DE3873175T2

DE3873175T2 - Durchflussmengenmesser.

Info

Publication number: DE3873175T2
Application number: DE8888304213T
Authority: DE
Inventors: Charles William Kemp; Kamal A Khan
Original assignee: Federal Industries Industrial Group Inc
Current assignee: Siemens Canada Ltd
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2008-05-11
Also published as: ES2034218T3; DE3873175D1; ATE78918T1; EP0293104B1; US4768387A; JP2525866B2; JPH01105120A; CA1330000C; EP0293104A1

Description

Diese Erfindung betrifft Durchflußmengenmesser für fließende Materialien vom Typ mit einer Ablenkplatte, wobei ein zu messender Materialfluß gegen eine Ablenkplatte gerichtet wird und eine Komponente, üblicherweise die horizontale Komponente, der von der Platte ausgeubten Rückwirkungskraft gemessen wird, um eine Anzeige der Materialflußmenge zu erhalten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Durchflußmengenmesser der obengenannten Art sind seit vielen Jahren bekannt und charakteristische Beispiele findet man in U.S. Patent Nr. 3.613.449, das im Oktober 1971 an Soejima et al. erteilt wurde, in U.S. Patent Nr. 3.640.135, das im Februar 1972 an Tomiyasu et al. erteilt wurde, und in U.S. Patent Nr. 3.742.762, das im Juli 1973 an Tomiyasu et al. erteilt wurde. Anordnungen wie jene, die im '135 Patent von Tomiyasu et al. beschrieben wurden, in welchen die horizontale Rückwirkungskomponente gemessen wird, fanden die größte Zustimmung, da die Größe der horizontalen Komponente nicht von irgendeiner Ansammlung von Restmaterial beeinflußt wird, das an der Ablenkplatte haftet.
Obwohl solche Durchflußmengenmesser äußerst zweckmäßig sind, ergeben sich gewisse Probleme bei der Anwendung, besonders beim Erhalt einer verläßlichen Messung der horizontalen Rückwirkungskomponente. Der Durchflußmengenmesser arbeitet notwendigerweise in einer ungünstigen Umgebung, wobei die üblichen gemessenen Materialien einen hohen Staubgehalt aufweisen und alle mechanischen Drehstücke und anderen empfindlichen Bestandteile vor Staub geschützt werden müssen. Diese Probleme und andere verwandte Patente nach dem Stand der Technik werden in der U.K. Patentschrift Nr. 2.020.038 (Milltronics), veröffentlicht am 7. November 1979, besprochen, worin ein Durchflußmengenmesser beschrieben wird, bei dem die horizontale Komponente durch eine Anordnung einer oder mehrerer Dehnungsmeßbrücken gemessen wird, die im wesentlichen mechanisch gegen die Wirkung von Staub und angesammeltem Material geschützt werden kann und auch gegenüber einer ungleichmäßigen Verteilung des auf die Ablenkplatte auftreffenden Materials unempfindlich ist. Solche Durchflußmengenmesser arbeiten sehr zufriedenstellend, bringen aber das Problem mit sich, daß die Ablenkplatte in einem verhältnismäßig voluminösen rechteckigen Gehäuse angeordnet werden muß, das mit geeigneten Verbindungs- und Anpassungsteilen hergestellt und ausgestattet werden muß, so daß sein oberes und unteres Ende mit Leitungen von Gefäßen verbunden werden können, um den Fluß dazwischen zu messen. Leitungen für fließende Materialien sind allgemein zylindrische Rohrleitungen, wodurch der Einbau weiter erschwert wird. Selbst wenn eine solche Anordnung an einem freien Auslaß eines Rohrgefäßes angeordnet wird und eine volle Einfassung nicht erforderlich ist, kann das benötigte Anschlußstück sehr komplex sein, wie im U.S. Patent Nr. 4.407.380 (Elder) gezeigt wird, worin eine ähnliche Vorrichtung am Auslaß eines Schneckenförderers angeordnet ist. Weitere Beispiele für die Schwierigkeiten, die beim Einbau dieser Art von Durchflußmengenmesser auftreten, und für den verhältnismäßig großen Umfang finden sich auf der Rückseite der Broschüre "Milltronics HYFLO (Trade Mark) Solids Flowmeters", veröffentlicht von Milltronics im November 1984.
In EP-A-0152388 wird ein Aufprall-Durchflußmengenmesser mit einem geneigten röhrenförmigen zylindrischen Gehäuse beschrieben, in dem eine sich abwärts erstreckende Aufprallplatte befestigt ist. Ein geneigtes Einlaßrohr, das auch in bezug auf die Längsachse des Gehäuses geneigt ist, mündet in das Gehäuse, so daß fließendes Material, das durch das Einlaßrohr hinunterfließt, auf die Aufprallplatte gelenkt wird. Da die Aufprallplatte jedoch nicht vertikal ist, werden vertikale und horizontale Komponenten der Rückwirkungskraft, die von der Aufprallplatte ausgeübt wird, gemessen.
