СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ПУЛЬПЫ В ОТКРЫТЫХ КАНАЛАХ
DEVICE AND METHOD FOR AUTOMATIC MEASUREMENT OF PULP FLOW RATE IN EXPOSED CHANNELS

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения объемного расхода пульпы в лотках, ненапорных трубопроводах и может быть использовано в области обогащения руд полезных ископаемых, а также в горно-металлургической, строительной и других областях промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу, является способ автоматического измерения расхода потока жидкости в открытых каналах, включающий измерения скорости и высоты потока материала (Справочник «Измерения в промышленности» в 3-х книгах, кн.2. «Способы измерения и аппаратура» «Расходомер с поворотной лопастью», изд-во М. «Металлургия», 1990 г., параграф 3.6.2.4.3., стр.197).
В известном способе измерение объемного расхода осуществляют путем измерения скорости по углу отклонения поворотной лопасти, погруженной в жидкость, а высоту потока определяют по высоте подъема поплавка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству является устройство автоматического измерения расхода жидкости в открытых каналах, содержащее вычислительный блок, приспособление для измерения скорости потока и уровнемер («Расходомеры-счетчики безнапорных потоков СТРИМ». Руководство по эксплуатации ТТ12.00.000 РЭ, 2004 г.).
Устройство содержит рычаг с жестко закрепленным поплавком сферической формы. Второй конец рычага жестко соединен с осью подшипника подвески. На этой же оси закреплен датчик угла отклонения рычага относительно абсолютной вертикали к линии горизонта. Дополнительно устройство содержит поворотную лопасть, один конец которой жестко закреплен на оси подшипника подвески, а второй конец свободно опущен в жидкость. На оси подшипника также жестко закреплен датчик угла отклонения лопасти относительно абсолютной вертикали к линии горизонта.
Недостатками известного способа и устройства автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах являются низкие надежность и точность измерений в условиях измерения расходов абразивных жидкостей, каковыми являются пульпы обогатительного производства, влияние на величину отклонения чувствительного элемента физических параметров состояния жидкости, таких как плотность, вязкость, температура, а также непрямая зависимость между углом отклонения и скоростью потока.
Влияние абразивных свойств пульпы проявляется в износе и деформации воспринимающей давление потока кромки поворотной лопасти, вследствие чего ее сопротивление потоку будет уменьшаться, что с течением времени приведет к изменению характеристики зависимости угла отклонения лопасти от скорости потока.
Колебания плотности и вязкости материала также приводят к появлению погрешностей в измерении скорости потока, так как при одной и той же скорости, но различных значениях параметров плотности и вязкости, сила давления на измерительную лопасть, а следовательно, и угол ее отклонения будут различными.
Таким образом, как геометрические параметры измерительного элемента, так и физические свойства измеряемого потока приводят к неоднозначности, или непрямой зависимости между углом отклонения поворотной лопасти и скоростью потока.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении надежности и точности измерений расхода пульпы в открытых каналах за счет устранения влияния на результаты измерений абразивного воздействия пульпы и физических свойств измеряемого материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах, включающем измерение скорости и высоты потока материала, согласно изобретению скорость потока пульпы определяют по скорости вращения полого мерного колеса, выполненного в виде свободно подвешенного поплавка и приводимого в движение силой сцепления рельефной поверхности колеса с верхним слоем потока пульпы.
В части устройства указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах, содержащем вычислительный блок, приспособление для измерения скорости потока и уровнемер, согласно изобретению приспособление для измерения скорости потока выполнено в виде полого мерного колеса, при этом ось вращения мерного колеса подвижно закреплена во втулках, расположенных на нижнем конце вильчатого рычага, на котором дополнительно установлены форсунки для подачи воды, а на верхнем конце вильчатого рычага горизонтально размещена отражающая площадка, причем ось вращения мерного колеса связана с крыльчаткой датчика импульсов, а вильчатый рычаг при помощи параллелограммного механизма закреплен на неподвижной Г-образной стойке.
Кроме того, технический результат достигается тем, что параллелограммный механизм дополнительно снабжен демпфером и противовесом.
А также тем, что бесконтактный уровнемер установлен над отражательной площадкой вильчатого рычага, а оси форсунок для подачи воды направлены перпендикулярно плоскости вращения полого мерного колеса по касательной к его наружной поверхности.
Реализация предлагаемого способа осуществлена в устройстве автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах.
На чертеже изображено устройство автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах.
