V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Процесс непрерывного весового дозирования сыпучих материалов широко используется в различных отраслях промышленности при реализации многих технологических процессов [1]. Основными характеристиками дозатора являются производительность и точность дозирования. Высокая точность дозирования особенно важна при производстве смесей из сыпучих компонентов, как при периодическом режиме [2,3], так и при непрерывном [4,5]. Кроме этого, высокая точность непрерывного дозирования необходима при организации упорядоченного смешивания сыпучих материалов [6], за счет обеспечения определенного регламента загрузки компонентов [7,8]. Таким образом, для получения высокого качества смеси необходимо обеспечить высокую точность дозирования [9].

Процесс непрерывного весового дозирования состоит из трех основных операций: формирование непрерывного потока сыпучего материала с определенной объемной производительностью; определение весового расхода данного потока за определенный промежуток времени; расчет весовой производительности, сравнение ее значения с заданными и, при необходимости, корректировка объемной производительности.

По способу получения информации для расчета весовой производительности, весовые дозаторы непрерывного действия условно можно разделить на три большие группы [1]:

-взвешивание определенной части непрерывного потока материала, находящегося в дозаторе;

- взвешивание материала, оставшегося в бункере (технология Loss-in-weight);

- взвешивание определенной части потока на выходе из дозатора.

Первый способ, как правило, реализуется в ленточных дозаторах. Известны различные варианты установки весоизмерительного датчика, но наш взгляд, наиболее перспективной, с точки зрения повышения точности дозирования, является схема, представленная на рис.1.

Для проведения экспериментальных исследований и сравнения результатов расчета и эксперимента, под ссыпающим краем транспортера установлены весы, цифровой выход которых соединен с управляющим контроллером. В экспериментах в качестве управляющего контроллера мы использовали персональный компьютер.

 

6

 

Рис. 1 Ленточный весовой дозатор:

1 – ленточный транспортер, 2 – шнековый питатель, 3 – привод питателя,

4 – весовая платформа, 5 – управляющий контроллер, 6 – весы.

С точки зрения расчета нагрузок на весовую платформу, ленточный транспортер представляет собой балку на двух опорах с неравномерно распределенной нагрузкой, как показано на рис. 2, а. Силовое воздействие на весовую платформу определяется из следующего условия равновесия [6]:

, (1)

, (2)

В настоящее время при расчете весовой производительности делается допущение о том, что сыпучий материал распределен равномерно, т.е., как это показано на рис. 2, б. В действительности, производительность шнекового питателя может иметь отклонения от заданной производительности . Результаты экспериментов показали, что при одних и тех же значениях реакции , то есть при одних и тех же показаниях весовой платформы, массы материала, находящегося на ленте, могут быть различны, а расчетная производительность, при использовании допущения о равномерном распределении сыпучего материала на ленте, может существенно отличаться от действительной [1].

Для повышения точности непрерывного дозирования, за счет учета неравномерности распределения сыпучего материала на ленте, предлагается следующая последовательность обработки информации, поступающей в управляющий контроллер с весовой платформы. Ленту транспортера условно

Рис. 2 Распределение сыпучего материала на ленте

разделим на участков. Процесс непрерывного весового дозирования будем рассматривать, как дискретный с шагом по времени , где - длина транспортера, -скорость движения транспортерной ленты. Таким образом, непрерывный процесс будем рассматривать, как последовательность переходов (шагов) длительность каждого из которых равна . На каждом переходе производительность питателя постоянна и равна , где - номер перехода, а -номер участка начиная от опоры , . Показания весовой платформы на -ом переходе обозначим . В начале расчета, т.е. при будем считать, что материал распределен на ленте равномерно. В этом случае все расчетные значения равны между собой и определяются по формуле:

, (3)

После первого перехода материал переместится от опоры к опоре на один участок, а на первый участок поступит новая порция материала . Расчетное значение определим по зависимости:

, (4)

На втором переходе произойдет следующее перемещение материала на один участок, а на первый участок поступит новая порция . Расчетное значение определим из уравнения равновесия системы относительно опоры , при условии, что на втором участке вес материала равен расчетному т.е. , а на остальных участках :

, (5)

На третьем переходе материал переместится еще на один участок, на первый участок поступит очередная порция материала . Расчетное значение определим из уравнения равновесия системы относительно опоры , при условии, что на третьем участке вес материала равен , на втором - , а на остальных - и так, на каждом последующем переходе.

