СИСТЕМА И СПОСОБ МОНИТОРИНГА ГИДРОЦИКЛОНА
SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING A HYDROCYCLONE

Область техники, к которой относится изобретение
[001] Настоящее изобретение относится в целом к гидроциклону. В дополнительных конкретных примерах настоящее изобретение относится к системе и способу мониторинга гидроциклона.
Предпосылки создания изобретения
[002] Гидроциклоны широко использования для разделения взвешенного вещества, перемещаемого в жидкости, на множество выходных потоков или «фаз» различной плотности. Например, в горнодобывающей промышленности гидроциклоны могут использоваться для разделения твердых частиц, которые находятся в суспензии, на более тяжелую твердую фазу (с более крупными частицами) и более легкую твердую фазу (с более мелкими частицами) в целях классификации/разделения по крупности. Гидроциклоны могут иметь разные режимы работы. Некоторые режимы работы желательны, в то время как некоторые нежелательны. Такие нежелательные режимы работы могут привести к увеличенному износу и срабатыванию оборудования и могут потребовать дополнительной обработки.
[003] Во время нормальной устойчивой работы гидроциклона суспензия поступает через верхний впускной элемент разделительной камеры гидроциклона, имеющей вид перевернутого конуса, при этом более тяжелая твердая фаза («нижний продукт/слив») выпускается через нижний выпускной элемент и более легкая твердая фаза («верхний продукт/слив») выпускается через верхний выпускной элемент. Однако устойчивость гидроциклона во время такой эксплуатации может быть легко нарушена, что приводит к неэффективному процессу разделения, при этом или избыточное количество мелких частиц выходит через нижний выпускной элемент, или более крупные частицы выходят через верхний выпускной элемент.
[004] Один вид неустойчивой работы известен как «режим с вязкой струей» (“roping”), при котором доля твердых частиц, выпускаемых через нижний выпускной элемент, увеличивается до значения, при котором поток ухудшается. Если корректировочные меры не будут приняты своевременно, в разделительной камере будет увеличиваться скопление твердых частиц, выходящих через выпускной элемент, внутреннее воздушное ядро будет сжиматься, и из нижнего выпускного элемента будет выходить поток с крупными твердыми частицами, имеющий форму «каната» (rope). Режим с вязкой струей может также привести к нежелательному эффекту, проявляющемуся в том, что некоторая или существенная часть более тяжелой фазы будет выходить через верхний выпускной элемент. Ряд различных условий эксплуатации может вызывать возникновение режима с вязкой струей, при этом некоторые из них включают изменение состава и вязкости суспензии и увеличение скорости подачи суспензии.
[005] Другой вид неустойчивой работы имеет место тогда, когда доля мелкозернистого материала, выпускаемого ненадлежащим образом через нижний выпускной элемент, постепенно увеличивается до неприемлемого уровня. Этот вид неустойчивой работы может возникать, например, в результате изменений состава и вязкости вводимой суспензии, уменьшения скорости подачи суспензии и так далее.
[006] Оба режима неустойчивой работы, приведенные в качестве примера и описанные выше, могут оказывать серьезное отрицательное влияние на процессы последующей обработки, часто приводя к необходимости дополнительной обработки (которая, как будет понятным, может сильно отрицательно повлиять на прибыли), а также приводят к ускоренному износу оборудования.
[007] Существует потребность в новых или усовершенствованных системах и/или способах мониторинга работы гидроциклона.
[008] Ссылка в данном описании на любую предшествующую публикацию (или информацию, полученную из предшествующей публикации) или на любой материал, который известен, не рассматривается и не должна рассматриваться как признание или допущение или любая форма предположения того, что данная предшествующая публикация (или информация, полученная из предшествующей публикации) или известный материал образует часть общедоступных сведений в области деятельности, к которой относится данное описание.
Краткое изложение сущности изобретения
[009] Это краткое изложение сущности изобретения приведено для представления в упрощенном виде выбранных идей, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Это краткое изложение сущности изобретения не предназначено для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявленного предмета изобретения, а также не предназначено для использования для ограничения заявленного предмета изобретения.
[010] В соответствии с одним иллюстративным аспектом предложена система мониторинга гидроциклона, содержащая гидроциклон, содержащий разделительную камеру, имеющую впускной элемент для подачи вводимой смеси в разделительную камеру и первый и второй выпускные элементы для выпуска потоков соответствующих первого и второго компонентов смеси из разделительной камеры, трубчатый элемент, соединенный с первым выпускным элементом, при этом в трубчатом элементе образован канал для отвода потока первого компонента, выпускаемого из разделительной камеры, измерительный блок, выполненный с возможностью определения характеристик потока первого компонента в канале, систему обработки данных, выполненную с возможностью приема - от измерительного блока - данных измерений, указывающих на характеристики потока первого компонента, и с возможностью определения режима работы гидроциклона на основе данных измерений.
[011] В некоторых вариантах осуществления первый выпускной элемент представляет собой выпускной элемент для верхнего продукта гидроциклона.
[012] В некоторых вариантах осуществления второй выпускной элемент представляет собой выпускной элемент для нижнего продукта гидроциклона.
[013] В некоторых вариантах осуществления режим работы гидроциклона включает характеристики потока второго компонента.
[014] В некоторых вариантах осуществления характеристики потока второго компонента включают форму потока второго компонента при его выходе из второго выпускного элемента.
roping
semi-roping
splashing
[015] В некоторых вариантах осуществления данная форма представляет собой одну из формы вязкой струи (), формы полувязкой струи () и формы струи с большим углом ().
[016] В некоторых вариантах осуществления характеристики потока первого компонента включают колебания, передаваемые потоком первого компонента измерительному блоку.
[017] В некоторых вариантах осуществления система обработки данных выполнена с возможностью определения режима работы гидроциклона посредством анализа частотных характеристик колебаний.
[018] В некоторых вариантах осуществления система обработки данных выполнена с возможностью определения наличия одной или более частотных составляющих колебаний в одном или более диапазонах частот.
[019] В некоторых вариантах осуществления диапазон частот из данных одного или более диапазонов частот представляет собой диапазон от приблизительно 10 Гц до приблизительно 20 Гц.
[020] В некоторых вариантах осуществления диапазон частот из данных одного или более диапазонов частот представляет собой диапазон от приблизительно 20 Гц до приблизительно 30 Гц.
[021] В некоторых вариантах осуществления система обработки данных выполнена с возможностью определения режима работы гидроциклона посредством анализа амплитудных характеристик колебаний.
[022] В некоторых вариантах осуществления измерительный блок содержит мембрану, сообщающуюся с каналом, и датчик колебаний, функционально соединенный с мембраной для обнаружения колебаний мембраны.
[023] В некоторых вариантах осуществления мембрана проходит вокруг периферии канала.
[024] В некоторых вариантах осуществления мембрана проходит вокруг выемки в боковой стенке трубчатого элемента.
[025] В некоторых вариантах осуществления мембрана примыкает к периферии выемки так, что комбинация трубчатого элемента и мембраны определяет границы канала.
[026] В некоторых вариантах осуществления выемка образует второй канал, имеющий закрытый конец, при этом второй канал сообщается с каналом так, что часть потока первого компонента отклоняется во второй канал и возвращается в канал.
[027] В некоторых вариантах осуществления мембрана проходит вокруг данного закрытого конца.
[028] В некоторых вариантах осуществления второй канал перпендикулярен к каналу, образованному в трубчатом элементе.
[029] В некоторых вариантах осуществления мембрана представляет собой упругую мембрану.
[030] В некоторых вариантах осуществления датчик колебаний представляет собой акселерометр.
[031] В некоторых вариантах осуществления мембрана содержит первую поверхность, сообщающуюся с каналом, и вторую поверхность, противоположную первой поверхности и обращенную от канала.
[032] В некоторых вариантах осуществления датчик колебаний прикреплен ко второй поверхности.
[033] В некоторых вариантах осуществления система мониторинга гидроциклона дополнительно содержит исполнительный механизм для регулирования потока смеси, вводимой через впускной элемент, при этом система обработки данных дополнительно выполнена с возможностью управления исполнительным механизмом на основе определенного режима работы гидроциклона.
[034] В некоторых вариантах осуществления трубчатый элемент представляет собой переходник для соединения первого выпускного элемента с трубой.
[035] В некоторых вариантах осуществления трубчатый элемент представляет собой трубу, соединенную с первым выпускным элементом.
[036] Согласно другому иллюстративному аспекту предложен способ мониторинга гидроциклона, содержащего разделительную камеру, имеющую впускной элемент для подачи вводимой смеси в разделительную камеру и первый и второй выпускные элементы для выпуска потоков соответствующих первого и второго компонентов смеси из разделительной камеры, при этом способ включает отвод потока первого компонента, выпускаемого из разделительной камеры, по каналу, образованному в трубчатом элементе, соединенном с первым выпускным элементом, определение характеристик потока первого компонента в канале посредством использования измерительного блока, определение режима работы гидроциклона на основе определенных характеристик потока первого компонента.
