БЕСПРОВОДНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОЦИКЛОНОМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ "ВЕРЕВОЧНОГО" СЛИВА И ИЗНОСА
WIRELESS SYSTEM FOR OPERATING HYDROCYCLONE FOR CONTROLLING ROPE DISCHARGE AND WEAR

Ссылки на родственные заявки
Настоящая международная заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки US 62/373,068, поданной 10 августа 2016 г., и предварительной патентной заявки US 62/397,757, поданной 21 сентября 2016 г., содержание которых полностью включено в настоящее раскрытие посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к использованию гидроциклонных сепараторов для разделения жидких/твердых фаз в обогащении полезных ископаемых, энергетике и угольной промышленности. В частности, оно относится к обнаружению износа гидроциклона и явления, известного как "веревочный" слив (roping) в выпуске нижнего продукта гидроциклона, и управлению этими процессами с использованием беспроводной системы детекторов износа и "веревочного" слива, и контроллера.
Уровень техники
Гидроциклоны, используемые в обогащении полезных ископаемых, энергетике и угольной промышленности, подвергаются воздействию потоков пульпы, содержащей жидкость с твердыми частицами, вызывающей абразивный износ поверхности внутренних стенок сепараторной камеры и входного/выходного патрубков. Чрезмерный износ может привести к неприемлемо высокому сопротивлению прокачке в контуре измельчения и снижению эффективности сепарации в целом. Вследствие этого, гидроциклоны требуют периодического обслуживания для ремонта и/или замены компонентов, подверженных износу, включая как отдельные секции гидроциклона, так и наносимую износостойкую облицовку внутренней поверхности. Такое обслуживание приводит к остановке отдельных блоков гидроциклона и распределительных систем (батарей гидроциклонов), содержащих группы отдельных блоков, и может замедлить или остановить процесс сепарации. Когда такое обслуживание может проводиться по ранее установленной программе, то сокращаются простои, уменьшаются неудобства и связанные с обслуживанием трудозатраты и расходы, улучшается планирование и предсказуемость сроков/расходов, повышается прозрачность процесса в целом, а процедуры обслуживания могут быть привязаны к имеющимся программам модернизации. Кроме того, выполнение такого обслуживания еще до того, как износ станет неприемлемо большим, будет способствовать увеличению общего срока службы до износа гидроциклонных блоков и удлинит сроки замены и снизит затраты.
Определение и мониторинг износа в гидроциклонах обычно осуществляется посредством проводных датчиков износа, встроенных внутрь облицовки или располагаемых между слоями облицовки стенок циклона в областях предполагаемого износа. Датчики износа передают сигналы, информирующие о постепенном истирании материала облицовки в процессе работы, на соответствующие узловые модули для каждого циклона по соответствующим кабелям, соединяющим датчики с соответствующим узловым блоком управления каждого циклона. Эти узловые модули, в свою очередь, передают оперативные данные по соответствующим кабелям на контроллеры распределительной системы (далее - распределителя), где данные сигналов накапливаются и периодически передаются на специальное автоматизированное рабочее место (компьютерную рабочую станцию) на диспетчерском пункте. Понятно, что в данном случае могут быть использованы подходящие датчики износа любого типа, применяемые в данной области, а примером такого датчика износа может служить датчик, показанный и описанный в более ранней заявке US 6945098 Заявителя, и представленный на фиг. 1.
К недостаткам такой системы относится необходимость иметь узловой модуль для каждого циклона и несколько центральных контроллеров, специальные кабели от каждого датчика износа к каждому соответствующему узловому модулю, специальные кабели от узловых модулей к центральным контроллерам и дополнительные проводные соединения между этими контроллерами и рабочей станцией на диспетчерском пункте, вместе с кабельными коробами и другими приспособлениями для надежного размещения и прокладки требуемых проводных соединений. Кроме того, такие проводные датчики обычно должны отсоединяться и/или удаляться в процессе обслуживания циклона, с соблюдением мер предосторожности в отношении датчиков и их проводных соединений, с последующей установкой на место и восстановлением соединения после завершения обслуживания. Соответственно, предпочтительно использовать беспроводные электронные датчики износа, которые могли бы заменить существующие проводные датчики, исключить необходимость в использовании узловых модулей, относящихся к разным циклонам, уменьшить количество требуемых контроллеров распределителей, убрать соединительные провода, необходимые для соединения этих элементов, и обеспечить беспроводное определение и передачу данных износа от датчиков к контроллерам распределителя для дальнейшей передачи на рабочую станцию диспетчерского пункта, либо непосредственно по соответствующим кабелям или посредством соответствующего промежуточного беспроводного электронного устройства.
При нормальной работе гидроциклонов такого типа, обычно используемых в обогащении полезных ископаемых, энергетике и угольной промышленности, крупнозернистый шлам отводится через выпуск (далее - патрубок) нижнего продукта в нижней части сепараторной камеры, а тонкозернистый шлам отводится через патрубок верхнего продукта сверху, как это показано и описано в более раннем патенте US 6983850 Заявителя. Нижний продукт обычно отводится через нижнее сливное отверстие внизу камеры в виде конической струи с углом раствора, превышающим примерно 20 градусов, как это показано на фиг. 2. Ниже сливного отверстия гидроциклона обычно располагается брызгозащитная юбка, задерживающая и направляющая вниз поток, сокращая разбрызгивание и образование аэрозоля.
