ID: 18427

Название работы: Автоматическое измерение расхода жидких и газообразных продуктов и сыпучих сред

Категория: Лекция

Предметная область: Менеджмент, консалтинг и предпринимательство

Описание: Лекция 12. Автоматическое измерение расхода жидких и газообразных продуктов и сыпучих сред. Расход вещества характеризуется количеством вещества объемным или массовым проходящим через определенное сечение канала трубопровода потока водослива и т. д. в единицу вре

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-07-08

Размер файла: 237 KB

Работу скачали: 48 чел.

Лекция 12.

Автоматическое измерение расхода жидких и газообразных продуктов и сыпучих сред.

Расход вещества характеризуется количеством вещества (объемным или массовым), проходящим через определенное сечение канала (трубопровода, потока водослива и т. д.) в единицу времени.

Объемными единицами расхода принято считать м3/с; м3/мин; м3/ч, а массовыми единицами измерения расхода считают: кг/ч; т/ч. Для пересчета массового расхода Qm в объемный Qv используют выражение:

где ρ – плотность среды в рабочих условиях.

Технологические параметры, связанные с измерением расхода, играют важную роль при управлении процессами добычи и переработки полезных ископаемых.

Большое разнообразие продуктов, расход которых необходимо учитывать в процессах горного производства, породило и большое разнообразие методов и средств их автоматического измерения.

Так, мы сталкиваемся с необходимостью измерения расхода жидких продуктов: воды, пульпы, разнообразных реагентов; газообразных продуктов: воздуха в различные точки флотационного процесса, пара, газа, подаваемого в печи для сушки руды и концентратов. Расход сыпучих материалов (руда, концентраты, компоненты шихты, уголь и т. п.) осуществляется с целью расчета материального и технологического баланса, эффективного управления процессами переработки полезных ископаемых. Кроме того, в процессе обогащения руд цветных металлов осуществляют измерение расхода твердого продукта в пульпе.

В технике измерения расхода, как было сказано выше, различают объемные расходы, используемые для количественного учета жидких и газообразных сред (кроме пара), и массовые расходы для сыпучих материалов и пара.

Объемные расходы измеряются в основном в м/ч, массовые расходы в т/ч. Диапазон изменения измеряемых расходов жидких, газообразных и сыпучих материалов очень широк, в связи, с чем для целей их измерения используется большое количество разнообразных технических средств.

Автоматические измерения расхода жидких и газообразных продуктов. Для измерения объемного расхода жидкости и газа используют расходомеры:

переменного перепада давления;

индукционные; щелевые или переменного уровня;

вихревые;

постоянного перепада давления;

ультразвуковые; тепловые и др.

Расходомеры переменного перепада давления. Применяют для измерения объемного расхода воздуха, газа, топлива, жидкости, очищенных от твердых включений (чистой и оборотной воды, реагентов). Принцип действия расходомеров переменного перепада давления основан на измерении перепада давления на участке трубопровода со стандартным сужающим устройством (рис. 1). В качестве стандартных сужающих устройств применяют: стандартные диафрагмы, сопла, сопла Вентури. Таким образом, расходомер - это участок трубопровода со встроенным сужающим устройством и последующих устройств преобразования разности давления.

Рис. 1. Структурная схема системы автоматического контроля расхода жидкости методом переменного перепала давления

Повышение скорости вещества на участке с уменьшенным диаметром сопровождается понижением давления за сужающим устройством. Количественно объемный расход вещества определяется по формуле:

 где Q – объемный расход, м3/час;

k – конструктивный коэффициент, зависит от вида и параметров сужающего устройства, а

     также от соотношения площадей поперечного сечения сужающего устройства и

     трубопровода, м2;

D – площадь поперечного сечения сужающего устройства, м2;

ρ – плотность контролируемой среды, кг/м3; 

– перепад (разность) давлений, кПа.

Индукционные расходомеры. Применяются для измерения объемных расходов электропроводящих жидкостей (рудные пульпы, реагенты). Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции, сущность которого заключается в том, что в проводнике, движущемся в магнитном поле с индукцией В, наводится ЭДС, прямо пропорциональная величине этой индукции, длине проводника и скорости перемещения проводника, т. е.

 

где    Е - величина электродвижущей силы;

В - магнитная индукция;

 l - длина проводника;

V - скорость движения проводника.

Конструктивно такой расходомер представляет собой участок трубопровода из немагнитного материала диаметром D, помещенный в поле постоянного магнита с индукцией В (рис. 2).

Рис. 2. К пояснению принципа действия индукционного расходомера

В трубопровод с диаметрально противоположных сторон встроены электроды для снятия ЭДС. В качестве проводника рассматривается участок жидкости между электродами длиной

l ≈ D. Скорость движения жидкости в трубопроводе известного диаметра определяется:

где   Q - объемный расход жидкости;

F - площадь поперечного сечения трубопровода.

С учетом последнего выражение для ЭДС запишется:

Учитывая, что и подставив его в выражение для ЭДС, получим:

Принимая во внимание, что В = const для магнитной системы определенного типа и D = const для конкретной конструкции, найдем:

где  - некоторый постоянный коэффициент.

Расходомеры щелевые (или расходомеры переменного уровня). Расходомеры этого типа (их называют еще расходомерами истечения) применяют для измерения расхода жидкости, находящейся под атмосферным давлением и свободно протекающей по открытым каналам.

Принцип действия основан на зависимости высоты уровня жидкости в сосуде, в который она свободно втекает от расхода ее через калиброванное щелевое отверстие.

Между объемным расходом Qv (м3/с) пульпы через профилированное отверстие в емкости и ее уровнем имеется зависимость

где m – коэффициент расхода, зависящий от геометрических размеров щели;
     b – ширина щели, мм;
     g  – ускорение свободного падения. м/с2 
     Н – уровень воды над водосливом, мм.

