DE4443536A1

DE4443536A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Reibungseigenschaften einer Flüssigkeits-Feststoffsuspension

Info

Publication number: DE4443536A1
Application number: DE4443536A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Witte; Jasper Bornholdt
Original assignee: BORNHOLDT JASPER DIPL ING; GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: BORNHOLDT JASPER DIPL ING; GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Messung der Reibungseigenschaften einer Flüs sigkeit oder Flüssigkeits-Feststoffsuspension oder eines Schlickes (Fluid) in einem Gewässer. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sollen insbesondere dazu verwendet werden, die Reibungseigenschaften des Schlickes oder der Feststoffsuspension überhalb der festen Sohle eines Gewässers zu bestimmen, um ein Maß für die kritische Wassertiefe für die Schiffbarkeit zu erhalten.

Für die sichere Befahrbarkeit von Wasserstraßen ist es erforderlich, daß die kritische Wassertiefe bekannt ist. Im allgemeinen muß für die Befahrbarkeit von Wasser straßen eine Mindestwassertiefe garantiert werden. Insbesondere in tidebeeinflußten Küstengewässern und Flußläufen führen Sedimentationsvorgänge oft zur Bildung von wenig konsolidierten Untiefen. Diese sind jedoch als Feststoffsuspensionen häufig noch schiffbar. Der Nach weis der Schiffbarkeit und der kritischen Wassertiefe ist hier problematisch, da die die Manövrierfähigkeit beeinflussenden Stoffgrößen nur unzureichend erfaßt werden können.

Aus der DE-PS 35 26 427 ist ein Lot zur Messung der Höhe von Schlick oder Schlamm bekannt, bei dem mittels einer Meßlanze die Höhe des Schlickes überhalb der festen Sohle gemessen wird. Aus der Höhe der Schlickschicht kann jedoch nicht zuverlässig ein Maß für die Mindest wassertiefe und somit für die Grenze der Schiffbarkeit erhalten werden. Weiterhin ist es bekannt, Echolote oder Gamma-Transmissionssonden einzusetzen, die jeweils über die Dichte kalibriert worden sind. Die Dichte von Feststoffsuspensionen ist jedoch kein direktes Maß für die Schiffbarkeit. Sie steht lediglich in nicht vorher sagbarer Weise im Zusammenhang mit der die Schiffbarkeit am meisten beeinflussenden Größe, der Zähigkeit bzw. Viskosität. So können z. B. unterschiedliche organische Zusammensetzungen bei gleicher Dichte deutlich unter schiedliche Zähigkeitseigenschaften und unterschiedliche Reibungseigenschaften hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die kriti sche Wassertiefe und somit die Grenze der Schiffbarkeit zuverlässig bestimmt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mittels einer Pumpe in einem Meßkanal eine Strömung des Fluids mit einer Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, so daß die Relativgeschwindigkeit der Strömungen zwischen dem Fluid außerhalb des Meßkanals und innerhalb des Meßkanals zumindest näherungsweise zu null wird, daß die Pumpenleistung und der Volumenstrom durch den Meßkanal ermittelt wird, und daß daraus ein Kennwert für die Reibungseigenschaften des Fluids bestimmt wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Visko sität das eigentliche Maß für die Grenzen der Schiff barkeit darstellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, die Reibungseigenschaften unmittelbar vor Ort zu messen. Der für das Verfahren erforderliche Meßkanal wird in die Schlickschicht gehalten, und in der entsprechenden Weise betrieben. Durch die Erzeugung einer isokinetischen Strömungsge schwindigkeit innerhalb des Meßkanals wird gewährleis tet, daß eine ungestörte Probenahme erfolgen kann. Zweckmäßig ist es dabei, daß der Meßkanal parallel zur Strömungsrichtung im Gewässer ausgerichtet wird.

Das Funktionsprinzip sei nachfolgend am Beispiel eines Newton-Fluids bei laminarer Strömung und verlustfreier Pumpe dargelegt. Hier kann direkt als Reibungseigen schaft die dynamische Viskosität über die Leistungsauf nahme der Pumpe bestimmt werden.

