Устройство для анализа качества потока сыпучего материала на ленте конвейера Советский патент 1984 года по МПК G01N23/00 B65G43/08 

Изобретение относится к конвейерному горному транспорту, а более конкретно - к устройствам для анализа качества потока различных сыпучих материалов (углей, железных, полиметаллических, марганцевых, асбестовых и других руд) непосредственно на ленточном конвейере.

Известны Устройства для формирования потока сыпучего материала на ленте конвейера, включающие установленные на раме ограничители ширины потока, разравнивающий нож, полурессору из упругого листового материала, один конец которой закреплен на раме с возможностью прижатия другого конца, снабженного грузом, к потоку сыпучего материала, при этом груз связан с рамой при помощи рычагов, платформу для размещения на ней датчика контроля качества сыпучего материала, один конец которой шарнирно соединен с грузом, а дру- ; гой,- шарнирно соединен с рамой посредством рычагов, длина которых равна длине рычагов, связывающих груз с рамой 1.

Однако при работе конвейера в случае использования тяжелого груза материал будет сильно раздавливаться за пределы зоны контроля, а в случае использования легкого груза материал будет плохо разравниваться.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для анализа качества потока сыпучего материала на конвейерной ленте, содержащее закрепленную на станине конвейера портальную раму, к верхней части которой с помощью подвесок прикреплено шасси, несущее ролик, источник радиоактивного излучения и детектор, причем подвески выполнены в виде шарнирных параллелограммов, которые содержат нижние поперечины с шаровыми шарнирами, шасси по краям снабжено ребрами, и имеется возможность прижатия шасси к потоку сыпучего материала 2 .

В известном устройстве возможен анализ состава сыпучих материалов, которые можно представить в виде простых бинарных смесей. Такими простыми бинарныг ш смесями представлены лишь немногие типы углей от,Дельных месторождений и некоторые типы железных руд. Подавляющее большинство углей и -руд не могут быть представлены бинарными смесями. Так, например, в углях при постоянной зольности изменяется содержание железа и кальция, в железных рудах при постоянном содержании железа изменяется содержание марганца и тяжелых элементов. В этих случаях известное устройство не может применяться и-зза больших методических погрешностей при определении состава. . Целью изобретения является повышение точности измерения состава сыпучего материала, преимущественно угля, за счет уменьшения методической погрешности, вызванной изменениями влажности или колебаниями содержания мешающих примесей в сыпучем материале, при сохранении, простоты приборной реализации.

Указанная цель достигается тем,

0 что в устройство для анализа качества потока сыпучего материала, содержащее закрепленную на станине конвейера портальную раму, к верхней части которой с помощью подвесок

5 прикреплено шасси, несущее ролик, источник радиоактивного излучения и детектор, а подвески выполнены в виде шарнирных параллелограммов, дополнительно введены два фильтра из материалов с атомными номерами

0 более 50, установленные на ролике, ПРИВОД вращения ролика, коммутатор и два измерительных блока, каждый из которых состоит из одноканального амплитудного анализатора и счет5чика импульсов, причем фильтры вы. полнены в виде полуколец, образующих полых стакан., опоясывающий источник радиоактивного излучения, а выход детектора соединен со входом

0 коммутатора, два выхода которого соединены со входами измерительных блоков.

Использование двух сменных-фильтров у источника полиэнергетического

5 радиоактивного излучения позволяет, получить принципиально новое устройство - источник гамма-излучения со сменной энергией гамма-квантов. Разновременное взаимодействие этих гам0ма-квантов с сыпучим материалом и вьщеление обратно рассеянных материалом гамма-квантов позволяет проводить анализ состава уже не двухкомпонентных (как у прототипа), а трехкомпо- нентных сыпучих материалов, обхо5дясь при этом всего одним источником гамма-излучения, одним детектр- . ром и получая при этом высокую точность.

