Aeroprobe - Wasserströmung

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Aeroprobe - WasserströmungStrömungsmessungen mit Staudrucksonden

Aeroprobe-Produkte werden erfolgreich in Wasserkanälen, Schleppkanälen und anderen hydrodynamischen Entwicklungseinrichtungen eingesetzt. Ein Bereich, in dem Spezialinstrumente zur Strömungsmessung eingesetzt werden ist der Bergbau. Erzverarbeitungsmaschinen wie z.B. Zentrifugen oder Flotationszellen verwenden zur Erzeugung von Blasen häufig mit Luft vermischtes Wasser. Aeroprobe-Produkte haben sich sowohl bei Experimenten im Labor an Modellen als nützlich erwiesen, wie auch bei Untersuchungen an Industriemaschinen in Originalgröße.

Bei Messungen an Gebläsen liegen die wesentlichen Schwierigkeiten in der Tatsache begründet, dass sowohl die natürlichen als auch die künstlich erzeugten Strömungen sehr langsam sind und die Bewegungsrichtung sich je nach Position oder Zeitpunkt ändern kann. Am besten geeignet sind für diese Anwendungen Omniprobe-Strömungssonden von Aeroprobe in Verbindung mit modernen hochsensiblen Sensoren.

Bei der Ausführung von Messungen an Verarbeitungsmaschinen stößt man auf Schwierigkeiten, die bei aerodynamischen Anwendungen nicht auftreten. Grund hierfür ist die Tatsache, dass Bergbauingenieure häufig mit Zweiphasen- und Dreiphasenströmungen umgehen müssen. Bei einigen der auf dieser Seite erwähnten Prozesse geht es darum, die Erzpartikel vom Trägermedium zu separieren. In solchen Fällen besteht die Zweiphasenströmung aus der Strömung einer mit sehr kleinen Blasen durchmischten Flüssigkeit. Flotionszellen-Techniker wiederum müssen sich mit Dreiphasen- oder sogar Vierphasenströmungen beschäftigen, da der Flotationsprozess die drei Medien Wasser, Luftblasen und Erzpartikel umfasst. Als vierte Phase können Blasen-Partikel-Aggregate angesehen werden. In einigen Fällen konnten Aeroprobe-Instrumente bei Messungen von Einphasen- bzw. Zweiphasenströmungen in Verarbeitungsmaschinen im Bergbau bereits erfolgreich eingesetzt werden. An der Entwicklung von Instrumenten für die Untersuchung und Überwachung von Dreiphasen- und Vierphasenströmungen wird noch gearbeitet.

Beispiele für solche Anwendungen bei Wasserströmungen finden Sie hier:

Bergbau-Industrie nutzt Aeroprobe-Messtechnik für die Untersuchung von Hydrozyklon-Prozessen Bergbau-Industrie nutzt Staudrucksonden von Aeroprobe für Strömungsmessungen

Australische Bergbau-Industrie nutzt Aeroprobe-Messtechnikfür die Untersuchung von Hydrozyklon-Prozessen

In der Bergbauindustrie werden Hydrozyklone zur Trennung von Mineralpartikeln nach Größe und Dichte verwendet. Durch die schnelle Rotation, in die der Schlamm im Zyklon versetzt wird, entsteht ein radiales Kraftfeld. Große/dichte Partikel werden in den Außenbereich getrieben und gelangen in den Unterlauf, während kleine und leichte Partikel vom Zentrum angezogen werden und überlaufen. Historisch gesehen wurden die Bauformen empirisch entwickelt. Verbesserte Hydrozyklon-Auslegungen senken die Kosten der Mineralverarbeitung. Die Strömung in diesen Maschinen ist turbulent und mehrphasig.

Forscher am Julius Kruttschnitt Mineral Research Center haben eine Aeroprobe-Fünfloch-Staudrucksonde der Baureihe Cobra und das Multimedia-Sensormodul von Aeroprobe eingesetzt, um die Geschwindigkeits-komponenten in einer Maschine zu messen, die nur mit Wasser beschickt wurde. Außerdem haben sie Berechnungen mit einem handelsüblichen Programm für numerische Strömungsmechanik (CFD, computational fluid dynamics) durchgeführt. Wie die folgende Darstellung der axialen Geschwindigkeitsprofile zeigt, scheinen die Berechnungen durch die experimentellen Ergebnisse bestätigt zu werden.

