DE1798312A1

DE1798312A1 - Anordnung zur Feststellung stroemender Partikeln

Info

Publication number: DE1798312A1
Application number: DE19681798312
Authority: DE
Inventors: Kulik Robert W; Landon Jun William W
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1967-09-29
Filing date: 1968-09-24
Publication date: 1971-10-14
Also published as: NL6813963A; FR1586512A; ES358464A1; US3557616A; GB1178516A

Description

4 DUSSELDORF, ,

DIPL.-ING. H. MARSCH

PATENTANWALT

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Fa. Combustion Engineering, Inc., Windsor, Connecticut,U.S.A

betreffend:
"Anordnung zur Feststellung strömender Partikel"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung strömender Partikel. Eine solche Anordnung wird häufig an geschlossenen Transportleitungen für die Partikel angeordnet. Es ist nämlich häufig erforderlich, daß eine Bedienungsperson an irgendeinem entfernten Punkt feststellen kann, ob der Fluß der strömenden Partikel in irgendeiner Weise unterbrochen ist. Wenn beispielsweise Kohle von einem Einfüllschacht zu einer Pulvermühle transportiert wird, verklemmt sich die Kohle manchmal, so daß der Durchfluß unterbrochen wird. Wenn dies eintritt, müssen die Pulvermühle und der übrige Teil des zugeordneten Systems entsprechend geprüft werden. Ähnliche Probleme können auftreten, wenn andere Granulate, wie Korn oder Holzstückchen, transportiert werden. Demgemäß besteht ein Bedarf für eine einfache, jedoch wirksame Alarm-oder Warneinrichtung für die Feststellung, ob in einem System dieser Art der Durch-

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fluß der Partikel unterbrochen worden ist.

Ein bekanntes derartiges Warnsystem benutzt ein längliches Glied für die Beaufschlagung und daraus remitierende Erregung durch die Partikel in der Strömung. Die Partikel stoßen auf das längliche Glied und erzeugen Vibrationen, die aufgefangen werden von einem empfindlichen Mikrophon, das dem Glied zugeordnet ist. Das Mikrophon seinerseits überträgt das aufgefangene Signal auf einen Verstärker oder eine Ableseeinrichtung, wobei festgestellt w-erden kann, ob eine Partikelströmung besteht, sobald ein positives Ausgangssignal vöhanden ist, während kein Signal ausgesandt wird, wenn die Strömung unterbrochen ist. (US-Patentschriften 2 659 881 und 2 698 «929)» Diese bekannten Anordnungen sind jedoch empfindlich und teuer, und es ist schwierig, sie nach dem Einbau wieder zu ersetzen, wenn irgendwelche Störungen auftreten.

Ein anderes bekanntes Verfahren für die Peststellung einer Partikelströmung benutzt ein piezoelektrisches Element anstelle des Mikrophons in ähnlicher Anordnung wie oben erläutert. Eine solche in der US-Patentschrift 2 56I 763 gezeigte Anordnung besitzt ebenfalls ein längliches Glied, auf das die Partikel in der Strömung stoßen und das piezoelektrische Element erregen. Bekanntlich wird von einem piezoelektrischen Element ein elektrisches Signal erzeugt, wenn es mechanisch einer Kompression unterworfen wird. Dieses Signal kann an dem Element abgegriffen werden und verwendet werden, um irgendeine geeignete Ableseeinrichtung anzusteuern. Die in der genannten US-Patentschrift 2 561 76j5 beschriebene AnordnungjLst in einem sehr weich federnden Gestell angeordnet und fest mit der Durohflußröhre verbunden, um zu verhindern, daß PremdvIterationen die Ableseeinrichtung beaufschlagen können. Auch diese bekannte Anordnung ist