На фиг. 1 схематически представ0лено предлагаемое : устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид спереди; на фиг. 4 - схематический, разрез ролика устройства с укрупненной

5 электронной блок-схемой; на фиг.5 энергетический спектр источника рентгеновского излучения типа ИРИТ; на фиг. б - зависимость массового коэффициента ослаблениягамма-излучения свинцом, и вольфрамом; на

0 фиг. 7 (кривая А) - энергетический спектру попадающего на сыпучий материал гамма-излучения после свинцового фильтра с поверхностной плотностью ,743 на фиг. 7 5 (кривая Б) - энергетический спектр попадающего на сыпучий материал гам ма-излучения после вольфрамового фильтр.а с поверхностной плотностью ,555 г/смг Устройство для анализа качества. потока сыпучего материала состоит и конвейерной ленты 1 (фиг. 1-3), на которой находится слой сыпучего материала 2. На ставе конвейера 3 смо тирована портальная рама 4, к которой с помощью подвесок 5 и шарниров б прикреплено шасси 7,. несущее ролик 8 с ребордами 9.Ролик 8 с помощ шарикоподшипников 10(фиг.4)установлен на-оси 11-, которая вместе с шас си 7 составляет единую жесткую (например, сварную) конструкцию. К оси 11прикреплен контейнер-коллиматор 12с источником радиоактивно.го излучения 13, а также контейнер-колиматор 14 с детектором 15. Ролик 8 в области источника радиоак:тивного излучения 13 и детектора 15 выполнен в виде тонкостенного цилиндрического стакана 16, выполненного из материала повышенной прочности и малого атомного номера (например, из -стеклопластика).На оси 11 смонтирован привод вращения ролика, сос тоящий из электродвигателя 17, редуктора 18, приводной шестерни 19 и закрепленной на ролике 8 шестерни с внутренним зацеплением 20. На тор це 21 ролика 8 закреплен цилиндр 22, который в области источника радиоактивного излучения 13 состоит из- двух полуколец 23 и 24, образующих полый стакан, вращающийся вместе с роликом 8 вокруг оси 11. Выход детектора 15 .соединен со входом ком мутатора 25, два выхода которого соединены соответственно со входами одноканальных амплитудных анализаторов 26 и 27, выходы которых сое динены со входами счетчиков импульсов 28.и 29. Сигналы со счетчиков импульсов 28 и 29 могут подаваться в вычислительное устройство 30. Работа устройства для анализа ка чества потока сыпучего материала осуществляется следующим образом. Находящийся на ленте 1 сыпучий материал подается в зону контроля (направление движения материала показано на фиг. 1 и фиг. 2 сплошной линией со стрелкой). Поверхность ма териала сглаживается и частично уплотняется с помощью ролика 8, закрепленного на оси 11, составляющей с шасси 7 единую жесткую конструкцию. При изменении толщины слоя материала 2 ролик 8 поднимается или опускается с помощью подвесок 5, которые шарнирами 6 соединены с шас си. 7 и портативной рамой 4, смонти.рованной на ставе конвейера 3 (фиг. 1-3). Ролик 8 имеет реборды 9 которые предотвращают раздавливание материала за пределы ролика (по ширине) . Для предотвращения пробуксовки ролика по слою угля (что имеет место в прототипе) он. снабжен приводом, а для предотвращения налипания - скребком-очистителем (на фиг. 1-3 для упрощения скребок-очиститель не показан). Поэтому при работе конвейера ролик всегда остается чистым, расстояние от оси ролика 11 до слоя материала 2 остается неизменным при любых изменениях толцины слоя, а o,r.iia сторона оси все время o6pau.iena точно вниз, так как при изменении толщии.ы слоя шасси 7 с осью 11 совершает плоскопараллельные перемелдения , Коллимированный с помощью контейнера-коллиматора 12 поток гамма-квантов от источника излучения 13 Через полукольцо 24 (или 23) и тонкую стеклопластиковую стешсу 16 попадает на контролируемый материал 2. Рассеянное материалом гa -Lмa-излyчение попа.дает на детектор 15, На фиг. 4 пути прямых и рассеянных гамма-кзантов условно показаны сплошными линиями со стрелкаьш. Интенсивность попадающих на детектор 15 гамма-квантов обратно пропорциональна среднему атомному номеру материала, находящегося под роликом. Для анализа состава трехкомпонентного сыпучего материала необходимо иметь по крайней мере два сигнала, которые по-разному зависят от концентрациГ составляющи.х материал компонентов. Для повшиения точности определения состава материала необходимо повышать обусловленность peIilae Юй системы уравнений (система уравнений составлена зависимостям двух сигналов от концентраций компонентов и равенством единице сум.