Bergbau-Industrie nutzt Staudrucksonden von Aeroprobefür Strömungsmessungen

FLSmidth Minerals baut und vertreibt Geräte für den Bergbau. Eine der erfolgreichsten Produktlinien des Unternehmens sind Flotations-zellen. Flotationszellen bestehen aus großen Tanks mit einem Volumen von 6 m³ bis 300 m³, die mit einem Laufrad (Impeller), einem Stator und Öffnungen für die Erzbeschickung ausgestattet sind. Der Tank ist mit Wasser gefüllt, und gemahlenes Erz wird als Aufschlämmung zugeführt. Um sehr kleine Blasen zu erzeugen, wird Druckluft eingeleitet. Hydrophobe Erzpartikel wie z. B. Kohle- oder Kupferpartikel lagern sich an die Blasen an und schwimmen zur Oberfläche auf, wo sie gesammelt und so von dem in der Mine abgebauten Rohmaterial getrennt werden.

Für den Flotationsprozess muss die aus drei Phasen, nämlich Wasser, Blasen und Partikeln bestehende Strömung gerührt werden, um den Zusammenstoß von Blasen und Partikeln und damit die Bildung von Blasen-/Partikelaggregaten zu fördern. Dazu lässt man die vom Laufrad erzeugte Strömung auf die Blätter der Statorplatten auftreffen, wo sie sich in kleinere und größere Wirbel auflöst.

Aeroprobe hat einen Versuchsstand gebaut, mit dem eine Fünfloch-Staudrucksonde in eine FLS-Zelle eingeführt und in Ebenen senkrecht zur radialen Richtung verfahren werden konnte (siehe oben). Laufrad und Stator sind in dieser Abbildung nicht dargestellt. Die Sondenöffnungen sind durch Tygon-Schläuche mit dem Sensormodul verbunden, und die Systemkomponenten von Aeroprobe erleichtern das Verfahren der Sonde und die automatische Datenerfassung.

Das Foto (oben) zeigt die auf einem Halterschaft montierte Sonde, die zwischen Laufrad und Stator positioniert ist. Die Laufrad-schaufeln sind nicht sichtbar, weil sie von einer Kreisscheibe verdeckt werden, die sie vom oberen Teil der Flotationszelle trennt.

Messungen wurden in zwei Bereichen durchgeführt, zunächst im Raum zwischen dem Laufrad und dann jenseits des Stators, aber in der Nähe der Außenkanten der Statorblätter. Die folgende schematische Abbildung zeigt nur ein Viertel des Stators und das Koordinatensystem.

Schematische Darstellung eines Statorsektors mit Messebene

Die vom Laufrad erzeugte Strömung besitzt eine starke umlaufende Komponente, d. h. eine Komponente in z-Richtung. Diese Komponente wird von den Statorplatten unterdrückt, was aber zur Folge hat, dass zu jeder Platte ein Bereich gehört, in dem eine Totwasserströmung auftritt. Diese wurde mit dem Aeroprobe-System tatsächlich nachgewiesen. Die Messebene ist in der Abbildung rosa dargestellt. In dieser Ebene wurde ein Gitter definiert, und das Aeroprobe-Verfahrsystem positionierte die Aeroprobe-Sonde auf den einzelnen Gitterpunkten. Für jeden dieser Raumpunkte wurden drei Geschwindigkeitskomponenten gemessen. Die roten Linien auf dieser Ebene sollen als Visualisierungshilfe dienen; sie bezeichnen die radiale Projektion einer Statorplatte und die ringförmige horizontale Fläche, die diese Platte abdeckt.

Die nächste Abbildung zeigt ein Beispiel der Messdaten. Dargestellt sind die Konturen der radialen Geschwindigkeitskomponente. Wie zu erwarten, ist die Radialgeschwindigkeit auf der Saugseite der Platte, also im positiven Bereich der z-Achse, sehr niedrig. Demgegenüber zeigt die Druckseite, also der Bereich mit negativem z, hohe Radialgeschwindigkeiten. Ein für den Hersteller dieser Maschine sehr wichtiges Ergebnis war, dass diese Strömung einen starken radialen Strahl bildet, der vorzugsweise ganz oben im Laufrad-/Statorbereich auftritt.

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