Способ автоматического контроля расхода угольной пульпы
Изобретение относится к горной технике , в частности, для автоматизации обогащения угля. Цель - обеспечение контроля суммарного массового расхода воды с частицами угля и породы в ней. С помощью расходомерной трубы сужают поток пульпы /ПП/. В месте сужения и до сужения ПП измеряют перепад давлений Δ Р ПП, преобразуют его в пропорциональный ему электрический сигнал. В месте сужения и после расширения ПП измеряют также т-ру T<SB POS="POST">1</SB> и T<SB POS="POST">2</SB> ПП и преобразуют T<SB POS="POST">1</SB> и T<SB POS="POST">2</SB> в пропорциональные им электрические сигналы. Определяют величину ΔТ разности T<SB POS="POST">1</SB>-T<SB POS="POST">2</SB> и величину отношения Δ Р /(T<SB POS="POST">1</SB>-T<SB POS="POST">2</SB>) . ЗАТЕМ ОПРЕДЕЛЯЮТ ЗНАЧЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ [ΔР/ΔТ]<SP POS="POST">1/2</SP>, по которому судят о массовом расходе угольной пульпы или магнетитовой суспензии. Благодаря применению отношения перепада давлений к перепаду т-р одновременно исключается влияние воздушных пузырьков и влияние содержания твердого при контроле расхода угольной пульпы. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ 1503884 A 1 (д) 4 В 03 В 13 00 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4337045/23-03 (22) 01.12.87 (46) 30.08.89. Бюл. № 32 (71) Конотопский электромеханический завод «Красный металлист» (72) А.. М. Онищенко, Вас. П. Белоножко, Викт. П. Белоножко и Ю. Я. Костенко (53) 621.928.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 373535, кл. G 01 N 1/66, 1972.
Хан Г. А. Опробование и контроль технологических процессов обогащения. М.:
Недра, 1979, с. 211-212. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ РАСХОДА УГОЛЬНОЙ ПУЛЬПЫ (57) Изобретение относится к горной технике, в частности, для автоматизации обогащения угля. Цель — обеспечение контроля суммарного массового расхода
Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно, к автоматизации обогащения угля, а именно — к способам автоматического контроля расхода угольной пульпы, и может быть использовано для получения сигналов для автоматизации процессов мокрого углеобогащения, гидродобычи и гидротранспортирования угля.
Цель изобретения — обеспечение контроля суммарного массового расхода воды с частицами угля и породы в ней.
На фиг. 1 схематически показано устройство для автоматического контроля расхода угольной пульпы; на фиг 2 экспериментальные зависимости перепада давлений ЛР и перепада температур в относительных единицах от соотношения твердого. к жидкому (Т/Ж); на фиг. 3 экспериментальные зависимости ЛР и At от
2 воды с частицами угля и породы в ней.
С помощью расходомерной трубы сужают поток пульпы (ПП). В месте сужения и до сужения ПП измеряют перепад давлений ЛР ПП, преобразуют его в пропорциональный ему электрический сигнал.
В месте сужения и после расширения П П измеряют также т-ру ti и t ПП и преобразуют ti u tz в пропорциональные им электрические сигналы. Определяют величину At разности t — 12 и величину отношения ЛР/(ti — tz). Затем определяют значение величины (ЛР/At j й-, по которому судят о массовом расходе угольной пульпы или магнетитовой суспензии. Благодаря применению отношения перепада давлений к перепаду т-р одновременно исключается влияние воздушных пузырьков и влияние содержания твердого при контроле расхода угольной пульпы. 4 ил. процентного содержания воздушных пузырьков (В) в угольной пульпе; на фиг. 4 построенные по данным фиг. 2 и 3 зависимости величины ноР Ы от значений T/Æ и В.