На рис. 3 приведена возможная структурная схема щелевого расходомера (а) и профиль щели (б), обеспечивающий линейную зависимость между объемным расходом и уровнем жидкости над водосливом.

Рис. 3. Структурная схема возможного варианта щелевого расходомера

При практической реализации метода измерений по приведенному выше выражению возникают трудности из-за нелинейности этой связи. Для практических измерений всегда удобнее, чтобы связь между и Н была линейной: . Чтобы получить такую связь, про филь щели должен быть построен с использованием выражения

Профиль щели, построенный по вышеприведенному выражению, показан на рис. 3, б. Коэффициент К в выражении (2) рассчитывается по формуле

В соответствии е выражением для ширины щели «в» → при Н→0. Практически линейная зависимость между объемным расходом и уровнем над водосливом сохраняется до уровня 35 мм. Этот участок (≈10 % от диапазона измерения), как правило, не используют при практической реализации метода.

Расходомеры постоянного перепада давления. В расходомерах этого типа измеряемое вещество (жидкость, газ) проходит непосредственно через расходомер. Измерительная часть расходомера представляет собой вертикальную трубку конической формы, в которой находится поплавок (рис. 6).

Рис. 6. Схема расходомера постоянного перепада давлений

Площадь проходного сечения в расходомере изменяется в зависимости от расхода, а перепад давления остается постоянным. Перепад давления при протекании жидкости через коническую трубку определяется весом поплавка и его геометрической формой. Учитывая, что эти параметры не изменяются в процессе измерения, перепад давлений остается постоянным. При постоянном перепаде давлений площадь кольцевого сечения между внутренними стенками конической трубки и по плавком пропорциональна расходу жидкости, протекающей в данный момент через расходомер.

В конической трубке площадь кольцевого сечения изменяется пропорционально высоте кольца. Следовательно, поплавок изменяет свое положение по высоте в зависимости от расхода вещества:

где α – коэффициент расхода, зависящий от коэффициента трения жидкости о стенки     трубопровода и поплавка и других факторов;
      F – площадь кольцевого сечения зазора;
     Vп – объем поплавка;
     – плотность материала поплавка и вещества, расход которого измеряется;
      S – площадь поперечного сечения поплавка.

Расходомеры этого типа сравнительно точны. Пределы измерения по воде до 3000 л/ч, по воздуху до 40 м3/ч. Промышленность выпускает расходомеры с пневматическими и электрическими преобразователями.

Измерение расхода твердого продукта с пульпой. В основу метода измерения положена зависимость между расходом твердого и объемным расходом пульпы и ее плотностью:

где  – плотность твердого продукта в пульпе;
      – плотность пульпы;
      – объемный расход пульпы.
Учитывая, что величина  для определенного типа руд постоянна, Можно принять:

.

Имея сигналы об объемном расходе и плотности пульпы, можно рассчитать количество твердого продукта в пульпе. В случае, если объемный расход измеряется щелевым расходомером, когда , расход твердого будет:

.

С учетом этого расходомер твердого может быть реализован следующим образом (рис.7).

Рис. 7. Функциональная структура расходомера твердого в пульпе

В расходомерном баке 1 жестко закреплена пьезометрическая трубка 2, опущенная до уровня нижней кромки профилированной щели. В том же баке находится поплавок 3, связанный рычажной системой с подвижной пьезометрической трубкой 4, которая опущена в емкость 5 с чистой водой с постоянным уровнем. К обеим трубкам подведено давление сжатого воздуха. Давление в трубке 2 пропорционально величине , а в трубке 4 - величине  или Н, т. к. плотность воды = 1. Дифманометр измеряет разность  или
Выходной сигнал дифманометра (например Метрана – 100 ДД) пропорционален расходу твердого продукта с пульпой.

Измерение расхода сыпучих материалов. Измерение расхода сыпучих материалов - руды, компонентов шихты, концентратов играет важную роль в технологическом контроле на предприятиях горной промышленности. Автоматизация многих технологических процессов (дробление, измельчение, шихтоподготовка и др.) невозможна без автоматического измерения веса и расхода сыпучих материалов. Этот параметр является основным при реализации систем автоматического дозирования реагентов в процессе флотации, информация о переработке руды и количестве полученных концентратов служит основой для расчета различного рода балансов (сменных, суточных и т.д.).

Для измерения расхода сыпучих сред на обогатительных фабриках применяют конвейерные весы. В зависимости от способа получения информации о количестве груза на ленте конвейера различают следующие весоизмерительные устройства:

•  электромеханические;
•  гамма-электронные;
•  тензорезисторные;
•  электронные.

Конвейерные весы состоят из грузоприемного устройства с преобразователем измеряемого параметра, измерителя скорости или перемещения конвейерной ленты и вторичных приборов, представляющих информацию в необходимом виде (рис. 8).

Рис.8. Структурная схема конвейерных весов

Грузоприемные устройства конвейерных весов представляют собой либо одну роликоопору, либо специальную платформу из 3-х роликоопор.
Для измерения скорости используют индукционные датчики, тахогенераторы.

Расход сыпучего материала определяется из выражения

где – суммарная масса материала, перемещенная конвейером за время Т;
      – мгновенное значение массы, приходящееся на единицу длины ;
      V – скорость ленты конвейера.

Весы осуществляют измерение расхода руды в пределах от 100 до 2000 т/ч. Погрешность измерения не более + 1 %. Из известных фирм, выпускающих весоизмерительные устройства различного назначения, отметим фирму Шенк (SCHENK), Германия.

PAGE  72