Устройство для получения дисперсных систем в жидкой среде Советский патент 1988 года по МПК B01F11/00 G05D27/00 

Фг/г/

Изобретение относится к вибраци- онной технике и может быть использо- вано для получения и переработки различных веществ с помощью режима ре- , зонансного виброперемешивания (вибро- турбулизации) в химической, микробиологической, нефтяной, пишевой и других отраслях промьшшенности.

Целью ивобретеиия является улуч- fg шение качества продукции за счет по- вьшения устойчивости режима резонансного виброперемешивания.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для получения дисперсных 15 систем в жидкой среде; на фиг. 2. - блок-схема электронного блока настройки; на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика изменения давления (Р) в колеблющейся газожидкост-20 ной среде; на фиг. 4 - фазочастотная характеристика изменения давления в колеблющейся газожидкостной фазе; на фиг. 5 - блок-схема электронного блока настройки с згправлением по фазо- 25 частотной характеристике; на фиг,6 - схема блока задержки.

Устройство содержит (фиг. 1) сосуд 1 с входным и выходным патрубками, установленный на подвижной платформе 39 вибратора 2, электрические цепи которого связаны с усилителем 3 мощности. 1 Б полости сосуда 1 на его стенке установлен датчик 4 давления, выход которого соединен с входом электронного блока 5 настройки, подключенного 35 к входу усилителя 3 мощности вибрато- В 2.

Электронный блок 5 настройки (фиг. 2) содержит генератор 6 такто- .р вых импульсов, который через вентиль 7 соединен с входом реверсивного счетчика 8 импульсов. Выходы счетчика 8 импульсов подключены к соответствующим входам цифроаналогового пре--дс образователя 9. Датчик 4 давления подключен к согласующему преобразова- телю 10,вь1ход которого одновремен- но подключен к входам компаратора 11 и инвертирукнцему входу дифференци- - ального усилителя 12. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12 соединен с выходом блока 9, а выход подключен к входу преобразователя 13 напряжения в частоту. Между компарато-i ром 11 и вентилем 7 включена схема И-НЕ 14, а выходы преобразователя 10 и генератора 6 соединены с входами блока 15 задержки. Выход блока 15 задержки подключен к входу схемы И- НЕ 14.

При использовании настройки по фа- зочастотной характеристике в схему электронного блока 5 настройки включается фазовый детектор 16 (фиг. 5), вход опорного сигнала которого подключен к выходу преобразователя 13 напряжения в частоту. Блок 15 задержки (фиг. 6) содержит компаратор 17, триггер 1§, вентиль 19, а также счетчики 20-22. По цепи 23 подается сигнал, соответствующий заданному значению давления (Р) в сосуде 1; цепь 24 соединяет выход преобразователя 1 3 с усилителем 3 мощности (т.е. является выходом блока 5 настройки;.цепь 25 является входом согласующего преобразователя 10 (является первым входом блока 10 настройки); цепь 26 - входом фазового детектора 16; цепь 27 - выходом генератора 6; цепь 28 - первым входом блока 15 задержки; цепь 29 - выходом блока задержки.

Устройство работает следующим образом..

При включении питания электронный блок 5 настройки выдает на своем выходе гармонический сигнал с переменной частотой, изменяющейся в диапазоне от f,

маис

ДО f,

Этот сигнал

nocTjmaeT в усилитель 3 мощности, которьш своим выходным сигналом вынуждает подвижную платформу вибратора 2 с размещенным на ней сосудом 1 колебаться с частотой сигнала. При приближении частоты колебаний к области частот, соответствующей режиму резонансного виброперемешивания (fp, фиг.З), в жидкости, колеблющейся в сосуде 1, наблюдается повьшение динамического и статического давлений (фиг.З). Это ведет к увеличению выходного сигнала датчика 4 давления. По достижению выходным сигналом датчика 4 заданного значения напряжения Ug, соответствующего давлению PQ, в блоке 5 настройки вырабатывается команда на фиксацию частоты f,, , после чего блок 5 настройки переходит в режим непрерывного слежения за процессом виброперемешивания.

Блок 5 настройки работает следующим образом.

