Устройство для определения электризуемости сыпучих материалов Советский патент 1993 года по МПК H05F1/00 

Изобретение относится к технике защиты от вредных проявлений статического электричества. Оно может найти применение во всех отраслях промышленности, где происходит образование зарядов статического электричества в процессе получения, переработки, транспортирования сыпучих материалов, - в химической, горнодобывающей, пищевой и т.п. Объективные данные об электризуемости веществ необходимы при

обеспечении электростатической безопасности производственных процессов и качественном выполнении технологических операций, так как заряды статического электричества создают опасность возникновения аварийных ситуаций и технологические помехи, Данные об электризуемое™ используются также при подборе конструкционных материалов, обеспечивающих наименьший уровень электризации.

Цель изобретения - повышение точности и экономичности измерения электризу- емости сыпучих материалов.

На чертеже представлено устройство, позволяющее повысить точность и экономичность определения электризуемости сыпучих материалов.

Устройство состоит из верхней 1 и нижней 3 частей полого вертикально расположенного цилиндра. Части цилиндра соединены между собой диэлектрической втулкой 2. Цилиндрическая часть 1 имеет вверху некоторое расширение для удобства загрузки вещества, над ее входом установлен рассекатель потока 5. Под нижней частью цилиндра расположена приемная емкость 4. Измерительные приборы 6 подключены к емкости 4. .

Устройство работает следующим образом. Навеска материала равномерно по окружности ссыпается в кольцевой зазор, образованный рассекателем потока и расширяющейся частью верхнего цилиндра. Рассе- ка тель направляет поток материала на внутреннюю поверхность. Под действием силы тяжести материал перемещается вниз вдоль внутренней поверхности верхнего цилиндра, контактируя с ним и электризуясь. Образующийся электростатический заряд пристенного слоя регистрируется измерительным прибором, соединенным с верхним цилиндром. Пройдя верхний цилиндр, пристенный слой обрывается у диэлектрической втулки, движение потока материала приобретает турбулентный характер и внутри нижнего цилиндра происходит электризация образовавшейся аэровзвеси. Электростатический заряд аэровзвеси регистрируется прибором, соединенным с нижним цилиндром. Та часть вещества, которая не контактирует и не электризуется о внутреннюю поверхность цилиндров, не оказывает влияния на показания приборов. Это объясняется тем, что при непрерывном по: токе даже предварительно заряженного вещества оно при входе и выходе из цилиндра образует равные по величине и противоположные по знаку наведенные электростатические заряды, которые компенсируют сами себя. Навеска материала, пройдя верхний и нижний цилиндры в виде пристенного слоя и аэровзвеси и приобретя при этом соответствующие электростатические заряды, поступает в приемную емкость. Прибор, соединенный с емкостью, измеряет суммарный заряд навески, который определяется электростатическими зарядами пристенного слоя, аэровзвеси и собственным зарядом материала. (Собственный электростатический заряд - это тот начальный заряд, который имеет навеска вещества при загрузке в верхний цилиндр. Он обычно приобретается материалом при получении и сохраняется длительное время); Собственный электростатический заряд материала находится как разница между суммарным зарядом, измеренным с приемной емкости, и зарядами пристенного слоя и аэровзвеси.

Для работы устройства важное значение имеет внутренний диаметр цилиндров. Чем он меньше, тем выше уровень электризации материала и легче измерить ее параметры. Однако, при малом диаметре материал не будет ссыпаться, а будет зависать в цилиндрах. Сыпучесть материала определяется диаметром сводообразования и углом естественного откоса. Для того, чтобы вещество ссыпалось, необходимо, чтобы внутренний диаметр был не меньше диаметра сводообразования; чрезмерное увеличение диаметра потребует увеличения расхода материала и трудности получения пристенного слоя.

Основными отличительными признаками предлагаемого устройства являются геометрические параметры изолированных друг от друга верхнего и нижнего цилиндров и диэлектрической втулки. На основании законов гидродинамики жидкостей и сыпучих

материалов, а также проведенных экспериментальных работ установлено, что по мере ссыпания материала в виде пристенного слоя вдоль высоты цилиндра происходит снижение его концентрации, отслоение от

стенки, появление турбулентных вихрей. Чем меньше высота ссыпания, тем однороднее пристенный слой. Однако, при высоте меньшей, чем один внутренний диаметр цилиндра, уровень электризации материала

снижается и измерение электростатического заряда затруднено. Установлено, что при высоте ссыпания, не превышающей трех диаметров цилиндра, процессы, влияющие на сплошность пристенного слоя, не ярко вы5 ражены и он-остается достаточно однородным. По мере увеличения высоты ссыпания пристенный слой теряет свою однородность и в нижнем цилиндре переходит в состояние аэровзвеси. Чтобы более активно разру0 шить пристенный слой при переходе его из верхнего цилиндра в нижний, усилить турбулентность потока, приводящую к созданию аэровзвеси, предлагается диэлектрическая втулка, разделяющая цилиндры, в виде усе5 ценного перевернутого конуса, больший диаметр которого превышает внутренний диаметр цилиндров. В результате этого пристенный слой, пройдя верхний цилиндр, обрывается, расширяется, заполняя полость втулки, и по мере опускания наталкивается

на выступ, образованный конической поверхностью втулки и внутренней поверхностью нижнего цилиндра. Все это вместе разрушает пристенный слой, способствует еготурбулизации. Чтобы не было зависания вещества на поверхности втулки, угол наклона ее образующей должен превышать относительно горизонтали угол естественного откоса вещества.

