung einer Normierfunktion, die den funktionalen Zusammenhang zwischen den elektrischen Signalen von zwei Messachsen des Schwingungsaufnehmers (berechnete Strömungsenergie ) und der Konzentration der Feststof fpartikel ( Strömungsenergie ) des Granulats von während der Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben beschreibt ,
Abbildung 15 eine Darstellung einer Kalibrierfunktion die einen funktionalen Zusammenhang zwischen den mit der Normierfunktion verarbeiteten elektrischen Signalen sämtlicher Achsen des Schwingungsaufnehmers und der Korngrößenverteilung von während der Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben beschreibt .
Abbildung 1 zeigt eine Messeinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung eines Granulats in einem Strömungs förderer . Die Messeinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Anprallkörper ( 4 ) aus einem metallischen, verschleiß festen Werkstof f , der zur Erzeugung akustischer Signale durch Anprall von Feststof fpartikeln eines Granulats eingerichtet ist, die sich als Körperschallwellen in dem Anprallkörper (4) räumlich ausbreiten. Des Weiteren weist die Messeinrichtung eine Halterung (2) zum Halten des Anprallkörpers (4) in einem Förderstrom auf, in dem die Feststoffpartikel in einer Förderrichtung (7) hydraulisch durch eine Rohrleitung (1) transportiert werden.
Der Anprallkörper (4) weist ein Anprallteil (4.1) und ein Halteteil (4.2) auf. Das besser in Abbildung 3 erkennbare Halteteil (4.2) umfasst einen unteren Abschnitt (4.3) , der sich senkrecht von einer Halteplatte (4.4) erstreckt. Der untere Abschnitt (4.3) greift in einen Schlitz (10) ein, der in den Mantel der Rohrleitung (1) parallel zu deren Längsachse (9) eingebracht ist (vgl. Abbildung 1) . Der untere Abschnitt (4.3) schließt bündig mit der Innenwand der Rohrleitung (1) ab, so dass in das Innere der Rohrleitung (1) ausschließlich das Anprallteil (4.1) des Anprallkörpers (4) hineinragt .
Das Anprallteil (4.1) , dessen Druckwiderstand in der Anströmrichtung (8) des Anprallteils (4.1) kleiner als der Reibungswiderstand ist, ist stromlinienförmig ausgebildet. In weiterführenden Versuchen hat sich herausgestellt, dass das Anprallteil (4.1) mit gleich guten Messergebnissen, jedoch geometrisch wesentlich einfacher, als längsangeströmte ebene Platte ausgeführt werden kann.
Wie insbesondere aus den Schnittdarstellungen in Abbildung 2 erkennbar, ist das Profil des Anprallteils (4.1) symmetrisch zu einer Symmetrieebene (11) ausgebildet. Der Richtungsvektor der Anströmrichtung (8) liegt in der Symmetrieebene (11) . Die größte Länge des Profils des Anprallteils (4.1) in dessen
Anströmrichtung (8) befindet sich unmittelbar an dem Übergang zu dem Halteteil (4.2) . Sie ist mindestens zehnmal so groß wie die größte Dicke des Profils senkrecht zu der Symmetrieebene (11) (vgl. Schnitt A-A) . Die größte Dicke des Profils befindet sich ausgehend von der Profilnase (12) etwa auf halber Länge der größten Längserstreckung des Profils des Anprallteils (4.1) und quer zur Anströmrichtung (8) befindet sich die größte Dicke des Profils bei 40-50 % der größten Höhe des Profils in der Symmetrieebene (11) .
Vorteilhaft für die Messgenauigkeit ist es, wenn die zu der Symmetrieebene (11) symmetrisch angeordneten Seitenflächen (13) des Anprallteils (4.1) an einer Unterseite (14) zu einer in der Symmetrieebene (11) liegenden Kante (15) zusammenlaufen. Die Kante (15) verläuft parabelförmig ausgehend von der Profilnase (12) , wie dies in der Seitenansicht in Abbildung 2 erkennbar ist. Die Profilnase (12) wird bei der dargestellten Geometrie des Anprallteils
(4.1) durch einen nahezu punktförmigen Bereich auf der Oberfläche des Anprallteils gebildet, der in Anströmrichtung (8) als erstes mit den Feststoffpartikeln in dem Förderstrom in Kontakt gelangt.
