Устройство для охлаждения сыпучей смеси Советский патент 1983 года по МПК B22C5/08 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к устройствам охлаждения сыпучей смеси, основанным на принципе испарительного охлаждения с регулировкой влажности охлажденной сыпучей смеси . Известно устройство для приготовле ния охлажденной сыпучей смеси, содерж щее смесительную камеру, мешалку, уст ройство для под,ачи воды, устройство для продувки воздуха. Расход воды для увлажнения регулируется в зависимости от влажности поступающей смеси Ql J. Однако для этого устройства характерно то, что свойства охлажденной сы пучей смеси, в частности влажность, недостаточно стабилизируются из-за то го, что на влажность смеси, выходящей из устройства охлаждения, влияет не только влажность смеси, входящей в это устройство, но и расход воздуха, подаваемого для охлаждения, исходная температура смеси и расход смеси чере устройство. Для получения стабильной влажности охлажденной сыпучей смеси необходимо измерять влажность смеси в процессе ее охлаждения. Наиболее Гчпизким к изобретению по технической сущности является уст ройство, содержащее смесительную камеру со стенками из электроизоляцион ного материала, на которых имеется люк для выгрузки охлажденной сыпучей смеси и установлены друг против друга два электрода, электропривод двух мешалоК, имеющих лопасти, на одной из лопастей каждой мешалки рас положен скребок ля очистки поверхности электродов, линию для подачи воды с расположенным на ней запорным клапаном с приводом, устройство для продувки воздуха, датчик мощности, пороговый элемент и исполнительное устройство, соединенное с люком для выгрузки охлажденной сыпучей смеси, задатчик влажности, элемент сравнения электрического сопротивления между электродами (влажности материа ла) с заданным, фазочувствительный усилитель, демодулятор и реле времени 2 . Угтг ойствс работает следующим образом. Поступающая непрерывно горячая сыпучая смесь перемешивается в смесительной камере с водой и проду.вается воздухом, после чего охлажденная и с заданной влажностью смесь Ьыводи гея , Уровень смеси в смесительной камере стабилизируется за счет открытия-закрытия люка для выгрузки. Люк для выгрузки закрывается принудительно исполнительным устройством, когда количество смеси становится меньше нижней границы заданного уровня, а открывается под давлением самой смеси, количество которой в смесителе превышает верхнюю границу заданного уровня. Сигнал на закрытие люка вырабатывается по падению ниже заданной мощности, потребляемой электроприводом мешалок. Измерение влажности смеси .осуществляется путем измерения электрического сопротивления переменному току между электродами (плоскими пластинами), установленными в смесительной камере на противоположных стенках, выполненных из электроизоляционного материала. Если влажность смеси меньше заданной, то сопротивление смеси будет велико, сигнал рассогласования после усиления фазочувствительным усилителем и преобразования демодулятором вызывает после определенной выдержки времени срабатывание реле в сторону, открывающую запорный клапан на линии подачи воды. По мере поступления воды влажность смеси повышается и достигает уровня, при котором реле срабаывает в противоположную сторону, приводящую к закрытию клапана на линии подали воды. Вода перестаёт подаваться и влажность начинает уменьшаться, становится меньше заданной, и цикл регулирования повторяется. Для исключения ошибки измерения влажности от налипшей на электродах смеси предусмотрена их очистка . Для этого одна из лопастей каждой мешалки снабжена специальным скребком, который проходит в непосредственной близости от электрода, но не касается его. Недостатком известного устройства является невысокая точность автоматического регулирования влажности путем подачи воды в устройство из-за отсутствия учета нестабильности расхода смеси через устройство и им- пульсной помехи, вызывающей ложные срабатывания исполнительного органа (запорного клапана), не связанные с изменением влажности смеси. Помеха появляется при прохождении мимо электрода скребка для его очистки, который резко уменьшает сопротив ление электрической цепи между элект родами. Частота появления помехи и Iee спектральный состав обусловлены частотой вращения мешалки, а следова тельно, и появлением скребка перёД электродом, числом электродов и их взаимным распс ложением. При расположении пластин электродов на противоположных стенках помеха имеет широкополостный спектр, практически не поддащййся эффективной фильтрации. Цель изобретения - повышение стабильности влажности охлажденной сыпу ччей смеси, Цель достигается тем, что.