In DE-A-2947414 wird eine Ausführungsform eines Aufprall-Durchflußmengenmessers mit einer vertikalen Aufprallplatte beschrieben. Es wird in einer weiteren Ausführungsform auch eine Aufprallplatte beschrieben, die um eine senkrecht zum im allgemeinen vertikalen Materialfluß durch die Vorrichtung liegende Fließachse gekrümmt ist. Der offensichtliche Grund für die Krümmung der Aufprallplatte ist die Erzeugung eines gleichmäßigeren Übergangs in die Fließrichtung durch die Vorrichtung, indem das fließende Material so weit wie möglich tangential zur Platte bewegt wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Aufprall-Durchflußmengenmessers, der nach denselben allgemeinen Prinzipien wie der Durchflußmengenmesser von GB-A-2020038 funktioniert, der aber eine einfachere und kompaktere Konstruktion aufweisen kann und in den meisten Fällen leichter einzubauen ist.
Erfindungsgemäß wird ein Aufprall-Durchflußmengenmesser nach dem weiter unten folgenden Anspruch 1 geschaffen.
Üblicherweise ist dabei das Mittel zur Befestigung der Aufprallplatte eine Parallelogramm-Dehnungsmeßzelle, die zwischen einem oberen Ende der Aufprallplatte und einem oberen Ende des Gehäuses eingefügt ist, um horizontale Kräfte, die aus Richtung des Einlaßrohrs auf die Aufprallplatte wirken, zu ermitteln.
Ein solcher Durchflußmengenmesser wird auf einfache Weise hauptsächlich aus Rohrabschnitten gefertigt und das einzige verwendete Präzisionselement ist die Parallelogramm-Meßzelle. Solche Zellen sind allgemein bekannt und verschiedene Beispiele sind in der obengenannten U.K. Patentanmeldung Nr. 2.020.038 angeführt und eine bevorzugte Form einer Meßzelle ist den in den U.S. Patenten Nr. 4.128.001 (Marks) oder 4.380.175 (Griffen) beschriebenen ähnlich. Eine derartige Meßzelle bietet nicht nur eine ausgezeichnete Halterung für die Aufprallplatte des Durchflußmengenmessers, sondern mißt bei richtiger Befestigung nur das horizontale Element der Rückwirkung der Platte auf das Material, das auf diese durch das Einlaßrohr auftrifft, ohne daß seine Leistung durch die Einfallshöhe des Materials auf die Platte beeinträchtigt wird. Da sich die Zelle über der Aufprallplatte befindet, ist sie weitgehend vor Material, das durch den Durchflußmengenmesser geht, geschützt.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnshme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen sind:
Figur 1 ein Seitenriß eines erfindungsgemäßen Durchflußmengenmessers, wobei wichtige Innenteile gestrichelt eingezeichnet sind;
Figur 2 eine Vorderansicht des Durchflußmengenmessers aus Figur 1, wobei der Deckel abgenommen ist;
Figur 3 ein Seitenriß bestimmter Innenteile des Durchflußmengenmessers, wobei die Aufprallplatte zwecks Übersichtlichkeit teilweise entfernt ist; und
Figur 4a - 4d Seitenrisse ähnlich Figur 1, die Beispiele für verschiedene Einbauarten des Durchflußmengenmessers zeigen.
Der Durchflußmengenmesser wird hauptsächlich aus drei zylindrischen oder teilzylindrischen Schalen 2, 4 und 6 gebildet. Eine erste vertikale zylindrische Schale wird üblicherweise durch einen Abschnitt eines zylindrischen Rohres mit außen verriegelnden Flanschen 8 und 10 an seinem oberen und unteren Ende gebildet. Der Flansch 10 wird in Betrieb mit einem geeigneten Ausgang für fließendes Material verbunden, wie in bezug auf die Figuren 4a - 4d dargestellt und näher beschrieben wird. Eine Verschlußplatte 12 ist an dem oberen Flansch 8 befestigt und bildet eine zweckdienliche Halterung für eine Einfassung 11, die den zu einem Parallelogramm-Dehnungsmeßelement 14 zugehörigen Vorverstärker und Eichschaltungsaufbau enthält.