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sehr empfindlich und kostspielig und hat deshalb keine weite Verbreitung gefunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik eine sehr einfache und preiegünstige Anordnung für die Feststellung einer Partikelptromung unter Benutzung eines piezoelektrischen Elements zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das piezoelektrische Element fest mit einem langgestreckten Glied (im folgenden Langstück genannt) verbunden ir-t und einzig von diesem gehalten ist. Wenn die Partikel auf das Langstück auftreffen, erzeugen sie mechanische Bewegungen oder Vibrationen desselben,und obwohl das piezoj· elektrische Element nur mit dem Langstück selbst verbunden ist, wird trotzdem ein Signal erzeugt, da durch die träge Fasse des piezoelektrischen Elements eine relative Bewegung des Langstücks zu dem Element erfolgt und damit ein elektrisches Signal erzeugt wird. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung entfällt jedali die Notwendigkeit, das piezoelektrische Element einerseits mit dem Rohr zu verbinden, in dem die Partiekel strömung stattfindet, und andererseits das Element gegen das Rohr mechanisch zu isolieren, um unerwünschte Vibrationen fernzuhalten. Das Langstück selbst ist federnd in der Seitenwandung des Rohres befestigt, in dem die Partikelströmung festzustellen ist.

Wie üblich sind auch bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Signale von dem Element zu einem Ablesegerät zu übertragen, wofür eine Übertragungsanordnung, in der Regel ein Koaxialkabel, vorgesehen ist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den größten Teil des Elementes selbst, den Abschnitt des Langstücks, der diesen Teil des Elements haltert, und das elementseitige Ende der Übertragungsanordnung

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- 4 -mit einem elastischen Schutzgehäuse einzuschließen.

Um eine Impedanzanpassung zwischen dem piezoelektrischen Element und einer gegebenenfalls sehr langen Übertragungsleitung zu erzielen, wird wie üblich ein Impedanzkoppler vorgesehen, der in Weiterbildung der Erfindung eben falls in das Schutzgehäuse eingeschlossen ist. Durch den Impedanzkoppler wird die Einstreuung von Rauschsignalen auf die Übertragungsanordnung herabgesetzt. Die Anordnung gemäß der Erfindung stellt sich dann als sehr einfach aufge bautes, robustes System dar, das mit geringstem Aufwand aus gewechselt werden kann, falls einmal Störungen auftreten sollten.

Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt und teilweise in Diagrammform ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab als in Fig« I und teilweise im Schnitt die gleiche Anordnung, wobei der klareren Darstellung wegen einige Teile weggelassen sind,

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung des piezoelektrischen Elements und

Fig. 4 zeigt vergrößert und fragmentarisch teilweise im Schnitt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel ähnlich dem in Fig. 2, jedoch mit einem Impedanzkoppler.

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In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 1 ist eine Anordnung gemäß der Erfindung insgesamt mit Io bezeichnet; sie ist an einem Rohr 12 für die Partikelströmung befestigt. Das Rohr 12 dient als Teil einer Anlage für die Partikelströmung 14, und bei denPar-■ikeln kann es sich um Kohlestückchen, Getreibekörner oder dergleichen, handeln. Die Anordnungist in einer Öffnung 16 in der Seitenwandung des Rohres 12 befestigt. Ein Gummibefestigungselement l8 ist mit der Wandung des Rohres 12 mittels Bolzen 2o verbunden. Ein Langstück 22 ist durch eine mittlere Öffnugng in dem Befestigungselement l8 geführt und dort mittels Metallunterlegscheiben 24 und Schrauben 26 gesichert. Das Langstück 22 ist eine solide Stange und kann aus Metall oder irgendeinem anderen steifen Material, wie Kunststoff oder Gummi,bestehen. Das Langstück kann eine etwas gebogene Form in Richtung der Partikelströmung aufweisen, so daß irgendwelche größeren Fremdstücke in der Strömung nicht daran hängen bleiben oder verklemmen.

