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Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Feststoffmengen in strömenden
Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von
Feststoffmengen in strömenden Gasen.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Bestimmung der Korngröße von Mehlen
und Stauben sowie zur Staubgehaltbestimmung, d. h. also zur Messung von Gutmengen
in strömenden Gasen, bekannt, bei welchem das Gas-Luft-Gemisch durch eine aus einer
engen zylindrischen Bohrung von einer gewissen Länge bestehenden Meßdüse geleitet
und der Druckabfall in dieser Düse gemessen wird. Anschließend hieran wird das Gut
mit Hilfe eines Filters aus dem Gasstrom entfernt und die Gasmenge mit einer Blende
gemessen. Aus den Differenzdrücken an der Meßdüse und an der Blende können Schlüsse
auf den Gutgehalt des strömenden Gut-Gas-Gemisches gezogen werden.
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Für die Anwendung dieses bekannten Verfahrens zur Messung von Kohlenstaub
in Luft wurde bereits vorgeschlagen, das Filter wegzulassen und die dadurch bedingten
Fehler an der Anzeige der Blende zu korrigieren bzw. zu vernachlässigen, was unter
gewissen Voraussetzungen zulässig sein kann.
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Dieses bekannte Verfahren hat viele Nachteile. Die Mengenbestimmung
mit Hilfe der Blende wird infolge des Gutgehaltes des Gases bzw. der Luft ungenau
und stellt, vor allem bei feineren Stauben, die Brauchbarkeit des Verfahrens in
Frage. Die Anzeige an der Meßdüse hängt neben der Gutmenge in starkem Maße auch
von der Gasmenge ab, insbesondere erfolgt an der Düse auch eine Anzeige bei Förderung
von reinem Gas, z. B. Luft.
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Dadurch wird die Auswertung erschwert und die Meßgenauigkeit herabgesetzt.
Ein weiterer Nachteil ist die Anordnung von zwei räumlich getrennt und voneinander
unabhängigen Meßstellen. Hierdurch wird auch die Übertragung der Anzeige auf eine
Apparatur, die eine mechanische Auswertung der Messung vornimmt, praktisch unmöglich
gemacht.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung,
welche die Nachteile des bekannten Verfahrens vermeiden, mit großer Meßgenauigkeit
arbeiten und darüber hinaus auch eine unmittelbare Ablesung der geförderten Gutmengen
und ihre Registrierung gestatten. Ferner ergibt sich eine Vereinfachung der Bauart
und eine allen praktischen Anforderungen genügende Betriebssicherheit und Meßgenauigkeit.
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Der Erfindungszweck wird durch ein Verfahren erreicht, bei welchem
erfindungsgemäß der gutbeladene Gasstrom durch eine zweistufige Meßdüse geleitet
wird, deren Querschnitte und Längen so bemessen und aufgeteilt sind, daß in der
Meßstrecke der ersten Stufe praktisch nur eine Beschleunigung des Gases und in der
Meßstrecke der zweiten Stufe praktisch nur eine Beschleunigung des Gutes erfolgt
und daß die zur Beschleunigung des Gutes und des
Gases notwendigen Druckgefälle durch
Messung bestimmt werden.
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Zweckmäßig werden die Druckmeßstellen dauernd von Spülluft durchströmt
und die dadurch notwendigen Korrekturen ganz oder teilweise durch Änderungen der
Abmessungen der Düse ausgeglichen.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung eine Vorrichtung, bei welcher die Meßstrecke zur
Beschleunigung des Gases aus einer blendenartigen Verengung mit einem erweiterten
zylindrischen Rohrstück von einer gewissen Länge vor der Verengung besteht, wobei
die Querschnitte und Längen so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Materialaufgabe
kein zusätzlicher Druckverlust eintritt, und daß die Meßstrecke zur Beschleunigung
des Gutes aus einer zylindrischen oder schwach konischen Bohrung von einer gewissen
Länge besteht, wobei der Querschnitt der Bohrung im Verhältnis zum Querschnitt der
Blende so gewählt ist, daß der Druckabfall bei der Durchströmung von reinem Gas
gleich Null wird.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann die Förderleitung vor
der Meßdüse auf eine gewisse Länge verengt sein. Ferner können die Querschnitte
und Längen der Meßstrecken für die Beschleunigung des Gases und des Gutes so aufeinander
abgestimmt sein, daß sich die gemessenen Differenzdrücke bei einer mittleren Belastung
wie 1: ff oder t: 2 verhalten bzw. zwischen diesen Werten liegen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann den Meßstrecken für
die Beschleunigung des Gases und des Gutes ein zweckmäßig aus Gelenken und Kurven
bestehender Mechanismus zugeordnet sein, durch welchen
die Differenzdruckanzeigen
der Meßstrecken auf ein Anzeigegerät übertragen werden, an dem die geförderten Gutmengen
abgelesen oder in irgendeiner Weise registriert werden können.