Der als Beschleunigungssensor ausgeführte mehrachsige Schwingungsaufnehmer (5) ist an der Stirnseite des Halteteils
(4.2) außerhalb der Rohrleitung (1) mittels einer Schraube (6) verschraubt und dadurch gut wellenleitend mit dem
Anprallkörper (4) verbunden. Die drei Messachsen des mehrachsigen Schwingungsaufnehmers (5) sind entsprechend der x-, y- und z- Achse eines orthogonalen Koordinatensystems zueinander angeordnet und der Schwingungsaufnehmer (5) ist derart an dem Halteteil (4.2) angeordnet und ausgerichtet, dass die x-Achse des Schwingungsaufnehmers parallel zur
Anströmrichtung (8) des Anprallteils (4.1) verläuft.
Die Befestigung des Anprallkörpers (4) an der Rohrleitung (1) erfolgt mittels einer als Sockel ausgeführten Halterung (2) , die detailliert in Abbildung 4 dargestellt ist. Aus den Schnitten A-A, B-B ist erkennbar, dass die Unterseite der Halterung (2) an die Kontur der des Mantels der Rohrleitung (1) angepasst ist. Die Halterung (2) weist ebenfalls einen Schlitz (16) auf, der mit dem Schlitz (10) in dem Mantel der Rohrleitung (1) fluchtet. Die Befestigung der Halterung (2) an der Rohrleitung (1) erfolgt über Schraubverbindungen. Die Halteplatte (4.4) des Halteteils (4.2) wird auf die ebene Oberfläche der Halterung (2) aufgelegt und mit dieser verschraubt. Zwischen der Halterung (2) und der Halteplatte (4.4) ist eine Schwingungsisolierung (3) angeordnet (vgl.
Abbildung 1) , die zugleich als Dichtung zwischen der Halteplatte (4.4) und der Halterung (2) dient.
Die von dem mehrachsigen Schwingungsaufnehmer (5) in elektrische Signale umgeformten akustischen Signale werden mittels einer Signalleitung zu einer in den Abbildungen nicht dargestellten Signalverarbeitungseinheit, beispielweise einem Personal Computer, geführt. In der Signalverarbeitungseinheit werden die elektrischen Signale des Schwingungsaufnehmers (5) verarbeitet, um die Korngrößenverteilung aus den akustischen Signalen unter Berücksichtigung der Strömungsenergie zu ermitteln . Versuche
Mit einer Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung wurden verschiedene Versuche durchgeführt :
Versuchsaufbau
In einem hydraulischen Kreislauf bestehend aus einer regelbaren Feststof fpumpe , einer Druckleitung, einer Saugleitung und einem Vorratsbehälter für das Granulat wurden in der Druckleitung ein stromlinienförmiger Anprallkörper ( 4 ) gemäß der Erfindung und in geringem Abstand dazu ein kreis zylindrischer Anprallkörper gemäß dem aktuellen Stand der Technik eingebaut . An dem stromlinienförmigen Anprallkörper ( 4 ) gemäß der Erfindung wurde ein mehrachsiger Schwingungsaufnehmer ( 5 ) und an dem zylindrischen Anprallkörper ein einachsiger Schwingungsaufnehmer befestigt .
Versuchsdurchführung
In einer ersten Testreihe wurde nur Wasser mit drei unterschiedlichen Leistungen der Feststof fpumpe gefördert . Die Tests dieser Testreihe sind mit Test 1 bis Test 3 gekennzeichnet .
In einer zweiten Testreihe wurde bei konstanter Leistung der Feststof fpumpe und Beibehaltung der Korngrößenverteilung (und zwar mit der Korngrößenverteilung von Test 7 in der Abbildung 5 ) drei verschiedene Tests mit unterschiedlichen Feststof f konzentrationen eines Sand-Wasser-Gemisches gefahren und die dazugehörigen Signale auf gezeichnet . Die Tests dieser Testreihe sind mit Test 4 bis Test 6 gekennzeichnet .