Генератор 6 тактовых импульсов вьщает непрерывную последовательност импульсов с частотой f , которые, проходя через первоначально открытьв

вентиль 7, изменяют состояние очетчи- ка 8 от некоторого занесенного в него кода N до нуля. Число N соответствует максимальной частоте колебаний сосуда и может изменяться благодаря смене кода, предварительно заносимого в с етчик 8, Цифроаналого- вый преобразователь 9, подключенный к выходам счетчика 8, преобразует код в счетчике в напряжение пилообразной формы, изменгпощееся от .до О, где , Кц - коэффициент преобразования блока 9. Период напряже- .ния пилообразной формы составляет и выбирается исходя из особен- ностбй процесса виброперемешивания конкретной жидкости в сосуде известных размеров.

Напряжение с выхода цифроаналого- вого преобразователя 9 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12, С выхода усилителя

12пилообразное напряжение следует

на вход преобразователя 13 напряжения в частоту. Напряжение с формой, близкой к синусоидальной, с выхода блока

13поступает на вход усилителя 3 мощности. Частота колебаний сосуда 1 с жидкостью изменяется при этом от «акс мо« Кп (К„ - коэффициент преобразования блока 13) до О соответственно изменению пилообразного напряжения. Амплитуда сигнала, подаваемого на усилитель 3 мощности, при этом неизменна. При изменении частоты от

лакс частоте/„ fp наблюдаются кратковременные пульсации давления, по амплитуде превосходящие амплитуду установившихся колебаний на резонансной частоте f«, Природа этих пульсаций объясняется неустаног вившимся движением образующихся газовых пузырей, с верхней части ко дну сосуда. После некоторой выдержки на частоте f, весь объем сосуда равномерно насыщается газовыми пузырями и давление снижается (фиг, 3).

Эти пульсации давления могут привести к ложному срабатыванию блока настройки и его неустойчивой работе. Для исключения ложных срабатываний в б.поке 5 настройки предусмотрен блок 15 задержки.

Компаратор 17 (фиг, 6), входящий в блок 15 задержки, имеет дорог срабатывания, больший чем Up, но меньший чем амплитуда дульсаций. При первом скачке давления на частоте f компаратор 17 срабатывает и устанавливает триггер 18 в единичное состояние, блА годаря чему открывается вентиль 19 и в счетчик 21 начинают поступать импульсы от генератора 6. Число импульсов, подсчитьшаемых счетчиком 21, больше, чем число возможных пульсаций давления, которое заранее известно. Потенциал на выходе счетчика 21 открывает вентиль 20 и начинается счет импульсов в счетчике 22. Потенциал на выходе счетчика 22 появляется через отрезок времени, который выбирается большим, чем постоянная времени фильтра низкой частоты, входящего в состав согласующего преобразователя 10. Отсутствие потенциала на выходе счетчика 22 блокирует прохождение сигнала срабатывания компаратора 11 к вентилю 7 до момента достижения частоты, близкой к fр.

Таким образом, блок задержки исключает влияние пульсаций давления на частоте f.

По мере изменения частоты колебаний сосуда I с жидкостыо изменяется динамическое и статическое давление в объеме жидкости, достигая своего максимума при некоторой частоте fp. Соответственно изменению давления изменяется выходной сигнал датчика 4. Как только напряжение сигнала датчика 4 достигнет значения Ug, что соответствует давлению Р , при частоте fg 5 достаточно близкой f« (), срабатывает компаратор , подключенный к выходу согласующего преобразователя 10. Функцией блока 10 является преобразование выходного сигнала датчика 4 давления в постоянное напряжение, пропорциональное давлению Р. Поэтому если датчик 4 является датчиком статического давления, то в состав блока 0 входит усилитель постоянного тока и сглаживаощий фильтр, а если датчик 4 является датчиком динамического да ления, то в блок 10 должны входить усилитель переменного тока, выпрями- тель и сглаживающий фильтр.

После срабатывания компаратора I1 его выходной сигнал изменяется от Зфовня логического нуля до уровня логической единицы и на выходе схема №-НЕ 14 оказывается низкий потенциал (при высоком уровне на выходе счетчика 21). Этим низким потенциало закрывается вентиль 7, и счет импульсов в счетчике 8 прекращается, в счетчике остается коДд. соответствующий частоте f , Блок 5 настройки переходит в режим слежения.

