Устройство для сгущения и регулирования плотности транспортируемой по трубопроводам гидросмеси

О П И С А Н И Е (р 98261ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 23.02.83. Бюллетень 7 Дата опубликования описания 28.02.83 лв делам лзебретелнй и еткрмтий(72) Авторы изобретения йени;,.:.:,;,ецкий ордена Трудового Красного 3 политехнический институт 1) Заявител(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СГУЩЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНЛОТНОСТИ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ПО ТРУБОПРОВОДАГИДРОСМЕСИ Изобретение относится к гидротранспорту, а именно к устройству для сгущения и регулирования плотности транспортируемой по трубопроводам гидросмеси.По основному авт. св,755723 известно устройство для сгущения и регулирования плотности транспортируемой по трубопроводам гидросмеси, которое содержит соединенный с транспортным трубопроводом корпус с плотностями, сообщающимися между собой посредством разделительного элемента, выполненного в виде заполненного зернистым материалом кожуха, и сливной патрубок с заслонкой, причем кожух разделительного элемента выполнен в виде установленного в корпусе между упомянутыми плотностями с возможностью вращения открытого с одного торца барабана, цилиндрическая стенка которого перфорирована отверстиями, при этом барабан снабжен охватывающей его цилиндрическую поверхность уплотняющей обоймой, выполненной в виде двух полуколец, установленных в корпусе одно под другим с возможностью смещения под действием транспортируемого потока, причем между внутренней поверхностью полуколец и поверх 2постыл барабана образован зазор; а в ниж.нем полукольце имеется вырез 1 .Однако при сгущении гидросмесей сшироким диапазоном колебания грануло метрического .состава твердой фракции в 5 транспортном потоке .наблюдается недопустимый вынос твердых частиц в сливной поток, зависящий от скорости вращения барабана разделительного элемента и величины расхода сливного потока, что снижает эффективность сгущения. Кроме того, при сгущении гйдросмесей с высоким содержанием шлама требуется перестройка или переналадка редуктора приводного механизма, либо замена зернистого материала соответствующей крупности в разделительном; элементе, что усложняет. абслуживаыж уст- ройства и снижает его эксплуатационную надежность. Так, при больших оборотах барабана и малом расходе сливного потока в слив уносится недопустимое количество твердых частиц; при малых оборо 2 о тах и большом расходе. слттщпло потокавынос твердых частиц в слив уменьшается, но растет прогрессирующий перепад давления на разделительном элементе, до недопустимой величины, приводящей к возмож 9982615 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ному прекращению фильтрации через зернистый слой и, следовательно, к резкому уменьшению расхода сливного потока. Установить какие-либо средние, постоянной величины обороты барабана для различных расходов сливного потока, при разных крупностях, состаВах исходной гидросмеси в сливном начале перепада эксплуатации не представляется возможным.ЦеЛью изобретения является повышение точности работы.Эта цель достигается тем, что устройство для сгущения и регулирования плотности транспортируемой по трубопроводам гидросмеси снабжено датчиком перепада давления в основном трубопроводе и сливном патрубке, датчиком расхода сливного потока, установленным на сливном патрубке, элементом сравнения, формирователем эталонных сигналов перепада давления и соединенными последовательно пороговым элементом, регулятором скорости вращения барабана и тиристорным преобразователем, связанным с электроприводом барабана, причем вход формирователя эталонных сигналов перепада давления соединен с датчиком расхода, а выход - с одним из входов элементов сравнения, второй вход которого соединен с датчиком перепада давления, а выход - с пороговым элементом.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - разрез А - А на фиг. 1, вид в статике; на фиг. 3 то же, вид в динамике; на фиг, 4 - зависимости в относительных единицах перепада давления Ь на разделительном элементе от расхода слива О для заданного гранулометрического состава ,д гидросмеси при оптимальной скорости со вращения барабана, установленные экспериментально; на фиг. 5 - характеристика формирователя эталонных сигналов перепада давления.