Установка для определения газодинамических свойств насыпных материалов

 

Изобретение относится к технике измерений физических свойств насыпных материалов и позволяет повысить точность измерения перепада давления путем уменьшения влияния на результаты измерений сегрегации компонентов образца. Жароупорная труба 2 выполнена составной из цилиндрических обечаек 6 высотой 0,4-0,5 ее внутреннего сл И оъ 4 ГчЭ со ГС to Газ Фиг.1

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)5 G 01 N 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

72 т 17

Газ Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4636562/26 (22) 23. 11. 88 (46) 15,04.91. Ъюл. Р 14 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) В.И, Нежурин Э.С. Карманов, А.В. Коваль, Г.Д. Ткач, И,Г. Кучер, А,A. Чумаков, Н.И. Овдиенко, А.В.Николаенко и Е,ll. Иванов (53) 550.844(088.8) (56) Коротич В.И., Пузанов В.П. Газо динамика агломерационного процесса.

M., Металлургия, 1969, с. 42-45.

„„SU„„1642329 . А 1

2 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ .ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАСЫПНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технике измерений физических свойств насыпных материалов и позволяет повысить точность измерения перепада давления путем уменьшения влияния на результаты измерений сегрегации компонентов образца. Жароупорная труба 2 выполнена составной из цилиндрических обечаек 6 высотой 0,4-0,5 ее внутреннего

/gg У У

1642329 диаметра D и газозаборников 5, выполненных в форме трубчатого кольца с по меньшей мере двумя взаимоперпендикулярными сообщающимися трубчатыми пе-.

> регородками и внутренним диаметром поперечного сечения всех элементов газозаборника d, равным 0,1-0,15 высоты обечайки 6. 11ри этом во всех элементах газозаборника 5 выполнены отверс- 10

Изобретение относится к технике измерения физических свойств насыпных материалов и может бьггь использовано, в частности, для исследования свойств металлургических шихт, Целью изобретения является повышение точности измерения перепада давления путем уменьшения влияния на результаты измерения сегрегации компонентов образца.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой установки для определения газодинамических свойств насыпных материалов, преимущественно металлургичес° ° ° ° их шихт; на фиг, 2 — разрез А-А на, иг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2.

Установка для определения газодинамических свойств насыпных материалов, преимущественно металлургических шихт, состоит из вертикальной трубчатой печи 1 с коаксиально расположенной в ней жароупорной трубой 2, ограниченной снизу решеткой 3 и снабженной

0 термопарами 4 и газозаборниками 5, причем жароупорная труба 2 выполнена состоящей из цилиндрических обечаек

6 высотой 0,4-0 5 ее внутреннего диаметра D и газозаборников 5, выполнен- 45 ных в форме трубчатого кольца 7, с по меньшей мере двумя взаимно перпендикулярными сообщающимися трубчатыми перегородками 8 и внутренним диаметром d поперечного сечения всех элементов 7,8 газозаборника 5, равным

0,1-0,15 высоты обечайки 6, при этом во всех элементах 7,8 газозаборника 5 выполнены отверстия 9 диаметром 0,75-1,0 d, оси 10 которых находятся в плоскости поперечного сечения установки и расположены по внутреннему периметру кольца 7 и вдоль перегородок 8 с шагом, равным 2,0 диатия диаметром 0,75-1,0 d, оси которых находятся в плоскости поперечного сечения установки и расположены до внутреннему периметру кольца и вдоль перегородок с шагом, равным 2,0 диаметрам отверстия, причем нижний газозаборник 5 установлен на расстоянии от решетки 3, равном 1,0-1,2 внутреннего диаметра обечайки 6. 3 ил. метрам отверстия 9, причем нижний газозаборник 5 установлен на расстоянии от решетки 3, равном 1,0-1,2 внутреннего диаметра обечайки 6.

Температура нагреваемого образца фиксируется посредством потенциометров

11, а перепад давления — водяными манометрами 12. Обечайки 6 и газозаборники 5 собираются в трубу 2 при помощи специально выполненных фланцев 13, соединяемых посредством болтового соединения 14. Нижняя обечайка 6 и верхняя снабжены соответственно камерами

15 и 16 для подачи газа под давлением и газа, прошедшего через исследуемый образец. Камеры 15 и 16 соответственно снабжены устройствами 17 и 18 для подачи, отвода газа и контроля его давления на входе и на выходе из образца.

