СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧЕСТИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD TO DETERMINE FLUIDITY OF POWDERED MATERIALS

Изобретение относится к области определения одной из основных физико-механических характеристик порошкообразных материалов -текучести, то есть способности порошка протекать через данное сечение в единицу времени под воздействием движущей силы, нормирование которой предусматривается техническими условиями, и может быть применено в различных отраслях, занимающихся производством и использованием в технологических процессах порошкообразных материалов. Известен способ определения их текучести с применением воронки диаметром основания 150 мм, высотой 250 мм и диаметром выхода 25 мм, снабженного пробкой, обеспечивающей быстрое открывание отверстие. В воронку засыпается 0,5 кг порошка, выдерживается 5 сек, затем открывается отверстие и включается секундомер для фиксации времени высыпания. Определение производится пять раз и принимается среднее значение времени истечения, см. табл.1 (№№1, 2 ТУ 6-18-155-79, ТУ 6-18-139-7), либо количество порошка в единицу времени (№№3, 4 ТУ 6-18-42-86, ТУ 6-46-016-92).
Таблица 1
№ п/п
Индекс огнетушащего порошка
Технические условия
Требование по текучести (Т)
1
ПФ
ТУ 6-18-155-79
не более 50 с
2
ПСБ-3
ТУ 6-18-139-78
не более 50 с
3
ПГС-М
ТУ 6-18-42-86
не менее 10 г/с
4
ПГС-3
ТУ 6-46-016-92
не менее 10 г/с
5
Пирант - А
ТУ 301-11-10-90
не менее 0,28 кг/с
6
ПГХК "Завеса"
ТУ 84-07509103.452-96
не менее 0,28 кг/с
Текучесть порошков №№5, 6 (ТУ 301-11-10-90/ГУ 84-07509103.452-96) определялась в соответствии с нормами пожарной безопасности (НПБ-170-98) путем измерения массового расхода порошка при истечении его из испытательного прибора под давлением рабочею газа. В прибор загружайся испытуемый порошок. Затем закачивается азот или воздух до давления 16±0,5 атм. и прибор подвергается воздействию вибрации, после чего производится выпуск порошка в течение 6 сек. и перекрывается клапан. Текучесть порошка Т(кг/с)определяется по разности масс испытательного прибора в начале и конце: делением на время выпуска -6 с.
Способ определения текучести с помощью воронки (п.1-4) имеет недостатки: трудность обеспечения одновременности открытия выходного отверстия и включения секундомера, а также возможность образования свода и зависания порошка, что приведет к увеличенному разбросу параметров по времени, а значит и расходу порошка.
Способ определения текучести порошка при истечении из испытательного прибора (п.5, 6) достаточно сложен в аппаратном оформлении. Требуется дополнительно вибростенд, баллон с воздухом (азотом), линия закачки и большой расход порошка для испытания.
Известен способ определения текучести по патенту РФ №2390756 МПК C01N 11/00 от 24.02.09 г., заключающийся в заполнении испытуемым порошкообразным материалом цилиндра, установленного на тарели, медленного его поднятия и фиксации диаметра рассыпавшегося по кругу порошка. Недостаток способа: ручное поднятие не исключает подъема цилиндра с отклонением от вертикальной оси, скорость подъема не регламентируется. Это может влиять на результаты замера. Патент №2390756 МПК C01N 11/00 от 24.02.09 г. принят в качестве прототипа.
2
2
Результаты определения текучести порошка хлористого калия с удельной поверхность ~3000 см/г и крупного порошка с удельной поверхностью ~ 125 см/г в зависимости от скорости подъема цилиндра приведены в таблице 2.
Таблица 2
Время подъема цилиндра, с
Текучесть (диаметр  рассыпаемости порошка), мм
Удельная поверхность 3000 см<sup>2</sup>/г, размер частиц 10 мкм
Удельная поверхность 125 см<sup>2/</sup>г, размер частиц 240 мкм
0,5
160
180
1
180
180
2
130
150
3
140
130
4
135
150
5
120
120
6
140
120
<mrow><mfrac><mi>Н</mi><mi>τ</mi></mfrac></mrow>
Из приведенных данных следует, что для исключения влияния стенок цилиндра на истечение порошка влияет скорость его подъема, которая должна составлять величину
(10 см/с), где Н - высота цилиндра, равная 10 см, τ - оптимальное время подъема, равная 1 сек., что соответствует максимальной текучести (диаметру рассыпавшегося порошка).
