СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИОННЫМ АППАРАТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B01F11/00 B01D11/00 

Изобретение может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, нефтехимической, пищевой и в других отраслях промышленности для управления пульсационными аппаратами, предназначенными для перемешивания, экстрагирования, растворения и других процессов в системах жидкость-жидкость и жидкость-твердое, с выводом аппарата на резонансный режим колебаний рабочей среды.

Известен способ управления колебательной системой (Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М. Наука, 1967. с. 55-58), основанный на измерении амплитуд перемещений инертных элементов системы, резко возрастающих при резонансе. Недостатком способа применительно к пульсационной аппаратуре является сложность измерений амплитуды колебаний жидкости, играющей роль инертного элемента колебательной системы.

Известен также способ управления пульсационным аппаратом, использованный в пульсационном аппарате (прототип), где инертный элемент (жидкость) размещен над упругим элементом (УЭ) в виде замкнутой газовой полости, и заключающийся в регулировании коэффициента упругости УЭ за счет изменения количества газа в нем таким образом, чтобы собственная частота колебательной системы "жидкость-УЭ" была равна частоте внешних воздействий. Недостатками способа являются: отсутствие системы измерения резонансных параметров, что не позволяет точно настраивать колебательную систему на резонанс; кроме того, практически невозможна настройка аппарата на резонанс при эксплуатации аппарата в непрерывном режиме, когда масса инертного элемента (жидкости) постоянно меняется, в результате чего работа аппарата оказывается неэффективной.

Технический результат предлагаемого изобретения повышение эффективности работы пульсационного аппарата и снижение энергозатрат за счет обеспечения точной настройки на резонанс как при периодическом, так и при непрерывном режиме.

Нужный результат достигается тем, что в способе управления пульсационным аппаратом, включающем вывод аппарата на резонансный режим, измеряют давление газа в упругом элементе, выпрямляют выходной сигнал датчика давления, регулируют частоту колебаний или давление в упругом элементе до достижения величиной выпрямленного выходного сигнала датчика давления максимального значения.

Нужный результат достигается также тем, что устройство для реализации способа устройство для управления пульсационным аппаратом, содержащее генератор колебаний и упругий элемент, выполненный в виде замкнутой газовой полости, снабжено датчиком давления, соединенным с выпрямителем, выход которого подсоединен к регулирующему прибору, который соединен с генератором колебаний или регулятором расхода газа, параллельно регулирующему прибору подсоединен показывающий прибор, датчик давления подсоединен к упругому элементу.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления пульсационным аппаратом.

Устройство подключено к пульсационному аппарату 1 с инертным элементом 2 в виде рабочей среды (система жидкость-жидкость или жидкость-твердое), и содержит упругий элемент 3 в виде замкнутой газовой полости, генератор колебаний 4 и регулятор 5 расхода газа. Устройство содержит также подсоединенный к УЭ 3 датчик давления 6, служащий для преобразования переменного давления газа в полости УЭ 3 в переменный сигнал, например, в переменное напряжение, соединенный с ним выпрямитель 7, выход которого подключен к регулирующему прибору 8, соединенному с генератором колебаний 4 или регулятором 5 расхода газа. Кроме того, устройство содержит включенный параллельно с регулирующим прибором 8 показывающий прибор 9, например, вольтметр, предназначенный для визуального контроля величины выпрямленного напряжения, пропорциональной амплитуде колебаний жидкости в аппарате, что обеспечивает возможность управления пульсационным аппаратом, в частности, вывод его на резонансный режим колебаний, при ручной настройке.

Устройство работает следующим образом. При включении генератора колебаний 4 в пульсационном аппарате 1 возникают колебания инертного элемента 2, приводящие к периодическому изменению давления газа в УЭ 3. Переменное давление преобразуется датчиком давления в переменный сигнал (например, напряжение), который выпрямляется выпрямителем 7, в результате чего среднее эначение сигнала становится ненулевой постоянной величиной, зависящей от амплитуды изменения давления газа в УЭ 3. При резонансном режиме колебаний жидкостной среды (инертного элемента 2), соответствующем наиболее эффективной работе аппарата, амплитуда колебаний жидкостной среды достигает максимума. При этом амплитуда изменения давления газа в УЭ 3, а следовательно, и амплитуда переменного сигнала (например, напряжения) на входе выпрямителя 7 также максимальны. В результате среднее значение выпрямленного сигнала, поступающее на вход регулирующего прибора 8 и фиксируемое показывающим прибором 9, также становится максимальным.