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Auch kann erfindungsgemäß ein Mechanismus vorgesehen werden, welcher
folgende Rechenoperation ausführt: Differenzdruckanzeige der Meßstrecke für die
Beschleunigung des Gutes mal der Wurzel des Produktes aus dem reziproken Wert der
Differenzdruckanzeige der Meßstrecke für die Beschleunigung des Gases und dem spezifischen
Gewicht des Gases.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
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Bei dieser Ausführungsform ist zwischen die Rohrstücke 1 und 6 nur
eine einzige Düse eingebaut, welche erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß dabei
zwei Differenzdrücke entnommen werden können, wobei die eine Anzeige praktisch nur
von der Meßmenge, z. B. Luft, und die andere Anzeige nur von der Gutmenge bzw. dem
Gutimpuls abhängig ist.
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Die Düse besteht zunächst aus der Erweiterung 2 mit dem anschließenden
zylindrischen Rohrstück 3. Es folgt dann die blendenartige Verengung 4 mit dem verengten
zylindrischen oder leicht konischen Rohrstück 5. Zur Messung der Differenzdrücke
wurden die drei Druckmeßstellen a, b und c vorgesehen, und zwar die Druckmeßstelle
a am Anfang des zylindrischen Rohrstückes 3, die Druckmeßstelle b am Anfang des
zylindrischen Rohrstückes 5 und die Druckmeßstelle c am Ende der Düse.
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Die Geschwindigkeit des in der Rohrleitung 1 ankommenden Gasstromes
wird zunächst durch den Diffusor 2 verringert und dann durch die blendenartige Verengung
plötzlich stark erhöht. Hinter der Düse nimmt die Geschwindigkeit wieder ihren alten
Wert an. Der Verlauf der mittleren Gasgeschwindigkeit ist in Abb. 1 durch die Kurve
d dargestellt worden. Bezüglich des Gutes wird angenommen, daß die Geschwindigkeit
des Gutes in der Rohrleitung 1 vor der Düse etwa der Luftgeschwindigkeit entspricht.
In der Düse selbst wird sich aber die Gutgeschwindigkeit erheblich von der Luftgeschwindigkeit
unterscheiden, da das Gut infolge seiner Massenträgheit die Beschleunigung und Verzögerung
der Luft nicht mitmachen kann. Der Verlauf der mittleren Gutgeschwindigkeit wird
etwa der Kurve e in Abb. 1 entsprechen.
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Die Gutgeschwindigkeit wird in dem Rohrstück 3 leicht abfallen und
in der blendenartigen Verengung 4 leicht ansteigen. Werden nun die Abmessungen so
gewählt, daß die Drucksteigerung durch die Gutverzögerung und der Druckabfall durch
Gutbeschleunigung gleich groß werden, dann wird die Differenzdruckanzeige zwischen
den Meßstellen a und b nur abhängig von der Gasmenge und unabhängig von der Gutbeladung
werden.
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In dem engen zylindrischen Rohrstück 5 wird die Gutgeschwindigkeit
sehr stark ansteigen, während sich die Luftgeschwindigkeit nur wenig ändern wird.
Die Differenzdruckanzeige zwischen den Meßstellen b und c wird daher vor allem von
der Materialmenge und der Materialgeschwindigkeit abhängig sein, während die Gasgeschwindigkeit
den Differenzdruck kaum beeinflussen wird. Man wird nun zweckmäßigerweise die Querschnitte
so aufeinander abstimmen, daß bei Durchströmung von reiner Luft die Differenzdruckanzeige
zwischen den Meßstellen b und c gleich Null wird. Dies kann durch eine kleine Vergrößerung
des Durchmessers des zylindrischen Rohrstückes 5 gegenüber dem Durchmesser der blendenartigen
Verengung 4 eventuell in Verbindung mit einer schwachen Konizität des zylindrischen
Rohrstückes 5 leicht erreicht werden.
