Способ определения физико-механических характеристик мелкодисперсных сыпучих материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к определению физико-механических свойств сыпучих материалов, необходимых для расчета бункеров, течек, трубопроводов, питателей, и может быть использовано в коксохимической, химической, металлургической строительной и др. отраслях промышленности.

Известен способ испытания на сдвиг материалов при непрерывной продувке плоскости сдвига воздухом. Способ осуществляется при помощи модифицированной установки линейного плоскостного сдвига следующим образом: исследуемый материал послойно загружается в полость подвижной и неподвижной полуматриц и для достижения равномерной плотности по всему объему образца послойно уплотняется. После приложения к верхней части сыпучего материала вертикальной силы V(H) и подачи в нижнюю неподвижную полуматрицу требуемого количества воздуха, аэрирующего сыпучий материал, что контролируется по величине давления воздуха внутри образца, фиксируется величина усилия S(H), сдвигающего подвижную полуматрицу относительно неподвижной. Указанные операции

о со ю ел о

повторяются для нескольких значений вертикальной силы. Полученные результаты используются для определения коэффициента внутреннего трения (его величина равна тангенсу угла наклона прямой, построенной по экспериментальным точкам в координатах V (ось абсцисс) - S (ось ординат)).

Наиболее близким техническим решением является способ определения коэффициента бокового давления сыпучего материала, заключающийся в загрузке и уплотнении послойно сыпучего материала (для достижения равномерной плотности) до верха полого разъемного цилиндра, скрепленного двумя круговыми манжетами, снабженными тензодатчиками, приложении к верхней горизонтальной поверхности материала вертикального усилия Vyi(H) и регистрации вертикальной силы давления на дно цилиндра Vy2(H) и горизонтальной силы давления на стенки цилиндра VX(H). Коэффициент бокового давления определяется на основании полученных данных по формуле

{.

2-Ух

Vyl + Vy2

Недостатками известного способа являются: врзможность определения только одной физико-механической характеристики - коэффициента бокового давления и определение данной характеристики только для уплотненного состояния сыпучего материала. Результаты могут быть использованы при расчете промышленных аппаратов значительной емкости, где перерабатывается уплотненный сыпучий материал, но их нельзя применить при расчете желобов и трубопроводов.

Целью изобретения является повышение информативности путем определения не только коэффициента бокового давления, но и коэффициента внешнего трения, а также обеспечение определения указанных параметров для материалов, насыщенных воздухом.

Поставленная цель достигается следующим образом: сыпучий материал поступает с постоянной скоростью в полый цилиндр. Одновременно в нижнюю часть цилиндра подается воздух для более полного насыщения им формируемого образца исследуемого вещества. При окончании загрузки сыпучего материала прекращается подача воздуха и определяются величины следующих параметров: высоты слоя материала (h, м), силу давление (Pg, H) erg на дно цилиндра, а также избыточного давления воздуха

(Рв, Н/м ) в нижней части цилиндра. Эти параметры получены для сыпучего материала, находящегося в состоянии насыщения воздухом. Избыточный воздух из сыпучего

материала удаляется при его уплотнении под действием собственного веса, через определенный промежуток времени (например, для пыли УЗМ ЗСМК - 30 мин), Удаление избыточного воздуха из сыпучего

материала контролируется изменением избыточного давления внутри сыпучего материала (U-образным манометром) и изменением давления на дно емкости (по электрическим весам). Повторный замер

указанных выше параметров (Pi, H) производится при исчезновении избыточного давления воздуха, т.е. после удаления его в процессе уплотнения сыпучего материала под действием собственного веса. Это состояние характеризуется стабилизацией объема исследуемого вещества и прекращением возрастания давления на дно цилиндра.

Полученные результаты используются

для расчета коэффициентов внешнего трения и бокового давления насыщенного воздухом сыпучего материала.

Коэффициент бокового давления (Јь) на- сыщенных воздухом сыпучих материалов

определяют из выражения:

.Рь-4Р1+5р2рЬх

Р1

х|ь)

D

40

vfTlD Pi -4 2 +ЛГР2 Pb & ч

л (g§ь;,

где D - диаметр испытательного цилиндра, H;

М - вес образца, Н;

f - коэффициент внешнего трения сыпучего материала (без воздуха), взятый из справочника, либо определенный стандартным методом наклона пластины из исследуемого материала.

Величину коэффициента внешнего тре- ния (fe) насыщенных воздухом сыпучих материалов рассчитывают по формуле:

Cvn Г-4 & h fi.-j- 1-4P2h -Јbf.

exp( g fb)-l M .D ть

Пример. Для исследования берется навеска §ecqM 1,55 Н сыпучего материала (в нащем случае - пыли, уловленной в циклонах автономной системы отсоса углезагрузочной машины коксовой батареи № 1 Западно-Сибирского металлургического комбината), Пыль сохраняется в эксикаторе для поддержания постоянной влажности в течение всего времени испытания. Подача ее в цилиндр осуществляется с постоянной скоростью. Одновременно в течение всего времени загрузки в нижнюю часть формирующего слоя подается воздух. Сразу после завершения загрузки пыли произво- дим замер силы давления образца на дно цилиндра (Р2, Н), избыточного давления воздуха внутри образца (Рв. Н/м ), высоты образца материала (h, м).

После полного исчезновения избыточ- ного давления воздуха () выполняем повторный замер высоты образца сыпучего материала (Н, м) и силы давления образца на дно цилиндра (Pi, H).

Полученные результаты приведены в табл.1.

Коэффициент внешнего трения угольной пыли (без воздуха) определен стандар- тным методом наклона пластины, изготовленной как и цилиндр из стали 3. Его величина - 0,70 (f).

Далее по формулам (1) и (2) рассчитаны значения коэффициентов бокового давления (Јь)и внешнего трения (fB) насыщенного воздухом материала. Полученные результа- ты представлены в табл. 2.

Формула изобретения

Способ определения физико-механических характеристик мелкодисперсных сыпучих материалов, заключающийся в том, что формируют в испытательном цилиндре образец материала, уплотняют его и затем определяют силу PI давления материала на дно цилиндра, с учетом которой определяют коэффициент бокового давления сыпучего материала, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем определения не только коэффициента бокового давления, но и коэффициента внешнего трения, а также обеспечения определения указанных параметров для материалов, насыщенных воздухом, формирование образца осуществляют при непрерывном насыщении его воздухом, перед уплотнением образца определяют силу Р2 давления материала на дно цилиндра, высоту h образца и избыточное давление Рв воздуха внутри образца, удаляют воздух в процессе уплотнения сыпучего материала и после его удаления дополнительно определяют высоту Н образца, величину коэффициента Ј бокового давления определяют с учетом измеренных параметров, а по величинам Ј1, h и Ра определяют коэффициент внешнего трения сыпучего материала.

Таблица 1

Изобретение относится к способам определения физико-механических характеристик насыщенных воздухом сыпучих материалов. Эти свойства необходимы для / расчета оборудования при складировании выпуска и перемещения указанных веществ. Целью изобретения является повышение информативности путем определения не только коэффициента бокового давления, но и коэффициента внешнего трения, а также обеспечение определения указанных параметров для материалов, насыщенных воздухом, В момент загрузки сыпучего материала в испытательный цилиндр происходит насыщение его воздухом. Замер технологических параметров проводится сразу после загрузки материала и прекращения подачи воздуха, затем при исчезновении избыточного давления внутри сыпучего материала. Использование такого рода данных для расчета транспортных средств позволит обеспечить бесперебойное перемещение сыпучих материалов, повысит надежность работы оборудования и улучшит условия труда на рабочих местах. 2 табл. СП с