Устройство для измерения расхода твердых частиц

к измерит повыситьИзмери 3 ОсудАРстеекный комитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ТОРСНОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВ(56) Клименко А. П . Ме тодьдля измерения концентрациХимия, 1978, с,179-181.Авторское свидетельствУ 505884, кл. С 01 Р 1/00(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРДА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ(57) Изобретение относитстельной технике и позволяточность измерения расход тельныи участок газохода 1 выполненв виде диффузора 2, сопряженного сканалом 3 постоянного сечения. В диффуэоре 2 происходит рассогласованиескоростей частиц,соударяющихся стокосъемным электродом 6, установленным с возможностью перемещения вдольпродольной оси измерительного участка, Рабочая неизолированная поверхность электрода 6 обращена к потоку.Защита изоляторами остальной токопроводящей поверхности электрода 6 идержавки 4 предотвращает скользящийконтакт транспортируемых потоком газа частиц с электродом 6. Электрод 6подключен к блоку 7 преобразованиясигнала и регистрации расхода частиц.Изобретение относится к измерительному приборостроению и может бытьиспользовано для измерения расходатвердых частиц (пылевзвеси), транспортируемых газовыми потоками. Такиеизмерения необходимы в энергетической, химической, горной, металлургической, пищевой, машиностроительной и других отраслях промьппленности. 10Целью изобретения является повьппение точности.На фиг,1 изображено предлагаемоеустройство с установкой полусферичес-кого электрода в диффузоре измерительного участка; на фиг,2 - то же,с установкой стержневого электродав канале за диффузором,Устройство для измерения расходатвердых частиц содержит газоход 1, 20измерительный участок которого выполнен в виде диффузора 2, переходящегов канал 3 постоянного сечения. Измерительный участок ограничен сечениями газохода, между которыми образуется зона, где происходит торможение отдельных фракций частиц. В диффузор 2 или канал 3 посредством державки 4 через электрический изолятор5 введен токосъемный электрод 6, Лобовая поверхность электрода, обращенная к потоку, является рабочей. Этаповерхность открыта для контакта счастицами, транспортируемыми потокомгаза. Остальные токопроводящие поверхности электрода 6 и державка 4защищены от непосредственного контакта с частицами изоляторами. К электроду 6 подключен блок 7 преобразования сигнала и регистрации расхода 40частиц. Устройство работает следуюпщм образом.ПО гаэоходу 1 протекает пОтОк Г 45за, транспортирующего полидисперсную пылевзвесь, В диффузоре 2 скорость газа падает и одновременно снижается скорость частиц в результате действия сил вязкого трения частиц о газ. Мельчайшие, малоинерционные частицы движутся со скоростьюгаза, крупные чаа.гицы, имеющие большую массу, продолжают по инерции двигаться с большей скоростью, близкой к скорости в газоходе 1 перед55входом потока в диффузор 2. В диффузоре 2 происходит рассогласование . скоростей частиц, каждая из которых движется со скоростью, пропорциональной своей массе и своему размеру. От скорости соударения частиц с электродом 6, установленным в диффузоре 2 или в канале 3, зависят размеры поверхности контакта каждой частицы с электродом и, следовательно, величина перетекшего на электрод 6 с частицами заряда. Величина перетекшего заряда прямо пропорциональна размеру контактной поверхности. Для достижения однозначной зависимости между расходом частиц С и выходным сигналом устройства бнеобходимо, чтобыЫ; Э для любого размера комплекс -д- -г1 был равен одной и той же постоянной величине, т.е. еслиМ; Э=где В ,В - постоянные коэффициенты;С - массовый расход твердыхчастиц;б - выходной сигнал устройства;г - радиус твердых частицшарообразной формы;Э - коэффициент, учитывающийкакая доля частиц, набегавших на электрод, соударилась с ним;.и - показатель степени;д - номер фракции;Ч - скорость частицы.Следовательно, необходимо найти такие размеры диффузора 2 и расположить электрод 6 в такой зоне измерительного участка, где выполняется наилучшим образом условие (1).Рассмотрение зависимости (1) показывает, что для сохранения А, =сопзг. необходимо, чтобы с уменьшением размера частиц снижалось их скорость 11. Именно это достигается при течении полидисперсного пылегазового потока в диффузоре 2. Таким образом, видно, что предложенное устройство позволяет осуществить непрерывную автокомпенсацию влияния размера частиц на результат измерения расхода электроконтактным методом.