[037] В некоторых вариантах осуществления первый выпускной элемент представляет собой выпускной элемент для верхнего продукта гидроциклона.
[038] В некоторых вариантах осуществления второй выпускной элемент представляет собой выпускной элемент для нижнего продукта гидроциклона.
[039] В некоторых вариантах осуществления режим работы гидроциклона включает характеристики потока второго компонента.
[040] В некоторых вариантах осуществления характеристики потока второго компонента включают форму потока второго компонента при его выходе из второго выпускного элемента.
[041] В некоторых вариантах осуществления данная форма представляет собой одну из формы вязкой струи, формы полувязкой струи и формы струи с большим углом.
[042] В некоторых вариантах осуществления характеристики потока первого компонента включают колебания, передаваемые потоком первого компонента измерительному блоку.
[043] В некоторых вариантах осуществления определение режима работы гидроциклона включает анализ частотных характеристик колебаний.
[044] В некоторых вариантах осуществления анализ частотных характеристик колебаний включает определение наличия одной или более частотных составляющих колебаний в одном или более диапазонах частот.
[045] В некоторых вариантах осуществления диапазон частот из данных одного или более диапазонов частот представляет собой диапазон от приблизительно 10 Гц до приблизительно 20 Гц.
[046] В некоторых вариантах осуществления диапазон частот из данных одного или более диапазонов частот представляет собой диапазон от приблизительно 20 Гц до приблизительно 30 Гц.
[047] В некоторых вариантах осуществления определение режима работы гидроциклона включает анализ амплитудных характеристик колебаний.
[048] В некоторых вариантах осуществления измерительный блок содержит мембрану, сообщающуюся с каналом, и датчик колебаний, функционально соединенный с мембраной для обнаружения колебаний мембраны.
[049] В некоторых вариантах осуществления мембрана проходит вокруг периферии канала.
[050] В некоторых вариантах осуществления мембрана проходит вокруг выемки в боковой стенке трубчатого элемента.
[051] В некоторых вариантах осуществления мембрана примыкает к периферии выемки так, что комбинация трубчатого элемента и мембраны определяет границы канала.
[052] В некоторых вариантах осуществления выемка образует второй канал, имеющий закрытый конец, при этом второй канал сообщается с каналом так, что часть потока первого компонента отклоняется во второй канал и возвращается в канал.
[053] В некоторых вариантах осуществления мембрана проходит вокруг данного закрытого конца.
[054] В некоторых вариантах осуществления второй канал перпендикулярен к каналу, образованному в трубчатом элементе.
[055] В некоторых вариантах осуществления мембрана представляет собой упругую мембрану.
[056] В некоторых вариантах осуществления датчик колебаний представляет собой акселерометр.
[057] В некоторых вариантах осуществления мембрана содержит первую поверхность, сообщающуюся с каналом, и вторую поверхность, противоположную первой поверхности и обращенную от канала.
[058] В некоторых вариантах осуществления датчик колебаний прикреплен ко второй поверхности.
[059] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает управление исполнительным механизмом для регулирования потока смеси, вводимой через впускной элемент, на основе определенного режима работы гидроциклона.
[060] В некоторых вариантах осуществления трубчатый элемент представляет собой переходник для соединения первого выпускного элемента с трубой.
[061] В некоторых вариантах осуществления трубчатый элемент представляет собой трубу, соединенную с первым выпускным элементом.
[062] Согласно еще одному иллюстративному аспекту предложен измерительный блок для гидроциклона, содержащий мембрану, выполненную с возможностью прикрепления к предназначенной для измерительного блока короткой выступающей части выпускной трубы для верхнего продукта гидроциклона, при этом мембрана содержит барабанный передний элемент, выполненный с возможностью перемещения в ответ на колебания текучей среды в выпускной трубе для верхнего продукта, и краевую часть для прикрепления, выполненную с возможностью избирательного механического присоединения к выпускной трубе для верхнего продукта, элемент для прикрепления акселерометра, выполненный с возможностью удерживания акселерометра с обеспечением его механической связи с мембраной, посредством чего колебания могут быть обнаружены, и элемент для прикрепления мембраны, содержащий фланец, выполненный с возможностью удерживания мембраны с обеспечением ее прилегания к выпускной трубе для верхнего продукта вблизи краевой части для прикрепления.
[063] Согласно еще одному иллюстративному аспекту предложен способ определения рабочей характеристики гидроциклона, при этом способ включает обеспечение сообщения мембраны с камерой текучей среды гидроциклона, обнаружение колебаний мембраны и определение с достаточной точностью рабочей характеристики на основе обнаруженных колебаний.
[064] В некоторых вариантах осуществления этап обеспечения сообщения мембраны с камерой текучей среды гидроциклона включает обеспечение мембраны на трубе для верхнего продукта гидроциклона.
[065] Согласно еще одному иллюстративному аспекту предложен мембранный узел, предназначенный для присоединения к трубе для верхнего продукта гидроциклона, при этом мембранный узел содержит мембрану, опору для мембраны, выполненную с возможностью установки и удерживания мембраны параллельно воздушному ядру гидроциклона, и опору для датчика, выполненную с возможностью установки на ней датчика колебаний.
[066] В некоторых вариантах осуществления опора для датчика расположена на мембране в ее центре.
[067] Другие аспекты, признаки и преимущества станут очевидными из нижеприведенного подробного описания при его рассмотрении совместно с сопровождающими чертежами, которые представляют собой часть данного раскрытия изобретения и которые иллюстрируют посредством примера принципы различных вариантов осуществления.
Краткое описание фигур
[068] Иллюстративные варианты осуществления очевидны из нижеприведенного описания, в котором только в виде примера приведен по меньшей мере один неограничивающий вариант осуществления, описанный в связи с сопровождающими фигурами.
[069] Фиг.1 иллюстрирует блок-схему иллюстративной системы мониторинга гидроциклона.
[070] Фиг.2 иллюстрирует приведенные в качестве примера формы потоков материала нижнего продукта, выпускаемого из предназначенного для нижнего продукта, выпускного элемента гидроциклона.
[071] Фиг.3 иллюстрирует блок-схему иллюстративной системы для мониторинга и/или управления гидроциклоном.
[072] Фиг.4 иллюстрирует вид в разрезе иллюстративного переходника для верхнего продукта.
[073] Фиг.5 иллюстрирует вид сбоку переходника по фиг.4, предназначенного для верхнего продукта.
[074] Фиг.6 иллюстрирует вид сверху переходника по фиг.4, предназначенного для верхнего продукта.
[075] Фиг.7 иллюстрирует вид в разрезе другого иллюстративного переходника для верхнего продукта.
[076] Фиг.8 иллюстрирует вид сбоку переходника по фиг.7, предназначенного для верхнего продукта.
[077] Фиг.9 иллюстрирует вид сверху переходника по фиг.7, предназначенного для верхнего продукта.
[078] Фиг.10 иллюстрирует вид в разрезе иллюстративного измерительного блока, прикрепленного к иллюстративному опорному элементу для измерительного блока.
[079] Фиг.11 иллюстрирует вид сбоку измерительного блока, прикрепленного к опорному элементу для измерительного блока по фиг.10.
[080] Фиг.12 иллюстрирует вид спереди иллюстративной выпускной трубы для верхнего продукта.
[081] Фиг.13 иллюстрирует вид сбоку с разрезом выпускной трубы по фиг.12, предназначенной для верхнего продукта.
[082] Фиг.14 иллюстрирует вид спереди выпускной трубы по фиг.12, предназначенной для верхнего продукта, соединенной с иллюстративным выпускным элементом гидроциклона, предназначенным для верхнего продукта, и включающей в себя иллюстративный измерительный блок.
[083] Фиг.15 иллюстрирует вид сверху с разрезом выпускной трубы по фиг.14, предназначенной для верхнего продукта.
[084] Фиг.16 иллюстрирует вид сбоку другого иллюстративного измерительного блока.
[085] Фиг.17 иллюстрирует вид в разрезе измерительного блока по фиг.16.
[086] Фиг.18 иллюстрирует вид в перспективе иллюстративного измерительного блока, установленного на иллюстративной выпускной трубе для верхнего продукта.
[087] Фиг.19 иллюстрирует блок-схему иллюстративного способа мониторинга гидроциклона.
[088] Фиг.20 иллюстрирует приведенный в качестве примера график зависимости результатов измерений колебаний в потоке материала верхнего продукта, выпускаемого из гидроциклона, от времени.
[089] Фиг.21 иллюстрирует приведенный в качестве примера график зависимости результатов измерений колебаний в потоке материала верхнего продукта, выпускаемого из гидроциклона, от частоты.
[090] Фиг.22 иллюстрирует приведенные в качестве примера графики эффективности нижнего продукта в зависимости от размера частиц нижнего продукта для разных режимов работы гидроциклона.
[091] Фиг.23 иллюстрирует блок-схему иллюстративной системы обработки данных в системе мониторинга гидроциклона.
