УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТБОРА ПРОБ В ПОТОКЕ ЖИДКОТЕКУЧИХ ВЫСОКОАБРАЗИВНЫХ ПРОМПРОДУКТОВ
DEVICE FOR AUTOMATIC SAMPLING IN FREE FLOWING HIGH-ABRASIVE MIDDLING PRODUCTS

Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации отбора проб высокоабразивных жидкотекучих промпродуктов в трубах, желобах, каналах, сосудах и других потоках горно-обогатительных, химико-металлургических и других производств.
Известно устройство для отбора жидких проб продуктов фирмы Outotec типа LSA (1), заключающееся в том, что проба отбирается через щель в пробоотборной трубе, помещенной перпендикулярно направлению движения потока пульпы, постоянно пересекая весь поток пульпы. Недостатком такого устройства является то, что находящиеся в контролируемой среде (потоке пульпы) механические включения, такие как щепа, пленка, металлические и пластиковые крупные частицы часто забивают отборную щель пробоотборника, нарушая его работу, прекращая подачу проб для анализа. Кроме того, практически все руды горно-металлургического производства образуют при размоле высокоабразивные пульпы, которые за короткий срок, как показала практика (1-3 мес), разрушают пробоотборную трубу со щелью, что требует отключения системы отбора проб на время ее ремонта, приводит к дополнительным затратам.
Известно устройство для отбора проб жидкости (пульпы) из трубопровода (2), содержащее установленную в монтажном патрубке пробозаборную трубку с отверстием со стороны потока, со штуцером для отбора проб, причем монтажный патрубок выполнен в виде врезанной в трубопровод фланцевой вставки со стаканом, закрепленным на ее внешней поверхности и снабженной винтом и уплотнениями, а пробозаборная трубка выполнена с возможностью перемещения по вертикальным направляющим, расположенным внутри стакана (патент РФ №2303248, Б.И. №20, 2007). Недостатком этого устройства является тоже постоянное нахождение отборной трубки в пульпе, устанавливаемой вручную на различной глубине погружения в поток пульпы. Устройство не обеспечивает равномерный отбор пробы по всей глубине сечения трубы. Следовательно, ему присущи все вышеизложенные недостатки быстрого износа и засорения пробозаборной трубки абразивной и загрязненной механическими включениями пульпой. Кроме этого в устройстве не предусмотрена промывка пробозаборной трубки и канала отбора пробы при ее отборе на аналитический анализ, что является требованием ГОСТ на отбор проб.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для отбора проб из трубопровода (3), содержащее полый пробоотборный элемент с пробоотсекающей щелью, которая расположена перпендикулярно оси пробоотборного элемента и крышкой. Пробоотборный элемент соединен с пробоотводящим каналом и оснащен пневмоприводом, расположенным внутри пробоотборного элемента. Устройство имеет два основных положения: рабочее, во время которого происходит перемещение пробоотборного элемента и отбор пробы, и нерабочее, когда пробоотборный элемент находится в крайнем нижнем положении (авторское свидетельство SU №1723491 А1, Б.И. №12, 1992). Недостатком этого устройства является большой диаметр пробоотборного элемента (до 0,75 диаметра трубопровода), создающий значительное гидравлическое сопротивление в трубопроводе, что может приводить к нарушению режима подачи контролируемого продукта и гидравлическим ударам. Отсутствует возможность очистки пробоотсекающей щели и кольцевой полости пробоотборного элемента от механических включений находящихся в контролируемой среде (потоке пульпы), что может приводить к забиванию пробоотсекающей щели и всего пробоотборного устройства. Неудачным является и конструктивное решение о размещении пневмопривода внутри пробоотборного элемента, что привело к размещению штуцеров подачи сжатого воздуха и промывной жидкости на подвижных элементах конструкции.
Целью предлагаемого изобретения является создание устройства обеспечивающего надежную долговременную работу автоматического отбора проб в условиях высокой абразивности потока пульпы загрязненного различными механическими включениями и удовлетворяющего требованиям ГОСТ на устройства отбора проб для химического анализа.
Эта цель достигается тем, что подвижный пробоотборный шток (труба) с поперечной отборной щелью и герметично закрытым полым концом, погружаемым в поток пульпы. Другим концом пробоотборный шток соединен с пневмоприводом. С помощью пневмопривода-подвижный пробоотборный шток равномерно пересекает на всю глубину потока пульпы, и возвращается в исходное положение, отбирая через щель пробу дважды за цикл (при прямом и обратном ходе). Он находится в абразивном потоке пульпы только в течение времени фактического отбора пробы. А в остальное время цикла отбора точечной пробы, он находится вне потока абразивной пульпы. Автоматический отбор пробы позволяет устанавливать необходимое соотношение времени отбора пробы к времени паузы в зависимости от технологических требований от 1:10 до 1:60, что обеспечивает увеличение срока службы пробоотборного штока в 10-60 раз. Примененный в устройстве стакан с очистителем щели пробоотборного штока, при возвратном движении очищает шток и щель от загрязнений находящихся в пульпе инородных включений (щепы, пленки и др.). Кроме того, отсутствие в потоке пульпы постоянного дополнительного сопротивления потоку, в виде пробоотборного штока, улучшает протекание пульпы, что важно особенно при самотечном протекании пульпы и при малых размерах пульпопровода.