In einer dritten Testreihe wurden bei konstanter Leistung der Feststof fpumpe und Beibehaltung der Feststof f konzentration eines Sand-Wasser-Gemisches vier verschiedene Sande mit unterschiedlichen Korngrößenverteilungen ( siehe Abbildung 5 ) getestet und die Signale auf gezeichnet . Die Tests dieser Testreihe sind mit Test 7 bis Test 10 gekennzeichnet .
Die auf gezeichneten elektrischen Signale der j eweiligen Test 1 bis Test 10 wurden einer Frequenzanalyse ( Signalverarbeitung) unterzogen . Die Ergebnisse sind in den Abbildungen 6 - 13 dargestellt , wobei in j edem Diagramm zum besseren Vergleich die Ergebnisse der Testreihen Test 1 bis Test 3 ( Testserie mit reinem Wasser ohne Sand) ebenfalls dokumentiert sind .
In der Abbildung 6 sind die Frequenzanalysen der Testreihen Test 1 bis Test 6 für den konventionellen Anprallkörper ( zylindrische Form) dokumentiert . Die Veränderung der Strömungsenergie , sei es in Form von Steigerung der Feststof fpumpenleistung in Test 1 bis Test 3 mit Wasser oder durch Steigerung der Feststof f konzentration in Test 4 bis Test 6 mit Sand-Wassergemisch, nimmt einen direkten Einfluss auf die Signalintensität . Ab einer Frequenz von 10 kHz steigt die Intensität proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und Feststof f konzentration des Förderstroms . Die Signaleigenschaften sind sehr stark abhängig von der Strömungsenergie (Erhöhung der Feststof fpumpenleistung bzw . Erhöhung der Feststof f konzentration) . In den Abbildungen 7 bis 9 sind die Ergebnisse derselben
Testreihe Test 1 bis Test 6 für die stromlinienförmige Aus führung des Anprallkörpers ( 4 ) und den Einsatz eines mehrachsigen Schwingungsaufnehmers ( 5 ) gemäß der Erfindung dargestellt .
Die Testergebnisse zeigen, dass der Einsatz eines stromlinienförmigen Anprallkörpers in Kombination mit einem mehrachsigen Schwingungsaufnehmer den Einfluss der Veränderung der Strömungsenergie , d . h . den Einfluss der Feststof f konzentration und/oder Geschwindigkeit , auf die Signaleigenschaften herabsetzt .
In der Abbildung 10 sind die Frequenzanalysen der Testreihe Test 1 bis Test 3 und Test 7 bis Test 10 für den konventionellen Anprallkörper ( zylindrische Form) dokumentiert .
Die Veränderung der Korngrößenverteilung in Test 7 bis Test 10 führt zu einem starken Anstieg der Signalintensitäten in dem gesamten Frequenzspektrum . Die Reihenfolge der Intensitäten zu den einzelnen Tests in Abbildung 10 entspricht j edoch nicht der Reihenfolge der Korngrößenverteilung der Proben ( Feinheit bzw . Grobheit ) . Bis zu einer Frequenz von 8 kHz sind die Signalintensitäten ungeordnet und schneiden sich . In einem Frequenzbereich zwischen 8 und 11 KHz sind die Signalintensitäten der Test 7 und Test 8 gleich, obwohl der Sand im Test 7 feiner ist als der Sand im Test 8 . Anschließend ist bis zur Frequenz 18 kHz die Signalintensität der feineren Mischung Test 7 sogar höher als die Signalintensität der gröberen Mischung von Test 8 . Anschließend bis zur Frequenz 25 kHz ist die Signalintensität der feineren Mischung Test 7 (mittlerer Korngröße 40 Mikrometer ) sogar höher als die Signalintensität der sehr groben Mischung von Test 9 mit einer mittleren Korngröße von 100 Mikrometer .
Erfahrungsgemäß erlaubt eine solche Signaleigenschaft , die sehr stark von der Strömungsenergie ( Feststof f konzentration und Geschwindigkeit ) , j edoch sehr gering von der Korngrößenveränderung des Granulats im Förderstrom abhängig ist , kein zuverlässiges Bestimmen der Korngrößenverteilung des Granulats in einem Förderstrom in Echtzeit .