Подробное описание
[092] Нижеприведенные варианты, приведенные только в качестве примера, описаны для обеспечения более точного понимания предмета варианта или вариантов осуществления. На фигурах, включенных для иллюстрации признаков иллюстративного варианта осуществления, аналогичные ссылочные позиции используются для обозначения аналогичных компонентов на всех фигурах.
[093] На фиг.1 проиллюстрирована приведенная в качестве примера система 100 мониторинга гидроциклона. Система 100 мониторинга содержит один или более гидроциклонов 110. В одном варианте осуществления гидроциклон 110 может включать в себя корпус с разделительной камерой 112, имеющей впускной элемент 120, первый выпускной элемент 130 и второй выпускной элемент 140. Впускной элемент 120 обеспечивает возможность ввода или подачи вводимой смеси 122 в разделительную камеру 112. Смесь может представлять собой полужидкую смесь или смесь, несущую частицы, такую как пульпа/суспензия с твердыми частицами. Когда смесь перемещается через разделительную камеру 112, она разделяется на два компонента или две фазы. Данные два компонента могут содержать частицы разного размера, плотности или массы. Первый компонент, содержащий в основном легкие частиц, выпускается или выходит через первый выпускной элемент 130, названный выпускным элементом для верхнего продукта. Второй компонент, содержащий в основном тяжелые частицы, выпускается или выходит через второй выпускной элемент 140, называемый выпускным элементом для нижнего продукта.
[094] В некоторых примерах первый выпускной элемент 130, или выпускной элемент 130 для верхнего продукта, расположен в центре верхней стенки или верхнего торца разделительной камеры 112, в то время как второй выпускной элемент 140, или выпускной элемент 140 для нижнего продукта, расположен в центре на нижнем конце разделительной камеры 112. Гидроциклон 110 выполнен с возможностью создания внутреннего воздушного ядра, вокруг которого циркулирует вводимая смесь. В некоторых примерах разделительная камера 112 содержит камеру, имеющую коническую форму, цилиндроконическую форму, форму усеченного конуса или цилиндро-усеченно-коническую форму. В других примерах разделительная камера 112 может иметь любую другую форму или конфигурацию для обеспечения возможности разделения или содействия разделению вводимой смеси 112 для два компонента.
[095] Во время устойчивой работы гидроциклон 110 функционирует так, что поток 132 первого компонента выходит через первый выпускной элемент 130. Поток 132 первого компонента может иметь более легкую твердую фазу материала и/или жидкую фазу материала. Аналогичным образом поток 142 второго компонента выпускается через второй выпускной элемент 140. Поток 142 второго компонента может представлять собой более тяжелую твердую фазу материала.
[096] Первый компонент 132 и второй компонент 142, имеющие разные свойства материалов, могут выходить соответственно из первого выпускного элемента 130 и второго выпускного элемента 140 с разными характеристиками потоков компонентов или материалов. Тем не менее можно понять, что характеристики потоков первого компонента 132 и второго компонента 142 могут быть взаимосвязаны. Например, характеристика потока первого компонента и/или характеристика потока второго компонента могут включать объем, скорость потока, особенности движения частиц, такие как форма струи, колебания, имеющие амплитуду и период, и/или тому подобное.
[097] В частности, колебания потока первого компонента 132 (например, характеристика потока первого компонента 132 материала) могут быть связаны с характеристикой потока второго компонента 142, такой как форма струи потока 142 второго материала. Другими словами, поскольку впускной элемент 120 сообщается по текучей среде как с первым выпускным элементом 130, так и со вторым выпускным элементом 140, характеристики материала и поведение материала, выходящего из первого выпускного элемента 130, могут влиять на другие характеристики материала и/или поведение материала, выходящего из второго выпускного элемента 140, как и характеристики материала и поведение материала, выходящего из второго выпускного элемента 140, могут влиять на другие характеристики материала и/или поведение материала, выходящего из первого выпускного элемента 130.
[098] Следовательно, измерение колебаний, например, измерения амплитуды, периода, ускорения, определение формы волны или любой другой характеристики, связанной с материалом, выходящим из одного выпускного элемента, может быть связано с другими характеристиками материала, выходящего из другого выпускного элемента. В частности, амплитуда, период и/или ускорение колебаний (характеристики потока первого материала), передаваемых посредством потока 132 первого компонента, выходящего из гидроциклона 110 через первый выпускной элемент 130, могут соответствовать тому, имеет ли поток 142 второго компонента, выходящий из второго выпускного элемента 140, желательные или нежелательные характеристики потока 142 второго компонента.
[099] Для этого система 100 мониторинга дополнительно содержит локальное измерительное устройство 150, содержащее измерительный блок 152 и систему 154 обработки данных. Измерительный блок 152 выполнен с возможностью определения, измерения или распознавания характеристик потока первого компонента в трубчатом элементе 134. Трубчатый элемент 134 соединен с первым выпускным элементом 130 и образует канал для отвода потока первого компонента 132, выпускаемого из разделительной камеры 112. Трубчатый элемент 134 может направлять поток первого компонента 132 из разделительной камеры 112, например, в контейнер для сбора первого компонента 132. Аналогичным образом в некоторых примерах другой трубчатый элемент может быть соединен со вторым выпускным элементом 140 для направления второго компонента 142, например, в другой контейнер. В других примерах второй выпускной элемент 140 обращен в направлении вниз, и второй компонент 142 падает под действием силы тяжести через второй выпускной элемент 140 в контейнер для сбора.
[0100] В некоторых примерах трубчатый элемент 134 представляет собой переходник или переходник для верхнего продукта, предназначенный для соединения первого выпускного элемента 130 с трубой. В других примерах трубчатый элемент 134 представляет собой трубу, соединенную с первым выпускным элементом 130. В иных примерах трубчатый элемент 134 содержит переходник и трубу, соединенную с первым выпускным элементом 130 посредством переходника. В некоторых примерах измерительный блок 152 прикреплен к трубчатому элементу 134 и сообщается с каналом, который образован в трубчатом элементе 134, для обеспечения возможности того, чтобы измерительный блок 152 непосредственно измерял характеристики потока первого компонента 132. Может быть предпочтительным прикрепление измерительного блока 152 к переходнику, такому как переходник трубчатого элемента 134, предназначенный для верхнего продукта, поскольку это позволяет монтировать измерительный блок 152 при отсутствии необходимости замены всей трубы, соединенной с выпускным элементом 130 гидроциклона 110, предназначенным для верхнего продукта. Следует понимать, что может быть более удобной замена переходника, который, как правило, имеет меньшие размеры и является более легким, чем вся труба, другим переходником, выполненным с возможностью крепления измерительного блока 152, вместо замены целой трубы.
[0101] Система 154 обработки данных функционально соединена и предпочтительно связана с помощью электронных средств с измерительным блоком 152. Система 154 обработки данных может быть расположена вблизи измерительного блока 152 и/или гидроциклона 110 и поэтому может быть названа локальной системой обработки данных. Система 154 обработки данных может представлять собой любой электронный процессор, выполненный с возможностью установления электронной связи с элементами измерительного блока 152 для определения характеристик потока первого компонента 132, проходящего по каналу, образованному в трубчатом элементе 134. В некоторых примерах система 154 обработки данных выполнена с возможностью приема - от измерительного блока 152 - данных измерений, указывающих на характеристики потока первого компонента 132. Система 154 обработки данных может содержать процессор ARDUINO, хотя возможен любой подходящий процессор.
[0102] Система 154 обработки данных дополнительно функционально соединена с зональным устройством 160 централизованного управления. Зональное устройство 160 централизованного управления может содержать блок управления и и/или человеко-машинный интерфейс и может быть расположено удаленно от локального измерительного устройства 150 гидроциклона 110. Зональное устройство 160 централизованного управления содержит блок 162 управления, выполненный с возможностью взаимодействия с одним или более локальными измерительными устройствами, взаимодействующими с одним или более гидроциклонами, включая локальное измерительное устройство 150, взаимодействующее с гидроциклоном 110. Данные одно или более измерительных устройств могут быть соединены посредством шины 164 устройства 160 централизованного управления с блоком 162 управления. Блок 162 управления может взаимодействовать с приемопередающим устройством 166 для связи с удаленным управляющим компьютером 170 верхнего уровня, расположенным удаленно от других элементов зонального устройства 160 централизованного управления.
[0103] Система 100 мониторинга дополнительно содержит исполнительный механизм или исполнительное устройство 156 для регулирования потока смеси, вводимой через впускной элемент 120. Следовательно, исполнительный механизм 156 расположен между впускным элементом 120 и источником 124 материала вводимой смеси 122 (например, источником текучей среды). Источник 124 материала может содержать источник суспензии твердых частиц, таких как добытые минералы, скальная порода, грунт и/или тому подобное. В некоторых примерах исполнительный механизм 156 содержит клапан (такой как регулирующий клапан) или вентиль для ограничения потока или содействия прохождению потока вводимой смеси 122 из источника 124 материала к впускному элементу 120.