При на участке , т.е. на ссыпающем краю транспортера будет находиться порция материала . На последующих переходах, т.е. при , можно прогнозировать производительность дозатора, определяя ее по формуле:

, (7)

где - промежуток времени с начала процесса до момента определения производительности, - номер перехода.

При проведении экспериментов, материал с ленточного транспортера постоянно поступал на весы, информация с которых передавалась на персональный компьютер. Для сокращения времени на обработку результатов экспериментов, было разработано программное обеспечение (ПО), которое позволяло не только фиксировать вес материала на весах, в определенные моменты времени, но и строить зависимость изменения веса материала, т.е., так называемую, кумулятивную кривую. Выбрав интервал по времени от кумулятивной кривой легко перейти к дифференциальной кривой, которая характеризует равномерность непрерывного потока. Далее, по этой кривой в программе рассчитывается вес порции материала, который ссыпался с транспортера за выбранный интервал времени. По полученным результатам рассчитывается отклонение веса порции от заданного значения и, в конечном итоге коэффициент неоднородности.

При проведении экспериментальных исследований, а тем более при промышленном использовании описанного выше подхода, вместо весов можно использовать оптические датчики расхода [11,12].

Таким образом, предлагаемый алгоритм расчета можно рекомендовать для получения достоверной информации о распределении сыпучего материала на ленте дозатора, погрешность не превышает погрешность весовой платформы, и использовать эту информацию при проектировании дозаторов и автоматическом управлении процессом весового непрерывного дозирования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Першина С.В. Весовое дозирование зернистых материалов / С.В.Першина, А.В.Каталымов, В.Г.Однолько, В.Ф.Першин .-М.: Машиностроение, 2009.-260с.

2. Першин В.Ф. Моделирование процесса смешивания сыпучего материала в поперечном сечении вращающегося барабана // Теоретические основы химической технологии. – 1986. – Т.20. - №4. –С. 508.

3. Першин В.Ф. Модель процесса смешивания сыпучего материала в поперечном сечении гладкого вращающегося барабана/ Теоретические основы химической технологии. - 1989. – Т.23. - №3. –С. 370

4. Першин, В.Ф. Моделирование процесса смешивания сыпучих материалов в циркуляционных смесителях непрерывного действия. / В.Ф. Першин, Ю.Т. Селиванов // Теоретические основы химической технологии. – 2003. – Т.37, №6. – С. 629 – 635.

5. Селиванов Ю.Т. Исследование влияния осевого движения на процесс непрерывного смешивания сыпучего материала во вращающемся барабане / Ю.Т.Селиванов, В.Ф.Першин // Известия вузов. Химия и химическая технология.-2003.-Т. 46, вып. 7.-С. 42-45.

6. Першин В.Ф. Упорядоченный способ смеси приготовления / В.Ф. Першин, М.М. Свиридов // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2008, Т. 51, № 6. – С. 66-69.

7. Першин, В.Ф. Механизм пересчета концентраций компонентов по подслоям в барабанном смесителе / В.Ф. Першин, Ю.Т. Селиванов, А.В. Орлов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2003. – №2. – С. 5 – 8.

8. Селиванов Ю.Т. Расчет регламента загрузки компонентов в циркуляционные смесители /Ю.Т.Селиванов, В.Ф. Першин, А.С. Дурнев // Химическое и нефтегазовое машиностроение, № 1, 2011. – С. 16-19.

9. Селиванов Ю.Т. Некоторые аспекты практического использования циркуляционных смесителей сыпучих материалов / Ю.Т. Селиванов, В.Ф. Першин // Химическая промышленность сегодня, № 2, 2011. – С. 51-55.

10. Явник П.М. Моделирование процесса непрерывного весового дозирования/ П.М. Явник, С.В. Першина, В.Ф. Першин/ Вестник ТГТУ. 2012. Том 18. № 4………… С.912-916.

11. Егоров С.А. Перспективы использования оптических датчиков перемещения для непрерывного дозирования сыпучих материалов / С.А. Егоров, В.Ф. Першин, В.Е. Подольский // Вестник ТГТУ. - Тамбов, 2008. - Т.14, №1. - С 32-40.

12. Пат. 2262080 Российская Федерация, С2, МКИ 7 G 01 F 1/30. Датчик расхода/ В.Ф. Першин, В.Е. Подольский, В.Г. однолько, С.А. Егоров; заявитель патентообладатель Тамб. гос. техн. ун-т. - №2003110046; заявл. 08.04.03; опубл. 10.10.05, Бюл. №27.

Код для цитирования: Скопировать