Устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов



Устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов
Устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов

 


Владельцы патента RU 2494371:

Российская Федерация, от имени которой выступает Госкорпорация "Росатом" (RU)

Изобретение относится к области обработки и использования сыпучих материалов, в том числе сыпучих высокорадиоактивных материалов для производства твэлов ядерных реакторов. Устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов включает мерную воронку с шибером, размещенную в корпусе. Также устройство включает весовую платформу, соединенную с компьютером, приемную емкость, размещенную под воронкой на весовой платформе. Устройство также содержит сметку, соединенную с электроприводом и вплотную прижатую к верхнему срезу мерной воронки, вибратор, соединенный с корпусом. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, а именно обеспечение контроля насыпной плотности и текучести высокорадиоактивных порошков и с достаточной точностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области получения, обработки и использования сыпучих материалов, в том числе сыпучих высокорадиоактивных материалов для производства твэлов ядерных реакторов, включая твэлы на основе МОКС-топливных композиций.

Известны устройства для определения насыпной плотности порошков металлических (ГОСТ 19440-94 «Порошки металлические, определение насыпной плотности»). Эти устройства состоят из приемной воронки с калиброванным отверстием, которая на заданном расстоянии, например 25 мм, располагается над мерной цилиндрической емкостью. Исследуемую пробу порошка засыпают в приемную воронку, из которой она просыпается в мерную емкость, причем порошок должен полностью заполнить емкость и даже начать высыпаться из нее. Затем одноразовым движением с помощью линейки выравнивают поверхность образца, линейка должна быть повернута ребром к торцу емкости. Затем емкость с порошком ставят на весы и взвешивают.

Вместо линейки может быть использовано металлическое кольцо (царга), плотно прижатая к верхней кромке мерной емкости (И.Н. Шубин, М.М. Свиридов, В.П. Тарасов «Технологические машины и оборудование. Сыпучие материалы и их свойства». Тамбов, изд-во ТТТУ, 2005 г.).

Известны также устройства для определения текучести сыпучего материала (ГОСТ 20899-98 (ИСО 4490-78) «Порошки металлические. Определение текучести с помощью калиброванной воронки (прибора Холла)»). К стойке на горизонтальном виброустойчивом основании жестко крепится воронка с калиброванным отверстием (прибор Холла). Под ней устанавливается приемная емкость. Еще должен быть секундомер или датчик определения времени истечения порошка. Необходимо отметить, что как в случае определения насыпной плотности, так и в случае определения текучести воронки могут быть полностью аналогичны друг другу.

Основной недостаток аналогов заключается в том, что известные устройства предусматривают непосредственные контакты оператора с исследуемым порошком. В случае высокорадиоактивных материалов выполнить все необходимые требования техники ядерной безопасности практически не представляется возможным при применении отмеченных выше устройств.

В качестве прототипа выбрано «Устройство для контроля сыпучести и насыпной плотности порошковых материалов» (А.с. СССР №1068773, кл. G01N 9/02. опубл. 23/01.84 г., бюл. №3, авторы: Г.И. Гладков, А.К. Сущев и А.Я. Чернокоз), которое, по существу, автоматизировано и может быть использовано для контроля высокорадиоактивных материалов. Это устройство имеет воронку с калиброванным выходным отверстием, мерную емкость, датчик уровня заполнения мерной емкости, регистратор заданного веса, генератор счетных импульсов, два счетчика импульсов, соответствующие ключевые схемы, обеспечивающие получение численных значений, пропорциональных текучести и насыпной плотности.

Основным недостатком прототипа является невысокая точность определения насыпной плотности в связи с тем, что насыпная плотность определяется как отношение массы материала к объему, который она занимает, но объем исследуемого материала определяется по насыпанному верхнему уровню этого материала, засыпанного в мерную емкость. А известно, что порошковый материал насыпается в виде конуса, естественный угол засыпания этого конуса в сильной мере зависит от многих факторов, в том числе и таких, которые трудно учесть (например, микровибрация в помещении, влажность воздуха и т.п.).

Технический результат от использования изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, а именно обеспечение контроля насыпной плотности и текучести высокорадиоактивных порошков и с достаточной точностью.

Этот результат достигается за счет того, что в устройстве для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов, включающем мерную воронку с шибером, размещенную в корпусе, весовую платформу, соединенную с компьютером, приемную емкость, размещенную под воронкой на весовой платформе, сметку, соединенную с электроприводом и вплотную прижатую к верхнему срезу мерной воронки, вибратор, соединенный с корпусом.

Сметка выполнена в виде кольца.

Известно, что порошок насыпается в виде конуса. Наличие сметки позволяет выравнить порошок по верху мерной воронки. Излишек порошка ссыпается в приемную емкость, таким образом, более точно определяется объем порошка в мерной воронке.