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Es ist zweckmäßig, die beiden Meßstrecken für die Beschleunigung
der Luft und des Gutes hintereinander anzuordnen. Auf diese Weise kann man mit drei
Druckmeßstellen auskommen. Die Korrekturen und die Auswertungen werden dadurch wesentlich
vereinfacht, vor allem auch im Hinblick darauf, daß die Druckmeßstellen dauernd
vom reinen Gas durchspült werden müssen, um Verstopfungen der Meßleitungen und der
Anbohrungen zu vermeiden.
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Unter Umständen wird es notwendig sein, die Rohrleitung vor der Düse
auf eine gewisse Länge zu verengen.
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Dadurch wird erreicht, daß das Gut mit höherer Geschwindigkeit in
die Meßdüse eintritt und sich infolgedessen günstigere Verhältnisse bezüglich der
Bemessung der Meßdüse ergeben. Insbesondere können dann die Geschwindigkeiten vor
der blendenartigen Verengung 4 höher gehalten werden, was im Interesse der Meßgenauigkeit
sowie der Vermeidung von Verstopfungen und Entmischungen anzustreben ist.
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Das vorliegende Meßverfahren erlaubt auch eine direkte Anzeige oder
eine laufende Registrierung der geförderten Gutmenge bei veränderlichen Luftmengen
und Drücken bzw. Gasgewichten. Wir gehen dabei von der Überlegung aus, daß bei Ausführung
der Meßdüse nach den vorgeschlagenen Gesichtspunkten d ÆI V3' xy Zl PII ~ G X c
N G. v sein wird, wobei folgende Bezeichnungen verwendet werden: G (kgls) Gutmenge
in der Zeiteinheit V (m3/s) Gasmenge in der Zeiteinheit y (kg/m3) Spezifisches Gewicht
des Gases o PI Differenzdruckanzeige zwischen den Meßstellen b und a d Pn Differenzdruckanzeige
zwischen den Meßstellen c und b d c Zunahme der Gutgeschwindigkeit im Rohrstück
5 v Mittlere Gasgeschwindigkeit im Rohrstück 5 Damit wird auf Grund der angegebenen
Beziehungen
Diese Gesetzmäßigkeit erlaubt eine Übertragung der gemessenen Differenzdrücke, eventuell
auch auf elektrischem Wege, mit Hilfe von Gelenkvierecken und Kurvenscheiben auf
ein Anzeigegerät, welches die geförderte Gutmenge direkt anzeigt oder registriert.
Auf diese Weise wird jede Zwischenrechnung vermieden. Diese Möglichkeit besteht
auch noch, wenn in praktischen Fällen d PII nicht wie nach der Theorie proportional
G v, sondern proportional Gkl vk, wobei kl und k2 Konstante bedeuten, gesetzt werden
muß.
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Da sich Fehler in der Bestimmung von n Pi prozentual nicht so stark
auswirken wie Fehler in der Bestimmung von d Pn, empfiehlt es sich, die Auslegung
so vorzunehmen, daß die Differenzdruckanzeige d Pn bei der mittleren Belastung etwa
1,5 bis 2mal größer als die Differenzdruckanzeige d PI gewählt wird. Auf diese Weise
wird ein Optimum an Meßgenauigkeit bei einem Minimum an Druckverlust erreicht.
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Das Verfahren läßt sich in der gleichen Weise auch auf die Bestimmung
von Festteilchen in Flüssigkeiten anwenden.
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Der Einfachheit halber sind die Flüssigkeiten nur im Obergriff des
Anspruchs 1 erwähnt, im übrigen ist in den Ansprüchen aber nur von Gas die Rede.
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PAIE.\ ANSPflLCH: 1. Verfahren zur Messung von Feststoffmengen in
strömenden Gasen oder in Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der gutbeladene
Gasstrom durch eine zweistufige Meßdüse geleitet wird, deren Querschnitte und Längen
so bemessen und aufgeteilt sind, daß in der Meßstrecke der ersten Stufe praktisch
nur eine Beschleunigung des Gases und in der Meßstrecke der zweiten Stufe praktisch
nur eine Beschleunigung des Gutes erfolgt und daß die zur Beschleunigung des Gutes
und des Gases notwendigen Druckgefälle durch Messung bestimmt werden.