Гаэодинамический расчет движения частиц в,диффузоре 2, определение коэффициента и скорости соударения30 расход частиц. При этом мельчайшие частицымассовая доля которых мала, 314048частиц разных фракций с токосъемнымэлектродом 6 могут быть выполненына ЭВМ по известной методике Поизвестной скорости газового потокаи частиц на измерительном участкевыбирают угол раскрытия диффуэора 2(учитывая, что скорость газа в канале обратнопропорциональна площадипоперечного сечения этого канала) и 10определяют место расположения электрода б. Форма и размеры устройствамогут быть определены также экспериментально.Согласно изобретению, сохраняется 15открытой для контакта с набегающимичастицами лишь лобовая рабочая поверхность токосъемного электрода, Ос-.тальные токопроводящие поверхностиэлектрода, а также державка электрода должны быть защищены от непосредственного контакта с частицами изоляторами. Таким образом, удается предотвратить скользящий контакт частиц с электродом б, Известно, чтопри скользящем контакте изменяетсяхарактер переноса заряда и возможнаинверсия знака заряда.Токосъемный электрод б может бытьустановлен как в диффузоре 2, так ив канале 3 постоянного сечения задиффузором. Точное место установкиэлектрода определяется расчетнымпутем. Однако во всех случаях электрод 6 должен располагаться на измерительном участке, ограниченномсечениями, между которыми отдельные фракции частиц движутся с отрицательным ускорением (т,е. с замедлением) так как только в этом случае 40достигается эффект компенсации влияния фракционного состава на результат измерения расхода, Электрод б должен вводиться в газоход 1 через электрический изолятор 5, предупреждающий утечку заряда с токосъемногоэлектрода 6 на стенки гаэоходакоторый обычно заземляется.На практике выполнения условия(1) следует добиваться для фракцийтех частиц, общая масса которых сзаданной точностью определяет расход взвеси при различных вариантахфракционного состава и плотностейчастиц на измерительном участке газохода. При этом для самых мелких,пусть многочисленных частиц, и дляочень крупных, но весьма редко" встречающихся в конкретной смеси,274можно условие (1) соблюдать с невысокой точностью или не соблюдать вовсе.В связи с этим для оптимизации предложенного устройства предварительно выявляют фракционный состав и плотность вещества частиц в конкретном, технологическом процессе, а также выявляют диапазоны возможного изменения этих параметров во времени. Такой анализ выполняют на основании опыта эксплуатации контролируемого или аналогичных объектов (технологических процессов) либо при отсутствии опыта эксплуатации путем известных методов отбора и инструментального исследования проб взвеси под микроскопом с помощью весов и других приборов. Все частицы, расход которых подлежит, измерению, условно разделяют по размерам и плотности вещества на Н, отдельных фракций. Каждая фракция определяется характерной частицей, имеющей определенные параметры г, и о; . Теоретически увеличение числа фракций ведет к повышению точности ( ; - плотность материала частицы -й фракции). Однако на практике выделение большого количества узких фракций затруднительно из-за сложности рассеивания частиц по размерам, Рассеивание может выполняться, например, на центрифугах или с помощью набора сит, каждое из которых имеет ячейки определенного размера, или другими известными методами. Обычно достаточно выделить 5 10 фракций. При числе фракций более 10 повышение точности расчета расходомерного устройства становится незначительным по сравнению с погрешностями, вызванными другими причинами,В качестве характерной частицы данной фракции следует принимать час-, тицу, имеющую среднюю для даннойфракции массу,После разделения всех частиц нафракции выявляют из числа Б, те Ифракции частиц, доля которых с эаданной точностью определяет измеряемый а суммарная площадь контакта с электродом 6 в случае их соударення с ним велика, будут следовать за струй-: ками тока газа, обтекающего препятст1404827 6нии отдельных ступеней электрофильтра,Могут быть выделены в отдельные варианты случаи, когда работают 100,75 и 503 ступеней электрофильтра,Приэтом оценивают весовой. коэффициенткаждого варианта фракционного состава частиц, принимая его продолжительность по среднестатистическим даннымза предыдущий период, например загод работы электрофильтра. В результате такой оценки может оказаться,например, что продолжительность работы 1 ООЕ ступеней фильтра относитсяк продолжительности работы фильтра с75 . ступеней как 5-1. В отдельныхслучаях весовой коэффициент можетучитывать не только продолжительностьварианта, но и его важность для контролируемого процесса. При отсутствии другого критерия оценки важностиварианта она может быть оценена попятибальной шкале.На измерительном участке устройства выявляют сечение, в котором должен быть установлен токосъемный электрод б, В этом сечении для фракцийчастиц, масса которых с заданной точностью определяет их расход, достигается минимум.