Am entgegengesetzten Ende des Langstückes 22 ist die Anordnung Io befestigt. Wie man am besten in Fig. 2 erkennt, umfaßt die Anordnung Io ein piezoelektrisches Element 28, das dieses Ende des Langstücks 22 umschließt; das Langstück durchsetzt das piezoelektrische Element vollständig und ragt als Stumpf 38 noch darüber hinaus. Das piezoelektrische EIemeiit in diesem Ausführungsbeiyiel ist ein zylindrischer Kristall; doch ist auch irgendeine andere Form ebenso brauchbar. Solche Kristalle sind handelsüblich und sind in vielen Formen und Größen erhältlich; es hat sich jedoch gezeigt, daß ein radial belastbarer kerwamischer piezoäektrischer Kristall zylindrischer Konfiguration mit einem Außendurchmesser von 12,5 mm, einem

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Innendurchmesser von 6,25 mm und einer Länge von 12, 5 mm ein ausgezeichnetes Ausgangssignal abgibt.

Das piezoelektrische Element 28 selbst besitzt, wie man am besten in Pig. 3 erkennt, eine Auflage auf der Innenoberfläche 34 und der Außenoberfläche 36; diese Auflagen bestehen aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Silber. Eine Betätigung des Langstücks 22 komprimiert das piezoelektrische Element 28 kurzzeitig, so daß der Kristall ein elektrisches Signal erzeugt, &s zwischen den Flächen φ und 36 anliegt. Dies ist bekanntlich das übliche Verhalten beim Deformieren eines piezoelektrischen Kristalls. Das so erzeugte Signal wird auf zwei Leiter 4o und 44 gegeben, die leitend mit den elektrisch leitenden Belägen 34 und 36 verbunden sind. Wenn das Langstück 22 aus einem elekt risch leitenden Material, wie Metall, besteht und wie es in der Zeichnung dargestellt ist, sorgt das Langs.tück selbst für den notwendigen Kontakt mit der inneren elektrischen Auflage 34 des Elements 28, und der Leiter 4o kann bei 38 mit dem Langstück verbunden werden. Wenn das Langstück 22 aus nicht leitendem Material besteht, kann es innerhalb des Elements 28 enden und Platz für einen leitendem Stopfen lassen, der in das hintere Ende eingesetzt wird und mit dem Leiter 4o ™ verbunden ist. Die äußere leitende Oberfläche ist mit irgendeiner geeigneten Ableitung versehen, beispielsweise einem Metallstreifen 42, an dem der Leiter 44 angeschlossen ist. Die Leiter 4o und 44 sind dann in ein Koaxilalkabel 32 geführt, das zu einem entfernten Ablesegerät 46 irgendeiner bekannten Bauart geführt ist und als Alarmanzeige dient. Das Koaxialkabel wird natürlich verwendet, um die Übertragegenen elektrischen Signale gegen interferierende Störsignale abzuschirmen.

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Das Element 28 und der Abschnitt des Langstückes 22, auf dem das Element sitzt, die Leiter 4o und 44 sowie das Ende des Koaxialkabels 32/ mit dem die Leiter verbunden sind, sind alle in einem elastischen Schutzgehäuse 3o eingeschlossen. Es hat sich gezeigt, daß das Umgießen dieser Eleemente mit einem Block aus Expoxydharz ein wirksames, billiges und einfach herstellbares Schutzgehäuse ergibt. Es versteht sich jedoch, daß irgendein anderes elastisches Material verwendet werden kann. Wenn man den Aufbau so wählt,

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daß ein Abschnitt »-des piezoelektrischen Elements 23 aus dem elastischen Gehäuse 3° herausragt, und zwar derjenige Abschnitt, an dem das Langstück in das Element eintritt, wird-die Dämpfung der Vibration des Langstücks 22, bevor es in den Kristall 28 eintritt, vermieden, so daß die Bewegung des Langstücks 22 ungestört auf den piezoelektrischen Kristall übertragen werden kann.