Наличие вибратора позволяет удалить остатки порошка со стенок воронки, а также для контроля порошков плохо текущих через воронку.

Наличие герметичного корпуса позволяет исключить пыление при перемещении порошков.

На фиг.1 схематически представлено предлагаемое устройство, где:

1 - приемная воронка;

2 - мерная воронка;

3 - сметка;

4 - электропривод;

5 - шибер;

6 - электропривод;

7 - воронка;

8 - приемная емкость;

9 - весовая платформа;

10 - корпус;

11 - вибратор;

12 - стойка.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый порошок засыпают в приемную воронку 7, из которой порошок высыпается в мерную воронку 2. Вплотную к верхнему срезу мерной воронки прижата сметка 3 в форме кольца, которое может сдвигаться с помощью электропривода 4. Количество исследуемого порошка берется с некоторым избытком, чтобы полностью заполнить мерную воронку с «верхом». Первоначально мерная воронка закрыта шибером 5, который управляется электроприводом 6. После заполнения мерной воронки, приводится в действие сметка и излишек порошка ссыпается через воронку 7 в приемную емкость 8, стоящую на электронных весах 9. После выравнивания верхнего слоя порошка в мерной воронке, подается сигнал на возврат сметки в исходное положение. Затем подается сигнал на открытие шибера. Порошок через воронку 7 попадает в приемную емкость 8. После высыпания порошка из мерной воронки для гарантированного удаления возможных остатков порошка на стенках воронок включается вибрация. Вибрация включается также в случае, когда контролируемый порошок в свободном состоянии не высыпается из воронки 1 или 2.

На фиг. 2 условно показан график данных, получаемых с электронных весов. По сути, график фиг. 2 отражает последовательность действий (алгоритм работы) заявляемого устройства. Участкам на графике: 0-1 - обнуление данных о массе; 1-2 - установка на весы приемной емкости; 2-3 - замер массы этой емкости; 3-4 - высыпание излишков контролируемого порошка в результате действия сметки; 4-5 - замер начального значения массы порошка mi для расчета насыпной плотности; 5-6 - высыпание контролируемого порошка из мерной воронки; 6-7 - замер массы высыпавшегося порошка m2; 7-8 изменение массы за счет остатков порошка, высыпавшегося при вибрации.

Насыпная плотность рассчитывается как отношение разности m2-m1, отнесенной к объему мерной воронки.

Текучесть определяется как отношение массы порошка, высыпавшегося из мерной воронки с калиброванным отверстием (прибор Холла) ко времени его высыпания, т.е. текучесть равна средней скорости высыпания порошка (угловому коэффициенту кривой на участке 5-6 фиг. 2). Из-за наличия переходных процессов измерение наклона кривой производят на отрезке кривой, отступив вперед от начала высыпания (момент t1 и, соответственно, m 1 * ) и отступив назад от конца высыпания (момент t2 и, соответственно, m 2 * ). Таким образом, текучесть рассчитывается как отношение разности m 2 * m 1 * к разности t2-t1.

С целью практической реализации предлагаемого изобретения был разработан и изготовлен опытный образец прибора контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов.

Прибор прошел испытания на порошках-имитаторах, использовались порошки с фракциями от 63 до 800 мкм. Результаты испытаний подтвердили достижение технического результата - измерения выполняются без непосредственного контакта оператора с порошком (с дистанционным управлением), при этом обеспечивается высокая точность измерений: погрешность измерения насыпной плотности не более 2%, текучести не более 4% при доверительной вероятности 0,95.

В заключение можно утверждать, что указанные отличительные признаки в предложенном устройстве необходимы и достаточны для обеспечения заявленного технического результата.

1. Устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих материалов, включающее мерную воронку с шибером, размещенную в корпусе, весовую платформу, соединенную с компьютером, приемную емкость, размещенную под воронкой на весовой платформе, сметку, соединенную с электроприводом и вплотную прижатую к верхнему срезу мерной воронки, вибратор, соединенный с корпусом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сметка выполнена в виде кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования плотности квазидисперсных материалов: почв - при проведении предпосевной обработки, грунтов - при дорожном строительстве.

Изобретение относится к приборам и устройствам для изучения физико-химических свойств жидкостей и предназначено для прецизионного определения температурной зависимости плотности металлических жидкостей пикнометрическим методом.

Изобретение относится к области трибологических испытаний, а именно к устройствам для испытания материалов и смазочных сред при динамическом управлении параметрами нагружения и реверсивного движения на малых скоростях относительного перемещения.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения плотности жидкости, преимущественно нефти и нефтепродуктов. .

Изобретение относится к способам определения удельного веса твердого тела, в частности к овцеводству, к способам определения удельного веса шерстного волокна овец одной породы.