Указанный минимум находят, например, численным методом путем дифференцирования функции по координатам= 0 (р - отношениеах ау аеМиделево сечения электрода к сечениюизмеряемого потока), При совмещениирабочей поверхности токосъемного электрода 6 с указанной площадкой достигается наилучшая компенсация влиянияфракционного состава и плотности вещества частиц, Обеспечение минимумасоответствует максимальной эффективнасти компенсации, так как при этомполучается наименьшее суммарное отклонение А для характерных частицвсех фракций от среднего значенияэтого параметра,вие (электрод), не соударяясь с ним, и на точность измерения не повлияют. В связи с этим нет необходимости учитывать эти частицы в расчете. Равным образом.нет необходимости учитывать крупные, но весьма редко встречающиеся в данной полидисперсной взвеси частицы.Далее задаются геометрическими10 размерами устройства (углом раскрытия н длиной диффузора 2, формой, размерами и местом расположения токосъемного электрода 6) и для характерной частицы каждой фракции вычисляют величину А, по формуле (1). Величина А; для каждой характерной частицы по длине измерительного участка устройства непрерывно изменяется в связи с тем, что.скорость частицы изменяет 20 ся от скорости, близкой к скорости газа в газоходе, до скорОсти, характерной для той или иной зоны диффузора 2 (с учетом влияния локального препятствия, каковым является то- . .25 косъемный электрод 6). Скорость характерных частиц каждой фракции и величины критерия в каждой точке измерительного участка устройства вычисляют на ЭВМ, учитывая при этом ЗО действие на частицы аэродинмических и гравитационных сил, сил трения, а при высоких концентрациях частиц - сил взаимодействия между ними. В том случае, если в результате расчета, величины А; для характерных частиц различных фракций отличаются на величину,.превосходящую некоторую заранее заданную, обеспечивающую установленную точность измерения расхода 4 р частиц, задаются новыми размерами устройства и повторяют расчет до получения удовлетворительной точности ,измерения. 45Фракционный состав и плотность вещества частиц в течение того или иного контролируемого процесса могут не сохраняться постоянными во времени. Поэтому для типичных вариантов состава полидисперсной взвеси вычисляют массовую долю частиц каждой фракции от общей массы частиц, определяющих с заданной точностью расход частиц.Например, при контроле расхода летучей золы, выбрасываемой с дымовыми газами котельных агрегатов, оборудованных электрофильтрами, фракционный состав золы изменяется при отключекОккА: -А -"- ----- -) (3)9 ИкМгде юс; - массовая доАЯ частиц каждой фракции от общей массычастиц, определяющих с заданной точностью их расход;1404 ЯРЯОХ г Черепано оставительехред Л.Сер едактор Г.Волкова кова ректор яско з 3089/ Тираж 7арствензобретеЖ,сное ВНИИПИ Го по дела3035, Моск омитета СССРоткрытийая наб., д, 4/ ного и ауш Производственно-полиграфическое предприятие,город, ул. Проектная,К - количество типичных вариан(тов фракционного составачастиц в потоке газа Кю 1,2,3К5я - весовой коэффициент каждоговарианта фракционного состава, определенного с учетом массовой доли каждойфракции и весового коэффициента каждого вариантафракционного состава,Размеры предложенного устройства,обеспечивающие максимальную автокомпенсацию влияния фракционного состава частиц, могут быть найдены нетолько расчетным путем, рассмотренным выше, но и экспериментально.В последнем случае при различныхтиповых вариантах фракционного состава и плотности вещества частиц наизмерительном участке газохода фиксируют показания измерительного устройства, перемещая токосъемный электрод 6 вдоль измерительного участка. 25Затем, рассматривая полученные результаты, выбирают такое положениеэлектрода 6, при котором на всех режимах работы контролируемого объекта(с учетом их весовых коэффициентов) 30 827 8показания устройства при постоянном расходе частиц претерпевают наименьшие изменения. При необходимости повторяют эксперимент при другом угле раскрытия диффузора. Для сокращения объема эксперимента можно вначале найти положение электрода рассмотренным расчетным методом, а затем экспериментально уточнить его положение в окрестностяхзоны, выявленной путем расчета,формула изобретения Устройство для измерения расхода твердых частиц, содержащее измерительный участок и установленный в нем токосъемный электрод,.о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, измерительный участок выполнен в виде диффузора и сопряженного с ним канала постоянного сечения, а токосъемный электрод установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси измерительного участка и имеет неизолированную рабочую поверхностью, обращенную навстречу потоку.