СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ПОРОШКООБРАЗНОЙ СРЕДЫ Российский патент 2003 года по МПК G01F1/76 G01F1/86 G01F1/52 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода порошкообразной среды в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники
Известен способ измерения расхода порошкообразной среды, заключающийся в уравновешивании порошкообразной среды встречным потоком газа от источника стабилизированного избыточного давления в полости напорной насадки, введенной встречно в поток контролируемой порошкообразной среды, и определение расхода последней по уровню ее поступления в напорную насадку /1/.

Недостатком способа является зависимость контролируемого параметра от давления в контролируемой среде и ее плотности, что снижает точность измерений.

Ближайшим аналогом изобретения является способ измерения расхода порошкообразной среды, включающий уравновешивание порошкообразной среды встречным потоком газа от источника избыточного давления в полостях двух напорных насадок, параметры насадок отличаются друг от друга, и определение расхода по перепаду давления между полостями с газом в двух напорных насадках /2/.

Недостатками способа являются зависимость контролируемого параметра от давления контролируемой среды, сепарация частиц в напорных насадках, что значительно снижает точность измерений.

Задачей данного предложения является повышение точности измерений расхода порошкообразной среды.

Раскрытие изобретения
Предметом изобретения является способ измерения массового расхода порошкообразной среды, включающий воздействие на поток порошкообразной среды двумя потоками газа от источника избыточного давления, порошкообразную среду вводят через отверстие в нижнюю часть вертикального сосуда, псевдоожижают ее газом, осуществляют частичный сброс газа в верхней части сосуда, сливают через отверстие порошкообразную среду из нижней части сосуда выше места ввода порошкообразной среды, при этом измеряют величины давления в трубках для формирования потоков газа, размещенных на разных уровнях выше места слива порошкообразной среды, величины давлений газа в источнике избыточного давления и в верхней полости сосуда, а расход порошкообразной среды определяют согласно выражению

где С - коэффициент расхода (C=0,5);
S_H - сечение сливного отверстия;
g - ускорение свободного падения;
l - расстояние между трубками;
Р₁ и Р₂ - измеряемые давления в трубках;
Р₀ - измеряемое давление в верхней полости сосуда;
P_P - измеряемое давление источника.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство, реализующее способ.

Устройство содержит вертикальный сосуд 1, в донной части которого размещен узел 2 для псевдоожижения газом порошкообразной среды. Над донной частью сосуда выполнено отверстие 3 ввода в сосуд порошкообразной среды, выше этого отверстия выполнено отверстие 4 для слива порошкообразной среды, над которым размещены на разных уровнях две трубки 5, 6 формирования потоков газа. В верхней части сосуда 1 установлен жиклер 7 частичного сброса газа. Трубки 5, 6 сообщены через жиклеры 8, 9 с источником 10 избыточного давления газа.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В нижнюю часть вертикального сосуда 1 поступает порошкообразная среда через отверстие 3, где происходит ее псевдоожижение до высоты Н₁. Поднятие псевдоожиженной среды до этой высоты определяется ее массовым расходом и степенью псевдоожижения, т. е. порозностью (объемной плотностью). При псевдоожижении порошкообразной среды ее объемная плотность уменьшается, что обусловливает поднятие псевдоожиженного слоя выше сливного отверстия на высоту Н₁. Чем больше эта высота, тем больше давление, увеличивающее объемную плотность в сливном отверстии (трубе) и определяющее слив порошкообразной среды равным расходу во входном отверстии. Иначе говоря, при постоянной степени псевдоожижения (скорости газа) увеличение расхода порошкообразной среды обусловливает увеличение Н₁.

Напишем уравнения для расчета потери давления на преодоление статического напора столба взвешенных частиц в псевдоожиженном слое
P_p-P₁ = ρ_V•H₁+P₀ (1)
P_p-P₂ = ρ_V(H₁+l)+P₀ (2)
где Р_Р, Р₁ и Р₂ - соответственно давление, создаваемое источником избыточного давления, и измеряемое давление после жиклеров 8, 9;
ρ_V - объемная плотность псевдоожиженного слоя;
Н₁ - измеряемое значение высоты псевдоожиженного слоя;
Р₀ - давление в верхней полости сосуда;
l - расстояние между трубками 5, 6.

В результате совместного решения уравнений (1), (2) получим


Используем эмпирическую корреляцию для истечения твердых частиц при d_н/d > 40

После подстановки (3), (4) в (5) получим:

где d_H и d - соответственно эффективный диаметр сливного отверстия и диаметр частицы;
g - ускорение свободного падения;
S_H - сечение сливного отверстия;
С - коэффициент расхода (С=0,5);
Q - массовый расход порошкообразной среды.

Используя полученное уравнение (6), можно рассчитать массовый расход порошкообразной среды, истекающей через отверстие сечением S_H, имеем информацию о значениях P_P, P₁, P₂, P₀. Расстояние l между трубами 5, 6 задается в начальных условиях.

Исследования влияния конструктивных параметров на точность измерений показали следующее. Для повышения чувствительности измерений расстояние (по высоте) между входным и выходным отверстиями должно быть не менее одного калибра. Расход газа при псевдоожижении необходимо выбирать из условия поднятия слоя при максимальном расходе не выше уровня размещения датчика, измеряющего P₀. Эффективный диаметр сосуда должен быть, по крайней мере, в 1,2 раза больше диаметра выходного отверстия.

Полный комплекс стендовых испытаний системы измерения при пневмотранспорте золы и угольной пыли показал, что физические свойства (плотность, размер частиц) псевдоожиженной порошкообразной среды не влияют на измерения, т. е. расход порошкообразной среды можно определять согласно выражению (6), используя измерители давления в полостях с газом. Это повышает не только точность, но и надежность измерений, т.к. исключает введение средств измерений в абразивную - порошкообразную среду. Исключение необходимости в стендовой градуировке также является значительным преимуществом.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1721441, кл. G 01 F 1/66, 1992 г.

2. Патент РФ 2098771, кл. 6 G 01 F 1/34, 1993 г.

Порошкообразную среду вводят через отверстие в нижней части вертикального сосуда, псевдоожижают ее газом, осуществляют частичный сброс газа в верхней части сосуда, сливают через отверстие порошкообразную среду из нижней части сосуда выше места ее ввода. Через два выходных отверстия в трубках, размещенных на разных уровнях, формируют два потока газа выше места слива порошкообразной среды. Расход порошкообразной среды определяют согласно расчетному выражению с использованием результатов измерений давлений в источнике избыточного давления, в двух трубках и в верхней полости сосуда. Изобретение обеспечивает повышение точности и надежности измерения. 1 ил.

Способ измерения массового расхода порошкообразной среды, включающий воздействие на нее двух потоков газа от источника избыточного давления, которые формируют через два выходных отверстия в трубках, отличающийся тем, что порошкообразную среду вводят через отверстие в нижнюю часть вертикального сосуда, псевдосжижают ее газом, осуществляют частичный сброс газа в верхней части сосуда, сливают через отверстие порошкообразную среду из нижней части сосуда выше места ввода порошкообразной среды, при этом измеряют величины давлений в трубах для формирования потоков газа, размещенных на разных уровнях выше места слива порошкообразной среды, величины давлений газа в источнике избыточного давления и в верхней полости сосуда, а расход порошкообразной среды определяют согласно выражению

где С - коэффициент расхода (С=0,5);
S_Н - сечение сливного отверстия;
g - ускорение свободного падения;
l - расстояние между трубками;
P₁ и Р₂ - измеряемые давления в трубках;
P₀ - измеряемое давление в верхней полости сосуда;
Р_р - измеряемое давление источника.