[0104] Система 154 обработки данных выполнена с возможностью управления исполнительным механизмом 156 на основе определенного режима работы гидроциклона 110. Исполнительный механизм 156 может получать управляющие команды от системы 154 обработки данных (или из других мест в других вариантах осуществления) и может обеспечить изменение характеристик потока вводимой смеси, например, посредством приведения исполнительного механизма 156 в действие для ограничения потока вводимой смеси 122, поступающего во впускной элемент 120, или для изменения других характеристик потока так, как желательно или необходимо. В некоторых примерах исполнительный механизм 156 образует часть локального измерительного устройства 150, даже несмотря на то, что он может быть расположен в отдельном месте, отличном от места расположения измерительного блока 152 и системы 154 обработки данных.
[0105] Система 154 обработки данных выполнена с возможностью определения режима работы гидроциклона 110 на основе данных измерений или на основе характеристик потока первого компонента 132, определяемых измерительным блоком 152. Режим работы гидроциклона 110 может включать характеристики потока второго компонента 142, выходящего из второго выпускного элемента 140. Такие характеристики могут включать форму потока.
[0106] Одним существенным наблюдаемым отличительным признаком устойчивой работы гидроциклона является то, что более тяжелая твердая фаза во время устойчивой работы будет иметь более постоянную зонтообразную форму струи, когда она выходит из вершины нижнего (или предназначенного для нижнего продукта) выпускного элемента 140. Другими словами, можно утверждать, что форма струи демонстрирует характеристики «брызг»/струи с большим углом, а не характеристики «вязкой» или «полувязкой» струи.
[0107] Например, на фиг.2 проиллюстрированы приведенные в качестве примера формы потока нижнего продукта, выпускаемого из предназначенного для нижнего продукта, выпускного элемента 200 гидроциклона. Форма 210 соответствует струе с большим углом, форма 220 соответствует полувязкой струе, и форма 230 соответствует вязкой струе. Как правило, нежелательно, чтобы гидроциклон функционировал в режиме с вязкой струей. Вместо этого может быть предпочтительным, чтобы гидроциклон функционировал в режиме или со струей с большим углом, или с полувязкой струей.
[0108] В некоторых примерах измерительный блок 152 может быть выполнен с возможностью определения характеристики потока первого компонента, когда он проходит по выпускной трубе для верхнего продукта, соединенной с выпускным элементом 130 для верхнего продукта, для регулирования скорости или объема, или другой характеристики потока вводимого материала так, чтобы характеристика потока второго компонента обеспечивала достижение заданной формы потока при его выходе из выпускного элемента 140 для нижнего продукта. В некоторых примерах локальное измерительное устройство 150 также воздействует на свойство материала вводимого потока в ответ на результаты измерений.
[0109] В некоторых примерах характеристики потока первого компонента 132 включают колебания, передаваемые потоком первого компонента 132 измерительному блоку 152. То есть измерительный блок 152 обнаруживает или измеряет колебания в потоке первого компонента 132, когда данный поток проходит по трубчатому элементу 134. В частности, колебания в потоке первого компонента 132 могут быть связаны с колебаниями воздушного ядра в разделительной камере 112. Напротив, характеристики колебаний воздушного ядра могут не зависеть и могут отличаться от колебаний в физических компонентах гидроциклона 110. Например, воздушное ядро в разделительной камере 112 может колебаться с той же частотой, что и частота колебаний потока первого компонента 132, но с частотой, отличающейся от частоты колебаний корпуса разделительной камеры 112 или трубчатого элемента 134. Следовательно, посредством измерения колебаний в потоке первого компонента 132 можно определить устойчивость воздушного ядра и режим работы или рабочее состояние гидроциклона 110.
[0110] Система 154 обработки данных может быть выполнена с возможностью определения режима работы гидроциклона 110 на основе данных измерений колебаний, собранных измерительным блоком 152, при этом режим работы соответствует форме потока второго компонента 142, выходящего из второго выпускного элемента (например, форме струи с большим углом, форме полувязкой струи или форме вязкой струи). При этом система 154 обработки данных может осуществлять управление исполнительным механизмом 156 для поддержания, регулирования или изменения режима работы гидроциклона 110.
[0111] В контексте данного описания следует понимать, что термин «колебание/вибрация» или «колебательный/вибрационный» следует толковать в широком смысле и что он охватывает в пределах его объема любое колебательное смещение или движение и по существу может соответствовать (в зависимости от величины) изменениям смещения в зависимости от времени и/или скорости и/или ускорения.
[0112] На фиг.3 проиллюстрирована приведенная в качестве примера система 300 управления гидроциклонами, предназначенная для мониторинга и/или управления режимами работы множества гидроциклонов. Множество гидроциклонов включает первый гидроциклон 310 и второй гидроциклон 320, хотя в других примерах может быть предусмотрено любое число гидроциклонов, например, один, два, три или более. Каждый гидроциклон имеет соответствующее ему, локальное измерительное устройство 312 и 322, которое включает в себя измерительный блок, выполненный с возможностью определения характеристик потока, выходящего из одного выпускного элемента гидроциклона, и систему обработки данных, выполненную с возможностью определения режима работы гидроциклона посредством использования данных измерений, полученных от измерительного блока. Каждое локальное измерительное устройство может дополнительно содержать исполнительный механизм для регулирования потока материала, поступающего во впускной элемент каждого гидроциклона.
[0113] Система 300 управления содержит зональное устройство 360 централизованного управления, которое может содержать блок 362 управления, выполненный с возможностью взаимодействия с локальными измерительными устройствами 312 и 322. Локальные измерительные устройства 312 и 322 соединены шиной 364 устройства 360 централизованного управления с блоком 362 управления.
[0114] Блок 362 управления может взаимодействовать с приемопередающим устройством 366 для связи с удаленным управляющим компьютером 370 верхнего уровня, расположенным удаленно от остальных элементов устройства 360 централизованного управления. Например, множество локальных измерительных устройств, включая устройства 312 и 322, могут быть размещены или распределены в разных местах по всему месту проведения работ, например, месту, которое имеет множество гидроциклонов, включая гидроциклоны 310 и 320. Данное место проведения работ может иметь зональное устройство 360 централизованного управления, получающее данные от каждого локального измерительного устройства 312 и 322 и обрабатывающее и агрегирующее эти данные для связи с удаленным управляющим компьютером 370 верхнего уровня. Аналогичным образом зональное устройство 360 централизованного управления может получать данные от удаленного управляющего компьютера верхнего уровня и направлять их и/или команды на их основе локальным измерительным устройствам 312 и 322, например, для управления по отдельности работой различных измерительных блоков и исполнительных механизмов, взаимодействующих с исполнительными устройствами гидроциклонов 310 и 320.
[0115] Удаленный управляющий компьютер 370 верхнего уровня может содержать централизованный командный процессор, выполненный с возможностью взаимодействия с множеством разных мест проведения работ. Таким образом, управление каждым гидроциклоном 310 и 320 может осуществляться по отдельности, однако можно предотвратить перегрузку сети и управлять нагрузкой на процессор и расходом энергии посредством использования зонального устройства 360 централизованного управления для координации передачи и приема данных от места проведения работ посредством приемопередающего устройства 366.
[0116] Каждое измерительное устройство 312 и 322 может иметь локальную систему обработки данных, выполненную с возможностью проведения временного анализа и/или частотного анализа, например, посредством периодической дискретизации сигнала и выполнения преобразования Фурье для сигнала. Таким образом, локальная система обработки данных может быть выполнена с возможностью определения режима работы соответствующего ей гидроциклона (например, гидроциклона 310 или 320). Каждая локальная система обработки данных может дополнительно взаимодействовать с зональным устройством 360 централизованного управления и удаленным управляющим компьютером 370 верхнего уровня для документирования рабочих характеристик, для анализа рабочих характеристик и/или для выдачи команды исполнительному механизму, взаимодействующему с каждым гидроциклоном, на приведение в действие для изменения рабочих характеристик соответствующего гидроциклона.
[0117] На фиг.4-6 проиллюстрирован переходник 400 или переходник для верхнего продукта, предназначенный для соединения трубы с выпускным элементом гидроциклона, предназначенным для верхнего продукта. Переходник 400 содержит цилиндрический корпус 410, имеющий первый открытый конец 420 и второй открытый конец 430. Первый открытый конец 420 выполнен с возможностью соединения с выпускным элементом гидроциклона, предназначенным для верхнего продукта, в то время как второй конец 430 выполнен с возможностью соединения с трубой. В корпусе 410 образован канал 440 для отвода потока материала верхнего продукта, выпускаемого из выпускного элемента для верхнего продукта. Во время нормальной работы материал верхнего продукта поступает в переходник 400 через первый открытый конец 420 и выходит через второй открытый конец 430 в соответствующий канал трубы.