(I) Δp = 32 × η × x l/D²

Die Leistung der Pumpe ergibt sich aus:

(II) P = × Δp

mit:

Δp = Druckverlust
η = dynamische Viskosität
= mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Rohr (Meßkanal )
l = Rohrlänge (Länge des Meßkanals)
D = Rohrdurchmesser (Durchmesser des Meßkanals)
P = Leistung der Pumpe
= Volumenstrom durch den Meßkanal.

Aus den Gleichungen I und II kann die dynamische Visko sität aus der Leistung der Pumpe und dem Volumenstrom durch den Meßkanal bestimmt werden.

Die Größen D und l sind geometrische Größen des Meßka nals und sind bei der Vorrichtung stets bekannt. Die Leistung P der Pumpe kann beispielsweise in einfacher Weise durch den Stromverbrauch und die anliegende Spannung einer elektrisch betriebenen Pumpe ermittelt werden. Der Volumenstrom, d. h. die Fördermenge der Pumpe, kann im allgemeinen über die Drehzahl der ver wendeten Pumpe erhalten werden. Es ist daher für den Fachmann selbstverständlich, daß die Pumpenleistung und der Volumenstrom in diesem Zusammenhang als stellver tretend auch für die Meßgrößen benutzt werden, die unmittelbar mit der Pumpenleistung und dem Volumenstrom in Verbindung stehen.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß der Meßkanal relativ zum Gewässer bewegt wird. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn es sich bei dem Meßkanal um ein stehendes Gewässer, beispielsweise einen Binnenhafen, handelt oder wenn die Strömungsgeschwin digkeit innerhalb des Gewässers sehr klein ist. Bei Gewässern mit normaler Strömung reicht es aus, wenn der Meßkanal ortsfest auf der Sohle im Schlick ruht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gesamtdruck innerhalb des Meßkanals und außerhalb des Meßkanals des Fluids ermittelt wird und die Drücke miteinander verglichen werden und im Falle einer Druckdifferenz die Förderleistung der Pumpe verändert wird derart, daß bei höherem Druck innerhalb des Meßkanals die Förderleistung erhöht und bei nied rigerem Druck innerhalb des Meßkanals die Förderleistung erniedrigt wird, so daß die Druckdifferenz zumindest näherungsweise zu null wird. Dieser Ausführungsform des Verfahrens liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer homogenen Strömung davon ausgegangen werden kann, daß bei gleichen Drücken der Strömungen innerhalb und außerhalb des Meßkanals gleiche Strömungsgeschwindig keiten vorliegen. Diese Erkenntnis läßt sich aus der Bernoullischen Gleichung herleiten.

Die Messung der Druckdifferenz zwischen den Drücken hat den Vorteil, daß die dazu benötigten Meßeinrichtungen relativ einfach aufgebaut sein können. Die Meßeinrich tungen können beispielsweise als piezo-elektrische Elemente oder als herkömmliche Manometer ausgebildet sein. Es ist natürlich auch möglich, anstelle eines Druckes außerhalb des Meßkanals zu messen, einen Außen druck aus der Tiefe des Gewässers zumindest näherungs weise zu bestimmen.

Um Meßungenauigkeiten aufgrund der unterschiedlichen Dichten und unterschiedlichen Drücken in unterschiedli chen Tiefen des Gewässers zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, daß der Druck außerhalb des Meßkanals im wesentlichen auf gleichem Niveau des Meßkanals im Gewässer gemessen wird.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druck innerhalb des Meßkanals im Bereich der Einmündung des Fluids in den Meßkanal gemessen wird. Dies hat den Vorteil, daß evtl. Einflüsse auf den Druck beispielsweise durch die Verwirbelungen der Pumpe weitestgehend vermieden werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß der Druck außerhalb des Meßkanals auf gleicher Höhe in bezug auf die Strö mungsrichtung des Fluids gemessen wird. Dies hat den Vorteil, daß auch evtl. Störungen, die sich im Verlauf der Strömung entlang dem Meßkanal ergeben könnten, weitgehend eliminiert werden können.

