Способ автоматического управления непрерывным расходом сыпучего материала и устройство для его осуществления



Способ автоматического управления непрерывным расходом сыпучего материала и устройство для его осуществления
Способ автоматического управления непрерывным расходом сыпучего материала и устройство для его осуществления
Способ автоматического управления непрерывным расходом сыпучего материала и устройство для его осуществления
Способ автоматического управления непрерывным расходом сыпучего материала и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2554327:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к области управления расходом сыпучих материалов, перемещаемых потоком газа. Материал, свободно поступающий по напорной шахте из загрузочного бункера в смесительную камеру, смешивается в ней с газом и выдается на выход за счет давления PC на входе в выпускной трубопровод, измеряемого датчиком давления, установленным там же, причем давление стабилизируется на значении, определяемом заданным значением расхода Q М З Д сыпучего материала в соответствии с формулой

Непрерывность управления обеспечивается тем, что материал поступает в смесительную камеру по напорной шахте, высота которой определяется по формуле

Технический результат - повышение точности и надежности при одновременном обеспечении непрерывного управления расходом, а также на расширение диапазона управляемого изменения расхода. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Задача непрерывной управляемой подачи сыпучих материалов в технологические аппараты в качестве управляющего воздействия на параметры технологических процессов актуальна для целого ряда производств химической, металлургической, пищевой, строительной и других отраслей промышленности. Наиболее часто для ее решения применяют способ механического перемещения материала с помощью рабочих органов питающих и дозирующих устройств (ленты, лопастные колеса, шнеки, вибрирующие лотки и др.) [1, 2], надежность и метрологические характеристики которых в условиях контакта с сыпучими средами не соответствуют предъявляемым требованиям. Управление расходом сыпучих материалов по текущему значению веса становится неэффективным в условиях переменной влажности, вызывающей значительную погрешность. Существенным недостатком механических питателей и дозаторов для сыпучих материалов, реализующих данный способ, является их высокая стоимость, определяемая в большинстве случаев сложностью конструкции, габаритами и металлоемкостью. Один из аналогов заявляемого способа управления расходом сыпучего материала реализует регулятор расхода по патенту RU 2137173 [3]. Значение расхода сыпучего материалов задают путем ввода уставки, соответствующей силе давления потока сыпучего материала на силоизмерительное устройство в виде лотка, связанное с поворотным шибером, обеспечивающим периодическую подачу материала на лоток в заданном количестве. При заданной уставке шибер колеблется относительно положения, соответствующего заданному расходу сыпучего материала, и средний расход сыпучего материала, выносимого потоком воздуха, равен заданному значению. Надежность устройства снижена в силу наличия в нем подвижного элемента, контактирующего с потоком сыпучего материала. Кроме того, устройство в принципе не обеспечивает непрерывность расхода.

Эффективной альтернативой механическим системам могут стать пневматические питатели и дозаторы для управления расходом и количеством сыпучих материалов. Однако в большинство пневматических систем [4, 5] сыпучий материал подается теми же механическими средствами, которые и в этом случае должны обеспечивать заданное значение расхода материала. Известны способ и устройство объемного пневматического дозирования сыпучих материалов, лишенные перечисленных недостатков [6], однако в этом случае выдача материала осуществляется дозами постоянного объема, и для управления непрерывным потоком материала изобретение непосредственно применяться не может.

Наиболее близким к заявляемому является способ управления расходом, реализуемый при помощи дозатора сыпучих материалов по авт.свид. СССР №530184 [7]. Изобретение обеспечивает равномерность и непрерывность подачи заданного количества материала в потоке воздуха. К недостаткам устройства следует также отнести наличие в нем кинематических пар, работающих в потоке сыпучего материала. Механические подвижные элементы (пробковый кран, основной регулирующий клапан и обратный грузовой клапан) подвержены абразивному износу. Попадание мелкой фракции твердой фазы в зазоры между взаимно перемещающимися деталями может привести к нарушению нормального режима работы устройства вплоть до аварии. Кроме того, датчик давления расположен в верхней части смесительной камеры, что в принципе ограничивает возможный диапазон регулирования расхода размерами камеры, поскольку давление в этой зоне не равно по величине давлению, создающему перемещающую частицы материала силу, из-за потерь давления в слое материала, находящегося в камере. В дополнение к сказанному, следует отметить, что количество материала в смесительной камере изменяется в процессе работы, что приводит к снижению точности реализации управления.

Цель заявляемого способа управления расходом состоит в повышении надежности и точности, а также в увеличении диапазона непрерывного управления расходом сыпучего материала.

Заявляемый способ управления поясняется схемой автоматического питателя, представленной на рисунке 1.