Как известно из практики, "веревочный" поток возникает, когда количество твердых частиц, доходящих до сливного отверстия нижнего продукта, увеличивается настолько, что пропускная способность нижнего сливного отверстия отграничивает поток. В результате, крупные частицы начинают накапливаться в сепараторной камере и выходить через слив верхнего продукта, при этом внутренний воздушный столб (ядро) исчезает, а выводимый нижний продукт превращается в плотный цилиндр или шнур из крупных частиц, как это показано на фиг. 3. Если это состояние "веревочного" слива не исправить, то патрубок нижнего продукта может полностью закупориться, и весь поток циклона будет выходить через сливное отверстие верхнего продукта. Если состояние "веревочного" слива вовремя не обнаружено и не устранено, то оно может продолжаться часами и серьезно снизить производительность процесса. Кроме того, в этом состоянии крупные частицы, которые при нормальной работе должны направляться на мельницу через патрубок нижнего продукта гидроциклона, могут перенаправляться через слив верхнего продукта гидроциклона во флотационную камеру. В таких условиях во флотационной камере будет происходить накопление чрезмерного количества крупных частиц, потребуется ее отключение и очистка, что может быть очень дорогой и трудоемкой процедурой, и может надолго задержать работы. Таким образом, своевременное обнаружение и устранение явления "веревочного" слива позволяет существенно повысить эффективность процесса разделения, например, добычи и извлечения минералов.
В замкнутых системах измельчения, плотность нижнего продукта циклона желательно поддерживать высокой с тем, чтобы свести к минимуму количество воды, сопровождающей крупные частицы. Это осуществляется выбором размеров нижнего сливного отверстия, или насадки, для ограничения потока твердыми частицами плюс примерно 50% воды. Если размер нижнего сливного отверстия слишком велик, в нижнем продукте будет содержаться больше воды и большее количество увлеченных этой водой мелких частиц. В то же время, в условиях изменения объемов поступающей руды и ее твердости, трудно поддерживать максимальную плотность нижнего продукта, не подвергаясь опасности возникновения состояния "веревочного" слива и связанных с ним проблем.
Для обнаружения состояний "веревочного" слива в гидроциклонах использовались проводные датчики "веревочного" потока. Хотя должно быть понятно, что в данном случае может быть использован датчик "веревочного" потока любого типа, в более раннем патенте US 6983850 Заявителя был представлен обнаружитель и способ обнаружения "веревочного" потока гидроциклона, использующие проводной ультразвуковой датчик, установленный на брызгозащитной юбке у выпускного патрубка нижнего продукта гидроциклона, для обнаружения изменения формы выходящего нижнего продукта от нормальной конической, когда струя ударяет в брызгозащитную юбку, к более цилиндрической форме, характерной для "веревочного" потока, как это показано на фиг. 3. В альтернативном варианте, аналогичный проводной датчик "веревочного" потока может быть размещен во взаимодействии (связанным) со сливом верхнего продукта гидроциклона или выпускным отверстием распределителя (батареи гидроциклонов), для обнаружения изменений в этих потоках, выражающихся в изменениях выходного сигнала из-за увеличения доли более крупных частиц, выходящих из какого-либо из этих выходов, что также показывает возникновение состояния "веревочного" слива. По аналогии с проводными датчиками износа, проводные датчики "веревочного" потока генерируют сигналы, передающие изменения характера слива нижнего продукта, слива верхнего продукта или выходного потока распределителя в процессе работы в соответствующие узловые модули для каждого циклона по водонепроницаемым кабелям, соединяющим датчики с соответствующим узловым модулем блока управления каждого циклона. Узловые модули, в свою очередь, передают эксплуатационные данные по соответствующему кабелю в контроллеры распределителей, где данные сигналов накапливаются и периодически передаются в специальную рабочую станцию диспетчерского пункта. Пример соответствующей компоновки аппаратуры представлен на фиг. 5. Изменения сигналов, направляемых от этих проводных датчиков "веревочного" потока в рабочую станцию диспетчерского пункта, расшифровываются операторами диспетчерского пункта, которые могут выполнять соответствующие регулировки эксплуатационных параметров гидроциклона(-ов), например, расхода, давления подачи сырья, добавления воды, управления включением/отключением и числа работающих гидроциклонов, для возвращения гидроциклона(-ов) к работе без "веревочного" потока.
Однако, также как и в случае с проводными датчиками износа, проводные датчики "веревочного" потока обладают недостатком, заключающимся в необходимости узловых модулей для каждого циклона и нескольких центральных контроллеров, соответствующих кабелей от узловых модулей к центральным контроллерам, дополнительной проводки от контроллеров к рабочей станции диспетчерского пункта, а также кабельных коробов и других приспособлений для надежного размещения и прокладки требуемых проводных соединений. Кроме того, такие проводные датчики обычно должны отсоединяться и/или удаляться в процессе обслуживания циклона, с соблюдением мер предосторожности в отношении датчиков или их проводных соединений, с последующей установкой на место и восстановлением соединения после завершения обслуживания. Соответственно, предпочтительно использовать беспроводные электронные датчики "веревочного" потока, которые могли бы заменить существующие проводные датчики, устранить необходимость в использовании узловых модулей, относящихся к разным циклонам, уменьшить количество требуемых контроллеров распределителей, убрать соединительные провода, необходимые для соединения этих элементов, и обеспечить беспроводное определение и передачу данных состояния "веревочного" слива от датчиков к контроллерам распределителя, для дальнейшей передачи на рабочую станцию диспетчерского пункта, либо непосредственно, или посредством подходящего промежуточного беспроводного электронного устройства.