In den Abbildungen 11 bis 13 sind die Ergebnisse derselben Testreihen Test 1 bis Test 3 und Test 7 bis Test 10 für die stromlinienförmige Aus führung des Anprallkörpers in Kombination mit dem mehrachsigen Schwingungsaufnehmer gemäß der Erfindung dargestellt .
Der Einfluss der Korngrößenverteilung der Proben auf die Signalintensität der j eweiligen Wellenausbreitungsrichtungen sind unterschiedlich . Von wesentlicher Bedeutung ist der Umstand, dass in allen Wellenausbereitungsrichtungen die Signalintensität proportional zu Korngrößenverteilung der Proben ist . Die Signalintensität des Tests 7 (mittlerer Korngröße 40 Mikrometer ) ist kleiner als die Signalintensität des Tests 8 (mittlere Korngröße 60 Mikrometer ) und die Signalintensität des Tests 8 ist kleiner als die Signalintensität des Tests 9 (mittlere Korngröße 100 Mikrometer ) und schließlich ist die Signalintensität des Tests 10 (mittlere Korngröße 180 Mikrometer ) höher als die Signalintensität des Tests 9 . Die dargestellte strömungslinienförmige Aus führung des Anprallkörpers ( 4 ) gemäß der Erfindung reduziert den Einfluss der Druckwiderstandskomponente des Strömungswiderstands auf die Signalintensität ( siehe zweite Testreihe ) und erhöht die Abhängigkeit der Signaleigenschaften von der Korngrößenverteilung des Förderstroms . Hinzu kommt die Möglichkeit der Nutzung von unterschiedlichen Signaleigenschaften von drei Wellenausbereitungsrichtungen für das Bestimmen der Korngrößenverteilung des Massenstroms .
Weitere Analysen der Signaleigenschaften der elektrischen Signale , die beim Einsatz der Messvorrichtung gemäß der Erfindung auf gezeichnet wurden, zeigen, dass in einem bevorzugten Frequenzspektrum zwischen den für die Strömungsenergie maßgeblichen Feststof f konzentrationen ( Strömungsenergie ) und den Signaleigenschaften in zwei
Wellenausbereitungsrichtungen (berechnete Strömungsenergie ) ein funktionaler Zusammenhang besteht , auf Basis dessen die Strömungsenergie in dem Förderstrom berechnet werden kann . In der Abbildung 14 ist der funktionale Zusammenhang (Normierfunktion) dargestellt . Dies erlaubt es , zur Bestimmung der Strömungsenergie das Verhältnis der elektrischen Signale von zwei Messachsen des mehrachsigen Schwingungsaufnehmers zu verwenden .
Die Signalanalyse und Auswertung der Ergebnisse zeigt weiterhin, dass zwischen den energienormierten Signalintensitäten in den j eweiligen Ausbereitungsrichtungen und der Korngrößenverteilung der Proben ein weiterer funktionaler Zusammenhang besteht . Dieser funktionale Zusammenhang (Kalibrierfunktion) ist in der Abbildung 15 dargestellt .
Die Ergebnisse zeigen, dass mittels der Erfindung die Korngrößenverteilung der Feststof fpartikel in einem Massenstrom auch bei veränderlicher Strömungsenergie des Förderstroms in Echtzeit zuverlässig ermittelt werden kann .