Устройство состоит из корпуса, разделенного на нижнюю полость 1 (полость напорного трубопровода) и верхнюю полость 2 (полость сливного патрубка), соединенные между собой болтовыми соединениями. Нижняя полость 1 включает участок транспортного трубопровода 3, имеющий сужение диаметра на выходе участка для сохранения транспортной способности потока на последующем участке за сгустителем; верхняя полость 2 включает сливной патрубок 4 с регулируемой заслонкой 5 для дросселирования сливного потока и смотровой люк 6 с крышкой 7 для загрузки зернистого слоя. Внутри корпуса находится открытый с одного торца цилиндрический барабан 8, жестко насаженный на вал 9 и крепящийся к нему с одной стороны барабана торцовой стенкой 10, а с внутренней поверхностью барабана - спицами 11. Вал 9 проходит через уплотняющие отверстия 12 в корпусе устройства и своими концами опирается на шариковые подшипники 13. Один из концов вала для обеспечения вращения барабану присоединен через редуктор 14 (или муфту) с регулируемым электроприводом 15.Цилиндрическая поверхность барабана выполнена из перфорированной стали с отверстиями 16. Внутренняя полость барабана заполнена зернистым материалом 17, например гранитным или стальными окатышами необходимой крупности, представляющим собой зернистый фильтр. Цилиндрическая поверхность барабана 8 охвачена уплотняющей обоймой, выполненной в виде двух цилиндрических полуколец: нижнего 18 и верхнего 19. В нижнем полукольце 18 асимметрично относительно средней линии имеется сквозной вырез 20 для подвода отводимого потока к барабану.В статическом состоянии (фиг. 2) нижнее полукольцо 18 своими бортами 21 свободно опирается на уступы 22, приваренные к внутренней поверхности нижней полостикорпуса, в верхнее полукольцо 19 - на резиновую прокладку 23, армированную для обеспечения необходимой жесткости металлической пластиной 24, и могут свободно перемещаться в вертикальной плоскости в пределах зазора. Аналогичные уступы 25 имеются и в верхней полости 2 корпуса. Высота резиновой прокладки 23 и ее выступы по периметру во внутреннюю полость корпуса выполняются такими, чтобы обеспечить герметичность отделения сливного патрубка от трубопровода и необходимый зазор 26 между внутренними поверхностями верхнего 19 и нижнего 18 полуколец и внешней поверхностью цилиндрического барабана 8 как в статическом (фиг. 2), так и в рабочем (фиг. 3) состояниях. Это обеспечивает свободное вращение барабана (с очень малым коэффициентом трения) внутри уплотняющей обоймы, а также необходимое уплотнение за счет поджатия отводимым потоком нижнего и верхнего полу- колец за счет собственного веса к резиновой прокладке. На основном трубопроводе и сливном патрубке установлены чувствительные элементы 27 и 28 для измерения давления на входе и выходе разделительного элемента сгустителя по ходу отводимого потока. Чувствительные элементы 27 и 28 соединены с входами датчика 29 перепада давления, выход которого подключен к одному из входов элемента 30 сравнения. На сливном патрубке для измерения расхода сливного потока установлен также чувствительный элемент 31, соединенный со входом датчика 32 расхода, выход которого через формирователь 33 эталонных сигналов перепада давления подключен к второму входу элемента 30 сравнения. Выход последнего подключен к входу порогового элемента 34, который выходом через регулятор 35 скорости вращения барабана подключен к управляющим цепям тиристорного преобразователя 36, питающего регулируемый электропри вод 15,Эффективность режимов сгущения гидросмеси в трубопроводе сгустителем и его нормальная работа взаимосвязаны и косвенно определяются зависимостью перепада давления Ь на зернистом слое (фильтре разделительного элемента) от расхода с сливного потока при заданной скорости цг вращения барабана и содержания (состава) ф мелких частиц в исходной гидросмеси (фиг. 4). При этом скорость с. вращения барабана выбирается таким образом, чтобы для заданного гранулометрического состава у гидросмеси, при различных расходах сливного потока, вынос мелких частиц в слив находился в допустимых пределах, а максимальный перепад давления Ьм , на зернистом слое не превышал допустимых величин Ь . На фиг. 4 нриведена кривая 37, которая характеризует зависимость Ь = = 1 Ясл) при грансоставе Я= 0,6 и оптимальной скорости Ы= 0,95, когда в слив выносится минимальное количество мелких частиц. Кривые 38 и 39 здесь характеризуют разброс перепада давления й при отклонении скорости от оптимальной в диапазоне я= 0,9 - ,О, но когда еще вынос мелких частиц лежит в допустимых пределах. Величину рабочего разброса характеризует нижний сектор - заштрихованная область между кривыми 37 и 38. Аналогично кривая 40 характеризует зависимость Ь = =1)сд) при грансоставе В = 0,45 и оптимальной скорости М= 0,8, а кривые 41 и 42 - разброс перепада давления Ь в диапазоне скоростей м= 0,72 - 0,88, отличных от оптимальной, когда еще вынос мелких частиц лежит в заданных пределах. Здесь рабочий разброс характеризуется заштрихованным верхним сектором (область между кривыми 40 и 41).