С учетом сказанного, имеется потребность в беспроводной системе управления состоянием "веревочного" слива и износа гидроциклона, позволяющая сократить или исключить использование проводных датчиков износа и "веревочного" потока, сопутствующих узловых модулей, контроллеров распределителя и обширных проводных систем, характерных для существующих систем регулирования работы гидроциклонов, и, в то же время, обеспечивающая передачу необходимых данных состояний износа и "веревочного" слива по беспроводному каналу к контроллерам распределителей и рабочим станциям диспетчерского пункта. Раскрытый в данной заявке предмет изобретения по меньшей мере частично удовлетворяет эту потребность.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является, в целом, создание новой и усовершенствованной системы управления состояниями "веревочного" слива и износа, и способа ее применения. Другой задачей изобретения является создание системы управления состояниями "веревочного" слива и износа и способа в соответствии с описанными характеристиками, в которых преодолены ограничения и недостатки уровня техники.
Эти и другие задачи решаются, согласно изобретению, посредством использования системы управления гидроциклоном, обеспечивающей определение нормального (без "веревочного" потока) состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри одного или более гидроциклонных сепараторов, в процессе их работы, и передачу электронных данных, соответствующих нормальному состоянию, переходному состоянию и состоянию "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора(-ов), в соответствующую (ассоциированную) систему регулирования работы гидроциклонов, приспособленную для мониторинга и управления эксплуатационными параметрами гидроциклонного сепаратора(-ов). В этом варианте выполнения, система управления включает один или более беспроводных электронных датчиков "веревочного" потока, находящихся во взаимодействии с областью прохождения потока гидроциклонного сепаратора(-ов) и приспособленных для определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора(-ов), вырабатывания электронных данных, характеризующих эти состояния, и беспроводной передачи электронных данных, характеризующих эти состояния, для введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. Система управления также включает беспроводной электронный контроллер, приспособленный для беспроводного приема электронных данных, характеризующих эти состояния, передаваемых от одного или более беспроводных электронных датчиков "веревочного" потока, и приспособленный для беспроводной введения электронных данных, характеризующих эти состояния, в систему регулирования работы гидроциклона.
Эти и другие задачи также решаются изобретением посредством использования системы управления гидроциклоном, обеспечивающей беспроводное обнаружение состояние износа внутри одного или более гидроциклонных сепараторов в процессе работы, и передачу электронных данных, соответствующих состоянию износа внутри гидроциклонного сепаратора(-ов) в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона, приспособленную для мониторинга и управления эксплуатационными параметрами гидроциклонного сепаратора(-ов). В этом варианте выполнения, система управления включает один или более беспроводных электронных датчиков износа, находящихся во взаимодействии с одной или более внутренними областями износа гидроциклонного сепаратора(-ов) и приспособленных для обнаружения состояния износа внутри внутренней области(-ей) износа, вырабатывания электронных данных, характеризующих состояние износа, и передачи электронных данных, характеризующих состояние износа, по беспроводному каналу для введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. Система управления также включает электронный беспроводной контроллер, приспособленный для беспроводного приема электронных данных, характеризующих состояние износа, от одного или более беспроводных электронных датчиков износа и введения этих электронных данных, характеризующих состояние износа, в систему регулирования работы гидроциклона.
Эти и другие задачи также решаются изобретением посредством системы управления гидроциклоном, обеспечивающей беспроводное определение нормального состояния, переходного состояния, состояния "веревочного" слива и состояния износа внутри одного или более гидроциклонных сепараторов в процессе работы, и передачу электронных данных, соответствующих как состоянию "веревочного" слива, так и состоянию износа внутри гидроциклонного сепаратора(-ов), в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона, как было вкратце описано выше.
Эти и другие задачи также решаются изобретением способом беспроводного определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора во время работы, и введения электронных данных, соответствующих состоянию "веревочного" слива, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. В этом варианте осуществления, способ включает шаги: использования беспроводного электронного датчика "веревочного" потока, находящегося во взаимодействии с областью прохождения потока гидроциклонного сепаратора и приспособленного для определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора, вырабатывания электронных данных, характеризующих эти состояния, и беспроводной передачи электронных данных, характеризующих эти состояния, для введения в соответствующую систему регулирования гидроциклона; использования электронного беспроводного контроллера, приспособленного для беспроводного приема электронных данных, характеризующих нормальное состояние, переходное состояние и состояние "веревочного" слива, переданных беспроводным электронным датчиком "веревочного" потока, и приспособленного для отправки электронных данных, характеризующих эти состояния, в систему регулирования работы гидроциклона; размещения электронного беспроводного контроллера в непосредственной близости к беспроводному электронному датчику "веревочного" потока для приема электронных данных, выработанных и переданных беспроводным электронным датчиком "веревочного" потока; и побуждение электронного беспроводного контроллера к введению электронных данных, характеризующих нормальное состояние, переходное состояние и состояние "веревочного" слива, полученных от беспроводного электронного датчика "веревочного" потока, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона.