[0118] Адаптер 400 дополнительно содержит выемку, канал или отверстие 450 в боковой стенке корпуса 410. Опорный элемент 460 для измерительного блока прикреплен к корпусу 410 болтами 470 так, что он проходит от края до края выемки 450. Выступ 452 боковой стенки корпуса 410 выступает от канала 440, обеспечивая установочную поверхность для крепления опорного элемента 460 для измерительного блока. Опорный элемент 460 для измерительного блока содержит буртик 462 с множеством отверстий, распределенных по буртику для обеспечения возможности прохождения болтов 470. Буртик 462 перекрывает выступ 452, который также содержит множество отверстий, выполненных с возможностью приема болтов 470. Опорный элемент 460 для измерительного блока дополнительно содержит фланец 464. Когда опорный элемент 460 для измерительного блока прикреплен к выступу 452, фланец 464 проходит вблизи края выемки 450. Фланец 464 образует установочную часть для измерительного блока 480 (описанного ниже).
[0119] Измерительный блок 480 содержит мембрану 482 (которая может представлять собой эластомерную мембрану), которая проходит поверх выемки 450 и прикреплена к фланцу 464. Мембрана 482 примыкает к периферии выемки 450 так, что комбинация корпуса 410 и мембраны 482 определяет границу канала 440. Мембрана 482, будучи прикрепленной к опорному элементу 460 для измерительного блока, герметично закрывает выемку 450, в результате чего предотвращается выход материала верхнего продукта или текучей среды из переходника 400 через выемку 450.
[0120] Мембрана 482 сообщается с каналом 440 и проходит вокруг периферии канала 440. То есть мембрана 482 расположена на периферии или внешней границе канала 440 вблизи боковой стенки корпуса 410. В некоторых примерах мембрана 482 не проходит или не выступает в канал 440. Таким образом мембрана 482 не создает препятствия или преграды для потока материала верхнего продукта, проходящего по каналу 440. Однако поскольку мембрана 482 сообщается с каналом 440, она входит в контакт с материалом верхнего продукта (когда материал верхнего продукта проходит от первого открытого конца 410 ко второму открытому концу 430) и, следовательно, может быть использована для непосредственного измерения, например, колебаний материала верхнего продукта (например, колебаний или пульсации материала верхнего продукта в направлении, поперечном к среднему направлению потока материала верхнего продукта, проходящего по каналу 440). В некоторых примерах колебания материала верхнего продукта, проходящего через переходник 400, непосредственно связаны с колебаниями воздушного ядра в разделительной камере гидроциклона.
[0121] На фиг.7-9 проиллюстрирован другой переходник 500 или переходник для верхнего продукта, предназначенный для соединения трубы с выпускным элементом гидроциклона, предназначенным для верхнего продукта. Переходник 500 содержит цилиндрический корпус 510, имеющий первый открытый конец 520 и второй открытый конец 530. Первый открытый конец 520 выполнен с возможностью соединения с выпускным элементом гидроциклона, предназначенным для верхнего продукта, в то время как второй конец 530 выполнен с возможностью соединения с трубой. В корпусе 510 образован канал 540 для отвода потока материала верхнего продукта, выпускаемого из выпускного элемента для верхнего продукта. Во время нормальной работы материал верхнего продукта поступает в переходник 500 через первый открытый конец 520 и выходит через второй открытый конец 530 в соответствующий канал трубы. Корпус 510 содержит плоскую закраину 512, находящуюся вблизи первого открытого конца 520 и выступающую наружу от канала 540. Закраина 512 содержит множество отверстий 514 под болты для прикрепления переходника 500 к гидроциклону.
[0122] Переходник 500 дополнительно содержит опорный элемент 560 для измерительного блока, прикрепленный к корпусу 510, и измерительный блок 580, прикрепленный к опорному элементу 560 для измерительного блока. Конфигурация опорного элемента 560 для измерительного блока и измерительного блока 580 аналогична конфигурации, описанной со ссылкой на фиг.4-6.
[0123] На фиг.10 и 11 проиллюстрирован измерительный блок 600, прикрепленный к опорному элементу 610 для измерительного блока. Измерительный блок содержит мембрану 620 и датчик колебаний (непоказанный), функционально соединенный с мембраной 610 для обнаружения колебаний мембраны 620. В некоторых примерах мембрана 620 представляет собой упругую мембрану. В некоторых примерах мембрана 620 изготовлена из резины. В других примерах мембрана 620 может представлять собой лист гибкого материала, который выполнен с возможностью упругого перемещения.
[0124] Мембрана 620 проходит от края до края зоны, ограниченной фланцем 612 опорного элемента 610 для измерительного блока. Мембрану 620 натягивают поверх фланца 612 для обеспечения туго «натянутой» гибкой поверхности. Край мембраны 620 расщеплен для формирования оболочки, которая охватывает фланец 612. Следовательно, мембрана 620 будет прикреплена к фланцу 612. Могут быть использованы другие или дополнительные механизмы/средства прикрепления для обеспечения плотного и надежного натягивания мембраны на фланец 612. Крепежные отверстия 614 расположены в буртике опорного элемента 610 для измерительного блока для обеспечения возможности прохождения крепежных элементов или болтов для прикрепления опорного элемента 610 для измерительного блока к боковой стенке трубчатого элемента.
[0125] Мембрана 620 содержит первую поверхность 622, выполненную с возможностью сообщения с каналом трубчатого элемента. Мембрана 620 дополнительно содержит вторую поверхность 624, противоположную первой поверхности 622 и выполненную так, что она обращена от канала.
[0126] Как первая поверхность 622, так и вторая поверхность 624 изолированы от корпуса трубчатого элемента или от опорного элемента 610 для измерительного блока. Мембрана 620 соединена с опорным элементом 610 для измерительного блока только посредством ее края, при этом ее две основные поверхности 622 и 624 остаются такими, что они могут свободно колебаться. Следует понимать, что трубчатый элемент, к которому прикреплен измерительный блок 600, будет вибрировать во время работы гидроциклона. Колебания трубчатого элемента могут быть независимыми и отличающимися от колебаний потока материала верхнего продукта, проходящего по трубчатому элементу. Следовательно, могут быть предпочтительными уменьшение или минимизация величины колебаний, которым подвергается мембрана 620 из-за трубчатого элемента или из-за других физических компонентов гидроциклона. В некоторых примерах мембрана 620 может главным образом использоваться для непосредственного измерения колебаний потока материала верхнего продукта за счет того, что она находится в контакте с материалом верхнего продукта посредством первой поверхности 622. Будучи изготовленной из гибкого материала, мембрана 620 может быть выполнена с возможностью обнаружения и, возможно, усиления колебаний материала верхнего продукта, с которым она входит в контакт.
[0127] Часть 630 для присоединения датчика обеспечивает возможность присоединения датчика колебаний к мембране 620. Часть 630 для присоединения датчика содержит пластину 632, которая может представлять собой жесткую или упрочняющую пластину, прикрепленную ко второй поверхности 624 мембраны 620. Пластина 632 может быть прикреплена к фланцу, образованному в пределах второй поверхности 624. В других примерах пластина 632 может быть заделана в мембрану 620. Часть 630 для присоединения датчика дополнительно содержит цилиндрический выступающий элемент 634, прикрепленный к свободному концу консольного элемента, проходящего от пластины 632. Выступающий элемент 634 выполнен с размерами, обеспечивающими возможность его фрикционного сцепления с датчиком колебаний, и датчик колебаний механически связан с ним. Часть 630 для присоединения датчика расположена на мембране 620 в ее центре. Часть 630 для присоединения датчика может быть дополнительно выровнена относительно центральной продольной оси отверстия в боковой стенке трубчатого элемента, через которое выступает измерительный блок 600. Часть 630 для присоединения датчика выполнена с возможностью приема и удерживания по меньшей мере части датчика колебаний с обеспечением его механической связи с мембраной 620 для обнаружения колебаний мембраны 620, передаваемых потоком материала верхнего продукта, проходящим через трубчатый элемент.
[0128] Измерительный блок 600 дополнительно содержит датчик колебаний (непоказанный), выполненный с возможностью обнаружения или измерения колебаний мембраны 620. Датчик колебаний может быть выполнен с возможностью определения или измерения характеристик потока материала верхнего продукта, которые указывают на колебания, таких как смещение, ускорение, сила или любая другая динамическая характеристика потока материала верхнего продукта. В некоторых примерах датчик колебаний представляет собой акселерометр. Датчик колебаний прикреплен ко второй поверхности 624.
[0129] Следовательно, в некоторых примерах измерительный блок 600 относится к измерительной системе для гидроциклона такого типа, который способствует разделению жидкой или полужидкой смеси материалов на две или более фаз, представляющих интерес. Измерительный блок 600 может быть выполнен с возможностью определения различных режимов работы гидроциклона (связанных с процессом разделения).
[0130] В некоторых примерах мембранный узел, предназначенный для присоединения трубы для верхнего продукта гидроциклона, содержит мембрану 620 и опору для мембраны, такую как опорный элемент 610 для измерительного блока, выполненный с возможностью установки и удерживания мембраны 620 параллельно воздушному ядру гидроциклона. Мембранный узел дополнительно содержит опору для датчика, такую как часть 630 для присоединения датчика, предназначенную для прикрепления датчика колебаний к ней. Опора для датчика может быть расположена на мембране 620 в ее центре.