Нижний и верхний секторы перекрываются (фиг. 4, отмечено двойной штриховкой) так, что любая точка, принадлежащая этой области, соответствует по допустимому выносу мелких частиц двум гран- составам гидросмеси = 0,45 и у = 0,6 а, следовательно, и диапазону р = 0,45 - 0,6. Здесь следует только изменить или подобрать скорость вращения барабана так, чтобы попасть в рабочую точку этой области, Это можно выполнить автоматически, если воспроизвести кривую эффективных режимов сгущения, проходящую через перекрывающуюся часть секторов для различных возможных значений грансостава у . Кривая 43 воспроизведения эффективных режимов (фиг. 5) закладывается в модель 33 (фиг. 1) эффективных режимов сгущения.Реализация формирователя 33 выполнена по схеме функционального преобразователя, построенный на операционном усилителе типа К 1 УТ 401 Б, в цепях обратной связи которого использован преобразователь, выполненный на диодах Д 2 Б. Точность воспроизведения моделью реальной характеристики порядка 1,5 - 20/0.При подаче на вход формирователя 33сигнала, характеризующего расход слива,на выходе модели автоматически формируется сигнал, пропорциональный эталонномуперепаду давления Ь, характеризующийвынос частиц в слив не более допустимогопри любом грансоставе исходной гидросмеси, укладывающемся в рассчитанный диа 1 Опазон. Отключение действительного перепада давления Ь от эталонного Ь свидетельствует, что устройство работает не вэффективном режиме и тогда требуетсяизменить скорость вращения барабана так,чтобы действительный перепад стал равенэталонному. Устройство может устанавливаться на горизонтальном либо наклонном(по направлению основного потока) участке трубопровода,Устройство работает следующим образом.20 При открытии сливной заслонки 5 движущийся поток гидросмеси Я в транспортном трубопроводе 3 в месте подключенияустройства разветвляется (фиг. 1 и 3).При этом из-за возникновения перепададавления на слое зернистого материала 17нижнее полукольцо 18 под действием гидродинамического давления своими бортами 21сходит с уступов 22 и поджимается к резиновой прокладке 23, армированной для жесткости металлической пластиной 24, чтообеспечивает надежное уплотнение и отде.ление нижней полостиот верхней полости 2, тем самым предотвращая свободноеобтекание гидросмесью по бокам перфорированного барабана 8 и попадание еенепосредственно в слив без отделения твердых частиц в зернистом слое, Верхнее полукольцо 19 несколько отжимается от барабана 8 и своими бортами поджимается куступам 25 за счет протечек жидкости, чтообеспечивает необходимый зазор 26 междувнутренней поверхностью уплотняющей обой 40 мы и внешней поверхностью барабана исвободное вращение его совместно с валом 9, проходящего через уплотняющие отверстия 12 в подшипниках 13, регули, руемых электроприводом 15. Этим самым преграждается сквозное попадание осветленного потока, прошедшего через слой и отверстия 16 цилиндрической поверхностибарабана, в сливную полость 2, увеличивая, таким образом, путь и время движенияпотока через зернистый слой при заворотепотока к открытому торцу барабана на входсливного патрубка 4.Действующие на частицы твердого материала инерционно-гравитационные силы,возникающие в результате резкого расширения основного потока в месте разветвления, недостаточны для удержания всеху частиц в основном потоке. Некоторая частьих попадает в отходящий поток и направляется к вырезу 20 в нижнем полукольце 18обоймы и далее через отверстия 16 - вовращающийся зернистый материал 17, ичерез открытый торец барабана 8 - к сливному патрубку 4. Основная масса сгущенного материала под действием веса и скорости основного потока транспортируетсяпо дну нижней полости 1 корпуса к суженной части трубопровода 3 и далее по трубопроводу - к месту разгрузки.