ЛОТКОВЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1995 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к приборам, применяемым для измерения расхода массы сыпучих материалов с различными физико-механическими свойствами в потоках при установившемся движении в различных отраслях народного хозяйства.

Согласно теории лотковых расходомеров при поступлении материала на лоток в направлении сверху вниз (по вертикали) и сходе его с лотка под углом γ к горизонтали массовый расход равен отношению горизонтальной составляющей реакции лотка на поток материала Rx к произведению средневзвешенной по массе тел (частиц) скорости схода их с лотка V_вых, помноженной на cosγ [1]:
Q = R_x/V_выхсоsγ .

Измерению подлежат R_x и V_вых. Угол γ соответствует углу наклона конца лотка, поэтому считывается заданным. Однако в расходомерах измеряется, как правило, один параметр - R_x. В этих случаях расходомер тарируется для каждого вида материалов отдельно, поэтому он может применяться лишь в соответствующих случаях.

Наиболее близким к предлагаемому является универсальный лотковый расходомер для сыпучих материалов, в котором измеряется не только R_x, но и V_вых с помощью многолопастной турбинки [2]. Этот расходомер применим для измерения расхода сыпучих материалов с различными физико-механическими свойствами и содержит наклонный лоток, установленный на упругих элементах, силоизмеритель горизонтальной составляющей реакции лотка на поток сыпучего материала, последовательно соединенные вычислительное устройство и счетчик, а также вторичный прибор, подключенный к выходу вычислительного устройства, причем выход силоизмерителя подключен ко входу вычислительного устройства.

Недостатки прототипа:
1. Турбинкой измеряется скорость частиц, расположенных в нижних слоях потока материала, которые имеют наименьшую скорость движения. В результате измеренное значение V_вых. всегда будет заниженным, причем тем больше, чем больше слой над турбинкой, что является источником погрешностей расходомера.

2. Лопасти турбинки поворачиваются в слое материала, деформируя последний. На этот процесс затрачивается некоторая энергия, которая притормаживает слой, уменьшая V_вых, что также вносит некоторую погрешность в определение расхода Q.

3. Тормозной момент на турбинке вызывает некоторую силу сопротивления , которая является внешней по отношению к потоку материала, движущемуся по лотку, поэтому искажает значение R_x и расхода Q.

4. Если слой имеет повышенную толщину и пониженную скорость схода с лотка (сырое зерно), то такой слой будет огибать турбинку сверху вниз на дуге до 90^о. Сваливающиеся частицы будут увеличивать скорость вращения турбинки, завышая V_вых., и занижая расход Q.

5. Существенным недостатком турбинки является ее вращение, а следовательно, изнашивание ее подвижных элементов.

Целью данного изобретения является повышение точности, надежности и ресурса расходомера лоткового универсального путем устранения перечисленных выше недостатков прототипа, связанных с его турбинкой.

Для этого для определения скорости V_вых. вместо турбинки используют консольный (в принципе) неподвижный элемент (балочку), установленную под лотком в зоне свободного падения частиц после схода их с лотка. Принцип действия состоит в том, что по измеренным значениям изгибающих моментов в двух поперечных сечениях консольной балочки вычисляют координаты точки давления струи частиц на балочку, а по координатам этой точки давления вычисляют скорость V_вых. Другими словами, траектория полета частиц струи после схода с лотка зависит от начальной скорости (V_вых.) и угла наклона вектора этой скорости относительно горизонтали. Зная положение любой точки этой траектории при известном угле γ , вычисляют скорость V_вых., а затем по формуле - расход Q. Положение одной из точек траектории определяют с помощью предлагаемой консольной балочки как положение точки давления струи частиц (точки приложения равнодействующей Р сил давления частиц).

На чертеже представлена принципиальная схема расходомера лоткового универсального.

Расходомер содержит криволинейный лоток 1, установленный на упругих элементах 2, допускающих смещение лотка под нагрузкой только по горизонтали, силоизмерительный датчик 3 с первичным преобразователем, консольный элемент 4 с одним или несколькими пальцами, образующими вильчатую решетку, закрепленную на фундаменте, датчики 5 и 6 изгибающих моментов, например тензометрические с первичными преобразователями, устройство 7 для вычисления скорости V_вых, устройство 8 для вычисления расхода, интегрирующее устройство 9 для вычисления массы М, прошедшей за время t₂ - t₁, вторичный прибор 10 и счетчик 11, причем блоки 7, 8 и 9 представляют собой вычислительное устройство.

Работает предлагаемый расходомер лотковый универсальный следующим образом. Сыпучий материал подается на лоток с некоторой скоростью V_вх, направленной вертикально вниз. Далее он перемещается ускоренно по лотку и сходит с лотка с некоторой средневзвешенной по массе частиц скоростью V_вых., под углом минус γ к горизонтали Х. Затем частицы совершают свободное падение по параболам, при этом часть частиц ударяется о палец (пальцы) консольной балочки, создавая давление на нее. Равнодействующая сила удара частиц о балочку, приложенная в точке b₂, изгибает балочку по "треугольному" закону. Одновременно датчики 3, 5 и 6 выдают сигналы, пропорциональные соответственно R_x, M₁, М₂, которые обрабатываются по следующим формулам:
V_вых=;
Q = ;
M= Qdt, где V_вых. - средневзвешенная по массе частиц скорость выхода центров инерции частиц из рабочей полости, определяемая по [1];
g - ускорение свободного падения;
- равнодействующая сил давления частиц на пальцы балочки;
b₂ - точка приложения равнодействующей силы Р к пальцам балочки;
l - расстояние между центрами датчиков изгибающих моментов;
ζ - угол наклона балочки (пальцев) к горизонтали;
n - абсцисса центра датчика 5;
h - ордината центра датчика 5;
R_x - горизонтальная составляющая реакции лотка на материал, движущийся по лотку;
Q - массовый расход, кг/с;
М - масса, прошедшая за время t₂ - t₁;
M_д - изгибающий момент в сечении консольной балочки, измеряемый датчиком 5;
М_с - изгибающий момент в сечении консольной балочки, измеряемый датчиком 6;
γ - угол наклона вектора относительно горизонтали.

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для измерения и расхода массы сыпучих материалов с различными физико-математическими свойствами. Расходомер содержит лоток 1, два упругих элемента 2, силоизмерительный датчик 3, консольный элемент 4, датчики 5 и 6 изгибающих моментов, устройство 7 для вычисления скорости, устройство 8 для вычисления расхода, устройство 9 для вычисления массы, вторичный прибор 10 и счетчик 11. 1 ил.

ЛОТКОВЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий наклонный лоток, установленный на упругих элементах, силоизмеритель горизонтальной составляющей реакции лотка на поток сыпучего материала, последовательно соединенные вычислительное устройство и счетчик, а также вторичный прибор, подключенный к выходу вычислительного устройства, причем выход силоизмерителя подключен к входу вычислительного устройства, отличающийся тем, что на выходе лотка установлен консольный элемент с несколькими пальцами на его незакрепленном конце и с прикрепленными к средине и основанию консольного элемента двумя датчиками изгибающих моментов, выходы которых подключены к соответствующим входам вычислительного устройства.