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung von einem Granulat bestehend aus Feststoffpartikeln mit unterschiedlichen Korngrößen umfassend die Schritte
Transportieren der Feststoffpartikel in einer
Förderrichtung (7) in einen Förderstrom, wobei die Feststoffpartikel mit einem als Wellenleiter eingerichteten Anprallkörper (4) kollidieren und akustische Signale erzeugen, die sich in jedem Anprallkörper (4) als Körperschallwellen ausbreiten,
Erfassen der akustischen Signale und Umformen in elektrische Signale,
Erfassen der Strömungsenergie des Förderstroms, wobei die Strömungsenergie durch die Geschwindigkeit und Konzentration bzw. Schüttdichte der Feststoffpartikel des Granulats bestimmt wird,
Bestimmung der Korngrößenverteilung durch Signalverarbeitung der elektrischen Signale unter Berücksichtigung der erfassten Strömungsenergie, dadurch gekennzeichnet, dass der Anprallkörper (4) ein Halteteil (4.2) und ein Anprallteil (4.1) umfasst, wobei das Anprallteil
(4.1) in einer Anströmrichtung (8) von Feststoffpartikeln des Granulats umströmt wird, der sich aus dem Druckwiderstand und dem Reibungswiderstand zusammensetzende Strömungswiderstand des umströmten Anprallteils (4.1) derart bestimmt wird, dass der Druckwiderstand kleiner als der Reibungswiderstand ist, das Erfassen der Ausbreitung der akustischen Signale in dem Anprallkörper (4) und das Umformen in elektrische Signale mit Hilfe eines Schwingungsaufnehmers (5) erfolgt, zur Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung der Strömungsenergie des Förderstroms die elektrischen Signale des Schwingungsaufnehmers (5) verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das Erfassen der räumlichen Ausbreitung der akustischen Signale in dem Anprallkörper (4) und das Erfassen der Strömungsenergie des Förderstroms sowie das Umformen in elektrische Signale mit Hilfe eines mehrachsigen Schwingungsaufnehmers (5) mit mindestens drei Messachsen erfolgt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Druckwiderstandes maximal 30% des Strömungswiderstandes beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Druckwiderstandes maximal 10% des Strömungswiderstandes beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand herabgesetzt wird, in dem Reibungswiderstand an der Oberfläche des Anprallteils reduziert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Rautiefe von maximal 20 pm aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand herabgesetzt wird, in dem die Stirnfläche des Anprallteils (4.1) , das heißt dessen in Anströmrichtung (8) auf eine dazu senkrechte Fläche projizierte Querschnittsfläche maximal 10% der gesamten von dem Förderstrom umströmten Oberfläche des Anprallteils (4.1) beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Messachsen des mehrachsigen Schwingungsaufnehmers (5) entsprechend der x-, y- und z- Achse eines orthogonalen Koordinatensystems zueinander angeordnet sind und der Schwingungsaufnehmer (5) derart an dem Halteteil (4.2) angeordnet wird, dass die x-Achse des Schwingungsaufnehmers (5) parallel zur Anströmrichtung (8) des Anprallteils (4.1) verläuft.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Strömungsenergie das Verhältnis der elektrischen Signale von zwei Messachsen des einen Schwingungsaufnehmers (5) verwendet wird .
10 . Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 9 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung der Strömungsenergie des Förderstroms die elektrischen Signale der mindestens drei Messachsen des einen Schwingungsaufnehmers ( 5 ) verwendet werden .
11 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil ( 4 . 2 ) des Anprallkörpers ( 4 ) schwingungsisoliert in dem Förderstrom gehaltert wird .
12 . Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Signalverarbeitung der elektrischen Signale zum Bestimmen der Korngrößenverteilung mindestens eine Normierfunktion erstellt wird, in dem ein Zusammenhang zwischen den elektrischen Signalen von zwei Messachen des Schwingungsaufnehmers ( 5 ) zur Bestimmung der Strömungsenergie und der Konzentration bzw . Schüttdichte der Feststof fpartikel des Granulats von während der Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben ermittelt wird, vor Beginn der Signalverarbeitung der elektrischen Signale zum Bestimmen der Korngrößenverteilung mindestens eine Kalibrierfunktion erstellt wird, in dem ein Zusammenhang zwischen den mit der Normierfunktion verarbeiteten elektrischen Signalen sämtlicher Messachsen des Schwingungsaufnehmers ( 5 ) und der Korngrößenverteilung von den während der Signalerfassung zu unterschiedlichen Zeitpunkten entnommenen Proben ermittelt wird .
13 . Verfahren nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitung der elektrischen Signale zum Bestimmen der Korngrößenverteilung folgende Schritte umfasst :
Normieren der von den mindestens drei Messachen des Schwingungsaufnehmers zur Bestimmung der Strömungsenergie erfassten elektrischen Signale mit der Normierfunktion, um die Abhängigkeit der erfassten elektrischen Signale sämtlicher Messachsen zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von der Strömungsenergie zu eliminieren,
Ermitteln der Korngrößenverteilung durch Anwenden der Kalibrierfunktion auf die normierten elektrischen Signale sämtlicher Messachsen .