[0131] На фиг.12-15 проиллюстрирована выпускная труба 700 для верхнего продукта. В различных вариантах осуществления выпускная труба 700 для верхнего продукта содержит канал, выполненный с возможностью отвода текучей среды и/или твердых частиц из предназначенного для верхнего продукта, выпускного элемента 790 гидроциклона и из гидроциклона. Выпускная труба 700 для верхнего продукта содержит корпус 710, имеющий первый открытый конец 720 и второй открытый конец 730. Первый открытый конец 720 выполнен с возможностью соединения с выпускным элементом 790 гидроциклона, предназначенным для верхнего продукта, или напрямую, или посредством переходника, такого как переходник для верхнего продукта. В корпусе 710 образован канал 740, выполненный с возможностью отвода текучей среды и/или твердых частиц из выпускного элемента 790 для верхнего продукта. В некоторых примерах выпускная труба 700 для верхнего продукта и, в частности, часть корпуса 710, образующего канал 740, может представлять собой цилиндрическую трубу, имеющую изгиб, например, с формой буквы “J” или “U” по желанию. Например, цилиндрическая труба может образовывать J-образную форму, при этом она проходит вертикально от выпускного элемента 790 для верхнего продукта и первого открытого конца 720 и изгибается приблизительно на 180 градусов в одном варианте осуществления для направления текучей среды и/или твердого материала, выпускаемых из выпускного элемента 790 для верхнего продукта, в направлении вниз ко второму открытому концу 730 так, чтобы выпускаемые материалы осаждались в резервуаре или другом приемнике. Кроме того, выпускная труба 700 для верхнего продукта может образовывать желательные другие формы и конфигурации и может обеспечивать решение дополнительных задач, таких как обеспечение опоры для измерительного блока.
[0132] В частности, выпускная труба 700 для верхнего продукта может содержать короткую выступающую часть 750 для прикрепления измерительного блока. Короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока может представлять собой часть выпускной трубы 700 для верхнего продукта, сообщающуюся по текучей среды с частью 740, представляющей собой канал для текучей среды. В различных вариантах осуществления короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока сообщается по текучей среде с частью 740, представляющей собой канал для текучей среды, но не образует части проточного канала для текучей среды и/или твердого материала, выходящих из выпускного элемента 790 для верхнего продукта. В некоторых примерах короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока представляет собой часть с глухим концом аналогичной трубы для отвода текучих сред. В некоторых примерах короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока представляет собой участок цилиндрической трубы, проходящий по меньшей мере частично перпендикулярно к части канала 740 для текучей среды. В некоторых примерах короткая часть 750 для прикрепления измерительного блока представляет собой углубление в боковой стенке корпуса 710. Таким образом, комбинация части 740, представляющей собой канал для текучей среды, и короткой части 750 для прикрепления измерительного блока может образовывать Т-образную форму. Таким образом короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока может быть названа коротким ответвлением/выступом выпускной трубы 700 для верхнего продукта.
[0133] В некоторых примерах короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока содержит короткий канал 752 для текучей среды. Короткий канал 752 для текучей среды может образовывать внутреннее пространство короткой выступающей части 750 для прикрепления измерительного блока, сообщающееся по текучей среде с выпускной трубой 700 для верхнего продукта и, в частности, с частью 740, представляющей собой канал для текучей среды в выпускной трубе 700 для верхнего продукта. В некоторых примерах короткий канал 752 для текучей среды представляет собой второй канал, отдельный от первого или основного канала части 740, представляющей собой канал для текучей среды. Короткий канал для текучей среды является перпендикулярным или проходит вдоль перпендикулярного направления относительно части 740, представляющей собой канал для текучей среды. Конец короткого канала 752 для текучей среды, дистальный по отношению к части 740, представляющей собой канал для текучей среды, закрыт, в то время как конец короткого канала 752 для текучей среды, проксимальный по отношению к части 740, представляющей собой канал для текучей среды, открыт. Следовательно, короткий канал 752 для текучей среды сообщается с частью 740, представляющей собой канал для текучей среды, так, что часть потока материала, проходящего через часть 740, представляющую собой канал для текучей среды, отклоняется в короткий канал 752 для текучей среды перед возвратом в часть 740, представляющую собой канал для текучей среды. В некоторых примерах короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока воспринимает колебания, передаваемые текучей средой и/или твердым материалом, отводимыми через часть 740 выпускной трубы 700 для верхнего продукта, представляющую собой канал для текучей среды.
[0134] В некоторых примерах короткая выступающая часть 750 для прикрепления измерительного блока может содержать фланец 754 для прикрепления измерительного блока. Фланец 754 для прикрепления измерительного блока может содержать кольцевую пластину, имеющую внутренний диаметр вблизи края короткого канала 752 для текучей среды и наружный диаметр, который больше внутреннего диаметра. Таким образом, фланец 754 для прикрепления измерительного блока в некоторых примерах может содержать плоское кольцо, проходящее в радиальном направлении наружу от короткого канала 752 для текучей среды и вокруг окружной периферии короткого канала 752 для текучей среды. В некоторых примерах фланец 754 для прикрепления измерительного блока имеет наружный диаметр вблизи края короткого канала 752 для текучей среды и внутренний диаметр, который в некоторых примерах меньше наружного диаметра. Таким образом, фланец 754 для прикрепления измерительного блока может содержать плоское кольцо, проходящее радиально внутрь по отношению к короткому каналу 752 для текучей среды и внутри по отношению к окружной периферии короткого канала 752 для текучей среды. В некоторых примерах фланец 754 для прикрепления измерительного блока может быть выполнен с возможностью избирательного приема измерительного блока 800 с обеспечением его механической связи с фланцем 754 для прикрепления измерительного блока, при этом сохраняется сообщение измерительного блока по текучей среде с коротким каналом 752 для текучей среды.
[0135] Как дополнительно показано на фиг.16-18, измерительный блок 800 может включать в себя мембрану 810. В некоторых примерах мембрана 810 может содержать гибкий материал, выполненный с возможностью сообщения по текучей среде с коротким каналом 752 для текучей среды. Например, мембрана 810 может быть прикреплена к фланцу 754, предназначенному для прикрепления измерительного блока, для образования дистального конца короткого канала 752 для текучей среды. Мембрана 810 может проходить вокруг или от края до края дистального конца короткого канала 752 для текучей среды для герметизации, закрывания или закупоривания дистального конца, что предотвращает утечку или прохождение текучей среды через дистальный конец короткого канала 752 для текучей среды. В некоторых примерах мембрана 810 может быть механически связана с фланцем 754 для прикрепления измерительного блока, посредством чего она воспринимает энергию колебаний от текучей среды, находящейся в коротком канале 752 для текучей среды. В различных вариантах осуществления мембрана 810 может содержать резину, хотя могут быть выполнены дополнительные гибкие упругие мембраны.
[0136] Измерительный блок 800 может также включать в себя пластину 820 для прикрепления мембраны. Пластина 820 для прикрепления мембраны может содержать средство, с помощью которого мембрана 810 может быть избирательно механически прикреплена к фланцу 754 для прикрепления измерительного блока. Например, пластина 820 для прикрепления мембраны может представлять собой кольцевую металлическую пластину, выполненную с возможностью поджима к мембране 810 вблизи предназначенной для прикрепления, краевой части 830 мембраны 810. В некоторых примерах пластина 820 для прикрепления мембраны имеет отверстия для приема крепежных элементов 822, также вставляемых через крепежные отверстия 832 предназначенной для прикрепления, краевой части 830 мембраны 810. В разных примерах пластина 820 для прикрепления мембраны содержит ряд частей с отверстиями и с уменьшенной толщиной, расположенных вблизи окружной периферии мембраны 810 измерительного блока 800 и выполненных с возможностью приложения сжимающей нагрузки к ним посредством крепежных элементов для поджима мембраны 830 и предназначенной для прикрепления, краевой части 830 мембраны 810 к фланцу 754 для прикрепления измерительного блока.
[0137] Измерительный блок может также содержать акселерометр 840. Акселерометр 840 может содержать электронное, механическое, электромеханическое, микроэлектромеханическое (MEMS) или другое устройство, выполненное с возможностью измерения ускорения. Например, акселерометр 840 может быть выполнен с возможностью определения и оценивания скорости, ускорения, периода и других характеристик колебаний. Акселерометр 840 может быть функционально связан с локальной системой обработки данных и может передавать данные о колебаниях, включая данные, характеризующие колебания мембраны 810. В различных примерах акселерометр 840 прикреплен к мембране 810 посредством элемента 860 для прикрепления акселерометра.
