DE1002959B

DE1002959B - Method and device for measuring the amount of solids in flowing gases

Info

Publication number: DE1002959B
Application number: DEM25872A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Barth; Karl Van Waveren; Dipl-Ing Roland Nagel
Original assignee: HARTMANN AG MASCHF
Current assignee: HARTMANN AG MASCHF
Priority date: 1955-01-22
Filing date: 1955-01-22
Publication date: 1957-02-21

Description

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. Method and device for measuring the amount of solids in flowing The invention relates to a method and a device for measuring Amounts of solids in flowing gases.

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. It is already a method for determining the grain size of flours and dust as well as for determining the dust content, d. H. i.e. for measuring good quantities in flowing gases, known, in which the gas-air mixture by one of a narrow cylindrical bore passed by a certain length existing measuring nozzle and the pressure drop in this nozzle is measured. Subsequently to this is the good removed from the gas flow with the help of a filter and the amount of gas with a diaphragm measured. Conclusions can be drawn from the differential pressures at the measuring nozzle and at the orifice be drawn on the material content of the flowing material-gas mixture.

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. For the application of this known method for measuring coal dust in air it has already been suggested to omit the filter and the resulting filter To correct errors in the display of the aperture or to neglect what is below may be permissible under certain conditions.

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. This known method has many disadvantages. The quantity determination with the help of the diaphragm becomes imprecise due to the material content of the gas or the air and shows the usefulness of the process, especially with finer dusts Question. The display on the measuring nozzle depends not only on the amount of material but also to a large extent on the amount of gas; in particular, there is also a display at the nozzle when it is being pumped of pure gas, e.g. B. Air.

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.This makes the evaluation more difficult and reduces the measurement accuracy. Another disadvantage is the arrangement of two spatially separated and from each other independent measuring points. This also enables the display to be transferred to a Apparatus that carries out a mechanical evaluation of the measurement is practically impossible made.

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. The invention aims to provide a method and an apparatus, which avoid the disadvantages of the known method, with great measurement accuracy work and also an immediate reading of the conveyed good quantities and allow their registration. There is also a simplification of the design and operational reliability and measurement accuracy that meet all practical requirements.

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. The purpose of the invention is achieved by a method in which according to the invention, the well-laden gas stream is passed through a two-stage measuring nozzle is whose cross-sections and lengths are dimensioned and divided so that in the Measurement section of the first stage practically only an acceleration of the gas and in the Measuring section of the second stage practically only an acceleration of the material takes place and that those to accelerate the good and the Gases necessary pressure gradient through Measurement can be determined.

Zweckmäßig werden die Druckmeßstellen dauernd von Spülluft durchströmt und die dadurch notwendigen Korrekturen ganz oder teilweise durch Änderungen der Abmessungen der Düse ausgeglichen. The pressure measuring points are expediently continuously flowed through by scavenging air and the necessary corrections in whole or in part by changing the Dimensions of the nozzle balanced.

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. To carry out the method according to the invention is used after a Another feature of the invention is a device in which the measuring section for Acceleration of the gas from a diaphragm-like constriction with an enlarged one cylindrical pipe section of a certain length in front of the constriction, wherein the cross-sections and lengths are coordinated in such a way that when the material is fed no additional pressure loss occurs, and that the measuring section for acceleration of the goods from a cylindrical or slightly conical bore of a certain Length consists, the cross-section of the bore in relation to the cross-section of the Orifice is chosen so that the pressure drop when pure gas flows through it becomes zero.

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. According to a further feature of the invention, the delivery line can before the measuring nozzle be narrowed to a certain length. Furthermore, the cross-sections and lengths of the measuring sections for the acceleration of the gas and the material so one on top of the other be coordinated so that the measured differential pressures at a medium load behave like 1: ff or t: 2 or lie between these values.

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. According to a further feature of the invention, the measuring sections for the acceleration of the gas and the goods an expedient from joints and curves existing mechanism through which the differential pressure displays of the measuring sections are transmitted to a display device on which the conveyed quantities of material can be read or registered in any way.

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. According to the invention, a mechanism can also be provided which performs the following arithmetic operation: Differential pressure display of the measuring section for the Acceleration of the good times the root of the product from the reciprocal value of the Differential pressure display of the measuring section for the acceleration of the gas and the specific Weight of the gas.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. In the drawing is an embodiment of a device for implementation of the method according to the invention for example and shown schematically.

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.In this embodiment, between the pipe sections 1 and 6 only a single nozzle installed, which is designed according to the invention so that it two differential pressures can be taken, with the one display practically only of the measured quantity, e.g. B. air, and the other display only of the amount or the Good impulse is dependent.

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. The nozzle initially consists of the extension 2 with the subsequent cylindrical pipe section 3. It then follows the diaphragm-like constriction 4 with the constricted cylindrical or slightly conical pipe section 5. For measuring differential pressures the three pressure measuring points a, b and c were provided, namely the pressure measuring point a at the beginning of the cylindrical pipe section 3, the pressure measuring point b at the beginning of the cylindrical pipe section 5 and the pressure measuring point c at the end of the nozzle.