Выполнение жароупорной трубы установки составной обусловлено возможностью существенного уменьшения влияния сегрегации в вертикальном сечении столбца насыпного материала. В связи с этим.газозаборники устанавливали с постоянным интервалом по высоте трубы, равным без учета наружного диаметра трубки кольца газозаборника высоте цилиндрической обечайке—

100 мм, т.е. 0,4 D. Установка газозаборников с укаэанным интервалом позволила в достаточной мере избавиться от погрешности в замерах, вызываемой сегрегацией материала по высоте.

Для уменьшения влияния сегрегации материала в поперечном сечении образца газозаборник выполнен в форме трубчатого кольца с двумя взаимно перпендикулярными сообщающимися трубчатыми перегородками, с внутренним диаметром поперечного сечения всех элементов газозаборника, равным 10 мм или 0,1 вы" соты цилиндрической обечайки, Это

42329 6

55 значение внутреннего диаметра попе-— речного сечения кольца и перегоро— док определяется исследованием образца, содержащего более 507 компонентов шихты фракции "+10" мм, Во всех элементах кольца газозаборника выполнены отверстия диаметром 10 мм или 1,0 d оси которых находятся в плоскости поперечного сечения установки и расположены по внутреннему периметру кольца и вдоль перегородок. Диаметр отверстий определяется также фракционным составом образца и выбирается равным 1d в случае преобладания в образце крупной фракции () "10" мм). Отверстия расположены с шагом, равным 2,0 диаметрам отверстия., т.е. 40 мм (между осями). Такая конструкция газозаборника обеспечивает достаточное усреднение измеряемого давления в поперечном сечении столба насыпных материалов.

Нижний газозаборник установлен на расстоянии от решетки, равном 280 мм или rv 1,2 D, Работа установки для определения газодинамических свойств насыпных материалов заключается в следующем.

Нижняя обечайка 6 с камерой 15 подачи газа посредством фланцев 13 соединяется поочередно с обечайками 6 и газозаборника 5 в составную трубу 2 из расчета, что отношение внутреннего диаметра D обечайки 6 к высоте трубы

2.равно 0,1. 11осле заполнения трубы 2 шихтовыми материалами 19 устанавливается верхняя,обечайка 6 с камерой

16 для газа, и собранная составная труба 2 устанавливается коаксиально в вертикальную трубчатую печь 1. Снизу труба 2 ограничена решеткой 3, на которой лежит столб образца насыпных материалов 19-, Фланец 13 и стенка печи

1 снабжены отверстиями, через .которые вводятся термопары 4, подключаемые к потенциометрам 11. Газоотборники 5 соединяются с водяными манометрами

12, фиксирующими перепад давления в столбце образца, С их помощью можно экспериментально снять газодинамическую характеристику изучаемого слоя насыпного материала, т.е..определить величину потери напора газа при изменении в широких пределах его параметроВ (скОрости > плОтности > вязкОс Ги), При этом можно определить и влияние температуры на газодинамическое соп ротивление слоя насыпных материалов различного фракционного состава. По полученным экспериментальньж данным для исследуемых условий вычисляют по известным расчетным формулам коэ рфициенты гидравлического сопротивления, число Рейнольдса и представляют их графически. Количес-.во газа, проходя= щего через столб насыпного материала

19 определяют при помощи кольцевой диафрагмы, установленной на входе.

Контроль давления входящего и отхоцящего газа выполняется устройствами

17 и 18. Исследования газодинамических свойств насыпных (шихтовых) материалов 19 — зависимости потери напора газа при изменении его параметров или по высоте столба образца — производят после разогрева образца 19 ;о необходимой температуры, фиксируемой потенциометрами 11, с учетом температуры подаваемого газа, его вязкости, скорости и т,д. В случае охлаждения образца 19 при прохождении газа замеры прекращают, а после достижения требуемой температуры возобновляют.