Материал из загрузочного бункера 1 по напорной шахте 2 под действием силы тяжести поступает в смесительную камеру 3, где смешивается с газом, например, с воздухом, поступающим по трубопроводу 4 от воздуходувного агрегата 5. Под напором воздуха двухфазная смесь «газ - сыпучий материал» по транспортному трубопроводу 6 подается в расширительную камеру 7, где за счет резкого падения давления происходит разделение воздуха и твердой фазы. Запыленный воздух удаляется в аспирационную систему, а сыпучий материал по выпускному трубопроводу 8 поступает в технологический объект. Давление PC на входе в транспортный трубопровод контролируется датчиком текущего значения давления, выходной сигнал которого поступает на компаратор, где сравнивается с величиной задания P С З Д , поступающей от задатчика величины давления. Сигнал рассогласования в соответствии с заданным законом регулирования преобразуется в управляющий сигнал µ, величина которого определяет частоту выходного сигнала f частотного преобразователя, управляющего скоростью вращения ω привода воздуходувного агрегата 5.

Реализация заявляемого способа управления возможна только при наличии:

1) зависимости величины давления PC от заданной величины расхода Q М З Д сыпучего материала (расходной характеристики);

2) зависимости, определяющей высоту напорной шахты, при которой обеспечивается непрерывная загрузка смесительной камеры в процессе выдачи материала.

Следует отметить, что специфика данного способа управления не позволяет применить к нему известные из теории пневматического транспорта математические модели. Зависимость Q М З Д = f ( P С ) получена в результате обработки представительного массива экспериментальных данных в соответствии с требованиями ГОСТ 14202-69. Эксперименты проводились на полупромышленной установке, основой которой является вертикальный пневматический питатель (ВПП) для сыпучего материала, реализующий заявляемый способ управления. На рисунке 2 приведен пример экспериментально определенной расходной характеристики ВПП для определения требуемой величины давления PC по заданному значению расхода сыпучего материала. В качестве последнего в данном случае использовалось сухое шлифованное пшено с диаметром частиц dM=(2±01)·10-3 м, и плотностью ρM=1100 кг/м3. Соотношение диаметров частицы и внутреннего диаметра транспортного трубопровода dM/dTP=1/10. Газ-носитель - воздух при нормальных условиях.

Аппроксимирующее уравнение для расходной характеристики имеет вид

где А и В - эмпирические коэффициенты, значения которых определяются параметрами твердой фазы, воздуха и конструктивными параметрами питателя.

Высота напорной шахты HНШ определяется по формуле

где PК - давление в смесительной камере на выходе из напорной шахты;

ε - порозность столба сыпучего материала в напорной шахте;

g - ускорение свободного падения;

ρM - плотность частиц материала.

Применение данного выражения основано на том, что материал в напорной шахте насыщен воздухом и его порозность отлична от порозности свободно насыпанного материала. Выполнение условия (2) обеспечивает возможность непрерывной загрузки смесительной камеры без прекращения выдачи материала.

Основные преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом состоят в следующем:

- обеспечивается непрерывное управление расходом сыпучего материала в широком диапазоне, а также повышенная точность преобразования управляющего сигнала в изменение расхода за счет выбора оптимальной точки отбора давления;

- отсутствуют кинематические пары, работающие в контакте с сыпучим материалом, в силу чего повышена надежность функционирования питателя;

- обеспечивается непрерывная загрузка питателя материалом в процессе работы.

Источники информации

1. Видинеев, Ю.Д. Автоматическое непрерывное дозирование сыпучих материалов. / Ю.Д. Видинеев. - М.: Энергия. - 1974. - 120 с.

2. Першина С.В. Весовое дозирование зернистых материалов / С.В. Першина, А.В. Каталымов, В.Г. Однолько, В.Ф. Першин. - М.: Машиностроение, 2009. - 260 с.

3. Регулятор расхода сыпучих материалов. Патент RU 2137173.

4. Каталымов А.В. Дозирование сыпучих и вязких материалов / А.В. Каталымов, В.А. Любартович. - Л.: Химия, 1990. - 240 с.

5. М.П. Калинушкин. Пневмотранспортное оборудование: Справочник / Под общ. ред. М.П. Калинушкина. - Л.: Машиностроение, 1986.

6. Способ объемного дозирования сыпучих материалов и устройство для его осуществления. Патент RU 2503932 C2

7. Дозатор сыпучих материалов. АС СССР 580184.

