Вакуумный пробоотборник жидких продуктов, пульп и суспензий от технологических потоков
VACUUM SAMPLER OF LIQUID PRODUCTS, PULPS AND SUSPENSIONS FROM PROCESS FLOWS

Изобретение относится к устройствам отбора, подготовки и доставки проб в системах автоматического аналитического контроля технологических процессов при обогащении минерального сырья в черной, цветной, химической отраслях промышленности, при водоподготовке, очистке стоков и др., и используется для отбора жидких проб, пульп и суспензий из емкостей, зумпфов, карманов флотационных машин, технологических лотков в местах активного перемешивания потоков.
Техническим результатом разработки является упрощение конструкции, повышение представительности отбираемой пробы и надежности работы устройства, а также расширение диапазона выполняемых функций - доставка отобранных проб на нужное расстояние к месту выполнения анализа.
Известны различные конструктивные решения вакуумных пробоотборников: №41518, заявка №2004115922/22 G01N 1/10, RU пробоотборник, содержащий вертикально расположенный корпус с внутренним пространством для отбора пробы из технологического потока пульпы, снабженный пробозаборной трубкой, помещенной в поток пульпы, клапан слива, эжектор, через мембрану клапана промывки водой последовательно соединенный с магистралью сжатого воздуха, снабженной управляющим клапаном для перекрытия сжатого воздуха, который соединен с устройством управления, трубку эжектора, расположенную внутри корпуса пробоотборника, в корпус пробоотборника подведена магистраль воды для промывки пробоотборника через клапан промывки водой, корпус пробоотборника размещен сверху и частично внутри воронки слива, имеющую сливной штуцер, на нижнем срезе трубки эжектора расположена подвижная плавающая шарнирная заслонка для перекрытия трубки эжектора, она срабатывает при определенном уровне пульпы в пробоотборнике, устройство управления работает циклично по временному графику, магистраль сжатого воздуха соединена с эжектором через клапан промывки водой, который перекрывает подачу воды в пробоотборник, когда устройством управления подан командный сигнал на клапан сжатого воздуха для создания разрежения.
Авторское свидетельство №892261 от 26.05.1980, заявка: 2929867, G01N 1/10, пробоотборник вакуумный ПРО-3, содержащий вертикально установленный корпус пробоотборника с пробозаборной трубкой и клапаном слива, струйный насос, соединенный с магистралью сжатого воздуха и снабженный управляющим клапаном, командным устройством и отсасывающей трубкой, соединяющей струйный насос с емкостью для отбора пробы, эжектор сжатого воздуха имеет трубку эжектора определенной длины, с возможностью вертикального перемещения, помещаемую вовнутрь корпуса пробоотборника, вакуумное реле, струйный насос снабжен дросселем, расположенным между магистралью сжатого воздуха и управляющим клапаном перекрытия магистрали сжатого воздуха. По команде управления эжектор создает разрежение внутри корпуса пробоотборника и через пробозаборник начинает поступать пульпа. При заполнении пульпой внутреннего объема пробоотборника наступает момент, когда уровень пульпы достигает нижнего уровня трубки эжектора определенной длины. При этом резко падает разрежение, вследствие чего при этом срабатывает вакуумное реле, которое подает сигнал в командное устройство и клапан отключает подачу сжатого воздуха через эжектор. Разрежение пропадает. Под действием силы тяжести определенной массы пульпы, накопленной в нижней части корпуса пробоотборника, она самотеком направляется в накопительную емкость. Изменением длины трубки эжектора, используя возможность ее перемещения по вертикали, изменяется объем накопленной пробы. Далее цикл повторяется неоднократно под управлением командного устройства управления.
Близким аналогом является техническое решение по авторскому свидетельству №1723489, заявка №4450180, 28.06.1988, G01N 1/10 SU, вакуумный пробоотборник, состоящий из емкости для отбора пробы с ниппелем ввода пробы, присоединенный к пробозаборной трубке, коническая нижняя часть емкости заканчивается клапаном слива. В верхней части емкости укреплен струйный насос, отсасывающая трубка которого имеет возможность вертикального перемещения с последующей фиксацией в сальниковом уплотнении. Нижний конец отсасывающей трубки имеет срез, выполненный под острым углом, а сама трубка электрически изолирована от емкости и является одним из электродов, вторым электродом является емкость. Узел промывки выполнен в виде патрубка, установленного вертикально в верхней части емкости и снабжен клапанным распределителем, соединенным с магистралью подачи промывочной жидкости.