Eine zweite zylindrische Schale 4 wird durch einen weiteren Abschnitt eines zylindrischen Rohres gebildet, das zur Horizontalen geneigt ist und eine Achse 16 besitzt, welche die Achse 18 der Schale 2 schneidet. Der Neigungswinkel der Schale 4 beträgt ublicherweise etwa 50º. Diese zweite Schale geht etwa in der Mitte zwischen den Flanschen 8 und 10 durch die Wand des ersten Gehäuses und in dem dargestellten Beispiel endet sie in einer Mündung in einer vertikalen Ebene unmittelbar vor der Achse 18. Eine dritte Schale 6 ist konzentrisch innerhalb der ersten Schale 2 angeordnet; sie ist teilzylindrisch und aus einem weiteren Abschnitt eines Rohres geschnitten. Der Teilzylinder ist mehr oder weniger ein Halbzylinder, in diesem Fall etwas mehr als ein Halbzylinder. Er wird durch eine Deckplatte 7 vom Dehnungsmesser 14 von der Wand des ersten Gehäuses an seiner Oberseite getragen. In einigen Fällen kann es abhängig von der Konstruktion des Dehnungsmessers zweckmäßig sein, den Dehnungsmesser indirekt durch die Verschlußplatte 12 am ersten Gehäuse zu befestigen, wie dies bei der in den bereits erwähnten U.S. Patenten Nr. 4.128.001 oder Nr. 4.380.175 beschriebenen Art üblich ist.
Ein äußerer Flansch 19 am oberen Ende der Schale 4 wird in Betrieb mit einem Einlaß für fließendes Material verbunden, wie in den Figuren 4a - 4d dargestellt ist. Die Schale 6 erstreckt sich so weit über das untere Ende der Schale 4 nach unten, daß Material, das durch letzere aufgrund der Schwerkraft hinunterfließt, auf die Schale 6 oberhalb ihres unteren Endes auftrifft, das in dem gezeigten Beispiel auf gleicher Höhe mit dem Flansch 10 liegt.
Die Schale 2 weist einen größeren Innendurchmesser als die Außenseite der Schale 6 auf, die ihrerseits einen größeren Innendurchmesser als zumindest der Innendurchmesser der Schale 4 besitzt. Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Außendurchmesser der Schale 4 auch ausreichend kleiner als der Innendurchmesser der Schale 6, so daß ein Kontakt zwischen den beiden vermieden wird. Beispielhafte Innendurchmesser für die erste, zweite und dritte Schale sind 16,14 cm (6,357 Inch), 10,16 cm (4 Inch) und 12,70 cm (5 Inch).
Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach. Fließendes Material, wie körniges oder anderes teilchenförmiges Material, wird durch eine geneigte Rinne, die durch die Schale 4 gebildet wird, zugeleitet und trifft auf die Innenfläche der vertikalen Schale 6, wonach es den Durchflußmengenmesser durch die Schale 2 verläßt. Durch die Schale 6 wird eine horizontale Rückwirkungskraft entwickelt, die der Durchflußmenge des Materials, welches die Schale 4 hinunterfließt, direkt proportional ist. Diese Rückwirkungskraft wird von dem Parallelogramm-Dehnungsmesser 14 ermittelt, der, da er mit seiner oberen und unteren Säule 20 und 22 horizontal befestigt ist, nur die horizontalen Kräfte erfaßt, die seine Trägerarme 21 und 23 verformen, und von der vertikalen Verteilung der Stoßkräfte auf das Gehäuse 6 nicht wesentlich beeinflußt wird. Die relative Widerstandsfähigkeit der Dehnungsmeßelemente 25 in einer Dehnungsmeßbrücke, die in einem Dehnungsmesser zusammengefaßt sind, schwankt proportional zur Rückwirkungskraft; die Brücke ist Teil des Eingangsschaltkreises eines Rechenverstärkers im Vorverstärkerschaltkreis, der diese Veränderungen erfaßt und ein Ausgangssignal proportional zur horizontalen Kraftkomponente und somit zur Durchflußmenge durch die Vorrichtung erzeugt. Die Funktionsweise unterscheidet sich im Prinzip nicht von jener des Durchflußmengenmessers, der in dem obengenannten britischen Patent von Milltronics beschrieben wird.
Der beschriebene Durchflußmengenmesser ist besonders einfach zu eichen. Der Vorverstärker ist auf herkömmliche Weise mit Nullpunkteinstellung und Justierung der Meßspanne (Verstärkung) versehen. Unter der Voraussetzung, daß die Achse 18 des ersten Gehäuses 2 exakt vertikal ausgerichtet ist, wird zur Eichung der Einheit der Vorverstärker zunächst auf einen Nullausgang eingestellt, wobei kein Material durch den Messer fließt. Dann wird ein Kabel 24 mit einem Testgewicht 26 an einen Haken 28 gehängt, der an der Außenseite des Gehäuses 6 befestigt ist, wobei der Zugang durch eine Öffnung 30 im Gehäuse 2 ermöglicht wird, die normalerweise durch eine Schraube (nicht dargestellt) verschlossen ist. Das Kabel 24 wird über eine Rolle 32 gezogen, die von einer