Твердые частицы, уносимые отводимымпотоком через вырез 20 в нижнем полукольце 18, задерживаются зернистым слоем,и основная часть их при вращении барабана отбрасывается кромками вырезаполукольца 18 и уносится основным сгущенным потоком Я . Часть мельчайших частиц через вырез 19 в полукольце 18 и отверстия 16 в барабане 8 проникает в зернистый слой 1, насыщая и засоряя нижнюючасть зернистого слоя над вырезом, вследствие чего происходит повышение перепададавления на разделительном элементе (слое).Давления на входе и выходе разделительного элемента воспринимаются чувствительными элементами 27 и 28 и поступают на грвходы датчика 29 перепада давления, навыходе которого формируется сигнал, пропорциональный действительной разностидавления Й на разделительном элементесгустителя, Сигнал с датчика 29 поступает на первый вход элемента 30 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный эталонному перепад) давления Ь и сформированный формирователем 33, согласно воспроизводимой зависимости Ь = 1 Д)(кривая 43, фиг. 5)эффективных режимов сгущения, по сигналу 30с выхода датчика 32 расхода, пропорционального действительному расходу сливного потока в сливном патрубке 4. Необходимый расход Ясливного потока достигается дросселированием заслонки 5 и определяется степенью сгущения гидросмеси 35по исходному составу твердой фракции восновном потоке Я и формируется автоматически системой регулирования концентрации гидросмеси в напорном трубопроводе 3 или системой оптимизации загрузки трубопровода 3 твердым материалом 4 п(не показаны),В нормальном режиме, соответствующемустановленному расходу Я при установившемся фрикционном составе )1 исходнойгидросмеси сигнал, действительного перепада давления Ь, поступающий от датчика 29перепада давления, равен или близок повеличине сигналу эталонного перепада Ь,поступающего с выхода формирователя 33эффективных режимов. Вследствие этогоформируемый на выходе элемента 30 сравнения сигнал ЛК пропорциональный разности действительного и эталонного перепадов, находится в зоне нечувствительностипорогового элемента 34, т, е. Ьй = Ь -- Ь ( 6 Ь, где БН - порог срабатыванияпорогового элемента. Поэтому пороговыйэлемент 34 находится в нейтральном состоянии, а регулятор 35 скорости вращениябарабана поддерживает неизменным задаю. щее напряжение на входе тиристорного преобразователя 36, питающего электродвигатель 15, При этом обороты двигателя 15 а, следовательно, и связанные с ним через редуктор (муфту) 14 обороты барабана 8, соответствуют оптимальному режиму сгущения при оптимальном выносе мелких частиц в сливПри вращении барабана часть уплотненного и засоренного с поверхности слоя поднимается вверх, переворачивается и разрыхляется, при этом меняется направление потока через слой и происходит вымыв из слоя мельчайших частиц. На фиг. 1 и 3 показана свободная полость над слоем, а стрелками - вымываемые мельчайшие частицы под действием потока. При попадании внутрь барабана через отверстия 16 постоянных предметов (щепы, пеньки, клочков бумаги и т. п.) последние также вымываются обратным потоком к сливному патрубку и транспортируются сливным потоком (,)через открытый торец барабана на выход без забивки внутренней перфорированной поверхности барабана и потери работоспособности устройства.Вращением слоя и поворотом его на 180 относительно выреза нижнего полукольца и механическим воздействием вследствие этого крепящих спиц 11, внутренней поверхности барабана и его торцовой стенки 1 О на слой обеспечивается его рыхление, промывка обратным потоком и полная регенерация (восстановление) его фильтрующей способности перепада давления, равного эталонному, т. е. Ь = Ь +Ы, По мере износа и расходования зернистого материала его добавляют в барабан через смотровой люк 6 с крышкой 7,Увеличение величины расхода слива Я вызванное изменением задания в систему регулирования концентрации гидросмеси или изменения грансостава ф гидросмеси выше исходной вызывают увеличенный вынос мелких частиц в слив с одновременным увеличением действительного перепада давления 1 (фиг. 4). В этом случае изменения расхода слива воспринимаются чувствительным элементом 31 и передаются на вход датчика 32 расхода, на выходе которого вызывают появление сигнала, пропорционального новому значению расхода слива и поступающего на вход формирователя 33, По этому сигналу на выходе модели 33 формируется сигнал, пропорциональный эталонному перепаду давления Ьз (фиг. 5) соответствующий данному расходу