Im einzelnen kann dabei so vorgegangen werden, daß der innere Gesamtdruck etwa auf Querschnittsmitte in der Nähe des Meßkanaleintritts (Staurohrprinzip) gemessen wird, d. h. vor dem reibungsbedingten Druckabfall. Der äußere Gesamtdruck wird in gleicher Weise außerhalb der Grenzschicht in möglichst ungestörter Strömung gemessen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Bestimmen der Reibungseigenschaften einer Flüssigkeit oder Flüssig keits-Feststoffsuspension oder eines Schlickes (Fluid) in einem Gewässer ist gekennzeichnet durch einen Meßka nal mit einer Einströmmündung und einer an dem der Einströmmündung abgekehrten Ende angeordneten Pumpe, wobei die Pumpe durch eine Regeleinrichtung derart regelbar ist, daß eine Strömung des Fluids mit einer Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, so daß die Relativgeschwindigkeit der Strömung zwischen dem Fluid außerhalb des Meßkanals und innerhalb des Meßkanals zumindest näherungsweise zu null wird, und daß Meßein richtungen zur Bestimmung des Volumenstroms durch den Meßkanal und der Pumpenleistung vorgesehen sind. Mit dieser Vorrichtung kann eine isokinetische Strömung innerhalb des Meßkanals für eine ungestörte Probenahme erzeugt werden. Aus dem Volumenstrom und der Pumpenlei stung kann beispielsweise die Viskosität entsprechend den oben genannten Beziehungen ermittelt werden.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Meßkanal mit wenigstens einem Druckmeßmittel zur Erfassung des Druckes des Fluids innerhalb des Meßkanals versehen ist. Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens ein Druckmeßmittel zum Messen des Druckes des Fluids außer halb des Meßkanals vorgesehen ist. Durch ein Vergleich der Drücke innerhalb des Meßkanals und außerhalb des Meßkanals kann durch eine Regelung der Pumpe in vor teilhafter Weise entsprechend den obigen Ausführungen eine isokinetische Probennahme gewährleistet werden. Das Druckmeßmittel kann grundsätzlich beliebiger Bauart sein, beispielsweise ein piezo-elektrischer Druckauf nehmer oder ein herkömmliches Manometer.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Druckmeßmittel zum Messen des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals unmittelbar außen am Gehäuse des Meßkanals angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß die Drücke im wesentlichen auf gleichem Niveau innerhalb des Gewässers gemessen werden, wodurch Meßungenauigkeiten aufgrund der unterschiedlichen Drücke in unterschiedlichen Tiefen weitestgehend vermieden werden können.

Um Strömungseinflüsse durch die Pumpe zu vermeiden, die sich nachteilig auf die Druckmessungen innerhalb des Meßkanals auswirken könnten, ist es zweckmäßig, daß das Druckmeßmittel zum Erfassen des Druckes innerhalb des Meßkanals im Bereich der Einströmmündung des Meßkanals angeordnet ist. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß das Druckmeßmittel soweit von der Einströmmündung entfernt wird, daß eventuelle Störungen beim Einlaufen des Fluids in den Meßkanal, beispielsweise durch eine Einlaufeinschnürung oder dergleichen, vermieden werden.

In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfin dung ist vorgesehen, daß das Druckmeßmittel zum Messen des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals unmit telbar außerhalb am Gehäuse des Meßkanals in gleicher Höhe in bezug auf die Strömungsrichtung angeordnet ist. Dadurch können in zuverlässiger Weise auch Meßungenauig keiten, die aufgrund von Strömungsschwankungen entlang dem Strömungsverlauf im Bereich des Meßkanals entstehen könnten, weitgehend vermieden werden. Wichtig ist dabei, daß Gesamtdrücke gemessen werden, die durch Strömungs deformation, Wirbelbildungen, Grenzschichtflüsse, reibungsbedingte Druckabfälle möglichst wenig gestört sind.