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. The speed of the gas flow arriving in the pipeline 1 is first reduced by the diffuser 2 and then by the diaphragm-like constriction suddenly greatly increased. Behind the nozzle, the speed returns to its old level Value. The course of the mean gas velocity is shown in Fig. 1 by the curve d been shown. As for the good, it is believed that the speed of the material in the pipeline 1 in front of the nozzle corresponds approximately to the air speed. In the nozzle itself, however, the speed of the material will be significantly different from the air speed distinguish, because the good due to its inertia the acceleration and deceleration the air cannot go along with it. The course of the mean material speed is correspond roughly to curve e in Fig. 1.

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. The material speed will drop slightly in the pipe section 3 and rise slightly in the diaphragm-like constriction 4. Now the dimensions will be like this chosen that the pressure increase through the good delay and the pressure drop through Good acceleration become the same, then the differential pressure display will be between the measuring points a and b only dependent on the amount of gas and independent of the material load will.

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. In the narrow cylindrical pipe section 5, the material speed increase very sharply, while the air speed will change little. The differential pressure display between the measuring points b and c is therefore mainly of the amount of material and the material velocity be dependent, while the gas velocity will hardly affect the differential pressure. You will now expediently the cross-sections coordinate in such a way that when pure air flows through the differential pressure display between the measuring points b and c becomes equal to zero. This can be done through a small magnification of the diameter of the cylindrical pipe section 5 compared to the diameter of the diaphragm-like Constriction 4 possibly in connection with a weak conicity of the cylindrical Pipe section 5 can be easily reached.

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. It is advisable to use the two measuring sections for the acceleration to arrange the air and the goods one behind the other. That way you can with three Get by pressure measuring points. This makes the corrections and evaluations essential simplified, especially with a view to the fact that the pressure measuring points are permanent must be flushed with pure gas to avoid blockages in the measuring lines and the Avoid drilling holes.

Unter Umständen wird es notwendig sein, die Rohrleitung vor der Düse auf eine gewisse Länge zu verengen. It may be necessary to put the pipe in front of the nozzle to narrow to a certain length.

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.This ensures that the good at a higher speed in the measuring nozzle enters and consequently more favorable conditions with respect to the Dimensioning of the measuring nozzle. In particular, the speeds can then prevail the diaphragm-like constriction 4 are kept higher, which is in the interest of measuring accuracy as well as the avoidance of blockages and segregation is to be aimed for.

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.The present measuring method also allows a direct display or a continuous registration of the conveyed quantity of material with changing air quantities and pressures or gas weights. We start from the consideration that if the measuring nozzle is designed according to the proposed aspects d ÆI V3 'xy Zl PII ~ GX c N G. v, whereby the following terms are used: G (kgls) material quantity in the time unit V ( m3 / s) Amount of gas in the time unit y (kg / m3) Specific weight of the gas o PI Differential pressure display between measuring points b and ad Pn Differential pressure display between measuring points c and bdc Increase in material velocity in pipe section 5 v Average gas velocity in pipe section 5 This results in Reason for the specified relationships This regularity allows the measured differential pressures to be transmitted, possibly also by electrical means, with the help of quadrangular joints and cam disks to a display device which directly displays or registers the amount of material being conveyed. In this way, any interim billing is avoided. This possibility also exists if in practical cases d PII does not have to be set proportional to G v, as according to the theory, but proportional to Gkl vk, where kl and k2 mean constants.

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. Since errors in the determination of n Pi are not so great in percentage terms affect how errors in the determination of d Pn, it is advisable to design to be carried out so that the differential pressure display d Pn at the average load is about 1.5 to 2 times greater than the differential pressure display d PI is selected. In this way an optimum of measurement accuracy is achieved with a minimum of pressure loss.

Das Verfahren läßt sich in der gleichen Weise auch auf die Bestimmung von Festteilchen in Flüssigkeiten anwenden. The procedure can be applied in the same way to the determination of solid particles in liquids.

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. For the sake of simplicity, the liquids are only superimposed on the Claim 1 mentioned, otherwise the claims only speak of gas.

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. PAIE. \ ANSPflLCH: 1. Procedure for measuring solid quantities in flowing gases or liquids, characterized in that the well-laden Gas flow is passed through a two-stage measuring nozzle, whose cross-sections and lengths are dimensioned and divided in such a way that practical in the measuring section of the first stage only an acceleration of the gas and practical in the measuring section of the second stage there is only one acceleration of the goods and that the acceleration of the goods and the pressure gradient required for the gas can be determined by measurement.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure measuring points are continuously flowed through by scavenging air and that the necessary Corrections fully or partially offset by changes in the dimensions of the nozzle will.

3. Apparatus for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that the measuring section for accelerating the gas one Diaphragm-like constriction with an enlarged cylindrical pipe section of one a certain length before the constriction exists, the cross-sections and lengths so one on top of the other are coordinated so that no additional pressure loss occurs when the material is fed in, and that the measuring section to accelerate the material from a cylindrical or slightly conical bore of a certain length, the cross-section the bore is chosen in relation to the cross section of the diaphragm so that the pressure drop becomes zero when pure gas flows through it.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the two Measurement sections for accelerating the goods and accelerating the gas directly are arranged one behind the other.

5. Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that the delivery line is narrowed to a certain length in front of the measuring nozzle.

6. Apparatus according to claim 3 to 5, characterized in that the cross-sections and lengths of the measuring sections for the acceleration of the gas and of the goods are coordinated so that the measured differential pressures behave with a medium load like 1: ff or 1: 2 or between these Values lie.