Представленный цифровой материал. подтверждает оптимальность выбора параметров и их интервалов и позволяет сделать вывод о преимуществах предпагаемого устройства, В табл. 1 и 2 представлены относительные погрешности в определении перепада давления при исследования газодинамических свойств насыпного материала соответственно для фракций

6 и 50 мм.

Значения относительных погрешностей в определении перепада давления при исследовании газодинамических свойств насыпного материала фракций

6 и 50 ю в зависимости от изменения положения нижнего газозаборника приведены в табл. 3.

Предлагаемая установка для определения газодинаьыческих свойств насыпных материалов, преимущественно металлургических шихт, обеспечивает следующие преимущества: повышение точности определения перепада давления по высоте и в поперечном сечении столба образца насыпных материалов при определении гидродинамических свойств путем уменьшения влияния на результаты измерений сегрегации компонентов образца; возможность проведения точных исследований B широком диапазоне, температур, давлений и скоростей пропускаемых через образец raзов, 16423 29

Установка дпя определения газодинамических свойств насыпных: материаЪ лов, преимущественно металлургических шихт, включающая вертикальную трубчатую печь, размещенную в ней коакси,ально жароупорную трубу, ограниченную снизу решеткой и снабженную термопара- 0 ми и газозаборниками, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения перепада давлений за счет уменьшения влияния на результаты измерений сегрегации компонентов 1 образца, жароупорная труба выполнена

1 состоящей из цилиндрических обечаек высотой 0,4-0з5 ее внутреннего диаметра, а газозаборники размещены в проме> Таблнца) Отношение висоти обечайки к диаметру D трубл>

Х (фракция 6 мм)> прн отношении диаметра отверстий газозаборннков к >I

Отпел>енне

Относительная погрел>ность, диаметра сече>а>я газозаборннка к в»с с>те об ечайки ) 1,0 1 05 1,5 г,7

2,5 г,г

1,8

1,5

I i 5

1,2

l,O

1,1

1>5

3,2

3i0

2,3

1,7

l,á

1,3

l,3

1,0

),Q

1,4

O,08

0,09

O, Iu

0>11

0,12

0,13

О, 14

0,15

О, 16

О>17

3,0

2,8

2,5

Z,0

l>7

1,3

1,3

l>2

I >3

1,4

2,8

2,2

1 9

1,5

I,4à

1,3

1,0

l,l

1,5

3,1

3,8

2,4

1,8

1,65

1,6

1,5

1,4

1,5

1,7

3,4

3,0

2,7

2,2

Z,0

1,9

I,7

1,6

I >8

1,9

35 39

3,3 3,5

2,9 3,2

2,7 3,0

2,4 2,8

2,2 2,5

2,0 2,3

1,8 2,0

2,0 2,4

2,2 2,6

4,1

З,а

3,6

3,5 з,!

3,0

2,7

2,1

2,5

2,7

4,8

4>6 .4,4

4,1

3,8

3 5

3,0

2 5

2,7

З,O

0,4

0,08

0,09

О, 10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

О, !7

I 7

1,6

I 5

l,3

1,2

1,0

1,0

1,0

1,1

1,4

l,о I

1,5 . I ! 3

1 ° 1 1

1,0 I

1,0 1

1,0 . 1

I O I

l>0 1

I 2 1

>6

>5 ,3

>2 ,О ,О ,о ,О ,О ,з

1,75

1,6

1>4

1,2

1,0

i„O

1,0

0>9

1,0

1,2

1,8

1,7

1,5 !

>3

1,1

1,0

1,0

l,0

1,0

1,3

2,0

I >8

I 6

1,4

1,2

1,1

liO

l>3

1,2

1,$

z,z

2,0

1,8

1,5

),з

I>1

1,2

1,4

1,4

1,7

2,3

2,0

1,9

1,6

1,4

1,3

1,4 ! >5

1,6

1,9

2 5

2,2

2i0

1,6

1,5

1,5

1,5

1,7

1i8

Z,0

2,8

2,5

2,0

1,8

1,7

1>7

1,7

2,0

2,1

2,4

О,5 \7>

0,3 О, 0,3 O

0,2 О, 0,2 О, 0,2 О, 0,2 О, 0>08

0,09

0,IO

0,11

О;12

О,13

О, 14

0,15

0,16

0,17

0,4 0,5

o,г5 0,4

0,2 0,3

О, I 0,2

0,1 0,15

O 0 О,05

0,0 0,05

О>3

Oi2

0,2

0,1

0,1

0,0

О,О

O>OS 0,05

0,1 0,2

О> 1 0>2

0,15

0,2

0,2

0,1

О,1 !