Предлагаемое устройство представлено на рис. 1 (схематично), где обозначены:
1. Пневмопривод,
2. Демпфер пневмопривода,
3. Концевые выключатели,
4. Шток пневмопривода,
5. Корпус пробоотборника,
6. Направляющая стойка,
7. Направляющий рычаг,
8. Пробоотборный шток с поперечной отборной щелью,
9. Фланец крепления пробоотборника,
10. Фланец монтажный объекта отбора пульпы,
11. Пробоотборная щель пробоотборного штока,
12. Объект отбора пробы (вариант-труба),
13. Штуцер с гибким шлангом,
14 Стакан с сальниковым уплотнителем и очистителем щели,
15 Раздельное сальниковое уплотнение с камерой промывки,
16. Штуцер подачи промывочной воды,
17 Запорный кран подачи промывочной воды.
18. Насос пробоотбора.
ПК - Управляющее устройство (программируемый контроллер),
БУП Блок управления устройством отбора проб.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На рис. 1 представлено среднее положение пробоотборной щели (11) пробоотборного штока (8) при отборе пробы из протекающего потока пульпы. В период паузы цикла отбора пробы, пробоотборный шток находится в верхнем положении, при котором пробоотборная щель (11) совмещается с камерой промывки (15) и штуцером подачи промывочной воды (16).
По заложенной в программируемый контроллер (ПК) программе выдается сигнал на блок управления устройством отбора проб (БУП), который включает пневмопривод (1), перемещая вниз шток пневмопривода (4) и соединенный с ним пробоотборный шток (8). Нижний конец штока с поперечной пробоотборной щелью (11) выдвигается из стакана с регулируемым сальниковым уплотнением и входит в объект отбора пробы пульпы, одновременно включается насос пробоотбора (18) при свободном течении потока пульпы в трубе или низком давлении пульпы не обеспечивающим нужный объем отбираемой пробы. Проба пульпы отбирается через штуцер (13) равномерно по всей глубине потока по мере перемещения пробоотборного штока (8). По достижению нижнего крайнего положения пробоотборной щели (11) пневмопривод автоматически переключается на подъем штока до входа пробоотборной щели в камеру промывки водой. Ход штока ограничивается положением концевых выключателей (3). Пробоотборная щель пересекает весь поток пульпы с равномерной скоростью, величина которой устанавливается с помощью демпфера пневмопривода (2). ПК позволяет задать количество последовательных ходов штока подряд, вплоть до работы в режиме непрерывного возвратно-поступательного движения пробоотборного штока бес пауз, т.е. непрерывного отбора пробы. По завершению отбора пробы пробоотборный шток поднимается в верхнее положение, внешняя поверхность пробоотборного штока и пробоотборная щель очищаются от возможных загрязнений очистителем щели. Раздельное сальниковое уплотнение выполнено в виде двух уплотнителей (15), между которыми образована камера промывки со штуцером подачи промывочной воды (16), при этом в верхнем положении штока пробоотборная щель находится в камере промывки между сальниковыми уплотнителями, причем длина нижнего сальникового уплотнения должна удовлетворять условию:
Lk>Lo где: Lk - длина уплотнителя;
Lo - расстояние от конца штока до пробоотборной щели.
Программируемый контроллер (ПК) подает сигнал на (БУП) на открытие запорного крана (17) на водной магистрали на заданное для промывки пробоотборника время. Цикл отбора пробы завершен, шток пробоотборника находится вне пульпы до начала следующего цикла отбора пробы.
При отборе проб из потока пульпы, находящемся под достаточно большим избыточным давлением, отбираемая проба пульпы транспортируется к приемнику проб под действием давления в трубопроводе. В этом случае отбор пробы производится бес включения насоса пробоотбора. Для обеспечения постоянного ориентирования пробоотборной щели в сторону набегающего потока пульпы, пробоотборное устройство оснащено направляющей стойкой (6) жестко закрепленной в корпусе пробоотборного устройства параллельно оси перемещения пробоотборного штока, с перемещающимся по стойке направляющем рычаге (7), жестко закрепленном на пробоотборном штоке.
Предложенное устройство имеет изобретательский шаг, так как разработано новое устройство, в котором применен подвижный пробоотборный шток с поперечной пробоотборной щелью на его конце, перемещение которого осуществляется пневмоприводом по заданной программе, реализуемой ПК, устройство содержит решения по автоматическому удалению пробоотборного штока из потока пульпы на время между моментами отбора пробы, производит автоматическую очистку пробоотборной щели, обеспечивает высокую надежность работы в среде абразивной пульпы с большим количеством механических включений, выполняет автоматическую промывку канала отбора пробы, не затрудняет протекание жидкости самотеком в трубопроводах малых диаметров.
Устройство для автоматического отбора проб проверено в промышленных условиях. Подтверждена указанная полезность и эффективность работы устройства. Устройство является новым, технически реализуемым, и соответствует критерию изобретения.
Литература
1. Каталог фирмы Outotec - http://www.outotec.com/products/?category=72.
2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода - Патент РФ №2303248, Б.И. №20, 2007 г.
3. Авторское свидетельство SU №1723491 А1, Б.И. №12, 1992 г.