Установка для определения газодинамических свойств насыпных материалов

(51)5 С 01 М 15/О РЕТЕНИ СТ 57) Изобретенизмерений физи хнике относится к ких свойств позволяет и я перепада влияния на асып сит о атери сть и мере то ультаумен ерени ени и е ции компо т уба 2реги рная р цилиндр -0,5 ее и се ты и обра выполнех обечаеннего роуп й из ца,ставвысо чес на с ек 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Днепропетровский металлургичекий институт(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ .ГАЗДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАСЫПНЫХ МАТЕАЛОВ1642329 15 диаметра В и газозаборников 5, выполненных в форме трубчатого кольца спо меньшей мере двумя взаимоперпендикулярными сообщающимися трубчатыми пе-регородками и внутренним диаметром поперечного сечения всех элементов газозаборника д., равным 0,1-0,15 высотыобечайки 6. 11 ри этом во всех элементах газозаборника 5 выполнены отверс Изобретение относится к техникеизмерения физических свойств насыпных материалов и может бьггь использовано, в частности, для исследованиягазодинамических свойств металлуРгических шихт,Целью изобретения является повышение точности измерения перепада давления путем уменьшения влияния на результаты измерения сегрегации компонентов образца,На фиг. 1 представлена схема предлагаемой установки для определения газодинамических свойств насыпных материалов, преимущественно металлургичесих шихт; на фиг. 2 - разрез А-А на, иг. 1; на Фиг. 3 - разрез Б-Б нафиг. 2.Установка для определения газодинамических свойств насыпных материалов, преимущественно металлургическихшихт, состоит из вертикальнойтрубчатой печи 1 с коаксиально расположенной в ней жароупорной трубой 2, ограниченной снизу решеткой 3 и снабженной0термопарами 4 и газозаборниками 5,причем жароупорная труба 2 выполненасостоящей из цилиндрических обечаек6 высотой 0,4-0,5 ее внутреннего диаметра В и газозаборннков 5. Выполненных в форме трубчатого кольца 7, спо меньшей мере двумя взаимно перпендикулярными сообщающимися трубчатымиперегородками 8 и внутренним диаметром Й поперечного сечения всех элементов 7,8 газозаборника 5, равным500,1-0,15 высоты обечайки 6, приэтом во всех элементах 7,8 газозаборника 5 выполнены отверстия 9 диаметром 0,75-1,0 й, оси 10 которых находятся в плоскости поперечного сечения установки и расположены по внутреннему периметру кольца 7 и вдоль перегородок 8 с шагом, равным 2,0 диатия диаметром 0,75-1,0 й, оси которыхнаходятся в плоскости поперечного сечения установки и расположены по внутреннему периметру кольца и вдоль перегородок с шагом, равным 2,0 диаметрам отверстия, причем нижний газозаборник 5 установлен на расстоянии отрешетки 3, равном 1,0-1,2 внутреннегодиаметра обечайки 6. 3 ил. метрам отверстия 9, причем нижний газозаборник 5 установлен на расстоянии от решетки 3, равном 1,0-1,2 внутреннего диаметра обечайки 6.Температура нагреваемого образца фиксируется посредством потенциометров 11, а перепад давления - водяными манометрами 12, Обечайки 6 и газозаборники 5 собираются в трубу 2 при помощи специально выполненных фланцев 13, соединяемых посредством болтового соединения 14, Нижняя обечайка 6 и верхняя снабжены соответственно камерами 15 и 16 для подачи газа под давлением и газа, прошедшего через исследуемый образец. Камеры 15 и 16 соответственно снабжены устройствами 17 и 18 для подачи, отвода газа и контроля его давления на входе и на выходе из образца.