[0138] Измерительный блок 800 может содержать элемент 860 для прикрепления акселерометра. Элемент 860 для прикрепления акселерометра может содержать консольный цилиндрический выступающий элемент, проходящий наружу от поверхности мембраны 810. Например, элемент 860 для прикрепления акселерометра может содержать консольный цилиндрический выступающий элемент, проходящий наружу от центра мембраны 810. Элемент 860 для прикрепления акселерометра может быть выровнен относительно центральной продольной оси короткого канала 752 для текучей среды. Элемент 860 для прикрепления акселерометра при желании может иметь другие формы, отличные от цилиндрической. Элемент 860 для прикрепления акселерометра может быть выполнен с формой, обеспечивающей возможность приема и удерживания по меньшей мере части акселерометра 840 с обеспечением его механической связи с мембраной 810 и/или элементом 860 мембраны 810, предназначенным для прикрепления акселерометра, посредством чего могут быть обнаружены колебания мембраны 810 (или другого средства восприятия колебаний), возникающие в ответ на колебания текучей среды в коротком канале 752 для текучей среды, соединенном по текучей среде с частью 740, представляющей собой канал для текучей среды в выпускной трубе 700 для верхнего продукта. Таким образом, в некоторых примерах элемент 860 для прикрепления акселерометра содержит фланец 862, проходящий наружу от поверхности мембраны 810 измерительного блока 800 и выполненный с размерами, обеспечивающими фрикционное сцепление с акселерометром 840 и удерживание акселерометра 840 с обеспечением его механической связи с фланцем 862.
[0139] Возвращаясь к более подробному рассмотрению мембраны 810, следует отметить, что мембрана 810 может иметь ряд дополнительных особенностей. Например, мембрана 810 может содержать барабанный передний элемент 812. Барабанный передний элемент 812 может представлять собой часть мембраны 810, выполненную с возможностью колебаний в ответ на колебания текучих сред в коротком канале 752 для текучей среды. Барабанный передний элемент 812 может содержать упругий, но гибкий материал, например, резину или эластомерную мембрану.
[0140] Мембрана 810 может дополнительно содержать краевую часть 830 для прикрепления. Краевая часть 830 для прикрепления может представлять собой часть мембраны 810, радиально наружную по отношению к барабанному переднему элементу 812. Краевая часть 830 для прикрепления может быть выполнена с возможностью обеспечения упругого прикрепления мембраны 810 к фланцу 754, предназначенному для прикрепления измерительного блока, и герметичного присоединения ее к нему. Например, краевая часть 830 для прикрепления может содержать упрочняющую пластину 834. Упрочняющая пластина 834 может быть отформована поверх мембраны 810 в пределах границ мембраны 810. В дополнительных примерах упрочняющая пластина 834 может прилегать к поверхности мембраны 810 и может быть выполнена с возможностью поджима к мембране 810 (или барабанному переднему элементу 812), когда она прикреплена к фланцу 754 для прикрепления измерительного блока. Например, краевая часть 830 для прикрепления может содержать кольцевую металлическую пластину, выполненную с возможностью поджима к мембране 810, когда она сжимается посредством пластины 820 для прикрепления мембраны. В различных вариантах осуществления упрочняющая пластина 834 отформована поверх мембраны в пределах краевой части 830 для прикрепления и выполнена с возможностью сжатия посредством элемента 820 для прикрепления мембраны. В некоторых примерах краевая часть 830 для прикрепления содержит крепежные отверстия 832. Крепежные отверстия 832 могут представлять собой сквозные отверстия, образованные в мембране 810 и/или комбинации мембраны 810 и упрочняющей пластины 834. Например, пластина 820 для прикрепления мембраны также может содержать крепежные элементы 822, такие как болты, которые проходят через крепежные отверстия 832 предназначенной для прикрепления, краевой части 830 мембраны 810 для удерживания мембраны с обеспечением ее прилегания к фланцу 754 для прикрепления измерительного блока посредством соответствующих частей с уменьшенной толщиной и отверстиями во фланце 754 для прикрепления измерительного блока.
[0141] На фиг.19 проиллюстрирован иллюстративный способ 900 мониторинга гидроциклона. Гидроциклон содержит разделительную камеру, имеющую впускной элемент для подачи вводимой смеси в разделительную камеру и первый и второй выпускные элементы для выпуска потоков соответствующих первого и второго компонентов смеси из разделительной камеры. Способ 900 включает этап 910 отвода потока первого компонента, выпускаемого из разделительной камеры, по каналу, образованному в трубчатом элементе, соединенном с первым выпускным элементом. Затем на этапе 920 выполняется определение характеристик потока первого компонента в канале. После этого на этапе 930 выполняется определение режима работы гидроциклона на основе определенных характеристик потока компонента верхнего продукта.
[0142] На этапе 920 характеристики потока компонента верхнего продукта могут включать колебания потока первого компонента. Обнаружение колебаний потока первого компонента может включать определение характеристик потока, которые указывают на колебания, таких как смещение, ускорение, сила, или любая другая динамическая характеристика потока первого компонента. Колебания могут быть обнаружены или измерены посредством использования измерительного блока, включающего в себя датчик колебаний, такой как акселерометр.
[0143] На этапе 930 определение режима работы гидроциклона может включать анализ частотных и/или амплитудных характеристик колебаний, обнаруженных измерительным блоком.
[0144] В других примерах способ определения рабочей характеристики гидроциклона включает обеспечение сообщения мембраны с камерой текучей среды гидроциклона. Камера текучей среды может представлять собой разделительную камеру гидроциклона. Мембрана может быть предусмотрена на трубе гидроциклона, предназначенной для верхнего продукта, которая сама сообщается с камерой текучей среды для приема материала верхнего продукта, выпускаемого из камеры текучей среды, и для отвода выпускаемого материала верхнего продукта из камеры текучей среды. Способ может дополнительно включать этап обнаружения или измерения колебаний мембраны или характеристик, указывающих на колебания мембраны, таких как ускорение мембраны. Мембрана может быть открыта по отношению к камере текучей среды гидроциклона или сообщаться с данной камерой так, что материал, выпускаемый из камеры текучей среды, может проходить мимо мембраны и передавать колебания мембране. Способ может дополнительно включать этап определения с достаточной точностью рабочей характеристики гидроциклона на основе обнаруженных колебаний мембраны.
[0145] На фиг.20 проиллюстрировано временное представление данных измерений колебаний в потоке материала верхнего продукта, выпускаемого из иллюстративного гидроциклона. Кривая 1010 показывает амплитуды ускорения, воспринимаемого датчиком колебаний, когда гидроциклон работает в режиме или состоянии со струей с большим углом. Кривая 1020 показывает амплитуды ускорения, воспринимаемого датчиком колебаний, когда гидроциклон работает в режиме или состоянии с вязкой струей. Значения амплитуд для обеих кривых 1010 и 1020 не являются абсолютными значениями и были подвергнуты нормализации в диапазоне между 0 и 1023. Работа гидроциклона в режиме с вязкой струей характеризуется большей амплитудой колебаний (или ускорений, или силы, действующей на измерительный блок) в потоке материала верхнего продукта, выпускаемого из гидроциклона, по сравнению с работой гидроциклона в режиме со струей с большим углом.
[0146] На фиг.21 проиллюстрировано частотное представление данных измерений колебаний в потоке материала верхнего продукта, выпускаемого из иллюстративного гидроциклона. Кривая 1030 показывает частотный спектр ускорения, воспринимаемого датчиком колебаний, когда гидроциклон работает в режиме или состоянии с вязкой струей. Кривая 1040 показывает частотный спектр ускорения, воспринимаемого датчиком колебаний, когда гидроциклон работает в режиме или состоянии со струей с большим углом. Частоты из спектров на обеих кривых 1030 и 1040 не являются абсолютными значениями и были нормализованы. Частотный спектр может быть получен, например, посредством выполнения дискретного преобразования Фурье (ДПФ) для дискретизированных по времени данных измерений ускорения, воспринимаемого датчиком колебаний. Значения амплитуд для кривых 1030 и 1040 характеризуют энергию колебаний.
[0147] Работа гидроциклона в режиме с вязкой струей характеризуется разными частотами колебаний в потоке материала верхнего продукта, выпускаемого из гидроциклона, в отличие от работы гидроциклона в режиме со струей с большим углом. В некоторых примерах этап 930 включает определение наличия одной или более частотных составляющих колебаний в одном или более диапазонах частот. Например, наличие частотных составляющих в диапазоне от приблизительно 10 Гц до приблизительно 20 Гц может указывать на работу гидроциклона в режиме со струей с большим углом, в то время как наличие частотных составляющих в диапазоне от приблизительно 20 Гц до 30 Гц может указывать на работу гидроциклона в режиме с вязкой струей.