кы трех компонентов материала) . Теоретическим и экспериментальными исследованиями установлено, что обусловленчость системы уравнений выше в с-пучае использования двух источников гаг-лмаизлучения разных энергий и получения для каждой энергии соответствующего сигнала, нежели в случае ис-. пользования моноэнергетического или полиэнергетического (с непрерывным спектром) источника гамма-излучения и выделения из спектра падающего на детектор гамма-излучения двух- энергетических интервалов. Данкый вывод использован в изобретении для осуществления анализа трехкомпонентного сыпучего материала с высокой точностью. В устройств-е используется источник полиэнергетического гамма- излучения с непрерывным спектром, например источник рентгеновского излучения на основе -излучающего изотопа таллия-204типа ИРИТ. Энергетиче кий спектр гамма-квантов от источни ка 13 до фильтра показан на фиг. 5 Фильтры 23 и 24 выполнены из материала со средним атомным номером не менее 50, так чтобы максимум в энер гетическом спектре прошедшего через фильтр гамма-излучения приходился на энергии гамма-квантов не менее 29 кэВ, Другим требованием к материа 1у фильтров 23 и 24 является такое различие их атомных номеров, ко торое обеспечивает разность энергий К-скачков. поглощения и гамма-излучения материалами фильтров не менее 15-20 кэВ. В устройстве ис пользуется фильтр 24 из свинца с энергией К-скачка ЕК 88 кэв и фильтр 23 из вольфрама с энергией К-скачка ,5 кэБ. Энергетический спектр гамма-квантов после евин цового фильтра 24 поверхностной плотностью ,743 г/см показан на фиг. 7 (кривая А), а энергетичес кий спектр гамма-квантов после воль фрамового фильтра 23 поверхностной плотностью ,555 г/см показан на фиг. 7 (кривая Б). Спектры на фит. 7 могут быть получены соответствующим умножением интенсивностей исходного спектра источника ИРИТ на значение ехр (-(upd) для данного материала фильтра и данной энергии гамма-квантов. Для наглядности такой трансформации спектров на фиг. 6 приведены зависимости массовых коэф фициентов ослабления гамма-квантов фильтрами из свинца и вольфрама от энергии гамма-квантов. В процессе работы конвейера и устройства для анализа ролик враща€ тся с помощью привода, состоящего из электродвигателя 17 с редуктором 18 и зубчатой передачей с внутренни зацеплением 20, В течение первого полуоборота ролика между источником 13 и материалом 2 находится свинцовый фильтр 24 (фиг. 4), и на матери ал попадает .гамма-излучение, энерге тический спектр которого в основном лежит в диапазоне энергий от Е 88 кэВ до 70 кэВ (фиг. 7, кривая А). Рассеянные материалом гамма-кванты попадают на детектор 15, электрические импульсы с которого через коммутатор 25 подаются на одноканальный амплитудный анализатор 26, выделяющий импульсы, соответствующие гамма-квантам с энергией от 88 кэВ до 69,5 кэВ. На счетчик импульсов 28 попадают импульсы, средняя частота следования которых f, зависит от концентраций первого C , второго С2 и третьего Cj компонентов смеси ( {, К,С,-К2С2-К С,Л, где А - свободный член, зависящий от конструкции устройства, активности источника и типа детектора; соответственно чувствительности устройства к изменениям содержания первого, второго и третьего компонентов сыпучего материала, выраженные в единицах изменения скорости счета па единицу изменения соответствующей концентрации . В течение второго полуоборота ролика 8 между источником 13 и материалом 2 находится вольфрамовый фильтр 23, и на материал попадает гамма-излучение, энергетический спектр которого в основном лежит в диапазоне энергий от 69,5 до 50 кэВ {фиг. 7, кривая Б). Рассеянные материалом гамма-кванты попадают на детектор 15, электрические импульсы с которого через коммутатор 25 подаются на одноканальный амплитудный анализатор 27, .выделяющий импульсы, соответствующие гамма-квантам с энергией примерно от 60-65 до 2040 кэВ. На счетчик импульсов 29 попадают импульсы напряжения, средняя частота следования которых по иному, нежели в уравнении (1), зависит от концентраций компонентов ,-К5С2-КбС5 т в данном случае т.е. уравнения (1) и (2) независи друг от друга. Сигналы со счетчиков 28 и 2У, про порциональные частотам f и f, могут подаваться в вычислительное устройство 30, которое решая уравнение (1) и (2) совместно с уравнением С +С2+С 1, выдает сигналы об искомых концентрациях компонентов контролируемого материала. Таким образом, в результате использования изобретения ликвидируется техническое противоречие: для увеличения наделсности анализа требуется простое устройство с одним источником излучения и детектором и простыми низкостабильннми одноканальными амплитудными aнaлизaтopa ди, а. для увеличения точности анализа требуется сложное устройство с двумя разнесенными источниками излучения с разной энергией гамма-квантов, двумя разнесёнными детектора1 да и стабильными