Способ заключается в том, что с увеличением количества воздушных пузырьков в пульпе увеличивается перепад давлений
ЛР при той же скорости истечения пульпы и наоборот. С другой стороны, при увеличении содержания твердого в пульпе перепада давлений ЛР при неизменной скорости истечения пульпы уменьшается и наоборот. Экспериментальными исследованиями установлено, что перепад в месте сужения потока ti и в месте после расширения потока (й и (ti — t>) также зависят и от количества воздушных пузырьков и от содержания твердого пульпы: при прочих равных условиях с рос1503884
25
50,ом количес-ва воздушных пузырьков (содержание воздуха в пульпе) увеличивается перепад температур (tt — t ) и наоборот, при увеличении содержания твердого в пульпе перепада температур (tt — tg) при прочих равных условиях уменьшается.
По трубопроводу 1 в указанном стрелкой направлении перекачивается пульпа 2.
В трубопровод 1 с пульпой 2 вмонтирована расходомерная труба 3, которая имеет резкое сужение и медленное расширение (по форме, близкой к трубе
Вснтури) и армирована в месте сужения вставкой 4 из абразивостойкого материала, например, из твердого сплава. По трубкам 5 и 6 к расходомерной трубе 3 подсоединен дифференциальный манометр 7 с преобразователем 8 разности давлений ЛР в электрический сигнал (ар. В месте сужения расходомерной трубы установлен первый датчик температуры 9, а в месте ее расширения второй датчик температуры 10, Выходы датчиков температуры 9 и 10 сосдинены с входами измерителя 11 разности, выход которого соединен с первым входом измерителя 12 отношений, к второму входу которого подключен выход преобразователя 8, Выход измерителя 12 отношений соединен с входом блока 13 извлечения квадратного корня, выход которого соединен с первым входом блока 14 умножения, к второму входу которого подключен задатчик 15, а к выходу — блок 16 индикации и регистрации.
Способ автоматического контроля расхода угольной пульпы осуществляется следующими операциями: поток пульпы сужают с помощью расходомерной трубы; измеряют перепад давлений ЛР потока пульпы до сужения и в месте сужения; преобразуют измеренный перепад давлений ЛР в пропорциональный ему электрический сигнал (для простоты обозначаемый также
ЛР); измеряют температуру потока пульпы в месте сужения tt, преобразуют температуру tt, в пропорциональный ей электрический сигнал (для простоты также обозначаемый 1 ), измеряют температуру после расширения потока, преобразуют температуру tz в пропорциональный ей электрический сигнал (обозначаемый 1р); определяют величину разности (tt — 1 ); определяют величину отноше ия AP/(tt — t ); определяют значение ЛР/ (t t — 1р); задают значение градуировочного коэффициента К; определяют величину произведения КНОРР— ЧД; полученную величину К ЛР/(tt — tz) индицируют и регистрируют.
Экспериментально зависимости перепада давления ЛР и перепада температуры
At от соотношения твердого к жидкому
Т/Ж в пульпе приведены на фиг. 2. Качественные описания подтверждаются приведенными на фиг. 2 зависимостями. Видно, что с увеличением содержания твердого
55 в пульпе Т/Ж уменьшается как перепад давлений ЛР, так и перепад температур
At, причем перепад температур уменьшается быстрее, нежели уменьшается перепад давлений ЛР (на фиг. 2 показаны изменения ЛР и At в относительных единицах в зависимости от относительных изменений Т/Ж, так как они наиболее наглядно демонстрируют повышение точности) с ростом Т/Ж от 0,1 (10% твердого в пульпе) до 0,6 (60% твердого в пульпе) перепада давлений линейно уменьшается от 1,12 до 1,02 относительных единиц, а перепад температур нелинейно уменьшается от 1,0765 до 0,8131 относительных единиц.