Выполнение жароупорной трубы установки составной обусловлено возможностью существенного уменьшения влияния сегрегации в вертикальном сечении столбца насыпного материала. В связи с этим.газозаборники устанавливали с постоянным интервалом по высоте трубы, равным без учета наружного диаметра трубки кольца газозаборника высоте цилиндрической обечайке - 100 мм, т.е. 0,4 О. Установка газозаборников с укаэанным интервалом позволила в достаточной мере избавиться от погрешности в замерах, вызываемой сегрегацией материала по высоте,Для уменьшения влияния сегрегации материала в поперечном сечении образца газозаборник выполнен в форме трубчатого кольца с двумя взаимно перпендикулярными сообщающимися трубчатыми перегородками, с внутренним диаметром поперечного сечения всех элементов газозаборника, равным 10 мм или 0,1 вы" соты цилиндрической обечайки, Это20 25 30 35 40 45 50 55 значение внутреннего диаметра попе- -речного сечения кольца и перегоро -док определяется исследованием образца, содержащего более 507 компонентов шихты фракции "+10" мм,Во всех элементах кольца газозаборника выполнены отверстия диаметром 10 мм или 1,0 с 1 оси которых находятся в плоскости поперечного сечения установки и расположены повнутреннему периметру кольца и вдольперегородок, Диаметр отверстий определяется также Фракционным составомобразца и выбирается равным 1 Й вслучае преобладания в образце крупнойфракции ( ) "10" мм), Отверстия расположены с шагом, равным 2,0 диаметрам отверстия., т.е. 40 мм (между осями), Такая конструкция газозаборникаобеспечивает достаточное усреднениеизмеряемого давления в поперечном сечении столба насыпных материалов.Нижний газозаборник установлен нарасстоянии от решетки, равном 280 ммили лг 1,2 О,Работа установки дпя определениягазодинамических свойств насыпныхматериалов заключается в следующем.Нижняя обечайка 6 с камерой 15 подачи газа посредством Фланцев 13 соединяется поочередно с обечайками 6 игазозаборника 5 в составную трубу 2из расчета, что отношение внутреннегодиаметра 1) обечайки 6 к высоте трубы2,равно 0,1. 11 осле заполнения трубы 2шихтовыми материалами 19 устанавливается верхняя,обечайка 6 с камерой16 для газа, и собранная составнаятруба 2 устанавливается коаксиально ввертикальную трубчатую печь 1. Снизутруба 2 ограничена решеткой 3, на которой лежит столб образца насыпных материалов 19, Фланец 13 и стенка печи1 снабжены отверстиями, через .которыевводятся термопары 4, подключаемые кпотенциометрам 11. Газоотборники 5соединяются с водяными манометрами12, фиксирующими перепад давления встолбце образца, С их помощью можноэкспериментально снять газодинамическую характеристику изучаемого слоянасыпного материала, т.еопределитьвеличину потери напора газа при изменении в широких пределах его параметров (скорости, плотности, вязкости),При этом можно определить и влияниетемпературы на газодинамическое сопротивление слоя насыпных материалов различного Фракционного состава, Пополученным экспериментальньк даннымдля исследуемых условий вычисляют поизвестным расчетным Формулам коэффициенты гидравлического сопротивления,число Рейнольдса и представляют ихграфически. Количество газа, проходя.