Zweckmäßigerweise ist die Pumpe als Verdrängerpumpe ausgebildet. Derartige Pumpen sind robust und setzen sich durch den Schlick nicht zu. Die Pumpe kann bei spielsweise als Zahnradpumpe ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil von derartigen Pumpen besteht darin, daß für die Bestimmung des Volumenstromes durch die Pumpe, also zur Bestimmung des Volumenstromes durch den Meßkanal, in der Regel lediglich die Drehzahl der Pumpe gemessen werden muß. Außerdem ist die Förderleistung derartiger Pumpen nahezu unabhängig von der Dichte, was bei hydrodynamischen Pumpen nicht der Fall ist. Die Drehzahl kann dabei mit bekannten Drehzahlaufnehmern mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regeleinrichtung jeweils einer Auswerteeinheit zum Bestimmen des Druckes des Fluids innerhalb bzw. außerhalb des Meßkanals und eine Vergleichseinrichtung für die bestimmten Drücke aufweist, wobei die Ver gleichseinrichtung mit einer Steuereinrichtung für den Antriebsmotor der Pumpen verbunden ist, so daß im Falle einer Druckdifferenz die Förderleistung der Pumpe derart verändert wird, daß bei höherem Druck innerhalb des Meßkanals die Förderleistung erhöht und bei niedrigerem Druck innerhalb des Meßkanals die Förderleistung er niedrigt wird, so daß die Druckdifferenz zumindest näherungsweise zu null wird. Mit dieser einfach aufge bauten Regeleinrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine isokinetische Probennahme einzustellen.

Zweckmäßigerweise ist der Meßkanal im wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Ein derartiger Aufbau ist einfach und kostengünstig herzustellen. Ferner für Kalibrierzwecke mit einer Newtonschen Flüssigkeit die oben genannte Beziehung für die Bestimmung des Druck verlustes ohne weiteres angewendet werden.

Zweckmäßig kann es sein, wenn die Vorrichtung wenigstens ein Stützelement aufweist, mit dem der Meßkanal auf der Sohle des Gewässers abgestellt werden kann. Dadurch wird gewährleistet, daß sich der Meßkanal nicht in irgendei ner Weise innerhalb des immer fester werdenden Schlickes verkantet, sondern daß der Meßkanal im wesentlichen parallel zu festen Sohle ausgerichtet auf dieser steht. Dabei können weiterhin Mittel vorgesehen werden, die den Meßkanal parallel zu der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ausrichten. Diese Mittel können beispielsweise als flügel- oder flossenartige Vorsprünge ausgebildet sein, die an dem Meßkanal befestigt sind.

Um den Meßkanal mit der Pumpe auf die Sohle des Gewäs sers herablassen zu können, ist wenigstens ein Tragmit tel vorgesehen, das an dem Meßkanal befestigt ist. Dieses Tragmittel kann in zweckmäßiger Weise auch dafür verwendet werden, den Meßkanal relativ zum Fluid zu bewegen, falls es sich bei dem Gewässer um ein stehendes Gewässer handelt.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfin dung ist vorgesehen, daß an dem Tragmittel die Verbin dungsleitungen für die Pumpe und die Meßeinrichtungen angeordnet sind. Dadurch wird die Handhabung der Vor richtung weiter vereinfacht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrich tung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Meßkanal und der Pumpe und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Meßkanal gemäß Fig. 2.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 zum Bestimmen der Reibungseigenschaften einer Flüssigkeit oder Flüssigkeits-Feststoffsuspension oder eines Schlic kes (Fluid) in einem Gewässer 11 weist einen im wesent lichen rohrförmig ausgebildeten Meßkanal 12 auf. An dem einen Ende des Meßkanals 12 ist eine Einströmmündung 13 für das Fluid vorgesehen, während an dem anderen, gegen überliegenden Ende eine Pumpe 14 angeordnet ist.