Образование аэровзвеси приводит к уменьшению количества контактов частиц материала с поверхностью нижнего цилиндра, поэтому, чтобы осуществить измерение электростатического заряда, необходимо удлинить нижний цилиндр по сравнению с верхним. Как показали эксперименты, увеличение высоты нижнего цилиндра в три раза по сравнению с верхним достаточно для осуществления измерений. Дальнейшее увеличение нецелесообразно, так как количество контактов частиц с поверхностью цилиндра становится незначительным. Изменять диаметр нижнего цилиндра по сравнению с верхним не следует, так как это способствует появлению дополнительных факторов, влияющих на процесс электризации.

В соответствии с предлагаемой формулой изобретения был изготовлен стенд с диэлектрической втулкой черт, DOOMS .0023-00. Верхний и нижний цилиндры, приемная емкость изготовлены из нержавеющей стали, диэлектрическая втулка - из фторопласта. (Возможно изготовление цилиндров из неэлектропроводных материалов , но тогда снаружи вплотную по высоте цилиндров должны быть установлены ме-. таллические экраны, размеры которых соответствуют формуле изобретения и которые соединяются с соответствующими измерительными приборами). Внутренний диаметр цилиндров 20 мм, угол наклона образующей втулки 60°. Измерение электростатического заряда проводилось по методу токов электризации, в связи с чем к каждому цилиндру и приемной емкости были подключены измерители типа Н-391-1, состоящие из усилителя постоянного тока И-37 и самопишущего миллиамперметра Н391. Это позволило одновременно измерять токи электризации, характеризующие электростатические заряды сыпучего вещества, находящегося в виде пристенного слоя, аэровзвеси, и суммарный заряд, по которому рассчитывается собственный заряд материала.

Испытание устройства проведено на двух сыпучих материалах: винилите и мела- мине. Из каждого материала готовились навески по 300 г. При ссыпании навесок

одновременно измерялись токи электризации цилиндров и приемной емкости. На основании измеренных токов получены следующие значения электростатических 5 зарядов материалов в мкКл (см.таблицу),

Полученные данные подтверждают правильность работы предложенного устройства и хорошо согласуются с общепринятыми представлениями о процессе электризации

0 сыпучих веществ.

Наибольший электростатический заряд приобретает пристенный слой, он делает самый заметный вклад в процесс электризации материала. Полученные значения под5 тверждают, что в верхнем цилиндре образуется пристенный слой и измеряется именно его уровень электризации.

Для электризации аэровзвеси характерно появление частиц вещества, заряженных

0 разным знаком. Их наличие подтверждают результаты измерений параметров нижнего цилиндра, следовательно, в нем находится аэровзвесь, Электростатический заряд приемной емкости позвомтет определить собст5 венный заряд материала как разницу между .этим зарядом и суммой избыточных зарядов пристенного слоя иаэровзозси.

Устройство позволяет всесторонне определять электризуемость сыпучих матери0 алов при наличии навески одной массы, что значительно снижает трудозатраты и расход материала на изм грение. Точность проводимых измерений на предложенном устройстве значительно выше, чем при ис5 пользовании прототипа, так как для каждого состояния материала достаточно провести одно измерение на навеске одной массы, а на прототипе их необходимо выполнить не менее 5, что приводит к соответствующему

0-увеличению погрешности. Благодаря простоте конструкции устройства и его эксплуатации оно найдет широкое применение в различных отраслях промышленности. Внедрение устройства намечено на 1992

5 год.

Формула изобретения Устройство для определения, электризу- емоет1- сыпучих материалов, содержащее вертикальный полый цилиндр с внутренней

0 контактной поверхностью, над входом в который размещен рассекатель потока, а воз- ле выхода-приемная емкость, соединенная с измерительным прибором, отличаю щ- е е с я тем, что, с целью повышения точно5 сти измерений экономичности устройства, цилиндр разделен по высоте диэлектрической втулкой в соотношении 1:3, на верхнюю и нижнюю части, каждая из которых имеет клемму для подключения измерительного прибора, высота верхней меньшей ча-.

сти цилиндра не превышает утроенного значения диаметра сводообразования исследуемого материала, диэлектрическая втулка выполнена с сужающимися книзу коническим центральным отверстием,нижний ди- 5 чего материала.

аметр которого равен внутреннему диаметру цилиндра, а угол наклона стенок отверстия к горизонтали превышает угол естественного откоса, исследуемого сыпу

Использование: устройство для определения злектризуемости сыпучих материалов. Предлагаемое устройство позволяет всесторонне определять электризуемость сыпучих материалов, находящихся в виде пристенного слоя, аэровзвеси и падающих потоков, обеспечивая при этом незначительные трудозатраты, расход материала и высокую точность измерения. Сущность изобретения: устройство содержит контактную поверхность в виде двух вертикально расположенных изолированных друг от друга цилиндров. Внутренний диаметр цилиндров устанавливается не менее диаметра сводообразования вещества. Высота верхнего цилиндра равна трем внутренним диаметрам, а нижнего - утроенной высоте верхнего цилиндра. Диэлектрическая втулка, расположенная между цилиндрами, имеет форму перевернутого усеченного конуса. Измерительные приборы подключаются к каждому цилиндру и приемной емкости, в которую ссыпается наэлектризованный в цилиндрах материал. В верхнем цилиндре создается пристенный слой материала, в нижнем - азровзвесь, соответствующие приборы измеряют электростатический заряд этих состояний. Собственный заряд материала определяется как разность между электростатическим зарядом материала, находящимся в емкости, и суммой электростатических зарядов, приобретенных веществом в цилиндрах. Устройство отличается простотой конструкции и эксплуатации. 1 ил. 1 табл, 1Л С

УсслеЗе/еъ0Ј

&Ј&4ес/77&&