щего через столб насыпного материала 19 определяют при помощи кольцевойдиафрагмы, установленной на входе.Контроль давления входящего и -отходящего газа выполняется устройствами17 и 18. Исследования газодинамических свойств насыпных (шихтовых) материалов 19 - зависимости потери напорагаза при изменении его параметров илипо высоте столба образца - производят после разогрева образца 19 .;о необходимой температуры, Фиксируемойпотенциометрами 11,с учетом температуры подаваемого газа, его вязкости,скорости и т,д. В случае охлажденияобразца 19 при прохождении газа замерыпрекращают, а после достижения требуемой температуры возобновляют,Представленный цифровой материал.подтверждает оптимальность выбора параметров и их интервалов и позволяетсделать вывод о преимуществах предпагаемого устройства,В табл. 1 и 2 представлены относительные погрешности в определенииперепада давления при исследованиягазодинамических свойств насыпногоматериала соответственно для фракций6 и 50 мм. Значения относительных погрешностей в определении перепада давления при исследовании газодинамических свойств насыпного материала фракций 6 и 50 ю в зависимости от изменения положения нижнего газозаборника приведены в табл. 3.Предлагаемая установка для определения газодинамических свойств насыпных материалов, преимущественно металлургических шихт, обеспечивает следующие преимущества: повышение точности определения перепада давления по высоте и в поперечном сечении столба образца насыпных материалов при определении гидродинамических свойств путем уменьшения влияния на результатыизмерений сегрегации компонентов образца; возможность проведения точных исследований в широком диапазоне, тем- ператур, давлений и скоростей пропускаемых через образец газов,1642329 Таблица 1 погреллостл, Х (фракцся 6 мн)при отношении диаметра отверстий газозаборллков к с) Отношение Отношение висоти обечайки к диаметру О тр)бл Относнтельлля диаметра сечеася газозаборлпка клс сте об ечайки 065 О 7 1,05 1,5 0,75 2,7 2,5 г,г8 1,5 1,5 1,2 1,5 Э,2 3,0 2,3 1,7 ),б 1,3 1,3 1 О 1,4 0,08 0,09 0,30 0,11 0,12 0,33 О, 340,15 О, 16 0,37 3,0 2,8 2,5 г,о 17 ,5 1,3 ),г 1,4 2,8 2,29 1,5 1,(а 1,Э 3,0 1,1 1,5 3,1 3,8 2,4 1,8 1,65 1,б 1,5 1,4 1,5 1,7 3,4 3,0 2,7 22 2,0 1,9 1,7 1,6 18 1,9 3,5 3,3 2,9 г,7 2,4 2,2 2,0 1,8 2,0 г,г 3,9 3,5 3,2 э,о 2,8 2,5 2,3 2,0 2,4 2,6 4,8 46 ,4,4 4,1 3,8 3,5 3,0 2,5 2,7 Э,О,б ,3 2 ,О ,0 ,О ,0 ,0 ,3 1,75 1,6 1 ( 1,2 1,О 30 1,О 09 1,0 1,2 1,8 1,7 1,5 1,3 1,0 1,0 3,0 ),О 1,3 г,о 18 .1,6 1,4 1,2 1,1 1,0 1,3 1,2 1,5 г,г 2,0 3,8 15 1,2 1,4 1,4 1,7 2,3 2,О 1,9 1,б 1,4 1,3 1,4 15 1,6 1,9 2,5 2,2 2,0 1,6 1,5 1,5 1,5 1,7 1,8 г,о 2,8 2,5 г,о 1,8 1,7 1,7 г,о 2,1 2,4 о,ао,9 0,6 0,7 0,45 0,6 0,4 0,5 О,Э О,4 О,Э 0,4 0,4 0,5 0,08 О,Ое 0,30 0,11 0)12 0,13 0,14 0,5 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0 е 0,2 О,) 0,1 0,0 0,0 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 0,6 0,4 О,Э о,г 0,2 0,2 0,15 0,5 0,4 0,3 0,2 0,15 0,05 0,05 65 5 4 2 3 О,О,о,о,о,О,О,1,1 0,9 О,7 0,6 05 0,5 0,5 0,15 0,16 0,17 0,05 0,050,1 0,2 0 1 О 2 0,150,20,2 0,1 0,1 02 0 О 0,1 О,г 02 0,4 О,Э 0,4 О,5 0,4 0,5 0,45 0,5 0,7 09 0,6 О,7 0,6 0,08 0,09 0,10 0,11 О 12 0,130,34 0,15 О, 16 0,17 2,7 2,4 2,0 ,1,71,5 1,2 3,1 3,4 1,5 1,7 2,5 