Эти и другие задачи также успешно решаются в изобретении посредством использования способа беспроводного определения состояния износа внутри гидроциклонного сепаратора в процессе работы и введения электронных данных, соответствующих состоянию износа в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. В данном варианте выполнения, способ включает шаги: использования беспроводного электронного датчика износа, находящегося во взаимодействии с внутренней областью износа гидроциклонного сепаратора и приспособленного для определения состояния износа внутри внутренней области износа, вырабатывания электронных данных, характеризующих состояние износа, и беспроводной передачи электронных данных, характеризующих состояние износа, для введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона; использования электронного беспроводного контроллера, приспособленного для беспроводного приема электронных данных, характеризующих состояние износа, переданных беспроводным электронным датчиком износа, и приспособленного для введения электронных данных, характеризующих состояние износа, в систему регулирования работы гидроциклона; размещения электронного беспроводного контроллера в непосредственной близости к беспроводному электронному датчику износа для приема электронных данных, выработанных и переданных беспроводным электронным датчиком износа; и побуждение электронного беспроводного контроллера к введению электронных данных, характеризующих состояние износа, полученных от беспроводного электронного датчика износа, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона.
Эти и другие задачи также решаются посредством использования способа беспроводного определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри нескольких гидроциклонных сепараторов во время работы, и введения электронных данных, соответствующих этим состояниям, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклонов, как это показано выше. В этом варианте осуществления, способ дополнительно включает последовательное размещение электронного беспроводного контроллера в непосредственной близости к каждому из беспроводных электронных датчиков "веревочного" потока для приема упомянутых электронных данных, выработанных и переданных каждым из беспроводных электронных датчиков "веревочного" потока.
Эти и другие задачи также решаются посредством использования способа беспроводного определения состояния износа внутри нескольких гидроциклонных сепараторов во время работы, и введения электронных данных, соответствующих этим состояниям, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклонов, как это вкратце показано выше. В этом варианте осуществления, способ дополнительно включает последовательное размещение электронного беспроводного контроллера в непосредственной близости к каждому из беспроводных электронных датчиков износа для приема упомянутых электронных данных, выработанных и переданных каждым из беспроводных электронных датчиков износа.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлена блок-схема использования проводных датчиков износа гидроциклона и средств управления ими, в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 2 представлен вид сбоку части гидроциклона, иллюстрирующий нормальное состояние потока нижнего продукта, без брызгозащитной юбки, в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 3 представлен вид сбоку части гидроциклона, иллюстрирующий состояние "веревочного" слива потока нижнего продукта, без брызгозащитной юбки, в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 4 представлен вид сбоку гидроциклона, имеющего проводной датчик "веревочного" потока, установленный вблизи выводимого нижнего продукта гидроциклона, в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 5 представлен вид сбоку гидроциклона, имеющего проводные датчики "веревочного" потока, установленные вблизи выпускных отверстий верхнего потока нескольких гидроциклонов, каждый из которых имеет проводное соединение с соответствующими узловыми модулями, которые, в свою очередь, каждый соединены с соответствующим контроллером, в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 6 представлен вид сечения беспроводного датчика "веревочного" потока, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 7 представлен перспективный вид беспроводного датчика "веревочного" потока, установленного на измерительной камере гидроциклона, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 8 представлен перспективный вид беспроводного электронного датчика износа в виде чипа, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 9 представлен перспективный вид беспроводного электронного датчика износа в виде щупа, установленного на гидроциклоне, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 10 представлен вид спереди беспроводного контроллера гидроциклона, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 11 показана схематическая диаграмма, иллюстрирующая использование электронного датчика, приспособленного для определения рабочего состояния расходуемого оборудования в горной добыче, обогащении минералов и других областях промышленности.
Подробное описание осуществления изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, предложена система управления гидроциклоном, позволяющая осуществлять беспроводное определение нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива, и/или состояния износа внутри гидроциклонного сепаратора или группы гидроциклонов в процессе работы. Система управления гидроциклоном также позволяет передавать электронные данные, соответствующие нормальному состоянию, переходному состоянию и состоянию "веревочного" слива и/или состоянию износа внутри каждого гидроциклонного сепаратора в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона, приспособленную для мониторинга эксплуатационных параметров каждого гидроциклонного сепаратора и управления этими параметрами. На фиг. 6 показан беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока, как часть системы управления гидроциклоном, имеющий корпус 12 из пластика или другого подходящего материала, пропускающего электронные сигналы. Корпус 12 закреплен на передней пластине 14 из нержавеющей стали или другого подходящего материала посредством крепежных элементов 16, например, крепежных винтов с внутренним шестигранником или другими подходящими крепежными элементами, с тем, чтобы, предпочтительно, обеспечить водонепроницаемое уплотнение с корпусом 12. Из передней пластины 14 выступает резьбовая шпилька 18 для неподвижного закрепления беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока на измерительной камере, образующей область прохождения потока гидроциклона и имеющей на фиг. 7 цифровое обозначение 34. Обычно, такая область прохождения потока гидроциклонного сепаратора представлена патрубком нижнего продукта, сливным патрубком верхнего продукта или сливным патрубком распределителя, хотя следует понимать, что беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока может быть помещен в любом подходящем месте для восприятия условий прохождения потока внутри гидроциклона.
Беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока также включает печатную плату (ПП) 20 аналоговой схемы, прикрепленную на опорную прокладку 22, выступающую от внутренней поверхности передней пластины 14, для обеспечения электрической изоляции от внешней среды. К ПП 20 аналоговой схемы внутри экрана 26 из металла или другого подходящего материала прикреплен пьезоэлемент 24 для регистрации звуковых колебаний или вибраций, создаваемых потоком через измерительную камеру 34, которые указывали бы на наличие состояния "веревочного" слива внутри гидроциклона. Беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока также включает печатную плату (ПП) 28 цифровой электронной схемы и узел 30 радиочастотного (РЧ) передатчика, и батарею 32 (проводное соединение не показано) для питания электроники в беспроводном электронном датчике 10 "веревочного" потока. В этой схеме беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока приспособлен для определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора, на котором этот датчик установлен, вырабатывания электронных данных, характеризующих наличие состояния "веревочного" слива, и передачи этих электронных данных, характеризующих наличие состояния "веревочного" слива, за пределы корпуса 12, для их приема и введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. Предпочтительно, батарея 32 имеет подходящую конструкцию и емкость для работы в течение продолжительного времени до подзарядки или замены, например, более года. Кроме того, каждый беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока, предпочтительно, имеет индивидуальный электронный идентификатор, соответствующий расположению конкретного идентифицируемого гидроциклонного сепаратора, на котором он закреплен.
Беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока обычно изготавливается, поставляется и встраивается в систему управления гидроциклоном в ждущем режиме пониженного энергопотребления для сохранения срока службы батареи, и может быть активизирован или "разбужен", когда соответствующий контроллер или другое электронное устройство помещают вблизи, или иным образом устанавливают связь с беспроводным электронным датчиком 10 "веревочного" потока, как это будет более подробно описано ниже. Неактивный, или ждущий режим, используется в беспроводном электронном датчике 10 "веревочного" потока для сохранения срока службы батареи, когда датчик активно не используется, и не требуется постоянного питания электронных компонентов беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока. Активизация, или "пробуждение" беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока может осуществляться любыми подходящими электронными, магнитными или иными средствами, также называемыми пусковым воздействием, включая воздействие магнитным полем или электронным сигналом, вырабатываемым или передаваемым электронным контроллером или другим управляющим устройством. Соответственно, беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока включает специализированный микромощный датчик (не показан) для обнаружения магнитного поля или электронного сигнала, вырабатываемого электронным контроллером или другим управляющим устройством. При активизации, беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока входит в синхронизацию или режим связи с электронным контроллером или другим управляющим устройством, для согласования данных канала связи, частотных диапазонов и информации, относящейся к датчику. После синхронизации или подключения, начинается передача электронных данных состояния "веревочного" слива в электронный контроллер или другое управляющее устройство, что также будет более подробно описано ниже. Если беспроводной электронный датчик 10 "веревочного" потока выводится из активной эксплуатации, он может быть возвращен в режим хранения с пониженным энергопотреблением посредством команд от электронного контроллера или другого управляющего устройства. Режим хранения в неактивном состоянии (ждущий режим), используемый в настоящем изобретении, не имеет аналогов, особенно в том смысле, что в нем используются бесконтактные датчики для выхода из состояния экономии энергопотребления от батарей. Уникальность режима также состоит в том, что в нем используются бесконтактные коммутаторы, активизируемые электромагнитным излучением того или иного вида, благодаря чему не требуется каких-либо отверстий, физического проникновения или электрического соединения через герметичную оболочку беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока. Соответственно, функционирование этого режима отличается от обычного ждущего режима заданной продолжительности, используемого во многих электронных устройствах.
Следует понимать, что эта схема построения с исходным неактивным состоянием, с последующей активизацией и возвращением в неактивное состояние беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока может быть использована в датчиках и детекторах, используемых в оборудовании другого типа в горнодобывающей промышленности, обогащении минералов и других отраслях. Такое оборудование может включать датчики износа или каких-либо параметров для расходуемых компонентов, например, футеровки мельниц, флотационных камер, компонентов ротора/статора, отводящих труб для флотационных камер, мельничных дисков, мельниц размалывающего действия, крыльчаток насосов, фильтрующей среды и пластин фильтра. Как обобщенно показано на фиг. 11, расходуемое оборудование упомянутого и/или любого другого типа в упомянутых отраслях промышленности, имеющее цифровое обозначение 70, может быть сопряжено с одним или более электронными датчиками 72, приспособленными для определения рабочего состояния оборудования, вырабатывания электронных данных, характеризующих рабочее состояние, и беспроводной передачи электронных данных, характеризующих рабочее состояние, для введения в соответствующую систему регулирования работы. Как и прежде, датчик, предпочтительно, устанавливается (поставляется) в ждущем режиме и приспособлен для активизации из состояния ждущего режима перед передачей электронных данных, характеризующих рабочее состояние, посредством пускового воздействия, например, магнитным полем или электронным сигналом. Как показано на фиг. 8, система управления гидроциклоном может включать беспроводной электронный датчик износа на основе чипа, в целом обозначенный как 36, включающий кожух 38, внутреннее кольцо 40 и печатную плату (ПП) 42 электронной схемы. Датчик износа на основе чипа представляет собой прочное устройство, предпочтительное для определения износа в нижней сливной насадке гидроциклона, где ожидается асимметричный износ. Находясь во взаимодействии с внутренней областью износа гидроциклонного сепаратора, шлам, протекающий по внутреннему кольцу 40, постепенно изнашивает материал, из которого изготовлено кольцо 40, разрывая встроенные в материал кольца концентрические электрические цепи, формируя данные об износе, происходящем в этой области поверхности внутренней стенки гидроциклона. Также, как и в случае с беспроводным электронным датчиком 10 "веревочного" потока, беспроводной электронный датчик 36 износа оснащен батареей (в данном случае не показана) и включает электронную схему, содержащую радиочастотный (РЧ) передатчик (в данном случае не показан) на печатной плате (ПП) 42 электронной схемы. Эти электронные компоненты позволяют беспроводному электронному датчику 36 износа определять износ внутреннего кольца 40 (представляющий состояние износа внутри внутренней области износа гидроциклонного сепаратора), вырабатывать электронные данные, характеризующие состояние износа, и передавать по беспроводному каналу электронные данные, характеризующие состояние износа, для их приема и введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. В этом случае батарея внутри беспроводного электронного датчика 36 износа должна, предпочтительно, иметь подходящую конструкцию и емкость, обеспечивающую работу продолжительное время до ее перезарядки или замены, например, в течение года. Каждый беспроводной электронный датчик 36 износа, предпочтительно, имеет индивидуальный электронный идентификатор, соответствующий расположению конкретного идентифицируемого гидроциклонного сепаратора, на котором он закреплен.