Таким образом, максимальная величина выпрямленного сигнала соответствует резонансному режиму колебаний. Регулирующий прибор 8 обеспечивает взаимную подстройку либо частоты колебаний генератора колебаний 4, либо собственной частоты колебаний колебательной системы "инертный элемент 2 УЭ 3" за счет изменения давления газа в УЭ 3 путем подачи в него сжатого газа, либо сброса его в атмосферу через регулятор расхода газа 5, причем подстройка прекращается при достижении максимальной величины среднего выпрямленного сигнала автоматически регулирующим прибором 8, либо вручную по максимальным показаниям показывающего прибора 9. При ведении непрерывного технологического процесса неизбежно изменение массы инертного элемента 2, что сразу приведет к "уходу" с максимума среднего выпрямленного сигнала, вызывая тем самым появление управляющего сигнала с регулирующего прибора 8, обеспечивающего восстановление максимума среднего выпрямленного сигнала, а значит, и возврат к резонансному режиму колебаний в пульсационном аппарате. Тем самым за счет точной настройки на резонанс обеспечивается наиболее эффективная работа пульсационного аппарата, а характерное для резонансного режима низкое потребление мощности приводит к снижению энергозатрат.

П р и м е р. К пульсационному аппарату объемом 0,02 м³, в котором происходит растворение порошка ниобия в растворе плавиковой кислоты при собственной частоте колебательной системы 5±0,5 Гц, подключено устройство согласно предлагаемому изобретению с показывающим прибором в виде вольтметра со шкалой 20 В. При нерезонансном режиме колебаний (частота колебаний генератора 6,0 Гц) показания прибора составили 2-3 В, а процесс растворения закончился через 6 ч, потребляемая мощность при этом составляла 150 Вт. При подстройке частоты колебаний генератора на резонанс показания прибора составили 15-17 В, а процесс растворения ниобия закончился через 1,5 ч при потребляемой мощности 40 Вт.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение эффективности работы пульсационных аппаратов, например, увеличение коэффициентов массопереноса, в 3-4 раза, при сопутствующем снижении энергозатрат, за счет увеличения точности взаимной настройки на резонанс колебательной системы или генератора колебаний при достаточной простоте системы управления.

Изобретение может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, нефтехимической, пищевой и в других отраслях промышленности для управления пульсационными аппаратами. Сущность изобретения: в способе управления пульсационным аппаратом, включающем вывод аппарата на резонансный режим, измеряют давление газа в упругом элементе, выпрямляют выходной сигнал датчика давления, регулируют частоту колебаний генератора колебаний или давление в упругом элементе до достижения величиной выпрямленного выходного сигнала датчика давления максимального значения. Устройство для управления пульсационным аппаратом, содержащее генератор колебаний и упругий элемент, выполненный в виде замкнутой газовой полости, снабжено датчиком давления, соединенным с выпрямителем, выход которого подсоединен к регулирующему прибору, который соединен с генератором колебаний или регулятором расхода газа, параллельно регулирующему прибору подсоединен показывающий прибор, датчик давления подсоединен к упругому элементу. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления пульсационным аппаратом, включающий вывод аппарата на резонансный режим, отличающийся тем, что измеряют давление газа в упругом элементе, выпрямляют выходной сигнал датчика давления, регулируют частоту колебаний генератора колебаний или давление в упругом элементе до достижения величиной выпрямленного выходного сигнала датчика давления максимального значения. 2. Устройство для управления пульсационным аппаратом, содержащее генератор колебаний и упругий элемент, выполненный в виде замкнутой газовой полости, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком давления, соединенным с выпрямителем, выход которого подсоединен к регулирующему прибору, который соединен с генератором колебаний или регулятором расхода газа, параллельно регулирующему прибору подсоединен показывающий прибор, датчик давления подсоединен к упругому элементу.