устройво для охлаждения сыпучей смеси, содержащее смесительную камеру со стен ками из электроизоляционного материа ла, на которых установлены два элект рода и люк для выгрузки охлажденной сыпучей смеси г электропривод мешалок с лопастями, на одной из лопастей каждой мешалки расположен скребок для очистки поверхности электродов, линию подачи воды с расположенным на ней запорным клапаном с приводом, приспособление для продувки воздуха, последовательно соединенные датчик мощности, пороговый элемент и исполнительное устройство, соединенное с люком для выгрузки охлажденной сыпучей смеси, последовательно соединенные демодулятор, реле времени и привод запорного клапана, последователь но соединенные задатчик влажности, элемент сравнения измеряемого электрического сопротивления между электродами с заданным и фазочувствительный усилитель, причем второй и третий входы элемента сравнения соединены соответственно с первым и вторым электродами, выходы же линии подачи воды и приспособления для продувки воздуха соединены .со смесительной камерой, а датчик мощности включен а цепь электропривода ма.чалок, дополнительно снабжено фильтром ;интегратором, блоком коррекции и Дополнительными электродами, причем электроды соединены между собой в две группь4 с равным количеством электродов в каждой, каждая группа электродов расположена в смесительной камере по дуге, при этом выходом фазочубствительного усилителя и входом демодулятора установлен фильтр, настроенньгй на частоту помехи, а между выходом задатчика влажности и первйм входом элемента сравнения введен блок коррекции, второй вход которого подсоединен к выходу интегратора, вход же интегратора соединен с выходом порогового элемента. На фиг. 1 изображена схема устройства для охлаждения сыпучей смеси; на фиг. 2 - смесительная камера с числом электродов, равным 16, вид сверху; на фиг. 3 эквивалентные схемы измеряемой электрической цепи: а ) для случая нахождения скребков вдали от электродов; б для случая, когда один из электродов закорочен скребком; на фиг. j - зависимость формы импульсов и длительность между импульсами от расположения, ширины и количества электродов: а ) два электрода расположены на противопо- ложных стенках смесительной камеры, как в прототипе; б расположение электродов обеспечивает появление импульсов -с равной периодичностью; в) электроды более узкие, чем в случае б ); г J располсйкение, размеры и количество электродов оптимальны; на фиг. 5 графики зависимости отношения амплитуд тока помехи 1 и полезной составляющей измеряемого тока Г от числа электродов п njin различном отношении сопротивлений между электродом и днищем смесительной камеры R и электродом и скребком г (параметр R/r). Устройство состоит из смесительной камеры 1 со стенками 2 из электроизоляционного материала, на которых установлены электроды 3, приспособления Ц для продувки воздуха, двух мешалок 5, одна из лопастей каждой мешалки имеет скребок 6, линии 7 подачи воды запорного клапана с при.водом 8, электропривода 9 мешалок, включающего редукторы 10 и электродвигатель 11, люка 12 для выгрузки охлажденной сыпучей смеси с исполнительным устройством 13, датчика h мощности, порогового элемэнта 15, задатчика 16 влажности, блока 17 коррекции, интегратора 18, элемента 19 сргавнения электрическо1-о сопротивления между электродами (влажности ма- , териала) с заданным, фазочувствительного усилителя 20, фильтра 21,-модулятора 22 и реле 23 времени. Причем задатчик 16 влажности, блок 17 коррекции, элемент 19 сравнения электрического сопротивления между электродами с заданным,.фазочувствительный усилитель 20, фильтр 21, демодулятор 22, реле 23 времени и запорный клапан с приводом 8 на линии 7 подачи воды соединены последовательно. Также последовательно соединены датчик 1Л мощности, пороговый элемент 15 и исполнительное устройстьо 13, редукторы 10 соединены с электродвигателем 11, в электрическую цепь которого включен датчик 14 мощности. Второй и третий входы элемента 19 сравнения соединены соответственно с электродами 3, вход же интегратора 18 подключен к выходу порогового элемента 15, а выход - ко второму входу блока 17 коррекции. Выходы линии 7 подачи воды и устройства 4 продувки воздуха соединены со смесительной камерой 1|.