1. Способ непрерывного управления объемным расходом QM сыпучего материала, заключающийся в том, что материал, свободно поступающий по напорной шахте из загрузочного бункера в смесительную камеру, смешивается в ней с газом, подаваемым через аэрирующий трубопровод, и выдается через выпускной трубопровод и установленную на нем расширительную камеру под действием давления газа, отличающийся тем, что давление газа РC измеряется на входе в выпускной трубопровод, а величину давления регулируют в соответствии с заданным значением расхода по зависимости:

где - заданное значение объемного расхода сыпучего материала, а коэффициенты А и В определяются параметрами выпускного трубопровода, сыпучего материала, а также соотношением этих параметров.

2. Питатель для непрерывного управления расходом сыпучих материалов, реализующий способ управления по п. 1, содержащий загрузочный бункер, соединенный со смесительной камерой напорной шахтой, аэрирующий трубопровод, выпускной трубопровод, связанный со смесительной камерой, датчик давления и регулятор давления, отличающийся тем, что содержит последовательно соединенные с регулятором давления частотный преобразователь, воздуходувный агрегат с приводом, подключенный к аэрирующему трубопроводу, а также задатчик величины давления, подключенный к регулятору, причем датчик давления установлен на входе в выпускной трубопровод.

3. Питатель по п. 2, отличающийся тем, что высота напорной шахты определяется по формуле

где PК - давление в смесительной камере на выходе из напорной шахты;
ε - порозность столба сыпучего материала в напорной шахте;
ρМ - плотность частиц материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для автоматического определения объемов закачиваемых в скважину по напорной магистрали буровых и тампонажных жидкостей.

Изобретение относится к оборудованию для дозированной подачи сыпучего материала. В опирающемся на упругую подвеску герметичном бункере на движущемся возвратно-поступательно вертикальном штоке закреплен нижний открывающийся наружу конический клапан.

Изобретение относится к механике неоднородных сред и может быть использовано в химической промышленности, металлургии, фармакологии, производстве моющих средств, минеральных удобрений, строительных материалов, ядовитых и взрывчатых веществ и т.д.

Устройство для измерения весового расхода и весового дозирования жидких флотационных реагентов содержит расходный бак, оснащенный датчиком верхнего уровня, тензометрическим датчиком силы, измерительным буйком, который подвешен к тензометрическому датчику силы, входным и выходным клапанами, управляемыми микроконтроллером, оснащенным программным обеспечением и электрическими цепями связи для входных и выходных сигналов.

Изобретение относится к оборудованию для многокомпонентного весового дозирования сыпучих продуктов и может быть использовано в комбикормовой, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений. Устройство содержит резервуар (1) с выходным патрубком (2), расположенным на дне резервуара, и вертикальным входным патрубком (4), емкость (11) с поплавком (13), шток и сливное отверстие.

Изобретение относится к средствам дозирования и направлено на повышение качества очистки бункеров при выгрузке связных трудносыпучих материалов, а также на обеспечение возможности быстрого и точного дозирования выгрузного материала, что обеспечивается за счет того, что устройство включает вертикальный корпус цилиндрической формы, щелевое дно которого выполнено из концентрических объемных колец, расположенных с кольцевыми зазорами относительно друг друга и жестко связанных между собой балками.

Изобретение относится к области дозирования с внешним управлением для повторяющегося отмеривания и выдачи заданных объемов сыпучих тел из резервуара независимо от веса тел и способа их подачи.

Изобретение относится к дозирующей технике, используется при создании дозаторов для текучей среды и направлено на улучшение показателей их работы, например на уменьшение износа зубцов шестерен и их шума при работе, что обеспечивается за счет того, что комплект шестерен содержит первую и вторую шестерни, идентичные друг другу и выполненные с возможностью взаимодействия при постоянном расстоянии между центрами, так что первая и вторая шестерни зацепляются при всех угловых положениях, и каждая шестерня из комплекта овальных шестерен содержит втулку, содержащую овальное тело, имеющее большую ось и малую ось, проходящие через центр втулки, и профиль стенки для ножек зубцов, который очерчивает большую и малую ось, а также множество зубцов шестерни, отходящих от профиля стенки для ножек зубцов, причем каждый из зубцов шестерни имеет две контактные поверхности с круговыми эвольвентными изогнутыми профилями, круговые эвольвентные изогнутые профили каждого зубца на первой шестерне генерируются от основной окружности, имеющей радиус Rb1, выведенной из модифицированной эллиптической начальной линии зубца, имеющей радиус R1 начальной линии при угловом положении Θ от центра, причем модифицированная эллиптическая начальная линия зубца описывается формулой полярных координат, раскрытой в формуле изобретения.

Установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке включает пробоотборный зонд, блок сепарации, содержащий сепаратор, снабженный фильтр-патроном и мерником для отсепарированной жидкости из газа.