Экспериментальные зависимости перепада давления ЛР и перепада температуры At от процентного содержания воздушных пузырьков В в пульпе в процентах приведены на фиг. 3. Качественные описания выше подтверждаются приведенными на фиг. 3 экспериментальными зависимостями. Видно, что с увеличением В от 0 до 6% увеличивается как перепад давления ЛР, так и перепад температур
At, причем перепад температур увеличивается нелинейно и быстрее чем перепад давлений ЛР, который линейно растет с ростом В. На фиг. 3 для удобства анализа точности также показаны изменения
ЛР и At от В в относительных единицах изменений ЛР и At: с ростом В от 0 до 6% перепад давлений ЛР увеличивается линейно от 1,08 до 1,138 относительных единиц, а перепад температур увеличивается от 0,961 до 1,146 относител ьн ых еди н и ц.
Построенные по приведенным на фиг. 2 н о данным зависимости тЬР \! от отношения Т/Ж и от В показаны на фиг. 4.
Видно, что ДР/At в относительных еднницах линейно уменьшается с ростом содержания пузырьков воздуха в пульпе В и линейно увеличивается с ростом отношения Т/Ж.
По величине тдРХ At в предложенном способе определяется массовый расход угольной пульпы или магнетитовой суспензии.
Если средняя плотность твердых частиц в пульпе равна р =1,2 г/см, а плотность воды равна р =1,0 г/см, то с увеличением содержания твердого Т/Ж увеличивается и средняя плотность пульпы р =
=Т/Жр +(1 — Т„Ч) р.
Т/Ж 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 р„ 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10 1,12, 1,14
Эти изменения плотности пульпы для получения данных о массовом расходе пульпы полнос ью воспроизводятся величиной
ЛР/Л1, которая линейно увеличивается от
1,02 до 1,14 при увеличении Т/Ж от 0,1 до 0,7. Таким образом, достаточно большие изменения отношения Т/Ж от 0,1 до
1503884
0,7 не приводят к ошибке определения массового асхода пульпы, так как значения ЛР/At (в относительных единицах) равны значениям плотности пульпы. Позтому линейное увеличение значения gttpуAt с ростом Т/Ж позволяет при любом объемном расходе пульпы однозначно находить значения массового расхода, Если процентное содержание воздуха (пузырьков) B увеличивается, то обратно пропорционально В уменьшается плотность пульпы р„. На фиг. 4 показана зависимость -, ЛР/Att f (В) при содержании
Т/Ж=О,З. С ростом В от О до 6 плотность пульпы линейно уменьшается от 1,06 жо 0,996.
В012 3456
p„ 1,06 1,049 1,О39 1,028 1,018 1,007 0,996
Одновременно при постоянном Т/Ж=0,3 и с ростом В от О до 6Я значение
- ЛР/At также уменьшается от 1,06 до
0,996. Таким образом, и достаточно большие изменения В от О до 6Я не приводят к ошибке определения массового расхода угольной пульпы или магнитной суспензии, так как значения - /ЛР/At (в относительных единицах) равны значениям плотности пульпы. Поэтому линейное уменьшение -„ ХР77Г с ростом В позволяет при любом объемном расходе пульпы однозначно находить значения массового расхода.