Устройство работает следующим образом, :

Горячая,.с,ыпучая смесь поступает в смесительную камеру (фиг. 1), где смешивается с водой, поступающей из ЛИНИИ; 7 подачи воды, и продувается воздухом из приспособления k для продувки воздуха. Мешалки 5 перемешивают смесь с водой и набрасывают ее на стенки камеры 2 из электроизоляционного материала. Одна из лопастей каждой мешалки имеет скребок 6, который очищает электроды 3 от на-:ипшей смеси, Определение влажности смаси осуществляется путем измерения злектрического сопротивления электродами 3 на переменном токе промышленной частоты. Сигнал от электородов 3 поступает в элемент 19 сравнения электрического сопротивления между электродами, где сравнивается с сигналом, поступающим через блок 17 коррекции из задатчика 16 влажности. Затем сигнал рассогласования усиливается в фазочувствительном усилителе 20, фильтруется в фильтре 21, преобразуется в демодулято;эе 22 и поступает на реле 23 времени. Реле 23 времени срабатывает с определенной задержкой и включает привод запорного клапана 8.

При превышении смесью в смеси тельной камере 1 заданного значения ока Открывает люк 12 под собственным давлением и начинает выгружаться из камеры 1, При этом уменьшается мощность, потребляемая электроприводом . Сигнал о значении мощности вырабатывается датчиком 14 мощности и подается в пороговый э;Темент 15, который при падении величины мощности ниже заданной пороговой вырабатывает сигнал на закрытие исполнительным устройством 13 люка 12, Значение расхода смеси вырабатывается интегратором 18, интегрирующим импульсы

0 на выходе порогового элемента 15, и поступает в блок 17 коррекции, где корректирует сигнал на задатчик 16 влажности в соответствии с реальным расходом сыпучей смеси через смесительную камеру 1.

Ток по цепи между электродами протекает по-разному, в зависимости от того, находится ли скребок вблизи от электрода или нет. Так, в случае,

0 когда на стенках установлены два электрода и скребки находятся вдали от электродов, электрическое сопротивление цепи складывается из сопротивления между электродом и металлическим днищем R 1, сопротивления днища смесительной камеры и сопротивления смеси между днищем и вtopым электродом К 2. Обычно сопротивления R1 и RZ равны, т.е. , а сопротив« лением днища можно пренебречь. Тогда общее сопротивление измеряемой цепи при отсутствии у электродов скребка составляет при двух электродах , а при п электродах.

Объединенных в две группы, с равным количеством электродов в каждой.

-.

Обш,

п

При отсутствии одновременного закорачивания двух электродов в разных группах, что достигается установкой электродов на угол, не равный углу отставания скребков, общее сопротивление измеряемой цепи при закорачивании одного из электродов составляет 1 г

о5ш,2 2R(

)