Технической задачей изобретения является механизация определения текучести порошкообразных материалов, с целью исключения ручного подъема цилиндра и установления регламентированной скорости его подъема.
Технический результат заключается в том, что для определения текучести порошкообразных материалов включающей заполнение полого цилиндра порошкообразным материалом и высыпание порошка на поддон с отбортовкой и нанесенными на него отметками в виде кругов диаметром от 100 мм до 200 мм от центра, через каждые 10 мм и определение текучести по среднему диаметру края рассыпавшегося по кругу порошкообразного материала устанавливают полый цилиндр так, чтобы внешний его диаметр был внутри наименьшего круга поддона, поднимают груз в верхнее положение и фиксируют фиксатором, заполняют полый цилиндр с помощью воронки, объем которой равен объему полого цилиндра, опускают и фиксируют груз в нижнем положении,, закрывают кожух заслонкой, выдергивают фиксатор и груз поднимает полый цилиндр вверх, а порошок рассыпается по поверхности поддона, где размещены семь концентрических окружностей, указанных на фиг.
р
в
Выведена формула Т=1,94 Т+136,56, где
р
Т - текучесть (по рассыпаемости), мм
в
Т - текучесть (по истечению через воронку), г/сек.
Приведенная формула позволяет определить ожидаемую текучесть порошкообразных материалов, получаемых методом истечения через воронку, произведя замер текучести (рассыпаемости) предложенным способом.
<mrow><msub><mi>Т</mi><mi>в</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Т</mi><mi>р</mi></msub><mo>−</mo><mn>1</mn><mn>3</mn><mn>6</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mn>6</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>9</mn><mn>4</mn></mrow></mfrac><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>г</mi><mo>/</mo><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi><mo>.</mo></mrow>
Таким образом текучесть (по истечению через воронку) можно определить по формуле:
.
Сущность метода представлена в виде примера:
Пример: определение текучести порошкообразного материала. Для исключения пыления порошкообразного материала при испытании и для загрузки его цилиндр заключен в кожух, имеющий проем, закрываемый заслонкой.
Устанавливают полый цилиндр на поддон с отбортовкой и нанесенными на него отметками в виде кругов диаметром от 100 мм до 200 мм, таким образом чтобы внешний его диаметр был внутри наименьшего круга поддона. Поднимают груз в верхнее положение и фиксируют его в этом положении фиксатором. Заполняют загрузочную воронку испытуемым порошкообразным материалом и через проем в кожухе устанавливают на полый цилиндр, затем после опорожнения воронку снимают. Опускают и фиксируют груз в нижнем положении, закрывают кожух заслонкой, выдергивают фиксатор, груз поднимает полый цилиндр вверх и порошкообразный материал рассыпается по поверхности поддона с отбортовкой. Текучесть определяют по среднему диаметру края, рассыпавшегося по кругу порошкообразного материала.
Для каждого образца проводят три параллельных определения, из которых выводят средний результат (мм).
Истечение через воронку и текучесть определенная по среднему диаметру рассыпавшегося порошка при истечении его из цилиндра приведены в таблице 3.
Таблица 3
Наименование показателя
Марки порошкового состава
Coldic (Германия)
Megavit (Италия)
Powder (Англия)
Bekcon (Россия)
"Завеса" (Россия)
Текучесть по истечению через воронку (диаметр выхода - 10 мм) г/с
31
1,5
5,7
0,6
37
Текучесть, определенная по среднему диаметру рассыпавшегося порошка при истечении его из цилиндра, мм
>200
130
190
110
>200
Из таблицы 3 следует, что огнетушащий порошок Coldic (Германия) и "Завеса", (Россия) имеют наилучшие результаты по текучести по истечении через воронку и из цилиндра.
р
в
По данным таблицы 3 выведена формула Т=1,94 Т+136,56
р
Т - текучесть (по рассыпаемости), мм
в
Т - текучесть (по истечению через воронку), г/сек.