Durch die Pumpe 14 wird das in dem Gewässer 11 vorhan dene Fluid durch den Meßkanal 12 in Richtung des Pfeiles 15 angesaugt und in Strömungsrichtung hinter der Pumpe 14 wieder in das Gewässer 11 abgeleitet. Die Pumpe 14 wird durch einen vorzugsweise elektrischen Motor 16 angetrieben, der mit einer Regeleinrichtung 17 in Verbindung steht. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß innerhalb des Meßkanals 12 ein Druckmeß mittel 18 zur Erfassung des Druckes des Fluids innerhalb des Meßkanals und außerhalb des Meßkanals innerhalb des Gewässers 11 ein weiteres Druckmeßmittel 19 zur Erfas sung des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals vorgesehen ist. Beide Meßaufnehmer 18, 19 sind über Signalleitungen 20, 21 mit jeweils einer Auswerteeinheit 22, 23 zur Bestimmung des Druckes verbunden. Die Aus werteeinheiten 22, 23 stehen ihrerseits mit einer Vergleichseinrichtung 24 in Verbindung, in der die gemessenen und bestimmten Drücke innerhalb und außerhalb des Meßkanals 12 miteinander verglichen werden. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 24 steht über eine Signalleitung 25 mit einer Steuereinrichtung 26 für den Motor 16 in Verbindung.

Der Motor 16 wird über die Regeleinheit 17 derart geregelt, daß bei dem Auftreten einer Druckdifferenz zwischen den gemessenen Drücken innerhalb und außerhalb des Meßkanals über die Steuereinrichtung 26 eine Verän derung der Leistung des Motors 16 derart verändert wird, daß bei höherem Druck innerhalb des Meßkanals 12 die Leistung des Motors 16 und somit die Förderleistung der Pumpe 14 erhöht und bei niedrigerem Druck innerhalb des Meßkanals 12 die Motorleistung 16 erniedrigt wird. Eine derartige Veränderung der Leistung des Motors 16 findet solange statt, bis zumindest näherungsweise die Druck differenz zwischen dem gemessenen Drücken innerhalb und außerhalb des Meßkanals 12 zu null wird. Auf diese Weise kann eine isokinetische Probennahme am Meßkanaleintritt 13 erzeugt werden. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Geschwindigkeit der Strömung des Fluids in dem Gewässer 11 zumindest näherungsweise gleich der Ein strömgeschwindigkeit des Fluids in den Meßkanal 12 ist. Dabei kann im einzelnen so verfahren werden, daß der Meßkanal innerhalb des Gewässers bewegt wird oder, falls es sich um ein bewegtes Gewässer handelt, der Meßkanal auch auf der Sohle des Gewässers abgestellt werden kann.

Für die Bestimmung des Volumenstromes durch den Meßkanal 12 ist der Motor 16 ferner mit einem Drehzahlaufnehmer 27 verbunden. Mit der ermittelten Drehzahl kann anhand der spezifischen Bauart der Pumpe 14 unmittelbar die geför derte Volumenmenge pro Zeiteinheit und somit der Volu menstrom durch den Meßkanal 12 bestimmt werden. Dazu ist der Ausgang des Drehzahlaufnehmers 27 mit einer Rechen einheit 28 über eine Signalleitung 29 verbunden.

Weiterhin ist der Motor 16 der Pumpe 14 mit einem Meßgerät 30 für die Stromstärke und mit einem Meßgerät 31 für die Spannung der elektrischen Energieversorgung für den Motor 16 verbunden. Die Meßgeräte 30, 31 stehen in Verbindung mit einer Recheneinrichtung 32, mit welchem die aufgenommene Leistung des Motors 16 ermit telt werden kann. Der Ausgang der Recheneinrichtung 32 ist mit einem weiteren Eingang der Recheneinheit 28 verbunden. In der Recheneinheit 28 wird aufgrund der ermittelten Meßwerte für die Leistung des Motors 16 einerseits und der Drehzahl des Motors 16 andererseits die Reibungseigenschaften des Fluids ermittelt. Die Recheneinheit 28 steht in Verbindung mit einer Ausgabe einheit 33, um ein relatives Zähigkeitsmaß anzuzeigen, zu speichern oder auszudrucken.