На фиг. 9 показана система управления гидроциклоном, которая может включать беспроводной электронный датчик износа в виде щупа, имеющий обозначение 50, расположенный на гидроциклоне 52. Беспроводной электронный датчик 50 износа в виде щупа включает платы печатных схем (ПП), размер которых обеспечивает их размещение между секциями износостойкой облицовки гидроциклона, имеющими разный размер. Конструкция в виде щупа обеспечивает определение износа в конкретной точке, что позволяет использовать его для секций облицовки с различным внутренним диаметром, что отличает от стандартной кольцевой конструкции, упомянутой выше. Датчик износа в виде щупа удобен в использовании, легко устанавливается, имеет унифицированную по размеру конструкцию, предпочтительную для определения износа в конусной секции гидроциклона. Как и в случае с беспроводным электронным датчиком 36 износа в виде чипа, электронная схема беспроводного электронного датчика 50 износа в виде щупа также позволяет беспроводному электронному датчику 50 износа в виде щупа определять состояние износа внутри внутренней области износа гидроциклонного сепаратора, где он установлен, вырабатывать электронные данные, характеризующие состояние износа, и передавать электронные данные, характеризующие состояние износа по беспроводному каналу, для их приема и введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. В этом случае батарея внутри беспроводного электронного датчика 50 износа должна, предпочтительно, иметь подходящую конструкцию и емкость, обеспечивающую работу продолжительное время до ее перезарядки или замены, например, в течение года. Кроме того, каждый беспроводной электронный датчик 50 износа, предпочтительно, имеет индивидуальный электронный идентификатор, соответствующий расположению конкретного идентифицируемого гидроциклонного сепаратора, на котором он закреплен.
Беспроводные электронные датчики 36 и 50 износа обычно изготавливаются, поставляются и встраиваются в систему управления гидроциклоном в ждущем режиме с пониженным энергопотреблением, для сохранения срока службы батареи, и могут быть активизированы или "разбужены", когда соответствующий контроллер или другое электронное устройство помещают вблизи, или иным образом устанавливают связь с беспроводными электронными датчиками 36 и 50 износа, как это будет более подробно рассмотрено ниже. Неактивный, или ждущий, режим используется в беспроводных электронных датчиках 36 и 50 износа для сохранения срока службы батареи, когда датчик активно не используется, и не требуется постоянного питания электронных компонентов беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа. Активизация, или "пробуждение" беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа может осуществляться любыми подходящими электронными, магнитными или иными средствами, также называемыми пусковым воздействием, включая воздействие магнитным полем или электронным сигналом, вырабатываемым или передаваемым электронным контроллером или другим управляющим устройством. Соответственно, беспроводные электронные датчики 36 и 50 износа включают специализированный микромощный датчик (не показан) для обнаружения магнитного поля или электронного сигнала, вырабатываемого электронным контроллером или другим управляющим устройством. При активизации, беспроводные электронные датчики 36 и 50 износа входят в синхронизацию или режим связи с электронным контроллером или другим управляющим устройством, для согласования данных канала связи, частотных диапазонов и информации, относящейся к датчику. После синхронизации или подключения, начинается передача электронных данных состояния износа в электронный контроллер или другое управляющее устройство, что также будет более подробно описано ниже. Если беспроводные электронные датчики 36 и 50 износа выводятся из активной эксплуатации, они могут быть возвращены в режим хранения с пониженным энергопотреблением посредством команд от электронного контроллера или другого управляющего устройства.
На фиг. 10 представлен беспроводной контроллер гидроциклона, входящий в систему управления гидроциклоном, в целом имеющий обозначение 60, предпочтительно, выполненный в виде портативного устройства и включающий дисплей 62, приспособленный для представления оперативной информации по принятым или переданным данным состояния "веревочного" слива и/или состояния износа, и для калибровки. Беспроводной электронный контроллер 60 гидроциклона также включает ряд органов 64 управления, показанных в виде кнопок, для управления различными функциями устройства. Беспроводной электронный контроллер 60 гидроциклона также имеет встроенный радиочастотный (РЧ) приемник (не показан), приспособленный для приема электронных данных, встроенный радиочастотный (РЧ) передатчик (не показан), приспособленный для передачи электронных данных, встроенную антенну (не показана), приспособленную для улучшения приема и передачи данных, и сменную или перезаряжаемую внутреннюю батарею соответствующей долговечности (не показана) для питания устройства.