Изобретение относится к устройствам для многокомпонентного дозирования сыпучих материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве при производстве комбикормов, пищевой, фармацевтической, химической и строительной промышленности. Предложен модуль многокомпонентного дозирования, содержащий раму с установленными на ней бункерами для компонентов, сообщающимися посредством механизмов подачи с приводами с лотками, закрепленными на датчиках веса, установленными на общем горизонтальном валу с возможностью их совместного с лотками вращения, и устройство выгрузки, в котором механизмы подачи снабжены пневматическими управляемыми заслонками, установленными на торце механизмов подачи, в качестве устройства выгрузки использован цепной скребковый транспортер, корпус и скребки которого имеют полукруглую форму, а в качестве вала применен поворотный коленчатый вал, установленный с возможностью поворота на 180 градусов. Техническим результатом изобретения является повышение точности и качества дозирования продуктов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования сыпучих свойств геоматериалов. Устройство представляет собой сварную конструкцию башенного типа, устанавливаемую на верхней предварительно спланированной площадке отработанного карьера с обеспечением вертикальной устойчивости. В ее верхней части размещены приемный бункер, затем колосниковый виброгрохот, секторный затвор, перфорированная качающаяся дека, воздухораспределительный контур и два приемных бункера. Технический результат - повышение достоверности определения фракционного и вещественного состава защитной подушки. 1 ил.

Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может быть использовано при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, а также в микрофлюидике. Способ стабилизации размера микрокапель заключается в том, что конденсационный рост капель подавляется за счет частичного испарения капель под действием электромагнитного излучения, поглощаемого каплями. Техническим результатом является простота технической реализации и высокая эффективность, позволяя в течение длительного времени стабилизировать размер капель кластера с точностью не хуже десятых долей микрометра. 2 ил.

Датчик перманентного контроля сердечного ритма шахтера относиться к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для перманентного контроля сердечного ритма всего персонала в шахтах, как во время выполнения ими плановых работ, так и при возникновение чрезвычайных ситуаций, повлекших изоляцию персонала шахты за/под завалом горной породы. Новым в датчике перманентного контроля сердечного ритма шахтера является размещение датчика внутри корпуса аккумуляторного блока шахтерского фонаря со стороны его широкой стенки, обращенной к телу шахтера и изготовление датчика в виде автодинного генератора, совмещенного с микрополосковой антенной и содержащего кроме того датчик тока, узкополосный усилитель инфразвуковой частоты, микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и получатель информации о сердечном ритме шахтера. Автодинный генератор состоит из полевого транзистора, блокировочного конденсатора и микрополосковой антенной на диэлектрической подложке с экранирующей пластиной, который начинает генерировать колебания при подаче на сток транзистора напряжения постоянного тока. Автодинный генератор - это генератор с открытой колебательной системой, способной излучать и принимать электромагнитные колебания. При возбуждении автодинного генератора он через микрополосковую антенну начинает эффективно излучать микроволновые колебания в сторону тела шахтера. Мощность этих колебаний невелика, что совершенно не сказывается на здоровье самого шахтера. Отразившись от тела шахтера, колебания вновь улавливаются микрополосковой антенной и складываются с собственными колебаниями автодинного генератора, вызывая тем самым изменение протекающего через автодинный генератор постоянного тока. Датчик тока, подключенный к выводу питания автодинного генератора, позволяет регистрировать эти изменения потребления тока, которые несут информацию о сердечном ритме шахтера. Узкополосный усилитель инфразвуковой частоты выделяет и усиливает эти изменения тока в диапазоне частот 0,8-2,5 Гц, соответствующие сердцебиению шахтера. В этом же диапазоне частот на выходе узкополосного усилителя инфразвуковой частоты присутствуют составляющие, обусловленные движением тела шахтера. Однако эти составляющие имеют нерегулярный характер и по своей сути являются составляющими шума, среднеквадратическое значение которых на известном временном интервале равно нулю. Спектральные составляющие, вызванные сердцебиением человека, имеют регулярный характер и их легко распознать, применив корреляционную обработку сигнала. Микроконтроллер осуществляет оцифровку сигнала, присутствующего на выходе усилителя инфразвуковой частоты и производит при этом корреляционную обработку последовательности оцифрованных данных на заданном временном интервале. В результате этой обработки микроконтроллер выделят составляющие, имеющие периодическую структуру, которые, по сути, соответствуют сердечному ритму человека. Далее через свой стандартный цифровой интерфейс микроконтроллер выдает данные получателю информации о сердечном ритме шахтера.
Наверх