Stütze 34 getragen wird, die vorübergehend durch Schrauben am Gehäuse 2 befestigt ist, so daß eine vorbestimmte horizontale Kraft auf das Gehäuse 6 ausgeübt wird, die dem Prozentsatz der errechneten maximalen Durchflußmenge, die von dem Durchflußmengenmesser bearbeitet werden soll, annähernd entspricht. Die Justierung der Meßspanne wird dann nach Bedarf verändert, um ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzielen. Nach Entfernung des Gewichts kann die Eichung gegebenenfalls überprüft werden, indem Material mit einer bekannten Durchflußmenge durch den Durchflußmengenmesser geleitet wird. Wenn ein Unterschied zwischen dem tatsächlichen Ausgang des Verstärkers und jenem, der vorliegen sollte, besteht, wird die Differenz berechnet und das Testgewicht neuerlich eingesetzt und eine entsprechende Justierung der Meßspanne vorgenommen. Diese Schritte können wiederholt werden, bis die Leistung der Einheit innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Die Stütze 34 und die Rolle 32 müssen nur während der Eichung befestigt sein. Die Geschwindigkeit, mit der das Material auf die Aufprallplatte trifft, wird durch die Konstruktion des Einlasses etwas beeinträchtigt und diese Überprüfung der Eichung ermöglicht die Bestimmung der richtigen Toleranz für den jeweiligen Einbau des Durchflußmengenmessers.
Die Figuren 4a - 4d zeigen verschiedene mögliche Einbauweisen der Einheit mit verschiedenen Materialeinlaßund -auslaßkonstruktionen, die gestrichelt dargestellt sind. Im Vergleich zu den Einbauweisen, die auf der Rückseite der obengenannten Broschüre von Milltronics dargestellt sind, sind die Einbauweisen kompakter, da das Gehäuse 2 ein voluminöses rechteckiges Gehäuse ersetzt und die Anpassung der Auslaßkonstruktion an den verhältnismäßig kleinen Durchmesser des Gehäuses 2 im allgemeinen viel einfacher ist, als die Anpassung an einen großen rechteckigen Auslaß.
Vergleichsweise besitzt der Milltronics HIFLO (Warenzeichen) Typ E40 Durchflußmengenmesser, der gemäß dem Tomiyasu U.S. Patent Nr. 3.640.135 konstruiert wurde, eine Höhe, selbst ohne Auslaßanpassungsstück, vom Einlaß zum Auslaß, von 86,36 cm (34 Inch), eine im allgemeinen rechteckige Einfassung von 40,64 cm (16 Inch) mal 40,66 cm (16 Inch) mal 65,5 cm (25 Inch) in der Höhe, und ein großes Gehäuse, das von einer Seite der Einfassung vorragt. Während das vorragende Gehäuse durch Anwendung der Aussagen des Schindel U.S. Patents weggelassen werden kann, bleibt die voluminöse Einfassung. Im Gegensatz dazu besitzt eine charakteristische Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die anstelle des Typ E40 bei vielen Anwendungen eingesetzt werden kann, eine Höhe vom Einlaß zum Auslaß von 18 Inch und kein voluminöses rechteckiges Gehäuse.
Es hat sich ferner herausgestellt, daß die Reaktion der vorliegenden Vorrichtung auf unterschiedliche Durchflußmengen geradliniger ist. Es wird angenommen, daß das teilzylindrische dritte Gehäuse, das die Aufprallplatte bildet, den Fluß durch die Vorrichtung weniger stört, welcher demjenigen durch ein Knierohr absolut vergleichbar ist, als eine herkömmliche flache Aufprallplatte, die den Fluß nicht seitlich begrenzt, mit dem Ergebnis, daß, der Durchflußmenge entsprechend, ein unterschiedlicher Anteil des Materials nach außen gelenkt wird und somit eine nichtlineare Reaktion entsteht.
Die Vorrichtung ist nicht nur kompakter, sondern auch wesentlich einfacher und billiger herzustellen. Da die Ablenkplatte vertikal ist, werden im wesentlichen nur horizontale Rückwirkungskräfte durch sie entwickelt, wodurch die Zerlegung der gewünschten Kraftkomponenten nicht erforderlich ist, während die Ansammlung von Material auf der Platte keine Kräfte erzeugen kann, die von der Meßzelle erfaßt werden. Materialansammlung ist in jedem Fall bei der vertikal angeordneten Ablenkungsplatte weniger wahrscheinlich. An die Meßzelle wird keine Totlast angelegt, da sie nur auf horizontale Kräfte reagiert und das Gewicht der dritten Schale, das die Ablenkungsplatte bildet, ist vertikal angebracht. Dadurch kann auch der gesamte Meßbereich der Meßzelle wirkungsvoll genützt werden.

