Устройство для измерения уровня порошкообразной среды

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности, преимущественно в емкостях, из которых производится расход порошкообразной среды. Устройство для измерения уровня порошкообразной среды содержит две трубки, два измерителя разности давлений, датчик давления, умножитель, делитель, элемент памяти, регистрирующий прибор, два постоянных гидравлических сопротивления, размещенных во входном конце каждой трубки. Входные концы трубок сообщены с источником избыточного давления. Выходные концы трубок введены в порошкообразную среду под углом, большим значения угла естественного откоса порошкообразной среды, и размещены на разных высотах. Входы первого измерителя разности давлений сообщены с полостями трубок между постоянным гидравлическим сопротивлением и выходным концом. Входы второго измерителя разности давлений сообщены с выходом датчика давления и выходной полостью постоянного гидравлического сопротивления верхней трубки. Выход первого измерителя разности давлений соединен с первым входом делителя, вторым входом подключенного к выходу умножителя. Два входа умножителя соединены с выходом датчика давления, размещенного в верхней полости бункера, и выходом элемента памяти. Выход делителя соединен с регистрирующим прибором. Технический результат состоит в повышении точности измерения уровня порошкообразной среды. 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности, преимущественно в емкостях, из которых производится расход порошкообразной среды.

Предшествующий уровень техники

Известно устройство для измерения уровня порошкообразной среды, содержащее две трубки, введенные одним концом в порошкообразную среду, другим, сообщенным с источником избыточного давления, причем выходной торец второй трубки размещен на уровне, отличающемся от уровня размещения торца первой трубки, измеритель перепада давления [1].

Недостатком способа является зависимость результатов измерений от физических параметров порошкообразной среды - порозности, удельному весу частиц.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является устройство для измерения уровня порошкообразной среды, которое содержит источник избыточного давления, соединенный с двумя трубками, помещенными в порошкообразную среду, причем выходной торец второй трубки размещен на уровне, отличном от размещения уровня выходного торца первой трубки, формирователь импульсов повышенного давления, вычитатель, измеритель перепада давления между полостями с газом в двух других при постоянной и импульсной подаче газа, блок синхронизации [2].

Недостатком способа является сложность конструкции устройства, реализующего способ, включающего элементы подачи импульсного повышенного давления относительно постоянного, подаваемого от источника избыточного давления, а также блока синхронизации, обеспечивающего измерения перепада давления при подаче пневмоимпульса и вычислительного блока.

Сущность изобретения

Предметом изобретения является устройство для измерения уровня порошкообразной среды, содержащее две трубки, входные концы которых сообщены с источником избыточного давления, а выходные введены в порошкообразную среду и размещены на разных высотах, два измерителя разности давлений, датчик давления, умножитель, элемент памяти, регистрирующий прибор, два постоянных гидравлических сопротивления, размещенных во входных концах каждой трубки, входы первого измерителя разности давлений сообщены с полостями трубок между постоянным гидравлическим сопротивлением и выходным концом, а выходы второго измерителя разности давлений - с выходом датчика давления и выходной полостью постоянного гидравлического сопротивления верхней трубки, выход первого измерителя разности давлений соединен с первым входом делителя, вторым входом, подключенного к входу умножителя, два входа которого соединены с выходом датчика давления, размещенного в верхней полости бункера, и выходом элемента памяти, причем выход делителя соединен с регистрирующим прибором, две трубки введены в порошкообразную среду под углом, большим значения угла естественного откоса порошкообразной среды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен вариант выполнения устройства для измерения уровня.

Устройство содержит две трубки 1, 2, входные концы которых соединены с источником избыточного давления 3, а выходные введены в порошкообразную среду и размещены на разных уровнях H₁ и Н₂, измеритель разности давлений 4, 5, датчик давления 6, умножитель 7, элемент памяти 8, делитель 9, регистрирующий прибор 10, два постоянных гидравлических сопротивления 11, 12, размещенных во входном конце каждой трубки.

Работа устройства для измерения уровня порошкообразной среды осуществляется следующим образом.