Влияющими на регулировку влажности сыпучей смеси факторами помехи является ее амплитуда и cпeкtpaльный состав. Вследствие того, что лопасти мешалок, имеющие скребки, отстают друг от друга на определенный угол, не равный 180° время между импульсе ми, вызываемыми закорачиванием, будет различным (. 4, Спектральный состав такого будет боле широким, чем спектральный состав сигнапа гой же формы .и амплитуды, но юяышощегося с равной периодичностью (фиг. Ц), что не позволяет применять в первом случае фильтр для эффективного подавления помехи. Равная перио дйчность появления импульсов помехи достигается установкой каждой группы электродов по дуге длиной (J- -) радиан так, чтобы, когда один из скребков находится в контакте с по-, след ним по его движению электродом . очищаемой им дуги, угол между вторым скребком и первым по его движению электродом очищаемой им дуги состав 2J лял - радиан. На спектральный состав помехи так же влияет форма ее импульсов. Наименьшим спекртальным составом облада ет сигнал, форма которого совпадает с синусоидальной. Для получения сину соидального сигнала помехи необходимо, чтобы расстояние между центрами двух соседних электродов в группе составляло радиан. а ширина каж дого электрода - не более - радиан Зависимость влияния ширины электрода на форму импульса показана на фиг. 4 При увеличении числа электродов форма Помехи приближается к ёийусоидальной, кроме того, амплитуда ее падает (фиг. Ц}, Частота помехи в этом случае леЛит вне области измене ния полезного сигнала и легко подавг ляется допольмтельно вводимым фильтром . Амплитуда тока помехи зависит от числа электродов п и отношения сопро тивлений между электродом и днищем смесительной камеры R и электродом и скребком г параметр -). Для уменьшения амплитуды помехи желатель но удалять скребок от электрода, уменьшая при Этом отношение -. Однако удаление скребка не позволяет качественно очищать налипшую на -электроды смесь, что приводит к увеличению систематической погрешности измерения проводимости смеси. Толщина слоя смеси между электродом и скребком должна быть оптимальной. Оп тимальность определяется отношением сопротивлений - в пределах 2-4. Зависимость амплитуды помехи от количества электродов показана на фиг 5. Для удобства сравнения эта за висимость дана для отношения амплитуд тока помехи If, и полезной составляющей измеряемого тока 1. Рациональным количеством Электродов является 16, при этом амплитуда тока по- мехи падает с 1, (0,033-0,600)1 при до 1„ (0,059-0,158)1 при , т.е. в среднем приблизительно в 5 раз. Дальнейшее увеличение электродов не приводит к значительному уменыие1 14Ю амплитуды (фиг. 5). Кроме того, при числе электродов, равном 1б, козгффйциент гармоник сигнала помехи весь(а незначителен. Устройство путем введения интегратора, блока коррекции и (т1-2) дополнительных электродов (где п - четное число) позволяет учесть изменение расхода смеси через устройство и « уменьшить амплитуду появляющейся помехи, периодический сигнал помехи позволяет получить объединение электродов в две группы с равным количеством электродов в каждой и расположение каждой группы в своей части сме-; сительной камеры по дуге длиной (Я- -.} радиан, причем дуги сдвинуты друг относительно друга так, что когда один из скребков находится в контакте с последним по его движению электродом очищаемой им дуги, угол между вторым скребком и первым по его движению электродом .очищаемой им дуги составляет - радиан, выбор же размеров электродов (каждый электрод не шире и их взаимного располо- жения (центры двух соседних электродов в группе сдвинуты на yrort радиан) позволяет в совокупности с увеличением количества электродов и . их указанным расположением приблизить форму помехи к синусоидальной и тем самым резко уменьшить ее спектральный состав, что в свою очередь дает возможность ввести фильтр, эффективно подавляющий помеху. Предлсйкенное устройство способствует повышению стабильности влажное-, ти смеси, выходящей из охладителя, повышая качество приготавляемой в смесителе формовочной смеси, что в конечном итоге приводит к уменьшению процента брака форм и отливок. Экономическа)Ч эффективность от использования устройства на одном охладителе производительностью 300 т/ч смеси составляет не меиее 35 тыс -.руб. в год. rop tfffjf . ffffC I Soyffy L

Йиг. / Ojf ff;ff e ffjr e/fecA

Фиг. 2

135 W

Jffff

ffj

JffO

40

V

f180

0

/УУУУ А/УУУУУ АШ

0 fffff гJffff 0

J I V

Фиг.4

S9 55 Si

N

N

5

55- S

0-; +

4j Ч .«Ч

.5

«b

§

eS4

5

С5У