Все известные конструкции вакуумных пробоотборников имеют общий недостаток, заключающийся в том, что подача пробы во внутреннюю полость пробоотборника происходит сверху и в процессе ее накопления происходит сгущение твердой фракции в нижней части в районе слива перед неуправляемым сбросным лепестковым клапаном слива. Такие конструкции способствуют осаждению твердой фракции и постепенному зарастанию отверстия слива пробы и клапана сброса, что снижает надежность работы устройств, представительности отбора пробы и повышает трудоемкость при обслуживании. Кроме того, им присущи конструктивные недостатки в виде сложностей изготовлении, эксплуатации и ремонте.
Техническим результатом заявляемого решения является выполнение всех требований пробоотбора при измерении жидких проб, пульп и суспензий в автоматических системах аналитического контроля, в том числе условий поддержания режима перемешивания и подачи ее к месту выполнения измерений.
Поставленная цель достигается следующим образом.
Вакуумный пробоотборник жидких продуктов, пульп и суспензий от технологических потоков содержит вертикально расположенный корпус с внутренним пространством для отбора пробы из технологического потока жидких или пульповых материалов, пробозаборная трубка, клапан слива, эжектор, снабженный управляющим клапаном для перекрытия сжатого воздуха, магистраль промывки пробоотборника через клапан подачи промывной воды.
При этом корпус пробоотборника в нижней конической части снабжен управляемым двухходовым диафрагменным клапаном для изменения направления движения пробы от технологического потока в полость пробоотборника и последующей доставки ее по транспортному трубопроводу через устройство воздухоотделения к месту производства анализа. В верхней части корпус пробоотборника снабжен штуцером подачи вакуума или давления во внутреннюю полость корпуса и штуцер подачи через управляемый клапан промывочной воды, а также датчик уровня отбираемой пробы с возможностью задержки его срабатывания по команде контроллера. Устройство воздухоотделения состоит из двух вертикально расположенных частей, в верхней из которых размещено устройство преобразования структуры движущейся по транспортному трубопроводу под действием сжатого воздуха пульпоцой пробки, выполненное в виде диффузора, и расположенного внутри по его оси конического рассекателя с возможностью регулировки зазора между ними, обеспечивающего беспрепятственное прохождение входящего потока, и расположенный ниже уровня диффузора под острым углом к направлению потока патрубка отвода транспортирующего воздуха, диаметр которого больше диаметра патрубка подачи сжатого воздуха для транспортировки пробы, а в нижней части - расширительная емкость сбора всего объема доставленной пробы со штуцером для отвода свободно истекающего потока к месту доставки отобранной пробы.
На представленном чертеже:
Фиг. 1 - Схема вакуумного пробоотборника жидких проб, пульп и суспензий, где
1 - корпус пробоотборника,
2 - двухходовой управляемый диафрагменный клапан,
3 - штуцер отбора пробы из технологического потока,
4 - штуцер подачи отобранной пробы на транспортировку,
5 - датчик уровня накопленной пробоотборником пробы,
6 - демпфирующая емкость слива доставленной пробы,
7 и 10 - электропневмоклапаны управления диафрагмами двухходового » управляемого диафрагменного клапана,
8 и 9 - электропневмоклапаны подачи сжатого воздуха на эжектор,
11 - электропневмоклапан подачи промывочной воды,
12 - эжектор,
13 - шкаф электропневмауправления,
14 - воздухоотделитель,
15 - трубопровод дистанционной доставки проб,
16 - программируемый логический контроллер, автоматического управления пробоотборником,
17 - штуцер подачи вакуума или давления,
18 - штуцер для подачи промывочной воды,
19 и 20 - штуцеры подачи сжатого воздуха для управления диафрагмами двухходового управляемого диафрагменного клапана,
21 - диффузор воздухоотделителя,
22 - конический рассекатель потока пробы,
23 - патрубок для отвода воздуха,
24 - штуцер для сброса пробы на анализ.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. Конструкция вакуумного пробоотборника состоит из корпуса 1, в верхней части которого расположен штуцер 17 для подачи вакуума от эжектора 12 при открытых электропневмоклапанах 8 и 9 или давления при открытом клапане 9 и закрытом клапане 8, датчик 5 уровня пробы во внутренней полости корпуса и штуцер 18 подачи промывочной воды от управляемого клапана 11. В нижней конической части корпуса 1 расположен двухходовой управляемый диафрагменный клапан 2 со штуцером 3 для отбора пробы и штуцером 4 для транспортировки отобранной пробы из корпуса 1 к воздухоотделителю 6 и штуцерами 19 и 20 подачи сжатого воздуха от управляемых клапанов 7 и 10 для управления диафрагмами.