Воздух из источника избыточного давления 3, подаваемый через трубки 1, 2 с жиклерами 11, 12, флюидизируется через контролируемые уровни H₁ и Н₂. В зоне флюидизации газа через порошкообразную среду, при скорости, значительно уступающей скорости начала псевдоожижения, наблюдается перемещение неплотно упакованных частиц и поток газа при этом не движется просто в режиме идеального вытеснения, так как осложнен осевым перемешиванием. Уравнения баланса массы для этого случая в каналах с локальным истечением газа из двух трубок имеет вид:

P₁=gρ_т(1-E)H₁+P₀;

P₂=gρ_т(1-E)H₂+P₀

где Р₁ и Р₂ - давление в полостях на выходных концах трубок (после жиклеров) (сбор);

ρ_т - плотность материала частиц (г/см³);

g - ускорение силы тяжести (см/с²);

Е - порозность (доля пустот) слоя порошкообразной среды;

Н₁ и Н₂ - высота размещения выходных концов трубок от уровня порошкообразной среды (см);

Р₀ - давление над слоем порошкообразной среды.

После совместного решения этих уравнений получим:

при H₂=H₁+1,

где l - разность высот размещения выходных концов трубок.

Реализация полученного алгоритма осуществляется измерением разности давлений в полости после жиклера верхней трубки и верхней полостью бункера, измерением разности высот размещения выходных концов трубок, измерением перепада давлений между плоскостями после жиклеров нижней и верхней трубок. Эти операции осуществляются измерителями 4, 5, 6, выходные сигналы измерителей 4, 5 пропорциональны соответственно (P₁-P₀) и (P₂-P₁). Ведомость высот 1 введена в элемент памяти 8, в умножителе 7 получают выходной сигнал, пропорциональный .

Таким образом, на регистрирующем приборе 10 фиксируется значение уровня порошкообразной среды, инвариантное к физическим параметрам порошкообразной среды, а именно плотности и порозности.

Составление уравнений баланса масс осуществлялось при допущении равенства порозностей в каналах флюидизации воздуха по порошкообразной среде из двух трубок. Однако при размещении выходных концов трубок по одной нормали к поперечному сечению слоя флюидизация воздуха из нижней трубки будет осуществляться до высоты размещения верхней трубки при порозности слоя в образующемся канале неравной порозности в канале над верхней трубкой.

Для исключения этого эффекта были проведены экспериментальные работы по выбору оптимального расстояния размещения выходных торцов трубок. Эксперименты производились для порошкообразных сред различной дисперсности при скорости флюидизации воздуха, меньшей скорости начала псевдоожижения, и значениях разностей высот размещения трубок 200÷500 мм.

Результаты работ показали, что для порошкообразных сред с различной дисперсностью расстояния между выходными концами двух трубок необходимо выбирать в пределе 3-5 калибров трубки. Это расстояние фиксируется по нормалям к поперечному сечению слоя (бункера).

Для исключения заполнения полостей трубок порошкообразной средой их выходные концы необходимо размещать под углом, большим значения угла естественного статического откоса порошкообразной среды.

В этом случае порошкообразная среда под действием гравитационных сил, а также в результате флюидизации воздуха выводится из полости трубки.

Таким образом, за счет введения второго измерителя разности давлений, датчика давления, делителя, умножителя, элемента памяти и постоянных гидравлических сопротивлений, размещенных на входных концах трубок достигается повышение точности измерений уровня порошкообразной среды за счет инвариантности к изменениям физических параметров последней.

Источники информации

1. Патент РФ №2115891, кл. 6 01 F 23/16 от 1997 г.

2. Патент РФ №2139504, кл. 6 01 F 23/16 от 1998 г.

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня порошкообразной среды, содержащее две трубки, входные концы которых сообщены с источником избыточного давления, а выходные введены в порошкообразную среду и размещены на разных высотах, два измерителя разности давлений, отличающееся тем, что в него введены датчик давления, умножитель, делитель, элемент памяти, регистрирующий прибор, два постоянных гидравлических сопротивления, размещенных во входном конце каждой трубки, входы первого измерителя разности давлений сообщены с полостями трубок между постоянным гидравлическим сопротивлением и выходным концом, а входы второго измерителя разности давлений - с выходом датчика давления и выходной полостью постоянного гидравлического сопротивления верхней трубки, выход первого измерителя разности давлений соединен с первым входом делителя, вторым входом подключенного к выходу умножителя, два входа которого соединены с выходом датчика давления, размещенного в верхней полости бункера, и выходом элемента памяти, причем выход делителя соединен с регистрирующим прибором, две трубки введены в порошкообразную среду под углом, большим значения угла естественного откоса порошкообразной среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1