2,2 1,8 1,5 1,3 1,3 1,0 3,2 1,4 2 б 2,2 1,8 1,4 12 1,0 1,0 1,1 3,3 2,5 2,1 2,0 1,5 1,3 1,0 1,0 1,2 1,3 1,5 Э,О г,5 г, 1,7 1,4 ),г 1,0 1,3 1,4 1,б 3,2 3,0 2,3 2,0 1,5 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 3,3 3,5 3,0 3,2 2,4 2,8 2,2 2,5 1,9 2,01,6 2,0 1,7 2,11,9 2,3 2,0 2,4 2,3 2,7 3,7 3,4 Э,О 2,7 2,2 22 2,Э 2,5 г,7 2,9 3,8 3,6 э,г2,9 2,6 2,52,8 э,о 3,2 1 Формула изобретения Установка дпя определения газодинамических свойств насыпных: материалов, преимущественно металлургических шихт, включающая вертикальную трубчатую печь, размещенную в ней коакси,ально жароупорную трубу, ограниченную снизу решеткой и снабженную термопара ми и газозаборниками, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения перепада давлений за счет уменьшения влияния на результаты измерений сегрегации компонентов 1 образца, жароупорная труба выполненасостоящей из цилиндрических обечаек высотой 0,4-0)5 ее внутреннего диаметра, а газозаборники размещены в промежутках между обечайками и выполнены вФорме трубчатого кольца с двумявзаимно перпендикулярными сообщающимися внутренними перегородками ивнутренним диаметром Й поперечногосечения элементов газозаборника,равным О, 1-0 зэ высоты обечайки, вовсех элементах газозаборника выполнены отверстия диаметром 3,0 з 751 з 0)й, оси которых размещены вплоскости поперечного сечения жароупорной трубы по внутренне)му периметру кольца и вдоль перегородок сшагом, равным двум диаметрам отверстия, причем нижний газозаборникразмещен на расстоянии от решетки,равном 1,0-1,2 внутреннего диаметра обечайки.1642329 10 Т а б л н ца 2 Относительные погреяности в определении перепада давления при исследовании газодинамических свойств насыпного материала фракцией 50 мм (в Я) Отнаснтелыьзя ногреюность, Я (фракция 50 мм), при отноэенин диаметра отверстий газозаборннков кОтноаениевысоты обечайки кдиаметруО трубы Отношение диаметрасечения 1,05 0,9 0,95 1,0 0,85 0,75 0,65 0,8 0,7 газозаборника квысотеобечайкн 1,2 11 1 1,0 1,1 1,25 1,2 1,2 1,1 1,2 1,3 1,4 1, 1,2 1,0 1,1 1,0 ,1 0,6 1,0 1,0 1, 1,2 1,31,21,151,11,25 1,1 1,0 1,0 1,1 1,0 1,0 О,В 1,2 1,1 11 1,1 2 1,3 1,4 1 5 0,9 1, 1,1 1,2 13 1,5 1,8 1,0,17 аблица Фракционныйсостав об"равна тельная погрешность соты установки вишне при отношениидиаметру 1) трубы гаэозаборника к1,О Т О,8 9 О 5ОО 28 15 1,О 3,5 15 ),О мм 0,4 0,08 0,09 0,10 0,11 О, 12 О, 1 Э О, 14 О, 15 0,16 0,17 0,08 0,09 О, 1 О 0,1 0;12 0,13 0,4 015 О,б 0,17 0,08 0,09 0,.10 О, 1 О, 12 О, 1 Э О, 14. О, 15 Р, 16.0,17 0,08 0,09 О, 1 О 0,1 1,3 1,Э 125 12 1,24 1,4 1,5 1,1 1;в 2,0 1,51,351,31,31,451,61,82,02,52,81,81,651,51,5 1,О 0,9 0,7 0,5 0,7 0,9 1;э 1,8 1,4 1,3 1,2 1,2 1,5 1,7 8 2,4 2 1,3 2 121,1 1,3 1,5 1,7 2,0 2,3 .1,51,4 1,3 1,2 1,5 1,б 1,8 2,0 14 .1,4 1,3 1,2 1,3 1,4 1,7 2, 2,5 3,0 1,2 1, 1,0 1,01,3 1,4 1,7 20 2,0 1,3 1,2 1,1 1,0 1,0 1,2 1,6 1,9 2,0 2,5 0,6 05 О, 0,0 0,0 0,5 06 0,7 1,0 1,3 Ц 1,01 11,3141,52,02,312511,11,21,01,251,91,92,02,8 0,6 0,5 0,1 О, 0,8 О 9 7,0 1,3 1 6 2,9 4 3,35 1,2 1,5 1,5 1,7 2,0 2,.0 2, 51642329 А-А Составитель А. Кубас Редактор М. Недолуженко Техред Л,О Корректор лийнык Заказ 114 ираж 39 СССР д. 4 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1 ПИ Государственного ко 113035, Мотета по изобретениямва, И, Раушская на Подписноеткрытиям при