При этом устройство воздухоотделения 14 состоит из двух вертикально расположенных частей, в верхней из которых размещено устройство преобразования структуры пульповой пробки, выполненное в виде диффузора 21 и расположенного внутри по его оси конического рассекателя 22 и расположенный ниже уровня диффузора 21 под острым углом к направлению потока патрубка 23 для отвода транспортирующего воздуха, диаметр которого больше диаметра патрубка подачи сжатого воздуха для транспортировки пробы, а в нижней части - расширительная емкость 6 сбора всего объема доставленной пробы со штуцером 24 для отвода свободно истекающего потока к месту доставки отобранной пробы.
В шкафу управления 13 расположен контроллер 16 содержащий программный продукт для автоматического управления работой вакуумного пробоотборника.
Вакуумный пробоотборник работает следующим образом. В соответствии с программой по команде от контроллера 16 подается электрическое питание на катушки клапанов 8, 9 и 7. Через штуцер 17 при открытых клапанах 8 и 9 через эжектор 12 в корпус 1 подается вакуум, при этом, через клапан 7 подается сжатый воздух на штуцер 20 и закрывает одну из диафрагм клапана 2, перекрывая линию подачи пробы 15 через штуцер 4. Вторая диафрагма открыта и обеспечивает свободное прохождение пробы через штуцер 3 во внутреннюю полость пробоотборника. Начинается процесс заполнения пробой снизу внутренней полости корпуса 1 до уровня, ограниченного датчиком 5. Поступление пробы снизу обусловливает режим турбулентности потока суспензии пробы, что не позволяет скапливаться твердым частицам в узкой конусообразной части полости корпуса 1.
При наполнении пробой внутренней полости корпуса 1 и достижения ее уровня контакта с жалом датчика 5, подается сигнал на контроллер 16 и в соответствии с программой, по команде от контроллера снимается электрическое питание с клапанов 7 и 8, подается питание на клапан 10. При этом сжатый воздух от клапана 10 подается на штуцер 19 и снимается давление от клапана 7 на штуцер 20, переключаются диафрагмы двухходового управляемого клапана 2, закрывается линия отбора пробы через штуцер 3, открывается линия 15 транспортировки пробы от штуцера 4 и под давлением сжатого воздуха от эжектора 12 через штуцер 17 происходит вытеснение ранее отобранной пробы из корпуса 1 и транспортировка ее по трубопроводу дистанционной доставки проб 15 в воздухоотделитель 14. Проба перемещается по транспортному трубопроводу 15 в виде пульповой пробки и попадая в диффузор воздухоотделителя 21, встречаясь с коническим рассекателем потока пробы 22 преобразуется и в виде факела сбрасывается в демпфирующую емкость 6 слива доставленной пробы, а участвующий в транспортировке воздух сбрасывается в атмосферу через патрубок для отвода воздуха 23, проба через штуцер 24 самотеком, свободно сливается для проведения анализа.
По окончании доставки пробы на анализ, в соответствии с циклограммой, по команде от контроллера 16 подается электрическое питание на катушку электропневмоклапана подачи промывочной воды 11, снимается питание с клапанов 7, 8, 9 и 10 и происходит заполнение водой внутренней полости корпуса 1 до уровня, ограниченного датчиком 5. При наполнении водой внутренней полости корпуса 1 до датчика уровня 5, поступает сигнал на контроллер 16 и, в соответствии с программой, от контроллера 16 подается питание на электропневмоклапан 9. Сжатый воздух от эжектора 12 через штуцер 17 выдавливает промывочную воду через двухходовой управляемый диафрагменный клапан 2, штуцера 3 и 4, промывая линии отбора пробы и трубопровод дистанционной доставки проб 15. Время промывки и продувки сжатым воздухом определяют эмпирически и осуществляют в соответствии с программой по командам от контроллера.
Заявляемое техническое решение разработано, изготовлено и проведены лабораторные испытания в ЗАО «ТЕХНОЛИНК», Санкт-Петербург, Россия.
Промышленное производство предлагаемой конструкции вакуумного пробоотборника не представляет трудностей для предприятий современного уровня.
Опытный образец вакуумного пробоотборника жидких проб, пульп и суспензий проходит промышленные испытания Талнахской обогатительной фабрике Заполярного филиала ПАО «ГМК «Норильский Никель», г. Норильск.