Непрерывное протекание жидкости через колеблющийся сосуд 1 ведет к

изменению резонансной частоты- газожидкостной системы. Это сопровождается падением давления в жидкости и ухудшением качества получаемых продуктов е.. Отклонение давления от заданного

уровня Р- ведет к отклоненшо.сигнала

(фиг. 4) колеблющейся газожидкостной среды не имеет экстремальных точек, в связи с чем удается осуществить на- 5 стройку точно на частоту f по фазовому сдвигу , соответствующему , этой ча стоте. При отклонении частоты в обе стороны от f производная Зср

10

х- сохраняет знак, благодаря чему в

СГГ

следящем режиме осуществляется поддержание давления в точке f. . Для амплитудно-частотной характеристики в

9Р

на выходе дифференциального усилите- точке fp производная g- изменяет.знак.

ля 12 от у{эовня, зафиксированного первоначально при частоте f. Это отклонение с помощью блока 13 вызывает изменение частоты колебаний сосуда таким образом, чтобы JQ давление в сосуде стало равным заданному Р при новой частоте f., также соответствующей режиму резонансного виброперемешивания. Уровень давления

и точная настройка в следящем режиме на частоту fp невозможна, так как следящая обратная связь в блоке настройки при переходе через f. становится из отрицательной положительной.Вследствие этого.для первого варианта бло- ка настройки рабочую точку приходится выбирать на скате амплитудно-частотной характеристики, где производРд определяется заранее и в виде соответствующего уровня напряжения и подается по цепи 23 на свободный вход компйратора 11,

Частота несколько отличается от частоты fрJ соответствующей максиму- му давления Это отличие-вызвано не- обходимостью работы блока настройки иа скате амплитудно-частотной характеристики давления, оно не сказывает- ся на качестве получаемых продуктов, поскольку частота принадлежит к области, в которой наблюдается режим резонансного виброперемешивания.

Возможно построение схемы блока настройки с использованием характерных точек фазочастотной характеристики колеблющейся газожидкостной среды (фиг, 5). При в разрыв цепи меж- ду инвертирующим входом дифференциального усилителя 12 и выходом датчи-. ка 4 давления включается фазовглй детектор 16.5 имеющий сглаживающий фильтр. Вход опорного сигнала детек тора 16 подключается к выходу блока 13,

В качестве датчика 4 давления здесь может быть датчик динамического давления. Вход компаратора I1 подключается к выходу, фазового детектора 16, Согласующий преобразователь 10 при этом исключается.

Работа блока настройки с фазовым детектором на первом этапе отличает- ся тем, что фазовая х;арактеристика

(фиг. 4) колеблющейся газожидкостной среды не имеет экстремальных точек, в связи с чем удается осуществить на- стройку точно на частоту f по фазовому сдвигу , соответствующему , этой ча стоте. При отклонении частоты в обе стороны от f производная Зср

х- сохраняет знак, благодаря чему в

СГГ

следящем режиме осуществляется поддержание давления в точке f. . Для амплитудно-частотной характеристики в

9Р

точке fp производная g- изменяет.знак.

и точная настройка в следящем режиме на частоту fp невозможна, так как следящая обратная связь в блоке настройки при переходе через f. становится из отрицательной положительной.Вследствие этого.для первого варианта бло- . ка настройки рабочую точку приходится выбирать на скате амплитудно-частотной характеристики, где производорнал х- в некоторой окрестности f сох раняет знак.

В блоке настройки с фазовым детектором первоначально осуществляется режим поиска и определения точки fp с максимальным давлением Р-. При изменении частоты от до Гд,, фаза колебаний жидкости изменяется от - н до О, а фаза сигнала датчика давления от - iT+tfg до 0+Cpg, где cpg - фазовый сдвиг, вносимый непосредственно вибратором 2 с усилителем 3 мощности.

По достижении частоты f фаза сигнала на входе Аазового Детектора

,,1г

16 составляет - - +4g, а на выходе

5

0

5

фазового детектора .1

16 напряжение составляет Ид. При этом срабатывает кокг- паратор II, отключая через вентиль 7 счет импульсов в счетчике 8 и изменение частоты возбуждения колебаний,, и блок 5 настройки переходит в следящий режим работы. При отклонении, фазы колебаний от заданного зна1Г

2

на выходе фазового детектора 16 появляется сигнал рассогласования в виде уровня постоянного напряжения &Up U(C|i)-U, который, воздействуя на вход блока 13, изменяет частоту сигнала возбуждения так, чтобы свести с игнал рассогласования к нулю.