Устройство автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах содержит Г-образную стойку 1, параллелограммный механизм 2, снабженный демпфером 3 и противовесом 4, вильчатый рычаг 5 с втулками 6 и осью 7 вращения, на которой размещено полое мерное колесо 8, форсунки 9 для подачи воды, крыльчатку 10 датчика 11 импульсов, бесконтактный уровнемер 12 и вычислительный блок 13. В верхней части вильчатого рычага 5 размещена отражательная площадка 14, а Г-образная стойка 1 неподвижно закреплена относительно стенок открытого канала 15 с движущимся потоком пульпы 16.
Способ автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах осуществляют следующим образом:
Г-образную стойку 1 закрепляют относительно стенок открытого канала 15 таким образом, чтобы полое мерное колесо 8 при помощи параллелограммного механизма 2 могло быть опущено до касания с поверхностным слоем потока пульпы 16. Силу сцепления рельефной поверхности полого мерного колеса 8 с поверхностным слоем пульпы 16 регулируют положением противовеса 4. При соприкосновении рельефной поверхности полого мерного колеса 8 с поверхностным слоем потока пульпы 16 полое мерное колесо 8 за счет сил сцепления будет приведено в движение с окружной скоростью V, равной скорости движения потока пульпы, при этом скорость вращения полого мерного колеса 8 не зависит от физических свойств пульпы.
Очистку поверхности полого мерного колеса 8, находящегося в соприкосновении с пульпой, осуществляют подачей воды через форсунки 9. Вследствие расположения осей форсунок 9 перпендикулярно плоскости вращения колеса 8 по касательной к его наружной поверхности струи воды скользят по поверхности в поперечном направлении и вымывают налипший материал по кратчайшему пути, не оказывая существенного влияния на скорость вращения мерного колеса 8.
Наличие демпфера 3 предотвращает отрыв полого мерного колеса 8 от поверхности потока из-за резких перепадов уровня вследствие турбулентного характера движения потока, а наличие противовеса 4 обеспечивает достижение минимально необходимой силы сцепления поверхности полого мерного колеса 8 с пульпой, достаточной для приведение во вращательное движение полого мерного колеса 8 с окружной скоростью, равной скорости движения потока пульпы, что существенно снижает абразивный износ поверхности полого мерного колеса 8. Вращение от полого мерного колеса 8 через ось вращения 7 передается крыльчатке 10, лепестки которой при попадании в зону действия датчика 11 импульсов приводят к срабатыванию последнего и появлению на его выходе одиночного импульса. Таким образом, количество импульсов в единицу времени пропорционально окружной скорости V движения мерного колеса 8. Одновременно бесконтактным уровнемером 12 измеряется расстояние h между поверхностью отражательной площадки 14 и излучающей поверхностью бесконтактного уровнемера 12. Сигналы с выходов бесконтактного уровнемера 12 и датчика 12 импульсов заводятся в вычислительный блок 13, в котором производятся следующие операции:
- определяют высоту H потока из выражения
H=Hмакс-(h-ho) (м), где
Hмакс - максимальная высота потока (м);
h - измеренное расстояние между поверхностью отражательной площадки 14 и излучающей поверхностью бесконтактного уровнемера 12;
ho - начальное значение расстояния между поверхностью отражательной площадки 14 и излучающей поверхностью бесконтактного уровнемера 12, измеренное при максимальной высоте потока Hмакс;
2
- вычисляют площадь S поперечного сечения АВСД канала по известным геометрическими параметрам для найденной высоты H потока пульпы (м);
- вычисляют окружную скорость мерного колеса
2πr (м/сек), где
Ni - количество импульсов в единицу времени (1/сек); Nмакс - количество лепестков крыльчатки; 2πr - длина окружности мерного колеса радиусом r (м);
- вычисляют объемный расход потока по формуле:
3
P=S×V (м/сек).
Как следует из вышеизложенного, дополнительным отличием предложенного способа автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах от известного является прямое измерение скорости потока и отсутствие необходимости градуировки устройства.
Таким образом, измерение расхода пульпы по скорости и высоте потока путем измерения скорости потока по скорости вращения полого мерного колеса, выполненного в виде свободно подвешенного поплавка и приводимого во вращение силой сцепления рельефной поверхности колеса с поверхностным слоем потока пульпы, и бесконтактное измерение высоты потока по высоте подъема поплавка позволяют повысить надежность и точность измерений расхода в условиях абразивного воздействия пульпы на измерительные элементы и колебаний физических свойств пульпы.