слива и данному грансоставу гидросмеси. После сравнения действительного (увеличенного)перепада давления с эталонным Ь в элементе 30 сравнения на его выходе появляется сигнал рассогласования, пропорциональный разности действительного и эталонного перепадов давления ЬЬ = Ь - Ь рО, величина которого превышает порог срабатывания ЬЬ порогового элемента 34, т. е. Ю) ЬК вследствие чего срабатывает егоправая половина. Срабатывая, пороговый элемент 34 подает на вход регулятора 35 скорости сигнал на увеличение задания тиристорному преобразователю 36 для увеличения оборотов электродвигателя 15 и связанного с ним барабана разделительного элемента. Регулятор скорости увеличивает задание тиристорному преобразователю до тех порпока скорость вращения а 1 барабана не достигнет значения, при котором рассогласование действительного Ь и эталонного Ь перепадов давления станет 1 ф меньше порога срабатывания 8 Ь порогового элемента, т. е. ЬЬ = Ь - ЬСЬЬ. По достижению соотношения ЬЬ (БЬ пороговый элемент возвращается в нейтральное состояние и отключает регулятор скорости, который, прекращая изменение задания тиристорному преобразователю, обеспечивает поддержание оптимальных оборотов электропривода для новых условий - новых значений расхода 0 слива и грансостава р гидросмеси. При этом вынос мелких час-. тиц в слив соответствует оптимальному значению.При уменьшении расхода слива и изменении грансостава в другую сторону регулирование оборотов электропривода и перепада давления на разделительном элементе производится аналогично, с тем лишь отличием, что на выходе элемента 30 сравнения появляется отрицательный сигнал рассогласования (ЬЬ = Ь - Ь ( 0), превышающий зону нечувствительности порогово,го элемента 34, т. е. /9 Ц 8 Ь. В результате этого срабатывает левая половина порогового элемента, подключающая регулятор 35 скорости на уменьшение задания тиристорномупреобразователю, следовательно, и оборотов электродвигателя, для достижения значения рассогласования перепадов . давления до величины /ЬЬ/ С 8 Ь, после чего пороговый элемент отключает регулятор скорости, который обеспечивает поддержание оптимальных оборотов барабана вновь для новых условий.Таким образом, в любом случае, при любых изменениях расхода слива, гранулометрического состава гидросмеси и других факторах устройство автоматически выходит на оптимальный режим, соответствую 1 Ощий максимальной эффективности и надежности .сгущения при оптимальном выносемелких частиц в слив. Из фиг. 5 видно,что даже в области предельных расходовслива (до значений О,л = 0,45 - 0,6) максимальный .перепад давления Ь , на зернистом слое разделительного элементалежит ниже допустимого перепада Ь исгуститель сохраняет работоспособность,Использование изобретения повышаетэксплуатационную надежность и увеличивает срок службы устройства с сохранением его технологических и регулировочных характеристик, что повышает эффективность сгущения. А стабильность регулировочных характеристик устройства обеспечивает устойчивость и качество системырегулирования (или оптимизации) загрузки гидротранспортных трубопроводов твердым материалом, что приводит к снижениюрасхода электроэнергии и эксплуатационных затрат на гидротранспорт.Формула изобретенияУстройство для сгущения и регулирования плотности транспортируемой по трубопроводам гидросмеси по авт, св.755723отличающееся тем, что, с целью повышенияточности работы, оно снабжено датчикомперепада давления в основном трубопроводе и сливном патрубке, датчиком расхода сливного потока, установленным насливном патрубке, элементом сравнения,формирователем эталонных сигналов перепада давления и соединенными последовательно пороговым элементом, регуляторомскорости вращения барабана и тиристорным преобразователем, связанным с электроприводом барабана, причем вход формирователя эталонных сигналов перепададавления соединен с датчиком расхода,а выход - с одним из входов элементовсравнения, второй вход которого соединенс датчиком перепада давления, а выход -с пороговым элементом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР55723, кл. В 65 6 53/30, 1977 (прототип).998261 07 0. 0.2 О/1 О О,У о.г СоставТехред И Тираж 94ВНИИПИ Государствпо делам изобре113035, Москва, Ж - 35 Филиал ППП Патент, г. р А. Грипене 4/5 ная, 4 Редактор П. КоссейЗаказ 1048/32 тель . КиселеваВерес Коррект7 Подписнного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д.Ужгород, ул. Проект