чения - - +1рц в ту или иную сторону

Таким образом, в колеблющейся га- эожидкостной среде поддерживаются колебания на частоте fp, соответствующей максимуму динамического давления и оптимальным параметрам режима виброперемешивания .

Формула изобретения

1. Устройство для получения дисперсных систем в жидкой среде, содержащее сосуд, установленный на .платформе вибропривода, входной и выходной патрубки, вибропривод и элемент стабилизации режима резонансного виброперемешивания , отличающееся тем, что, с целью улучшения качества продукции за счет повышения устойчивости режима резонансного виб- роперемешивания, оно дополнительно содержит датчик давления, установленный в полости сосуда, усилитель мощности, причем элемент. Стабилизации режима резонансного вибропереме- шивания выполнен в виде электронного блока настройки, содержащего генератор тактовых импульсов, вентиль, схему И-НЕ, реверсивный счетчик импульпервый вход которой соединен с выходом компаратора, а второй - с выходом блока задержки, выход цифроанало- гового преобразователя соединен с неинвертиругощим входом диффереяциаль- ного усилителя, вход преобразователя напряжения в частоту соединен с выходом дифференциального усилителя, а его выход - с усилителем мощности виб ропр ив ода.

- 2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что согласующий преобразователь вьшолнен в виде фазового детектора, один вход которого соединен с датчиком давления, а другой - с выходом преобразователя напряжения в частоту.

3. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что блок задержки содержит компаратору триггер; два вентиля и два счетч жа, при этом первым входом блока задержки является вход компаратора, выход которого . соединен с единичным входом триггера, а единичный выход последнего связан с первым входом блока задержки, причем выход первого вентиля связан с

Изобретение относится к вибрационной технике, может быть использовано для получения и переработки различных веществ в химической, нефтяной и др. отраслях промьштенности и позволяет улучшить качество продук- щш за счет повышения устойчивости режима резонансного виброперемёпшва- ния. Устройство для получения дисперсных систем в жидкой среде содер- зкит сосуд 1, установленный на подвкж- йой платформе вибратора 2, электри- ческие цепи которого связаны с усилителем 3 мощности, и датчик 4 давления, выход которого соединен со входом электронного блока 5 настройки, подключенного к входу усилителя 3 мовг., мости вибратора 2.2 з.п. ф-лы, S 6 ил.

сов, цифроаналоговый хфеобразователь, -- входом первого счетчкка, выход кото

блок задержки, компаратор, дифференциальный усилитель, согласзпощий преобразователь и преобразователь напряжения в частоту, при этом датчик давления соединен с входом согласующего преобразователя, выход которого соединен с входом компаратора, инвер- тируищим входом дифференциального усилителя и первым входом блока задержки, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом вентиля и вторым входом блока задержки, выход вентиля соединен с входом счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя, второй вход вентиля соединен с выходом схемы И-НЕ,

35

40

45

рого соединен с вторым входом второго вентиля, а первьй вход первого вентиля соединен с выходом триггераs. а его выход - с входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго вентиляS выход второго вентиля соединен с входом второго счетчика, выход компаратора соединен с единичным входом триггера, а его вход является первым входом блока задержки, вторые входы вентилей соединены между собой и являются вторым входом блока задержки, вход второго счетчика соединен с к.1ходом второго вентиля, а его выход - с нулевым входом триггера и является выходом блока задержки.

5

0

5

рого соединен с вторым входом второго вентиля, а первьй вход первого вентиля соединен с выходом триггераs. а его выход - с входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго вентиляS выход второго вентиля соединен с входом второго счетчика, выход компаратора соединен с единичным входом триггера, а его вход является первым входом блока задержки, вторые входы вентилей соединены между собой и являются вторым входом блока задержки, вход второго счетчика соединен с к.1ходом второго вентиля, а его выход - с нулевым входом триггера и является выходом блока задержки.

г

Фигг

jf

гз

26

16

/г

12

п

28

I

23

п

74

rj

2U

-

Фиг. 5

Т:

го

21

zt

19

Фиг. 6