Беспроводной контроллер 60 гидроциклона также включает средства для активизации или "пробуждения" беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока или беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа из их неактивного состояния, или ждущего режима. Предпочтительно, беспроводной контроллер 60 гидроциклона имеет встроенный магнит, встроенный передатчик электронного сигнала или другой подходящий излучатель сигнала (не показаны), которые приспособлены для создания пускового воздействия для активизации беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока или беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа из их неактивного состояния, или ждущего режима, при его размещении в непосредственной близости (например, несколько футов) от выбранных беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока или беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа, посредством этого пускового воздействия, для их синхронизации или соединения с беспроводным контроллером 60 гидроциклона. Соответственно, наличие беспроводного контроллера 60 гидроциклона в непосредственной близости от беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока или беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа обеспечивает обнаружение или прием магнитного поля или электронного сигнала или другого сигнала, создаваемого беспроводным контроллером 60 гидроциклона, беспроводным электронным датчиком 10 "веревочного" потока или беспроводными электронными датчиками 36 и 50 износа, что вызывает активизацию и подготовку беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока или беспроводных электронных датчиков 36 и 50 износа для последующей работы.
Беспроводной контроллер 60 гидроциклона, предпочтительно приспособлен для беспроводного приема и калибровки электронных данных, характеризующих нормальное состояние, переходное состояние и состояние "веревочного" слива, передаваемых со всех беспроводных электронных датчиков 10 "веревочного" потока, размещенных на одном гидроциклоне или группе гидроциклонов на распределителе. Беспроводной контроллер 60 гидроциклона также, предпочтительно, приспособлен для беспроводного приема и калибровки электронных данных, характеризующих состояние износа, передаваемых от всех электронных датчиков 36 или 50 износа, расположенных на одном гидроциклоне или в группе гидроциклонов на распределителе. В обоих случаях, беспроводной контроллер 60 гидроциклона обычно позволяет принимать такие электронные данные при его размещении в непосредственной близости (например, несколько футов) от беспроводных электронных датчиков 10 "веревочного" потока или беспроводных электронных датчиков 36 или 50 износа, когда возможно также активизировать или "разбудить" датчики из состояния ждущего режима, хотя при этом следует понимать, что могут быть использованы и другие схемы приема данных, например, прием из удаленного пункта, вдали от датчиков, если возможности передатчиков этих датчиков это позволяют.
Беспроводной контроллер 60 гидроциклона также, предпочтительно, приспособлен для помещения его в один или более стыковочных узлов (не показаны) как во время работы, так и в ждущем режиме или в процессе зарядки. Каждый стыковочный узел, предпочтительно, имеет проводное соединение подходящим кабелем с соответствующей (ассоциированной) системой регулирования работы гидроциклона, благодаря чему когда беспроводной контроллер 60 гидроциклона помещен в стыковочный узел, данные состояния "веревочного" слива и/или состояния износа, последовательно полученные от отдельных датчиков "веревочного" потока и износа, автоматически передаются в специальную компьютерную рабочую станцию, приспособленную для управления эксплуатационными параметрами гидроциклонного сепаратора или сепараторов, или другого подходящего оборудования, образующего часть соответствующей системы регулирования работы гидроциклона. Соответственно, тем самым беспроводной контроллер 60 гидроциклона позволяет передавать электронные данные, характеризующие нормальное состояние, переходное состояние и состояние "веревочного" слива, и электронные данные, характеризующие состояние износа, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. Следует, однако, понимать, что беспроводной контроллер 60 гидроциклона может передавать такие электронные данные состояния "веревочного" слива и/или износа любому подходящему для этого компоненту системы регулирования работы гидроциклона, включая центральные контроллеры, контроллеры распределителей или компьютерные рабочие станции.
После введения электронных данных состояния "веревочного" слива и/или состояния износа в систему регулирования работы гидроциклона, они могут быть интерпретированы операторами диспетчерского пункта с тем, чтобы операторы могли выполнить коррекцию определяющих эксплуатационных параметров гидроциклонного сепаратора или сепараторов, или другого соответствующего оборудования, образующего часть соответствующей системы регулирования работы гидроциклона (например, расхода, давления подачи сырья, добавления воды, управления включением/отключением и числа работающих гидроциклонов). В альтернативном случае, предпочтительно, после введения в систему регулирования работы гидроциклона, электронные данные состояния "веревочного" слива и/или износа могут быть введены в автоматизированный компьютеризированный алгоритм работы в системе регулирования работы гидроциклона с тем, чтобы корректирование определяющих эксплуатационных параметров гидроциклонного сепаратора или сепараторов, или другого соответствующего оборудования, образующего часть соответствующей системы регулирования работы гидроциклона (например, расхода, давления подачи сырья, добавления воды, управления включением/отключением и числа работающих гидроциклонов), могло быть выполнено автоматически системой регулирования работы гидроциклона (например, специальной компьютерной рабочей станцией).
В настоящем изобретении также предложен способ беспроводного определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора или группы гидроциклонов (например, в составе распределителя) в процессе работы, и введения электронных данных, соответствующих таким состояниям "веревочного" слива, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. Способ включает шаги использования беспроводного электронного датчика 10 "веревочного" потока, находящегося во взаимодействии с областью прохождения потока гидроциклонного сепаратора и приспособленного для определения нормального состояния, переходного состояния и состояния "веревочного" слива внутри гидроциклонного сепаратора, вырабатывания электронных данных, характеризующих эти состояния, и беспроводной передачи электронных данных, характеризующих состояние "веревочного" слива, для введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона.
Способ также включает использование электронного беспроводного контроллера 60, приспособленного для беспроводного приема электронных данных, характеризующих нормальное состояние, переходное состояние и состояние "веревочного" слива, переданных беспроводным электронным датчиком 10 "веревочного" потока, и приспособленного для отправки электронных данных, характеризующих на эти состояния, в систему регулирования гидроциклона. Способ также включает размещение электронного беспроводного контроллера 60 в непосредственной близости к беспроводному электронному датчику 10 "веревочного" потока для активизации и синхронизации беспроводного электронного датчика "веревочного" потока из состояния ждущего режима работы, приема электронных данных, выработанных и переданных беспроводным электронным датчиком "веревочного" потока; и побуждение электронного беспроводного контроллера к введению электронных данных, характеризующих нормальное состояние, переходное состояние и состояние "веревочного" слива, полученных от беспроводного электронного датчика "веревочного" потока, в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона.
