Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки Российский патент 2021 года по МПК E21C49/00 

Изобретение относится к лабораторным установкам, позволяющим проводить исследования скорости всасывания и витания торфяной крошки.

Торфяная залежь обладает разными физико-химическими свойствами, что позволяет разделить ее на три вида торфа: верховой, переходный и низинный. Каждому виду торфа соответствует своя степень разложение и влагосодержание, влияющие на плотность и удельный вес торфяных частиц.

Известна пневматическая лабораторная установка «Аэродинамическая (витательная) труба», предназначенная для изучения скорости витания сыпучих материалов (торфяной крошки и др.), представляющая собой усеченную восьмигранную пирамиду с центральным углом 8°, установленную вертикально, к верхнему основанию которой присоединен осевой вентилятор, а к нижнему основанию всасывающий коллектор, штуцер и микроманометр заполненный этиловым спиртом [Торфяные машины и комплексы./ С.Г. Солопов, Л.О. Горцакалян, Л.Н. Самсонов / М.: НЕДРА. 1973 г. с. 272].

Однако в данной витательной трубе отсутствует возможность исследования скорости всасывания торфяной крошки с поверхности расстила от параметров расположения экспериментального сопла.

Наиболее близкой по технической сущности является лабораторная пневматическая установка для изучения скорости всасывания торфяной крошки. Она представляет собой циклон с бункером, в который с подвижного лотка через экспериментальное сопло поступает торфяная крошка [Лабораторная пневматическая установка для исследования всасывания / А.Б. Горенштейна и Л.С.Кащенко / Технология добычи торфа/ выпуск XXIII, ВНИИТП.Л.-НЕДРА. 1964. с. 46].

Однако в данной лабораторной пневматической установке отсутствует возможность исследования скорости всасывания торфяной крошки с поверхности расстила торфяной залежи от параметров расположения экспериментального сопла.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание пневматической лабораторной установки, позволяющей проводить исследования скорости всасывания торфяной крошки с поверхности расстила.

Техническим результатом является возможность исследования скорости всасывания торфяной крошки за счет регулирования угла установки экспериментального сопла и расстояния между ним и конвейерной лентой в пневматической лабораторной установке вследствие объединения витательной трубы и ленточного конвейера с жестким закреплением их на единой раме.

Поставленная проблема решается и технический результат достигается тем, что пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки, содержащая экспериментальное сопло и бункер, дополнительно снабжена двигателем постоянного тока, приводящим во вращение крыльчатку вентилятора, спрямляющей решеткой установленной перед вентилятором, витательной трубой с рамой, ленточным конвейером с рамой, воздуходувом, присоединенным к коллектору витательной трубы, муфтой, соединяющей экспериментальное сопло и воздуходув, которая закреплена на подвижной штанге, выполненной с возможностью поворота вокруг своей оси для установления рационального угла наклона экспериментального сопла, и присоединенной к вертикальной стойке, позволяющей регулировать расстояние по вертикальной оси между экспериментальным соплом и конвейерной лентой, рамой бункера, реостатом, пультом управления, микроманометром, при этом рама витательной трубы, рама ленточного конвейера, рама бункера и вертикальная стойка жестко закреплены на общей раме установки. При этом воздуходув установки выполнен из герметичной алюминевой гофрированной трубы.

Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки иллюстрируется следующими графическими материалами: на фиг. 1 представлен общий вид пневматической лабораторной установки для исследования скорости всасывания торфяной крошки, на фиг. 2 показана фиксация начального положения экспериментального сопла, на фиг. 3 представлен вариант замера скорости воздушного потока, на фиг. 4.показано присоединение микроманометра к коллектору витательной трубы (А-А), а также взаимное расположение на пульте управления выключателей двигателя постоянного тока, мотора-редуктора, реостата регулирования постоянного напряжения и микроманометра (Б-Б), на фиг. 5 показано взаимное расположение бункера с торфяной крошкой и ленточным конвейером, на фиг. 6 продемонстрировано проведение опыта по исследованию скорости всасывания торфяной крошки.

Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки состоит из двигателя постоянного тока 1, вентилятора 2, спрямляющей решетки 3, витательной трубы 4, воздуходува 5, выполненного из алюминиевой гофрированной трубы, экспериментального сопла 6, вертикальной стойки 7, подвижной штанги 8, ленточного конвейера 9 с лентой из двухслойного прорезиненного брезента, бункера 10 с подготовленной торфяной крошкой 11, стола 12, на котором установлен пульт управления 13, анемометра 14, микроманометра 15, рамы витательной трубы 16, рамы 17 ленточного конвейера 9, рамы 18 бункера 10 и вертикальной стойки 7, которые жестко закреплены на общей раме установки 19.

Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки работает следующим образом (фиг. 1). Перед началом исследования задают положение экспериментального сопла 6, т.е. расстояние и угол наклона между ним и поверхностью конвейерной ленты 20 (фиг. 2). Расстояние между экспериментальным соплом 6 и поверхностью конвейерной ленты 20 определяют с помощью калибровки, где в качестве эталона используют древесные бруски 21, соответствующие диаметру фракций торфяной крошки 11. Выбор деревянных брусков обусловлен простотой изготовления. После фиксации положения экспериментального сопла 6 деревянный брус 21 убирают.

Исследуемый угол наклона экспериментального сопла устанавливают подвижной штангой 8, присоединенной к вертикальной стойке 7, выполненной с возможностью угла поворота вокруг своей оси, к которой прикреплена муфта 22, соединяющая экспериментальное сопло 6 и воздуходув 5, выполненный из герметичной алюминиевой гофрированной трубы с низким коэффициентом аэродинамических потерь, присоединенный к коллектору 23 витательной трубы 4. Угол наклона экспериментального сопла 6 замеряют с помощью транспортирной шкалы 24 с точностью до 0,1° и вертикального отвеса 25, выполняющего роль стрелки.

Витательная труба 4 представляет собой усеченную восьмигранную пирамиду (А-А) с центральный углом 8°, обеспечивающим минимальное аэродинамическое сопротивление и безвихревое движение расширяющегося потока воздуха (фиг. 1). Из бункера 10 подготовленную торфяную крошку 11 фракцией до 25 мм подают на край конвейерной ленты 20, создавая слой, не превышающий 25 мм. Использование торфяной крошки фракцией до 25 мм обусловлено тем, что при размере более 25 мм такая крошка является засоренностью (ГОСТ 51213-98).

В центр живого сечения 26 экспериментального сопла 6 помещают анемометр 14, ориентированный по направлению воздушного потока (фиг. 3). Анемометр 14 с помощью кронштейна прикреплен к вертикальной штанге 7.

Одновременно с ним к коллектору 23 витательной трубы 4 подключают микроманометр 15 при помощи гибкого шланга 27 прикрепленного к штуцеру 28 кольцевого трубопровода 29, установленного вокруг коллектора 23 и соединенного с ним ортогонально расположенными четырьмя патрубками 30 необходимыми для уравнивания показаний давления и замеряют недостаток избыточного давления до атмосферного (фиг. 4, Д-Д), для дальнейшего вычисления скорости всасывания.

С помощью пульта управления 13, расположенного на столе 12, включают двигатель постоянного тока 1 витательной трубы 4, приводящий во вращение крыльчатку вентилятора 2. Число оборотов до 3000 об/мин обеспечивает рациональную скорость воздушного потока для отслеживания, а свыше 3000 об/мин скорость воздушного потока возрастает и затрудняет отслеживание захвата исследуемых торфяных частиц в экспериментальное сопло.

На пульте управления 13 реостатом 32 регулируют падение напряжение, влияющее на скорость всасывания экспериментального сопла (фиг. 4 Е-Е). Перед вентилятором 2 установлена спрямляющая решетка 3, необходимая для организации ламинарного режима движения воздушной смеси через витательную трубу 4. После установления постоянной скорости воздушного потока, перед запуском ленточного конвейера 9, анемометр 14 убирают из центра живого сечения 26 экспериментального сопла 6. На пульте управления включают двигатель постоянного тока 31 с числом оборотов до 10 об/мин, позволяющий наблюдать за процессом всасывания торфяной крошки 11, соединенный с ведущим барабаном 33 ленточного конвейера 9. Таким образом, запускают ленточный конвейер 9, представляющий собой конвейерную ленту 20 из двухслойного прорезиненного брезента, натянутую между ведущим 33 и натяжным ведомым 34 барабанами и опорными роликами 35, и двигателем постоянного тока 31 (фиг. 5).

Движение конвейерной ленты 20 направлено навстречу экспериментальному соплу 6. При приближении торфяной крошки 11 к экспериментальному соплу 6 происходит засасывание торфяной крошки 11 в витательную трубу 4 через воздуходув 5. Расстояние удаления от нижней кромки экспериментального сопла 6 замеряют с помощью шкалы 36 с точностью до 0,1 мм, установленной на раме ленточного конвейера 17. Нулевую отметку фиксируют струной 37 на отметке 0,12 мм, установленной колковым механизмом 38, прикрепленным к шкале 36, соответствующей границе живого сечения 26 экспериментального сопла 6 (фиг. 6). Полученные измерения заносят в сводную таблицу, получая данные об активной зоне всасывающего факела (таблица 1).