In der Recheneinheit 28 werden unter anderem eventuelle Leistungsverluste des Antriebsstranges für die Pumpe 14 berücksichtigt. Eine Ermittlung der Reibungseigen schaften des Fluids durch die Recheneinheit 28 ist im allgemeinen nur dann zweckmäßig, wenn an der Einström öffnung 13 des Meßkanals 12 der gewünschte isokinetische und vorzugsweise stationäre Zustand vorliegt. Dazu ist die Vergleichseinrichtung 24 über eine weitere Signal leitung 34 mit der Recheneinheit 28 verbunden, so daß die Information, ob eine Druckdifferenz zwischen den Drücken innerhalb und außerhalb des Meßkanals 12 vor liegt, unmittelbar ausgewertet werden kann. Die Rechen einheit 28 kann dabei so ausgelegt sein, daß eine Anzeige der Reibungseigenschaften nur dann erfolgt, wenn die Druckdifferenz zumindest näherungsweise gleich null ist und dieser Zustand über eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten worden ist.

In den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau eines Meßkanals 12 und der Pumpe 14 näher dargestellt. Der Meßkanal 12 ist innerhalb eines zylindrischen Rohres 35 angeordnet, an dessen der Einmündungsöffnung 13 abgekehrten Seite 36 ein Flansch 37 angeordnet ist, an dem die Pumpe befestigt ist. Die Pumpe 14 ist bei dem in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiel als Zahnradpumpe ausgebil det. Derartige Pumpen sind robust, und es besteht keine Gefahr, daß sie sich beispielsweise durch die in dem Schlick vorhandenen Festkörper zusetzen.

Innerhalb des Meßkanals 12 im Bereich der Einmündungs öffnung 13 ist der Druckaufnehmer 18 für die Erfassung des Druckes des Fluids innerhalb des Meßkanals 12 angeordnet. Auf gleicher Höhe in bezug auf die Strö mungsrichtung, die durch den Pfeil 15 dargestellt ist, weist das Rohr 35 auf seiner äußeren Oberfläche 38 den anderen Druckaufnehmer 19 für die Erfassung des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals 12 auf. Die Abmes sungen bezüglich des Abstandes zu der Pumpe einerseits und der Einströmmündung andererseits sind so bemessen, daß die Druckmeßmittel keinen Strömungseinflüssen aufgrund der Pumpe einerseits und der Einmündungen des Fluids in den Meßkanal 12 andererseits ausgesetzt sind.

An seinem unteren Ende, d. h. an dem der Sohle des Gewässers 11 zugekehrten Seite, weist das Rohr 35 ein Stützgestell 39 auf, das im wesentlichen ständerförmig ausgebildet ist. Ferner sind an dem Rohr 35 flügelartige Leitbleche 40 vorgesehen, deren Flachseiten sich paral lel zu der Strömungsrichtung 15 erstrecken. Dadurch kann eine Ausrichtung des Meßkanals 12 innerhalb der Strömung erfolgen.

Die gesamte Meßapparatur 41 wird von einem Tragelement 42 gehalten, das zum einen dazu dient, die Meßapparatur 41 von einem Schiff oder dergleichen auf den Grund des Gewässers 11 abzulassen. Das Tragelement 42 kann bei spielsweise als starre Stange oder in bevorzugter Weise als Drahtseil ausgebildet sein. Um ein in etwa waage rechtes Ablassen der Meßapparatur 41 zu ermöglichen, ist das Tragelement über zwei strebenartige Verbindungen 43 mit dem Rohr 35 und gegebenenfalls der Pumpe 14 verbun den. Die Meßapparatur 41 befindet sich dadurch an dem Tragelement 42 hängend stets in einer im wesentlichen horizontalen Lage.