Авторами предложен новый алгоритм определения расхода пульпы, который не зависит от флуктуаций количества воздушных пузырьков и от флуктуаций количества твердого в пульпе. Это получается из-за того, что с ростом содержания твердого одновременно уменьшается как перепад давлений, так и перепад температур, а с ростом количества пузырьков одновременно увеличивается как перепад давлений, так и перепад температур. В результате ни изменения количества пузырьков, ни изменения содержания твердого не приведут к изменению отношения перепада давлений к перепаду температур, Таким образом, благодаря применению отношения перепада давлений к перепаду температур удалось одновременно исключить и влияние пузырьков и влияние содержания твердого. Кроме того, отношение перепадов сильнее зависит от расхода нежели любой из перепадов давления или температуры. В этом и состоит главный изобретательский акт: одновременно увеличить чувствительность к расходу и уменьшить влияния наиболее сильных возмущаюших фактов — воздушных пузырьков и содержания твердого. Авторами исследовалось влияние точек установки датчиков температуры на точность определения расхода угольных пульп и магнитных суспензий. Оказалось, что, в принципе, можно установить датчики температуры и в местах, близких к местам установки патрубков 5 и 6, но при этом точность конт5
55 роля расхода угольной и магнитной пульп станет ниже. Это обусловлено меньш и м перепадом температур в местах до сужения и при сужении, нежели в местах сужения и после сужения. Кроме того, авторами исследовалась зависимость точ- . ности контроля расхода от удаления датчика 9 от места сужения и от удаления датчика 10 от места расширения расходомерной трубы 3. Оказалось, что наибольшая точность обеспечивается при установке датчика 9 в месте сужения, а датчика 10 — в месте расширения. Чем дальше установлен датчик 9 от места сужения и чем дальше установлен дзтчик 10 от места расширения, тем ниже точность контроля расхода, Так, например, если датчик 9 сместить на 10 б длины расширяющейся части трубы от места сужения, то относительная погрешность контроля расхода угольной пульпы уве;шчится от 1 4 до 4Я. При смещении датчика 10 ближе на 10 /„ длины расширявшейсяя части трубы к месту сужения относительная погрешность измерения расхода угольной пульпы увеличивается от 1,4 до 6Я . При удалении датчика 1 0 на 10 л длины расширяюшейся части трубы далее от места сужения относительная погрешность измерения расхода угольной пульпы увеличивается от 1,4 до 2,5Я. Таким образом, чем ближе к месту сужения установлен датчик 9 и чем ближе к месту расширения установлен датчик 10, тем меньше относительная погрешность измерения расхода пульпы. Физически это можно объяснить (но не количественно описать) следуюшим образом.
Погрешность определения расхода пульпы зависит в основном от количества воздушных пузырьков и от флуктуаций содержания твердого в пульпе. Другими возмушаюшими факторами, приводящими к возникновению погрешности, являются флуктуации соотношения угольпорода в пульпе, ситового состава частиц угля и породы в пульпе, степени метаморфизма угольных частиц и другие. Эксперименты, показали, что одновременно свести к минимуму влияния флуктуаций всех возмущающих факторов можно не в случаях получения максимального перепада температур (t t—
tz), а в случае установки датчиков температуры в месте сужения и после расширения потока.
Любая конкретная аппаратурная реализация приводит к своей конкретной, только ей и присущей функциональной зависимости величины расхода от величины отношения. Вид функциональной зависимости расхода от величины отношения будет зависеть, как от избыточного давления в трубопроводе, так и от среднего значения температуры транспортируемой пульпы, а также от функциональной схемы уст1503884 ройства, размеров трубы Вентури, транспортируемой пульпы, материалов армирующей вставки 4 и других причин. Для приве-. денного на фиг. 1 устройства для контроля расхода угольной пульпы или магнитной суспензии при изготовлении вставки
4 из твердого сплава ТТК зависимость расхода от величины отношения ЛР/(ti—
t>) оказалась соответствующей формуле
К-ДР/ (t — 4, т. е. пропориионнльной корню квадратному из величины отношения.
Все описанные выше операции осуществляются одновременно и непрерывно в процессе протекания пульпы 2 по трубопроводу 1 и расходомерной трубе 3, Формула изобретения
Способ автоматического контроля расхода угольной пульпы, основанный на сужении потока пульпы расходо мерной трубой и измерении перепада давлений ЛР потока перед сужением и в месте сужения, отличаюишйся тем, что, с целью обеспечения контроля суммарного массового расхода воды с частицами угля и породы в ней, измеряют температуры в месте сужения ti и в месте расширения потока пульпы 1р, определяют разность температур (ti — tz) =М, а о массовом расходе Р угольной пульпы судят по величине
1о AP/At.
1503884
1,О фиг. 3
1. 15 ,%
Фиг. 4
Составитель М. Назаркнна
Редактор М. Товтин Тех ред И. Верес Корректор Т. Малец
3а каз 5178/10 Тираж 498 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат «Патент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