В таблице 1 представлены данные исследования скорости воздушного потока в зависимости от угла наклона экспериментального сопла и расстояния между ним и конвейерной лентой. Представлены данные первых трех измерений и последнего измерения расстояния между экспериментальным соплом и конвейерной лентой.

На основе полученных результатов определяют рациональное положение экспериментального сопла для возникновения максимальной активной зоны всасывающего факела.

Для определения скорости всасывания торфяной крошки используют уравнение неразрывности (1), где за известную величину используют скорость всасывания на входе в коллектор витательной трубы.

где υ_к - скорость всасывания на входе в коллектор витательной трубы, S_k - площадь живого сечения коллектора витательной трубы, равная 63,5 см; υ_c - скорость воздушного потока в экспериментальном сопле, S_c - площадь живого сечения экспериментального сопла.

Скорость воздуха на уровне штуцера коллектора вычисляют по динамическому давлению в коллекторе(2):

где υ_к - скорость воздуха в коллекторе; Р_к - динамическое давление в коллекторе; Па; ρ_в - плотность воздуха, равная 1,2 кг/м³.

Динамическое давление в коллекторе вычисляется с учетом показаний микроманометра Рк, Па (3):

где h_k - показания микроманометра (высота столба спирта в трубке микроманометра), мм; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с; ρ_с - плотность этилового спирта, равная 0,7893 г/см; Δ - поправочный коэффициент на атмосферное давление и температуру К_м - тариировочный коэффициент микроманометра; K_к - тарировочный коэффициент коллектора, равный 0,1; γ - угол наклона трубки микроманометра к горизонту, °.

Поправочный коэффициент на атмосферное давление и температуру Δ вычисляют по формуле (4):

где t - температура окружающего воздуха в момент измерений, °С; В - давление воздуха, мм. рт.ст., измеряемое по барометру.

Поправочный коэффициент K_пм представляет собой произведение татрировочного коэффициента микроманометра, плотности спирта и синуса угла установки трубки микроманометра, отмечаемый на шкале фиксации наклона трубки микроманометра (5):

Так как расход воздуха Q, проходящий через коллектор витательной трубы и экспериментального сопла одинаковый, зная скорость на входе в коллектор витательной трубы υ_k и его площадь S_k, определяют скорость потока в сечении экспериментального сопла в момент засасывания торфяной крошки через уравнение (1) υ_c, м/с (6):

В таблице 2 представлены расчетные данные исследования скорости всасывания в зависимости от угла наклона экспериментального сопла и расстояния между ним и конвейерной лентой. Представлены данные изменения динамического давления в коллекторе и скорости всасывания в сечении коллектора и экспериментального сопла.

Таким образом, опытным путем определяют скорость всасывания торфяной крошки, поступающей в витательную трубу через экспериментальное сопло.

Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки полностью сконструирована и введена в эксплуатацию на кафедре «Технологические машины и оборудование» Тверского государственного технического университета.

Изобретение относится к лабораторным установкам. Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки снабжена двигателем постоянного тока, приводящим во вращение крыльчатку вентилятора, спрямляющей решеткой, установленной перед вентилятором, витательной трубой с рамой, ленточным конвейером с рамой, воздуходувом, присоединенным к коллектору витательной трубы, муфтой, соединяющей экспериментальное сопло и воздуходув, которая закреплена на подвижной штанге, выполненной с возможностью поворота вокруг своей оси для установления рационального угла наклона экспериментального сопла и присоединенной к вертикальной стойке, позволяющей регулировать расстояние по вертикальной оси между экспериментальным соплом и конвейерной лентой, рамой бункера, реостатом, пультом управления, микроманометром, при этом рама витательной трубы, рама ленточного конвейера, рама бункера и вертикальная стойка жестко закреплены на общей раме установки. Технический результат - возможность исследования скорости всасывания торфяной крошки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Пневматическая лабораторная установка для исследования скорости всасывания торфяной крошки, содержащая экспериментальное сопло и бункер, отличающаяся тем, что установка снабжена двигателем постоянного тока, приводящим во вращение крыльчатку вентилятора, спрямляющей решеткой, установленной перед вентилятором, витательной трубой с рамой, ленточным конвейером с рамой, воздуходувом, присоединенным к коллектору витательной трубы, муфтой, соединяющей экспериментальное сопло и воздуходув, которая закреплена на подвижной штанге, выполненной с возможностью поворота вокруг своей оси для установления рационального угла наклона экспериментального сопла и присоединенной к вертикальной стойке, позволяющей регулировать расстояние по вертикальной оси между экспериментальным соплом и конвейерной лентой, рамой бункера, реостатом, пультом управления, микроманометром, при этом рама витательной трубы, рама ленточного конвейера, рама бункера и вертикальная стойка жестко закреплены на общей раме установки.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что воздуходув выполнен из герметичной алюминиевой гофрированной трубы.