14 . Messeinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum kontinuierlichen Bestimmen der Korngrößenverteilung eines Granulats bestehend aus Feststof fpartikeln mit unterschiedlichen Korngrößen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , umfassend einen Anprallkörper ( 4 ) mit einem Halteteil ( 4 . 2 ) und einem von Feststof fpartikeln des Granulats umströmbaren Anprallteil ( 4 . 1 ) mit einer Anströmrichtung ( 8 ) für die Feststof fpartikel des Granulats, wobei der Anprallkörper (4) zur Erzeugung akustischer Signale durch Anprall von Feststoffpartikeln des Granulats an einer Oberfläche des Anprallteils (4.1) eingerichtet ist, die sich als Körperschallwellen in dem Anprallkörper (1) ausbreiten, der sich aus dem Druckwiderstand und dem Reibungswiderstand zusammensetzende Strömungswiderstand des Anprallteils (4.1) derart bestimmt wird, dass der Druckwiderstand in Anströmrichtung (8) kleiner als der Reibungswiderstand ist, eine Halterung (2) , die zum Halten des Halteteils (4.2) des Anprallkörpers (4) in einen Förderstrom der in einer Förderrichtung (7) transportierten Feststoffpartikel eingerichtet ist, einen an dem Anprallkörper (4) befestigten Schwingungsaufnehmer (5) , der zum Erfassen der Ausbreitung der akustischen Signale sowie zum Umformen in elektrische Signale eingerichtet ist, eine Signalverarbeitungseinheit eingerichtet zur Signalverarbeitung der elektrischen Signale des Schwingungsaufnehmers (5) zur Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung der Strömungsenergie des Förderstroms.
15. Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Halterung (2) und dem Halteteil (4.2) des Anprallkörpers (4) eine Schwingungsisolierung (3) angeordnet ist.
16. Messeinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anprallteil (4.1) stromlinienförmig ist.
17. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus dem Druckwiderstand und dem Reibungswiderstand zusammensetzende Strömungswiderstand des Anprallteils (4.1) derart bestimmt wird, dass der Druckwiderstand in
Anströmrichtung (8) maximal 10% des Strömungswiderstandes beträgt .
18. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus dem Druckwiderstand und dem Reibungswiderstand zusammensetzende Strömungswiderstand des Anprallteils (4.1) derart bestimmt wird, dass der Druckwiderstand in
Anströmrichtung (8) maximal 30% des Strömungswiderstandes beträgt .
19. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche des Anprallteils (4.1) , das heißt dessen in Anströmrichtung
(8) auf eine dazu senkrechte Fläche projizierte Querschnittsfläche maximal 10% der gesamten von dem Förderstrom umströmten Oberfläche des Anprallteils (4.1) beträgt .
20. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Anprallteils (4.1) symmetrisch zu einer Symmetrieebene (11) ausbildet ist, der Richtungsvektor der Anströmrichtung (8) des Anprallteils (4.1) in der Symmetrieebene (11) liegt, die größte Länge des Profils des Anprallteils (4.1) in Anströmrichtung (8) mindestens zehnmal so groß wie die größte Dicke des Profils des Anprallteils (4.1) senkrecht zu der Symmetrieebene ist.
21. Messeinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die größte Dicke des Profils ausgehend von einer Profilnase bei 40 % - 50% der größten Länge des Profils und bei 40 % -50 % der größten Höhe des Profils des Anprallkörpers in der Symmetrieebene (11) und quer zur Anströmrichtung (8) befindet.
22. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (4.2) und das Anprallteil (4.1) des Anprallkörpers (4) einstückig ausgebildet sind.
23 . Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer ( 5 ) mindestens drei Messachsen aufweist und zum Erfassen der räumlichen Ausbreitung der akustischen Signale und zum Erfassen der Strömungsenergie des Förderstrom sowie zum Umformen in elektrische Signale eingerichtet ist .
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