В настоящем изобретении также предложен способ беспроводного определения состояния износа внутри гидроциклонного сепаратора или группы гидроциклонов (например, в составе распределителя) в процессе работы, и введения электронных данных, соответствующих состоянию износа в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона. Способ включает шаги использования беспроводного электронного датчика 36 или 50 износа, находящегося во взаимодействии с внутренней областью износа гидроциклонного сепаратора и приспособленного для определения состояния износа внутри внутренней области износа, вырабатывания электронных данных, характеризующих на состояние износа, и беспроводной передачи электронных данных, характеризующих состояние износа, для введения в соответствующую систему регулирования работы гидроциклона.
Способ также включает использование электронного беспроводного контроллера 60, приспособленного для беспроводного приема электронных данных, характеризующих состояние износа, переданных беспроводным электронным датчиком износа, и приспособленного для введения электронных данных, характеризующих состояние износа, в систему регулирования работы гидроциклона. Способ также включает размещение электронного беспроводного контроллера 60 в непосредственной близости к беспроводному электронному датчику 36 или 50 износа для активизации и синхронизации беспроводного электронного датчика износа из состояния ждущего режима работы, приема электронных данных, выработанных и переданных беспроводным электронным датчиком износа; и побуждение электронного беспроводного контроллера 60 к беспроводному введению электронных данных, характеризующих состояние износа, полученных от беспроводного электронного датчика износа, в соответствующую систему управления гидроциклона.
При осуществлении способа, может выполняться введение электронных данных состояния "веревочного" слива и/или износа в систему регулирования работы гидроциклона, вызывающих проведение оператором управления гидроциклоном ручного корректирования по меньшей мере одного управляющего эксплуатационного параметра гидроциклонного сепаратора или сепараторов, или другого соответствующего оборудования, образующего часть соответствующей системы регулирования работы гидроциклона (например, расхода, давления подачи сырья, добавления воды, управления включением/отключением и числа работающих гидроциклонов), посредством системы регулирования работы гидроциклона (например, посредством специальной компьютерной рабочей станцией), в случае, если выявлено состояние, требующее коррекции. В альтернативном случае, при осуществлении способа, электронные данные состояния "веревочного" слива и/или износа могут также вводиться в систему регулирования работы гидроциклона в автоматизированный компьютеризированный алгоритм работы в составе системы регулирования работы гидроциклона с тем, чтобы могло быть автоматически выполнено корректирование определяющих эксплуатационных параметров гидроциклонного сепаратора или сепараторов, или другого соответствующего оборудования, образующего часть соответствующей системы регулирования работы гидроциклона (например, расхода, давления подачи сырья, добавления воды, управления включением/отключением и числа работающих гидроциклонов), посредством системы регулирования работы гидроциклона (например, посредством специальной компьютерной рабочей станцией), в случае, если выявлено состояние, требующее коррекции.
В настоящем изобретении предложена удобная, компактная система мониторинга состояния "веревочного" слива и износа в гидроциклонах, а также соответствующий способ. Изобретение позволяет достичь максимальной долговечности износостойкой облицовки гидроциклона, обеспечивает планирование работ по обслуживанию гидроциклонов и упрощает вывод гидроциклонов из эксплуатации для их обслуживания, помогает операторам предотвратить возникновение состояния "веревочного" слива в гидроциклонах и обеспечивает большую эффективность корректирующих мероприятий при возникновении состояния "веревочного" слива. Изобретение заменяет существующие проводные датчики "веревочного" потока и износа, исключает необходимость в использовании узловых модулей, относящихся к разным циклонам, снижает количество необходимых контроллеров распределителя, уменьшает количество проводных соединений, необходимых для соединения этих элементов, и обеспечивает беспроводное определение и передачу данных состояния износа от датчиков к контроллерам распределителя для дальнейшей передачи их к рабочей станции диспетчерского пункта. Соответственно, настоящее изобретение своевременно обнаруживает состояние "веревочного" слива и обеспечивает его корректирование для предотвращения возникновения или ослабления проявления негативных свойств этого состояния, включающих блокирование слива нижнего продукта гидроциклона, прохождение всего потока гидроциклона через его сливное отверстие верхнего продукта, перенаправление крупных твердых частиц, которые нормально должны были бы направляться на мельницу через патрубок вывода нижнего продукта гидроциклона, через слив верхнего продукта гидроциклона во флотационную камеру, с сопутствующим накоплением чрезмерного количества крупных частиц в этой камере, что влечет остановку процесса и очистку с соответствующими значительными расходами и потерей времени, что может серьезно задержать процесс обогащения, снизить эффективность процесса сепарации, например, при добыче и извлечении полезных ископаемых.
Раскрытие каждого из упомянутых здесь патентов, патентных заявок и публикаций полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
В то время как предмет настоящего изобретения был рассмотрен со ссылкой на частные варианты выполнения, очевидно, что специалисты могут предложить другие варианты осуществления и видоизменения, не выходящие за пределы существа и области притязаний описанного здесь предмета изобретения. Приложенная формула включает все такие варианты осуществления и эквивалентные видоизменения.