Das Tragelement 42 dient ferner dazu, die erforderlichen Verbindungsleitungen für die Energieversorgung der Pumpe einerseits und für die Signalleitungen 20, 21, 25, 29 der einzelnen Meßgeräte zu stützen. Dies ist insbeson dere deshalb zweckmäßig, da vorzugsweise die Auswerteeinheiten für die Drücke einerseits und für die elektrische Leistung andererseits sowie die Rechen einheit 28 von der Meßapparatur 41 getrennt überhalb der Wasseroberfläche des Gewässers 11 angeordnet sind.

Es ist offensichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sofortige Bestimmung der Reibeigenschaften einer Flüs sigkeit eines Gewässers weit unterhalb dessen Oberfläche unmittelbar möglich ist. Insbesondere besteht ein Vorteil darin, daß die Vorrichtung auch dazu geeignet ist, Flüssigkeits-Feststoffsuspensionen und bei spiels weise Schlicke hinsichtlich ihrer Reibeigenschaften zu prüfen. Die Meßvorrichtung eignet sich dementsprechend insbesondere dafür, die Reibeigenschaften des Schlickes oberhalb der festen Sohle eines Gewässers zu bestimmen, um somit die kritische Wassertiefe und die Grenze der Schiffbarkeit zu ermitteln. Damit kann in vielen Fällen ein Ausbaggern von Schiffahrtswegen vermieden werden, da häufig der Schlick durchaus noch schiffbar ist. Um die kritische Wassertiefe zu bestimmen, kann beispielsweise so vorgegangen werden, daß die Meßapparatur ausgehend von der Sohle des Gewässers 11 immer weiter nach oben bewegt wird, bis die Viskosität auf einen Wert gesunken ist, der noch als schiffbar bezeichnet werden kann.

Bezugszeichenliste

10 Meßvorrichtung
11 Gewässer
12 Meßkanal
13 Einströmmündung
14 Pumpe
15 Strömungsrichtung
16 Motor
17 Regeleinrichtung
18 Druckaufnehmer
19 Druckaufnehmer
20 Signalleitung
21 Signalleitung
22 Auswerteeinheit
23 Auswerteeinheit
24 Vergleichseinheit
25 Signalleitung
26 Steuereinheit
27 Drehzahlaufnehmer
28 Recheneinheit
29 Signalleitung
30 Strommeßgerät
31 Spannungsmeßgerät
32 Recheneinrichtung
33 Anzeigegerät
34 Signalleitung
35 Rohr
36 hinteres Ende
37 Flansch
38 Oberfläche
39 Stützelement
40 Flügel
41 Meßapparatur
42 Tragelement
43 Strebe

Claims

1. Verfahren zur Messung der Reibungseigenschaften einer Flüssigkeit oder Flüssigkeits-Feststoffsuspension oder eines Schlickes (Fluid) in einem Gewässer (11), dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Pumpe (14) in einen Meßkanal (12) eine Strömung des Fluids mit einer Strö mungsgeschwindigkeit erzeugt wird, so daß die Relativ geschwindigkeit der Strömungen zwischen dem Fluid außerhalb des Meßkanals (12) und dem Fluid innerhalb des Meßkanals (12) zumindest näherungsweise zu null wird, daß die Pumpenleistung und der Volumenstrom durch den Meßkanal (12) ermittelt wird, und daß daraus die Rei bungseigenschaften des Fluids bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (12) parallel zur Strömungsrichtung (15) ausgerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Meßkanal (12) relativ zum Gewässer (11) bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Fluids innerhalb des Meßkanals (12) und außerhalb des Meßkanals (12) ermit telt wird und die Drücke miteinander verglichen werden und im Falle einer Druckdifferenz die Förderleistung der Pumpe (14) derart verändert wird, daß bei höherem Druck innerhalb des Meßkanals (12) die Förderleistung erhöht und bei niedrigerem Druck innerhalb des Meßkanals (12) die Förderleistung erniedrigt wird, so daß die Druck differenz zumindest näherungsweise zu null wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Fluids außerhalb des Meßkanals (12) im wesentlichen auf gleichem Niveau im Gewässer (11) des Meßkanals gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Meßkanals (12) im Bereich der Einmündung (13) des Fluids in den Meßkanal (12) gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck außerhalb des Meßkanals (12) auf gleicher Höhe in bezug auf die Strömungsrich tung (15) des Fluids gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der verwendeten Pumpe (14) als Maß für den Volumenstrom durch den Meßkanal (12) genommen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahme und die angelegte Spannung für den Antriebsmotor (16) der Pumpe (14) als Maß für die Leistung der Pumpe genommen wird.

