СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ ГРАНУЛОМЕТР Российский патент 2003 года по МПК G01N15/04 

Изобретение относится к устройствам контроля крупности продуктов мокрого измельчения в горной, металлургической, химической и строительной отраслях промышленности.

Известен седиментационный гранулометр [1] , включающий осадительную трубу, сообщающуюся с ней измерительную трубку с датчиком уровня и воронку подачи пробы. Проба, представляющая собой дозированный объем пульпы (смеси измельченных твердых частиц и воды) подается через воронку в осадительную трубу. Принцип работы гранулометра основан на разделении (седиментации) твердых частиц при осаждении в жидкости под действием гравитационной силы и использовании сообщающихся сосудов для определения массы не выпавших в осадок частиц в любой момент времени.

Недостатком данного гранулометра является низкая точность измерения, так как частицы подаваемой пробы проходя через узкую горловину воронки могут слипаться, не распределяясь равномерно по сечению осадительной трубы на фракции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является седиментационный гранулометр [2], включающий осадительную трубу с устройством стабилизации уровня в виде перелива, сообщающуюся с ней измерительную трубку с датчиком уровня и разделительную пробоприемную камеру, переходящую в трубу ввода анализируемой пробы с направляющим отражателем на конце. Седиментационный гранулометр включает также устройство для бесконтейнерной отправки пульпы по трубопроводу, клапан подачи сжатого воздуха в устройство, клапан подачи воды в гранулометр, клапан сброса пульпы из осадительной трубы. Разделительная пробоприемная камера содержит пробоприемную камеру с отражателем и отверстиями для сброса в атмосферу сжатого воздуха, с помощью которого пульпа транспортируется по трубопроводу.

Снабжение погружной трубы ввода отражателем, расположенным на ее конце, позволяет использовать высокие скорости ввода пробы в осадительную трубу. Направляясь от отражателя в стороны, твердые частицы быстрее разделяются по классам крупности и начинают оседать только под действием силы тяжести, что повышает точность гранулометрического анализа.

Основным недостатком данного устройства является то, что из-за динамического ввода пробы объем вытесненной жидкости в осадительной трубе больше объема пробы. Поэтому в момент окончания ввода пробы в трубе ввода возникает обратное (вверх) движение столба жидкости, обусловленное разностью уровней жидкостей в осадительной трубе и трубе ввода, что характерно для любых сообщающихся сосудов. Это искажает скорости свободного оседания твердых частиц, им сообщаются возмущающие движения, что существенно снижает точность измерения.

Дополнительная погрешность возникает вследствие того, что из-за колебательного переходного процесса окончательный уровень жидкости в осадительной трубе, трубе ввода и, соответственно, в измерительной трубке будет ниже уровня перелива за счет слива части воды, превышающей объем пробы.

В основу изобретения положена задача повышения точности измерения гранулометрического состава пробы за счет устранения влияния возмущающих воздействий жидкости на твердые частицы пробы и стабилизации уровня жидкости в трубах.

Поставленная задача решается тем, что седиментационный гранулометр, включающий осадительную трубу с устройством стабилизации уровня жидкости, сообщающуюся с ней измерительную трубку с датчиком уровня и разделительную пробоприемную камеру, переходящую в погружную трубу ввода анализируемой пробы с направляющим отражателем на конце снабжен демпфирующим устройством, выполненным в виде свободно плавающего шарика с седлом и установленным в погружной трубе ввода ниже возможного уровня опускания жидкости, а устройство стабилизации уровня жидкости выполнено в виде емкости, коаксиально расположенной вокруг осадительной трубы, и снабжено патрубком долива воды.

Высота емкости не превышает 1/20 от высоты осадительной трубы, а ее радиус не превышает удвоенный радиус последней.

Седиментационный гранулометр снабжен датчиком давления.

Снабжение седиментационного гранулометра демпфирующим устройством, установленным в погружной трубе ввода, позволило устранить переходные колебательные процессы при вводе пробы и обеспечило повышение точности измерений.

Выполнение устройства стабилизации уровня жидкости в виде емкости, расположенной коаксиально вокруг осадительной трубы, и наличие патрубка долива воды позволило обеспечить стабильный уровень жидкости в трубах и исключить погрешность измерения.

На Фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого седиментационного гранулометра.

На Фиг. 2 - характер изменения уровня в измерительной трубке в течение одного полного цикла работы гранулометра.

Седиментационный гранулометр включает осадительную трубу 1, разделительную пробоприемную камеру 2, переходящую в погружную трубу 3 ввода анализируемой пробы с направляющим отражателем 4 на конце и измерительную трубку 5 с датчиком 6 уровня, соединенным с датчиком 7 давления. Измерительная трубка 5 сообщается с осадительной трубой 1 в точке соединения. Выход датчика 7 давления соединен с электронным измерительным блоком 8. Седиментационный гранулометр включает также устройство стабилизации уровня жидкости на уровне перелива, выполненное в виде емкости 9, коаксиально расположенной вокруг осадительной трубы 1, снабженной патрубком 10 слива и патрубком 11 долива в осадительную трубу 1. Уровень перелива Но (фиг.2) соответствует верхним кромкам осадительной трубы 1. Погружная труба 3 ввода снабжена демпфирующим устройством, выполненным в виде свободно плавающего шарика 13 с седлом 12. В качестве свободно плавающего шарика 13 может быть использован шарик для игры в настольный теннис. В нижней части осадительной трубы 1 установлен управляемый клапан 14 сброса пульпы. Разделительная пробоприемная камера 2 содержит разделительную камеру 15, пробоприемную камеру 16 и отражатель 17. На разделительной камере 15 закреплен клапан 18 подачи воды и она снабжена отверстиями 19. Высота емкости 9 не превышает 1/20 высоты осадительной трубы 1, а ее радиус не превышает удвоенный радиус осадительной трубы 1.

Устройство работает следующим образом.

Закрывают клапан 14 сброса пробы, открывают клапан 18 подачи воды, заполняют водой осадительную трубу 1 до уровня перелива Но и прекращают подачу воды (участок t1-t2, фиг.2). Устройство стабилизации уровня жидкости за счет поступления воды по патрубку 11 долива и слива ее по патрубку 10 обеспечивает стабильный уровень жидкости на уровне перелива в осадительной трубе 1 и погружной трубе 3 ввода и, соответственно, уровень жидкости Но в измерительной трубке 5 (участок t2-t3).

Далее из трубопровода проба поступает в пробоприемную камеру 16, отражатель 17 которой гасит скорость пробы, подаваемой с помощью сжатого воздуха. Вместе с пробой в разделительную камеру 15 поступает сжатый воздух, который сбрасывается через отверстия 19 в атмосферу, и давление в разделительной камере 15 падает до атмосферного. Таким образом, ввод пробы в осадительную трубу 1 через погружную трубу 3 осуществляется самотеком под действием гравитационной силы (участок t3-t4). Свободно плавающий шарик 13 демпфирующего устройства, опускаясь вниз, смещаясь от центра и вращаясь, создает минимально возможное сопротивление гидросмеси (пробе), т.е. не препятствует прохождению пульпы в прямом направлении (вниз). Причем в начальный момент ввода пробы шарик опускается на максимальную глубину, а к концу ввода пробы поднимается вверх к седлу 12. Твердые фракции пробы, ударяясь об отражатель 4, разделяются и, двигаясь в стороны и вверх, равномерно перемешиваются по всему сечению осадительной трубы 1. При этом часть воды, равная объему введенной пробы, вытесняется из осадительной трубы, переливаясь в емкость 9, и через патрубок 10 слива отводится в отстойник (на чертеже не показан).

При вводе пробы в осадительную трубу 1 плотность жидкости в ней повышается и, соответственно, повышается уровень жидкости в измерительной трубке 5 (участок t3-t4), и в момент окончания ввода t4 уровень жидкости в ней будет максимальным Нmax. Однако из-за динамического ввода пробы объем вытесненной жидкости в осадительной трубе 1 больше объема пробы. Поэтому в момент окончания ввода пробы в трубе ввода возникает обратное (вверх) движение столба жидкости, обусловленное разностью уровней жидкостей в осадительной трубе 1 и трубе ввода 3, что характерно для любых сообщающихся сосудов. Плавающий шарик 13, находящийся в этот момент в непосредственной близости от седла 12, перекрывает отверстие седла 12, демпфируя тем самым возможные колебания уровней жидкости в сообщающихся сосудах - в трубе ввода 3 и осадительной трубе 1.