),г

О,О

O> l

o,г

О» 2

0,З

0,4

0,3 0,4

0,4 0,45

05 0,7

0,5

0,5

0 9

0,6

0,7

1,1

0,6

3,0

2,5 г,!

1,7

1,4

l>2

I>O

1,3

1,4

1,6

0,08

0,09

0,10

0>11

О>12

0>I3

0,14

0,15

0,16

0,17

2,7

2,4

2,0, I 7

1,5

1,2

1,1

l,4

1,5

1,7

2,5

2,2

l>8

1,5

1,3

1,1

1,0

I 2

1,4

1,5

2>6

2,2

1,8

1,4

1>2

1,0

1,0

1,1

1,3

2,5

2,1

2,0

I 5

l,3

1>0

I,O

1,2

I >3

1,5

3,2

3,0

2,3

2i0

1,5

1,3

1,4

l,5

1,6

1,8

33 3.5

3,0 3,2

2,4 2 8

2,2 2,5

I 9 2,0

1,6 2,0

1,7 2,1

1,9 2,3

2,0 2,4

2,3 2,7

3,7

3,4

З,o

2,7

2>2

2>2

2,3

2,5

2.7

2,9

З,а

3,6 з,z

2,9

2,6

2,5

2,7

2 8 з,o

3,2

Формула изобретения жутках между обечайками и выполнены в форче трубчатого кольца с двумя взаимно перпендикулярными сообщающимися внутренними перегородками и внутренним диаметром d поперечного сечения элементов газозаборника, равным О, 1-0зэ высоты обечайки, во всех элементах газозаборника выполнены отверстия диаметром (Оз75

1,0)d, оси которых размещены в плоскости поперечного сечения жароупорной трубы по внутренне)му периметру кольца и вдоль перегородок с шагом, равным двум диаметрам отверстия, причем нижний газозаборник размещен на расстоянии от решетки, равном. 1,0-1,2 внутреннего диаметра обечайки.

06 065 08 09 1 ° 1

0,4 0,5 0,6 0,7 0,9

0,3 0,4 0,45 0,6 0,7

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0,2 0,2 0,3 0,4 0>5

0>2 0>30 °,3 0>4 О ° 5

0,15 0,3 0,4 0,5 0,5. 1642329

Т а б л н ц а 2

Относительные погреяности в определении перепада давления при исследовании газодинамических свойств насыпного материала фракцией 50 мм (в 2) Относительная ногреюность, 2 (фракция 50 мм), при отноэенин диаметра отверстий газозаборннков к d

О 75 О 8 О 85 О 9 О 95 1 0

Отноаение высоты обечайки к диаметру

0 трубы

Отношение диаметра сечения

1,05

1 ° 1

0,65

0,7 газозаборника к высоте обечайкн

О,Э

1,1 3,2

I ° О

1,0 3>1

0,8 1,0

),О 1,1

1,2 1,2

1>3 1,4

1,6 1,8

1,9 . 2,0

2,1 2 ° 5

0> 08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

1,15

1,!

1,0

0,9 ! 1

l,1

1,25

1>З

1,5

1,8

1,3

1,3

1>25

I>2

1,24

1,4

1,5

1,7

1>8

2,0

1,25

1,2

1,2

1,1

1,2

1,3

1,4

),б

I>7

1,9 .

1,2

1,15

1>3

1,1 ! >2

1,3

1,4

1 5

1,5

1,9

i>2

1>1

l >1

1>0

I 1

I 2

I 3

1,3

1,5.

1,8

1,1

1,0

3,0

0,8

1,0

1,1

1,2

1,3

),4

1,7

1,1

1,0

3,0

0,8

3,0

1,2

1,25

1,4

1,5

1>7

0,7 О ° 6

0,8 0,5

0,5 О, 1

0,2 0 05

0,1 0,0

0,4 0,4

0,6 0,5

0,7 0,5

t,0 1,0

1>3 1,4

0,08

0,09

0,10

0,1!