одноканальнымл амплитудными анализаторами. Применение сменных фильтров перед полиэнергетическим источником, приводавращения ролика, коммутатора и специального их соединения позволяет одновременно повысить и надежность и точность анализа состава. Дополнительными требованиями к работоспособности устройства с допустимой погрешностью является диапазон пропускаеких аналиэаторами 26 и 27 импульсов. Для анализатора 26 пропускаемые импульсы должны соответствовать гамма-ква там с диапазоном энергий от ,до . Анализатор 27 должен пропускать диапазон импульсов, соответств ющих гамма-квантам с энергией Обоснованием достижения цели сог ласно изобретению являются следующие результаты. Если в качестве источника излуче ния в известном устройстве использу ется радионуклид с моноэнергетическим потоком гамма-квантов (например типа америций-241), то с детектора можно получить лишь один сигнал, ко торый зависит от концентраций различных компонентов и поэтому однозначно определить состав углей и руд невозможно, так как они не могут быть представлены как бинарные смеси. Если же в качестве источника излучения в известном устройстве использовать радионуклид с полиэнерге тическим потоком гaм a-квaнтoв (например, рентгеновский источник из таллия-204) и проводить спектрометрию регистрируемого детектором гамма-излучения, то с детектора можно получить два сигнала, каждый из которых зависит от концентраций различных компонентов. Однако и в этом случае нельзя с удовлетворительной точностью определять состав углей и руд. Обусловлено это двумя причинами: оба сигнала с детектора взаимосвязаны друг с другом так как в низкоэнергетический канал попадают как низкоэнергетические од нократно рассеянные кванты, так и высокоэнергетические многократно ра сеянные гамма-кванты, а поэтому определитель получаемой систеьы уравнений близок к нулю и решить такую систему с приемлемой точностью нево можно; использование спектрометриче кого детектора и двухканального амплитудного дискриминатора в условиях значительных колебаний влажности и температуры на горнорудных предприятиях без дополнительных мер по их стабилизации невозможно. Изобретение устраняет оба недостатка. Использование смеиных фильтров даже при использовании интегрального детектора позволяет получить два независимых друг от друга CSгнала. При этом точность измере11ия состава значительно выше. Так, например, при использовании источника излучения из таллия-204, сцинтилляционного детектора, из Nal(Tl) размером 4()Х10 мм и фотоумножителя ФЭУ-93 с двухканальным амплитудным а.1ал1 заторо; 1 кенозможно определить независимо друг от. друга золу и железо в угле с приемлемой точностью. Если же используется тот же источник из таллия-204, детектор и сменные фильтры из свинца и вольфраь.а, то точность раздельного определения золы и железа в угле возгастает более,чем на порядок, так как сигналы с детектора менее зависимы между собой (в первом случае значение детерм канта меньше 0,2, а во втором - величина детерминанта не меньше 7, т.е. определенность решаемой С 5стемы уравнений увеличивается более чем в. 35 раз). Применение предлагаемого устройства для анализа качества угля на ленте конвейера транспортера позволяет проводить одновременное определение зольности 1 серы (по велич1 Не соддержания железа.) в угле с относительной погрешностью не более 2-5% , -Экономический эффект от пршченения одного устройства KOHTpOJiii кач;сства угля составляет не менее 50 тыс,руб, в год (годовая потребность в устройствах для прс дпрнятий М1;нуглг-ирома СССР составляет около 100 шт.).

6

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ПОТОКА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА НА ЛЕНТЕ КОНВЕЙЕРА, преимущественно угля, содержащее закрепленную на станине конвейера портальную раму, к верхней части которой с помощью подвесок прикреплено шасси, несущее ролик,- источник радиоактивного излучения и детектор, а подвески выпол. нены в виде шарнирных параллелограм-. мов, отличающее С- я тем, что, с целью повышения точности .из. мерения при сохранениипростоты при- борной реализации, оно дополнительно снабжено двумя фильтрами из материалов с атомными номерами более 50, установленными на ролике, приводом вращения ролика, коммутатором и двумя измерительными блоками, каждый из. которых состоит из одноканально го амплитудного анализатора и счетчика импульсов, причем фильтры выпол- нены в виде полуколец, образующих щ полый стакан, опоясывающий источник радиоактивного излучения, а выход детектора соединен с входом коммутатора, два выхода,, крторого соединены с входами измерительных блоков. ОО и) ф

50 (pus. 6

Е,

fOO

E,S

/00