Bekanntlich besitzen piezoelektrische Elemente normalerweise eine hohe Impedanz, so daß ein Impedanzkopper 5° zur Impedanzanköppelung erforderlich ist,und erfindungsgemäß ist dieser, wie in Fig. 4 gezeigt, mit in das Gehäuse eingeschlossen. Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Impedanzkoppler oder Impedanzanpaßglieder ist bekannt; eine besondere Beschreibung erübrigt sich deshalb. Der Impedanzkoppler 5o ist einerseits an die Leiter 4o und 44j andererseits an das Koaxialkabel 32 angeschlossen.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Partikel 14, die in dem Rohr 12 strömen, beaufschlagen das Langstück 22. Der Aufschlag dieser Partikel bewirkt eine abwärts gerichtete Kraft auf das Langstück,und infolge der Trägheit des piezoelektrischen Elements 28 und seines elastischen Schutzgehäuses ~*>o bewirkt eine Bewegung des

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Langstücks 22 eine kurzzeitige Kompression* die zwischen ■ der Innenoberfläche j54 des piezoelektrischen Elements und der Außenoberfläche 36 auftritt. Diese Kompressionskraft erzeugt ein elektrisches Signal,, wie üblich bei piezoelektrischen Elementen, die über die Leiter 4o und kh und gegebenenfalls über den Impedanzkopper 5o auf das Koaxialkabel 32 und von diesem auf das Ablesegerät 46 übertragen wird.

Wenn die Strömung unterbrochen wird, wird das Langstück 22 nicht beaufschlagt, und infolgedessen wird auch das Element 28 nicht erregt. Demgemäß entfällt das Ausgangssignal, was sich sofort am Ablesegerät 46 feststellen läßt. Auf diese Weise erfährt man eine Unterbrechung der Strömung im Rohr 12,und die notwendigen Maßnahmen können eingeleitet werden.

Demgemäß wird mit der Anordnung nach der Erfindung durch die Trägheitskraft das Signal ausgelöst,wobei der Aufbau so getroffen ist, daß das Langstück 22 nur von dem elastisch federnden Gummibefestigungselement l8 gehalten wird, während das piezoelektrische Element selbst ausschließlich von dem Langstück 22 selbst gehaltert wird. Durch das stabile und elastische Schutzgehäuse für das piezoelektrische Element und die mit ihm verbundenen Teile ergibt sich ein einfacher und praktischer Aufbau. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist relativ billig herzustellen, leicht anzubringen und auszuwechseln und ist wesentlich unempfindlicher und weniger zerbrechlich als die bisher bekannten Anordnungen bei wesentlich günstigerem Herstellungspreis.

- Patentansprüche -

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BADORIQfNAU

Claims

Patent a η s ρ r ü c h e

1. Anordnung zur Feststellung strömender Partikel mit einem in den Strömungspfad ragenden federnd angeordneten ' Langstück zur Übertragung mechanischer Impulse auf ein piezoelektrisches Element bei Auftreffen von Partikeln auf das Langstück und die Erzeugugng entsprechender elektrischer Signale durch das Element, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (28) fest mit dem Langstück (22) verbunden ist und einzig von diesem gehalten ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1. mit einer Übertragungsanordnung für die Signale von dem Element zu einem Ablesegerät, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil des Elements (28), der Abschnitt des Langstückes (22), der diesen Teil haltert, und das elementseitige Ende der Übertragungsanordnung (4o,

44) von einem elastischen Schutzgehäuse -(Jo) eingeschlossen sind.

3· Anordnung nach Ansprauch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil des Elements, wo das Langstück eintritt, außerhalb des Schutzgehäuses angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 mit einem Impedanz-Koppler, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanz-Koppler sich in dem in das Schutzgehäuse eingeschlossenen Ende der Übertragungsanordnung befindet.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element ein radial belastbarer, keramisch piezoelektrischer Kristall zylindrischer Konfiguration ist. ■-..-.

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- Io -

6.' Anordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Langstück eine feste Stange ist, die mit einem Ende in dem zylindrischen Element, dieses tragend, angeordnet ist.

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