Изобретение относится к измерению физических величин и может быть использовано при определении кажущейся плотности мелкодисперсных пористых материалов как сухих, так и насыщенных жидкостью, например углей, ионообменных смол и т.д.

Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике. .

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к способам определения средней плотности зерен крупного и мелкого заполнителя для бетонных и растворных смесей, а конкретно к способу определения средней плотности гранул полистирольного заполнителя вспененного гранулированного (ПВГ) для полистиролбетона. Способ определения средней плотности гранул полистирольного заполнителя для полистиролбетона в воде заключается в том, что в качестве эталонной вмещающей межзерновой среды используют воду при температуре 15-25°C, модифицированную воздухоудаляющей кремнийорганической добавкой с концентрацией 0,001-0,01% от массы воды. При этом пробу полистирольных гранул, предварительно высушенных и охлажденных, помещают в предварительно взвешенный мерный металлический цилиндрический сосуд объемом Vс. Затем уплотняют легким постукиванием днища сосуда о твердую поверхность в течение 5-10 с таким образом, чтобы верхние гранулы лежали в одной плоскости по горизонтали и совпадали с краями верхнего обреза сосуда. Далее сосуд с уплотненными гранулами взвешивают, накрывают сверху ситом с размером ячеек не менее чем на 0,3 мм меньше наименьшего размера гранул и снова взвешивают, заполняют водой, модифицированной воздухоудаляющей добавкой в объеме межзернового пространства (Vв), и через 5 мин после полного заполнения водой замеряют суммарную массу (∑М) экспериментального измерительного устройства, включая массу мерного металлического сосуда (mс), массу сита (mст), массу полистирольных гранул (mг) и массу израсходованной воды (mв). Техническим результатом является повышение точности измерения параметра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения насыпной плотности пористых, рыхлых волокон или волокноподобных материалов, легко делящихся на фрагменты и сцепляемых друг с другом и соответственно не ссыпаемых в мерный цилиндр через стандартную воронку. Устройство содержит мерный цилиндр, выполненный по ГОСТу 1770, воронку стеклянную с цилиндрической частью, выполненную по ГОСТу 25336 и размещенную над мерным цилиндром, емкость с исследуемым материалом, сопло, закрепленное на штативе шарнирно или гибким элементом с возможностью перемещения по штативу. Емкость с исследуемым материалом выполнена переменного сечения из двух частей, плавно переходящих одна в другую, причем одна часть выполнена шарообразной формы, вторая часть - в виде куполообразного козырька, имеющего открытое круглое основание, плотно соединенное с большим основанием воронки, в нижней боковой части куполообразного козырька емкости выполнено сквозное отверстие. Сопло установлено на штативе с возможностью вхождения его выходной части в упомянутое сквозное отверстие емкости, причем выходная часть сопла выполнена с возможностью перемещения в емкости под разными углами, а часть шарообразной формы емкости, примыкающая к основанию куполообразного козырька, является приемником поступающих при отборе проб исследуемых элементов материала. Техническим результатом является обеспечение возможности провести достоверно, оперативно, экологически чисто определение насыпной плотности пористого материала в виде короткого прямого волокна, например, асбеста или пористого волокноподобного в виде червячка материала, например терморасширенного графита, основываясь на ГОСТ Р 50019.1-92 (Графит. Метод определения насыпной плотности). 3 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в химической и нефтедобывающей промышленностях, гидротехническом строительстве, сельском хозяйстве и грунтоведении. Способ осуществляют следующим образом. Подбирается прозрачная химически неагрессивная жидкость, у которой плотность больше плотности исследуемой твердой фазы дисперсной системы. Эта жидкость является базовой. В качестве базовой жидкости можно использовать растворы, удовлетворяющие вышеперечисленным требованиям. Подбирается вторая жидкость прозрачная, у которой плотность меньше, чем у твердой фазы дисперсной системы, и которая неограниченно смешивается с базовой жидкостью, образуя раствор. В базовую жидкость добавляют твердую фазу дисперсной системы, которая всплывает, так как ее плотность меньше, чем у базовой жидкости. Затем дозированно (капельным путем) к базовой жидкости добавляется вторая жидкость с меньшей плотностью до тех пор, пока частицы твердой фазы, наблюдаемые визуально, не придут во взвешенное состояние. В этом состоянии истинная плотность твердой фазы дисперсной системы равна плотности раствора, которая непрерывно измеряется ареометром. Для измерения плотности можно использовать более точный прибор - пикнометр, но при этом необходимо проводить дополнительные процедуры определения объема и массы раствора. Техническим результатом является снижение трудозатрат и расширение области применения, упрощение в определении плотности частиц твердой фазы.
Наверх