Вода, поступающая через патрубок 10 долива, компенсирует часть вылившейся жидкости, превышающей объем введенной пробы, и стабилизирует уровень жидкости в осадительной трубе на уровне перелива, что повышает точность анализа.

Далее твердые частицы пробы начинают оседать вниз. По мере оседания твердых частиц ниже точки подсоединения измерительной трубки 5 к осадительной трубе 1 вес вышерасположенного столба гидросмеси постепенно уменьшается и, соответственно, снижается уровень воды в измерительной трубке 5 (участок t4-t5).

Скорость оседания частиц пропорциональна квадрату их радиуса, т.е. разделение твердых частиц в осадительной трубе 1 по классам крупности происходит достаточно четко, следовательно, каждому моменту времени Ti, взятому от начала процесса оседания t4, будет соответствовать оседание фракций пробы строго определенной крупности. Для установления этого соответствия проводят градуировку прибора, т.е. предварительно определяют продолжительность оседания калибровочных проб определенного класса крупности ниже уровня подсоединения измерительной трубки 5.

Таким образом, поскольку уровень воды в измерительной трубке пропорционален массе частиц, находящихся выше точки соединения, а время соответствует оседанию частиц определенной крупности, можно определить относительное содержание частиц контролируемого класса крупности Bi по формуле

где Но - уровень жидкости в измерительной трубке 5 после заполнения водой осадительной трубы 1;
Нmax - максимальный уровень жидкости после ввода пробы;
Hi - уровень жидкости в момент времени Ti.

Таким образом, определяется процентное соотношение в пробе частиц разной крупности.

Изменения уровня жидкости в измерительной трубке 5 соответствуют изменению давления в ней, а электрический сигнал с датчика 7 давления соответствует кривой на фиг. 2. Сигнал с выхода датчика давления 7 поступает в электронно-измерительный блок 8, где производятся вычисления гранулометрического состава пробы.

Далее открывается клапан 14 слива и жидкость удаляется из осадительной трубы 1 (участок t5-t6). Седиментационный гранулометр возвращается в исходное состояние.

Список использованной литературы
1. Авторское свидетельство СССР "Автоматический гранулометр", 1260759, оп. 12.05.85 г., G 01 N 15/04.

2. Авторское свидетельство СССР "Седиментационный гранулометр", 890157, оп. 15.12.81 г., G 01 N 15/04.

Использование в горной, металлургической, химической и строительной отраслях промышленности. Сущность: седиментационный гранулометр включает осадительную трубу с устройством стабилизации уровня жидкости, сообщающуюся с ней измерительную трубку с датчиком уровня и разделительную пробоприемную камеру, переходящую в погружную трубу ввода анализируемой пробы с направляющим отражателем на конце. Гранулометр дополнительно снабжен демпфирующим устройством, выполненным в виде свободно плавающего шарика с седлом и установленным в погружной трубе ввода ниже возможного уровня опускания жидкости, а устройство стабилизации уровня жидкости выполнено в виде емкости, коаксиально расположенной вокруг осадительной трубы, и снабжено патрубком долива воды. Технический результат: повышение точности измерения гранулометрического состава пробы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Седиментационный гранулометр, включающий осадительную трубу с устройством стабилизации уровня жидкости, разделительную пробоприемную камеру, переходящую в погружную трубу ввода анализируемой пробы с направляющим отражателем на конце и измерительную трубку с датчиком уровня, сообщающуюся с осадительной трубой, отличающийся тем, что погружная труба ввода снабжена демпфирующим обратным клапаном, выполненным в виде плавающего шарика с седлом, а устройство стабилизации уровня жидкости включает емкость, коаксиально расположенную вокруг осадительной трубы и снабженную патрубком слива, верхние кромки осадительной трубы и патрубок долива воды. 2. Гранулометр по п. 1, отличающийся тем, что высота емкости не превышает 1/10 высоты осадительной трубы, а ее радиус не превышает удвоенный радиус осадительной трубы. 3. Гранулометр по п. 1, отличающийся тем, что плавающий шарик выполнен полым с корпусом из легкого материала.