Claims

1. Aufprall-Durchflussmengenmesser, umfassend ein röhrenförmiges zylindrisches Gehäuse (2), das sich abwärts zu einem unteren Auslass erstreckt, eine Aufprallplatte (6), die sich im Gehäuse abwärts erstreckt, Mittel (14) zur Befestigung eines oberen Endes der Aufprallplatte im Gehäuse, ein Einlassrohr (4), dessen Längsachse geneigt zur Längsachse des Gehäuses steht und dessen Innendurchmesser kleiner ist als derjenige des Gehäuses, wobei das Einlassrohr in seinem unteren Endbereich so in das Gehäuse (2) einmündet, dass fliessendes Material, welches durch das Einlassrohr hinunterfliesst, auf einer von der Aufprallplatte (6) geschnittenen Bahn in das Gehäuse eintritt, und den Mitteln (14) zur Befestigung der Aufprallplatte zugeordnete Dehnungsmesselemente (25) zur Ermittlung von Kräften, welche die Aufprallplatte als Folge von auf ihr vom Einlassrohr her auftreffendem fliessendem Material erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des zylindrischen Gehäuses (2) vertikal angeordnet ist, dass die Aufprallplatte (6) teilzylindrisch ist mit einem Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses und grösser als der Innendurchmesser des Einlassrohrs ist, wobei die Aufprallplatte konzentrisch mit dem Gehäuse angeordnet ist, so dass ein Durchflussweg für das fliessende Material durch die Verbindung zwischen dem Einlassrohr (4) und dem Gehäuse (2) gebildet ist, welcher demjenigen durch ein Knierohr ähnlich ist, und das Material durch die innere Teilzylinderfläche der Aufprallplatte (6) abgefangen und seitlich begrenzt wird.

2. Aufprall-Durchflussmengenmesser nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14) zur Befestigung der Aufprallplatte eine Parallelogramm-Dehnungsmesszelle (14) sind, welche zwischen einem oberen Ende der Aufprallplatte (6) und einem oberen Ende des Gehäuses (2) eingefügt ist, um horizontale Kräfte, die aus der Richtung des Einlassrohrs auf die Aufprallplatte wirken, zu ermitteln.

3. Aufprall-Durchflussmengenmesser nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Öffnung des Einlassrohrs (4) in einer im allgemeinen vertikalen Ebene innerhalb der Aufprallplatte (6) liegt.

4. Aufprall-Durchflussmengenmesser nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlussplatte (12) das obere Ende des Gehäuses verschliesst.

5. Aufprall-Durchflussmengenmesser nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter Mittel zur Eichung aufweist, umfassend ein Eichgewicht (26) und ein das Eichgewicht tragendes Seil bzw. Kabel (24), Mittel (28) zur Befestigung des Seils bzw. Kabels an der Aussenseite der Aufprallplatte (6) gegenüber des Einlassrohrs (4), eine Rolle (32) und Mittel (34) zum Anbringen der Rolle an der Aussenseite des Gehäuses (2) gegenüber des Einlassrohrs (4) in einer gemeinsamen vertikalen Ebene mit den Längsachsen von Gehäuse, Einlassrohr und Aufprallplatte und so, dass ein oberster Bereich der Rolle (32) sich in Höhe der Mittel (28) zur Befestigung des Seils bzw. Kabels und einer in der Wand des Gehäuses vorgesehenen Öffnung (30) befindet, derart, dass das Eichgewicht (26) über die Rolle aufgehängt werden kann, um auf die Aufprallplatte (6) eine horizontale Kraft auszuüben, die gleich der vom Eichgewicht nach unten wirkenden Kraft ist.