[0148] Кривая 1030 показывает, что в случае, когда гидроциклон работает в режиме с вязкой струей, поток материала верхнего продукта, выпускаемого из гидроциклона, может иметь частоты колебаний в первом диапазоне 1032 частот сигнала от приблизительно 20 Гц до приблизительно 30 Гц и во втором диапазоне 1034 частот сигнала от приблизительно 40 Гц до приблизительно 50 Гц. Диапазон 1034 частот сигнала может быть назван первым диапазоном гармоник. Частотные составляющие в данных двух диапазонах имеют разные максимумы амплитуд, при этом максимальная амплитуда в диапазоне 1032 превышает максимальную амплитуду в диапазоне 1034. Кривая 1040 показывает, что в случае, когда гидроциклон работает в режиме со струей с большим углом, поток материала верхнего продукта, выпускаемого из гидроциклона, может иметь частоты колебаний в диапазоне 1042 частот сигнала от приблизительно 10 Гц до приблизительно 20 Гц. Частотные составляющие в диапазоне 1042 имеют меньшую максимальную амплитуду, чем частотные составляющие в случае, когда гидроциклон работает в режиме с вязкой струей.
[0149] Кроме того, увеличение числа частотных составляющих (то есть расширение спектра) колебаний может указывать на смену режима с режима со струей с большим углом на режим с вязкой струей. Следовательно, в некоторых примерах этап 930 включает анализ ширины спектра или диапазона колебаний.
[0150] При выполнении обработки сигнала посредством локальной системы обработки данных (такой как система 154 обработки данных, проиллюстрированная на фиг.1), например, временного анализа и/или частотного анализа, например, посредством периодической дискретизации сигнала и выполнения преобразования Фурье для сигнала, локальная система обработки данных может обеспечить возможность определения режима работы гидроциклона.
[0151] Амплитуды и/или частоты колебаний, которые указывают на режим работы конкретного гидроциклона, могут зависеть от физических характеристик гидроциклона, таких как его размер. В некоторых примерах процесс калибровки системы мониторинга гидроциклона включает управление гидроциклоном для изменения его режима работы с режима со струей с большим углом на режим с вязкой струей. Процесс может включать этап измерения значений амплитуд колебаний потока материала верхнего продукта, когда происходит смена режима работы гидроциклона с режима работы со струей с большим углом на режим работы с вязкой струей. Минимальное значение амплитуды может соответствовать амплитуде характеристик колебаний, когда гидроциклон переходит в режим с полувязкой струей из режима со струей с большим углом. Максимальное значение амплитуды может соответствовать амплитуде характеристик колебаний, когда гидроциклон переходит из режима с полувязкой струей в режим с вязкой струей. Эти минимальное и максимальное значение амплитуды будут храниться и впоследствии использоваться для определения режима работы конкретного гидроциклона. Аналогичный процесс может быть повторен для определения диапазонов частот характеристик колебаний, которые указывают на изменение режима работы гидроциклона.
[0152] На фиг.22 проиллюстрирован график 1100 эффективности нижнего продукта в зависимости от размера частиц материала нижнего продукта для иллюстративного гидроциклона, работающего в режиме 1110 с вязкой струей, режиме 1120 с полувязкой струей и режиме 1130 со струей с большим углом. Эффективность нижнего продукта представляет собой металлургический параметр. Для конкретного размера частиц он определяется как выраженная в процентах доля частиц в материале нижнего продукта, имеющих размер частиц, который меньше определенного размера частиц. Например, эффективность нижнего продукта, составляющая 80%, для размера частиц, составляющего 0,8 мм, означает, что 80% частиц в пробе материала нижнего продукта имеют размер частиц, составляющий менее 0,8 мм. Как можно видеть из графика 1100, для меньших размеров частиц (то есть размеров частиц, составляющих менее приблизительно 0,1 мм) эффективность нижнего продукта гидроциклона будет самой высокой, когда гидроциклон работает в режиме со струей с большим углом. Однако для размеров частиц, составляющих от приблизительно 0,1 мм до 0,3 мм, эффективность нижнего продукта будет самой высокой, когда гидроциклон работает в режиме с полувязкой струей (то есть режиме работы, промежуточном между режимом со струей с большим углом и режимом с вязкой струей). Следовательно, в некоторых примерах может быть предпочтительна работа гидроциклона в режиме с полувязкой струей или на пределе режима со струей с большим углом перед переходом к режиму с вязкой струей.
[0153] На фиг.23 проиллюстрирована приведенная в качестве примера система 1200 обработки данных. Система 1200 обработки данных может образовывать часть системы мониторинга гидроциклона (например, в качестве части локального измерительного устройства 150 или блока 162 управления на фиг.1). Система 1200 обработки данных может быть дополнительно выполнена с возможностью выполнения по меньшей мере некоторых этапов способа 900.
[0154] В частности, система 1200 обработки данных, как правило, включает в себя по меньшей мере один процессор 1202 или блок обработки данных, или множество процессоров, память 1204, по меньшей мере одно устройство 1206 ввода и по меньшей мере одно устройство 1208 вывода, соединенные вместе посредством шины или группы шин 1210. В некоторых вариантах осуществления устройство 1206 ввода и устройство 1208 вывода могут представлять собой одно и то же устройство. Также может быть предусмотрен интерфейс 1212 для соединения системы 1200 обработки данных с одним или более периферийными устройствами, например, интерфейс 1212 может представлять собой PCI-карту или РC-карту. Также может быть предусмотрено по меньшей мере одно устройство 1214 хранения данных, в котором размещена по меньшей мере одна база 1216 данных. Память 1204 может представлять собой запоминающее устройство любого типа, например, энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство, твердотельные запоминающие устройства, магнитные устройства и т.д. Процессор 1202 может включать в себя более одного отдельного устройства обработки данных, например, для выполнения разных функций в системе 1200 обработки данных.
[0155] Устройство 1206 ввода получает входные данные 1218 и может включать в себя, например, клавиатуру, указывающее устройство/устройство для указания точки, такое как устройство, подобное ручке, или манипулятор типа «мышь», устройство приема аудиосигналов для приведения в действие посредством управления голосом, такое как микрофон, устройство приема данных или антенну, такое(-ую) как модем или беспроводной адаптер для данных, плату сбора данных и т.д. Входные данные 1218 могут поступать из разных источников, например, в виде команд, вводимых с помощью клавиатуры, в сочетании с данным, полученными посредством сети. Устройство 1208 вывода генерирует выходные данные 1220 и может включать в себя, например, устройство отображения или монитор, в случае которого выходные данные 1220 являются визуально воспринимаемыми, принтер, в случае которого выходные данные 1220 являются печатными, порт, например, USB-порт, адаптер для периферийных компонентов, устройство передачи данных или антенну, такое (-ую) как модем или беспроводной сетевой адаптер, и т.д. Выходные данные 1220 могут быть разными и могут быть получены от разных устройств вывода, например, экрана для визуального отображения на мониторе, в сочетании с данными, передаваемыми в сеть. Пользователь может просмотреть выходные данные или интерпретацию выходных данных, например, на мониторе или при использовании принтера. Устройство 1214 хранения данных может представлять собой средство любого типа, предназначенное для хранения данных или информации, например, энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство, твердотельные запоминающие устройства, магнитные устройства и т.д.
[0156] Система 1200 обработки данных адаптирована для обеспечения возможности сохранения данных или информации в данной по меньшей мере одной базе 1216 данных и/или извлечения данных или информации из данной по меньшей мере одной базы 1216 данных посредством проводных или беспроводных средств связи при использовании данной системы. Интерфейс 1212 может обеспечить возможность проводной и/или беспроводной связи между блоком 1202 обработки данных и периферийными компонентами, которые могут служить специальной цели. В некоторых примерах периферийные компоненты включают анализатор спектра или любое другое устройство измерения частот. Процессор 1202 получает команды в виде входных данных 1218 посредством устройства 1206 ввода и может отображать результаты обработки данных или другие выходные данные для пользователя посредством использования устройства 1208 вывода. Могут быть предусмотрены более одного устройства 1206 ввода и/или устройства 1208 вывода. Следует понимать, что система 1200 обработки данных может представлять собой терминал, сервер, специализированное аппаратное обеспечения, микроконтроллер, микропроцессор любых видов или тому подобное.
[0157] Также можно утверждать, что возможные варианты осуществления в широком смысле включают в себя компоненты, элементы, этапы и/или устройства, упоминаемые или указываемые в данном документе, по отдельности или в любой комбинации из двух или более компонентов, элементов, этапов и/или устройств, и при этом упоминаются конкретные целые объекты, которые имеют известные эквиваленты в области техники, к которой относится изобретение, при этом полагают, что такие известные эквиваленты включены в данный документ так, как если бы они были приведены по отдельности.
[0158] Несмотря на то, что предпочтительный вариант осуществления был описан подробно, следует понимать, что многие модификации, изменения, замены или коррективы будут очевидными для специалистов в данной области техники без отхода от объема настоящего изобретения.
[0159] Следует понимать, что во всем данном описании и в нижеследующей формуле изобретения, если иное не явствует из контекста, слово «содержать» и его разновидности, такие как «содержит» или «содержащий», предусматривают включение заявленного целого объекта или этапа или группы целых объектов или этапов, но не исключение любого другого целого объекта или этапа или группы целых объектов или этапов.