10. Vorrichtung zum Bestimmen der Reibungseigenschaften einer Flüssigkeit oder Flüssigkeits-Feststoffsuspension oder eines Schlickes (Fluid) in einem Gewässer (11), gekennzeichnet durch einen Meßkanal (12) mit einer Einströmmündung (13) und an einer dem der Einströmmün dung abgekehrten Ende (36) angeordneten Pumpe (14), wobei die Pumpe (14) durch eine Regeleinrichtung (17) derart regelbar ist, daß eine Strömung des Fluids mit einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Meßkanals (12) erzeugt wird, so daß die Relativgeschwindigkeit der Strömung zwischen dem Fluid außerhalb des Meßkanals (12) und dem Fluid innerhalb des Meßkanals (12) zumindest näherungsweise zu null wird und daß Meßeinrichtungen zur Bestimmung des Volumenstroms durch den Meßkanal (12) und der Pumpenleistung vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß der Meßkanal (12) mit wenigstens einem Druck meßmittel (18) zur Erfassung des Druckes des Fluids innerhalb des Meßkanals (12) versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßmittel (18) im Bereich der Einströmmündung (13) des Meßkanals (12) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Druckmeßmit tel (19) zum Messen des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals (12) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßmittel (19) zum Messen des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals (12) unmittelbar außen am Gehäuse (35) des Meßkanals (12) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßmittel (19) zum Messen des Druckes des Fluids außerhalb des Meßkanals (12) unmittelbar außen am Gehäuse (35) des Meßkanals (12) in gleicher Höhe in bezug auf die Strömungsrichtung (15) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (14) als Verdrän gerpumpe ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (17) jeweils eine Auswerteeinheit (22, 23) zum Bestimmen des Druckes des Fluids innerhalb bzw. außerhalb des Meßka nals (12) und eine Vergleichseinrichtung (24) für die bestimmten Drücke aufweist, wobei die Vergleichsein richtung (24) mit einer Steuereinrichtung (26) für den Antriebsmotor (16) der Pumpe (14) verbunden ist, so daß im Falle einer Druckdifferenz die Förderleistung der Pumpe (14) derart verändert wird, daß bei höherem Druck innerhalb des Meßkanals (12) die Förderleistung erhöht und bei niedrigerem Druck innerhalb des Meßkanals (12) die Förderleistung erniedrigt wird, so daß die Druck differenz zumindest näherungsweise zu null wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (12) im we sentlichen rohrförmig ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stützelement (39) vorgesehen ist, um den Meßkanal (12) auf die Sohle des Gewässers (11) abzustellen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Mittel (40) zum Ausrichten des Meßkanals (12) parallel zu der Strömungsgeschwindigkeit (15) des Fluids vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Tragmittel (42) vorgesehen ist, um den Meßkanal (12) relativ zum Fluid zu bewegen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragmittel (42) so mit dem Meßkanal (12) verbunden ist, daß der Meßkanal (12) horizontal und parallel in bezug auf die Strömungsrich tung (15) ausgerichtet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tragmittel (42) die Verbindungsleitungen (20, 21, 25, 29) für die Pumpe (14) und für die Meßeinrichtungen (18, 19, 27) angeordnet sind.

24. Verwendung einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 10 bis 23 für die Bestimmung der Reibungseigenschaften von Schlick oder Flüssigkeits-Feststoffsuspensionen über halb der festen Sohle eines Gewässers, insbesondere eines Hafengewässers, zur Ermittlung der Tiefe für die Schiffbarkeit.