О;12

0,13

0, l4

0 35

0,16

0,17

1,0

1,0

0,9

0,7

0,5

0,7

0,9

1>1

1>3

1,8

1,0

0>9

0,7

0,5

0>4

0,5

0,7

0,а

1,1

1 5

I,)

1,!

1,0

0>9

0,6

0>О9

3,2

1,5

l,9

2,0

0,9

0,9

0,6.

0,4

0,4

0,5

О,б

0,6

1,1

I>5

0,6

0,5

О,!

0>0

0,0

0,5

0 6

0,7

1,0

1,3

О ° 6 0,7

0,5 О ° 8

0 05 0,5

0>О 0,1

0,)0 . 0,!

0>5 0>8

0,6 0,9

0,9 7,0

I ° 1 1 ° 3

l,5 1;6

1,0

0,9

0,6

O,S

0,6

1,0, 1>1

3,4

1,7

t,8

0,5

0,6

ТаблицаЗ

Фракционный состав образца

Относительная погрешность, Х, при отношении высоты установки нншнего гаэозаборника к диаметру D трубы

0>9 1,0

0>В о мм

50 мм

1,0

3,5

0,5

2, о,о

1,5

O,б

0,4

1,5 о,о

2,5

o,з

З,о

1,5

0,08

0,09

0,.)0

0>)i

О, 12

О, 13

О, 14.

0,15

О, 16.

0,17

0,08

0,09

О, 10

О,tl

О, 12

0,13

О,!4

О,!5

0,36

0,17

1,5

1,35

1,3

1,3

1 ° 45

1,6

1,8

2,0

2,5

2 ° 8

1,8

1,65

l,5

1,5

I >45

1,6

1,9

2,5

2>9

3,5

1 ° 4 1,3

1,3 12

1,2 1,2

1,25 !>!

13 1,1

1 ° 5 1,3

1,7 1,5

1,8 1,7

2,4 2,0

2,3 2,3

1,6 .1,5

1,6 1,4

3,5 1,3

1,3 1,2

1,3 1,3

1,4 1,5

1,8 18

2,5 2,3

2,7 2,5

3,5 3,2

l,25

1,2

1,1

1 ° I

1,2

l,3

1,5

1,6.

1,8

2>О

1,4 .1,4

1,3

1,2

1,3

1,4

1 7

2,t

2,5

3>0

1,2

1,1

1,0

1,0

1,1.

3,2

I 3

1,4

1,7

2>0

l 25

i>3

1,2

1,1

3,2

l>3

1,6

2,0

2 ° 2

Э,О

1,1

1,0

1,0

1,0

1,1

1,2

1,25

1,5

1,8

2,0

1,3

1,2

1,3

1,0

1,0

1,2

1,6

1,9

2,0

2 5

1 ° 1

Ii l

1,0

1,0

3>1

1,2

1,3

1,4

1,9

2 ° 1 1,2

1,2

1,1

1,0

1> I

1,3

1,5

t,8

2,1

2,6

1,1 I >2

1,1 I 1

1,0 I >0

Ц),O 1 ° 1

11 1,2

1,3 I,S.

1,4 1,7

1,5 2 ° О

2,0 2,0

2,3 2,9

1>25 1,4

1,! 3,35

1,1 1,2

1,2 1,5

i 0 1,5

l 25 1 ° 7

1,9 2 ° О

1,9 2,.0

2,0 2,5

2,8 3,4

1,3

1,2

3 35

1,!

1,25

1,3

3,6

2>0

2,4

3,0 1,3

1,2

1,1

t ° I

1>4

1,7

2,0

2 ° 5

2 ° 6

3,0

1„7

1,5 ! ° 4

17

1,9

2 ° 2

2 ° 7

2,7

3,0

3,8

1642329

А-А

Фиг.2

Составитель А. Кубасов

Техред Л.Олийнык Корректор О. Ципле

Редактор M. Недолуженко

Заказ 1142 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101