CZ307521B6 - Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek - Google Patents

Abstract

Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek je navrženo pro skladovací zařízení a systémy partikulárních látek. Jeho konstrukce umožňuje sledovat nežádoucí stavy působení sil partikulárních látek na stěny/pláště (1) skladovacích systémů a zařízení, a zároveň, protože je umístěno přímo ve stěně/plášti (1) skladovacího systému, může působit i jako preventivní ochrana proti jejich poškození či destrukci. Zařízení lze také využít jako indikátor výšky hladiny partikulární látky ve skladovacích zařízeních a systémech.

Description

Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek

Oblast techniky

Speciální konstrukce zařízení je navržena pro skladovací systémy a zařízení pro skladování partikulárních látek. Zařízení analyzuje a vyhodnocuje stavy partikulárních látek umístěných ve skladovacích systémech a zařízeních, jako jsou například dopravníky, procesní zařízení, zásobníky či sila. Zařízení je určeno pro predikce problémových stavů v těchto skladovacích systémech jako je např. klenbování, komínování, tvorba nálepů apod.

Dosavadní stav techniky

Při skladování a dopravě partikulárních látek v systémech a zařízeních k tomu určených např. silech nebo zásobnících apod. se v mnoha případech můžeme setkat s tokovými problémy této partikulární látky ve skladovacím systému. Tok partikulární látky skladovacím systémem je ovlivněn v prvé řadě vlastnostmi partikulární látky, které se mohou měnit v závislosti na změnách okolních podmínek. Podmínky jsou závislé na řadě vlivů - na rozložení tlaku a způsobu zatěžování, obsahu vlhkosti, hodnot součinitelů vnitřního a vnějšího tření apod. Všechny tyto vlastnosti je nutno brát v úvahu, když hledáme odpovídající tvar zásobníku, úhel sklonu výsypky či optimální průměr výpustného otvoru. Je-li tok partikulární látky nepravidelný, může se tento stav projevit například komínováním, tvorbou nálevky, oblouku nebo klenby. Například častá toková porucha - klenba vzniká nad výpustným otvorem zásobníku, kdy se hmotnost partikulární látky nad touto klenbou přenáší do stěn zásobníku a žádnou silou nepůsobí do spodních vrstev skladované partikulární látky. Pokud se vytvoří ustálená pevná klenba nad výpustným otvorem, pak je vysypávání partikulární látky přerušeno. Základním opatřením proti vzniku klenby je dostatečně velký výpustný otvor. V případě, že skladovací zásobník má i přes navržená opatření problém s tokem partikulární látky, jsou do takovýchto technologií, po pečlivých analýzách, přidávány doplňkové prvky pro eliminaci tokových poruch.

Mezi takové analýzy, výše zmíněných systémů, patří analýza frikčních vlastností partikulárních látek prováděná v laboratorních podmínkách na tzv. smykových strojích a za zjednodušujících podmínek. Zjednodušené podmínky - tedy modelové stavy jsou například: provádění analýzy za nejvyššího vodorovného tlaku ve skladovacím systému, dále užití reprezentativního vzorku partikulární látky či reprezentativního vzorku kontaktního materiálu. To znamená, že se analýza provádí pro ideální podmínky, které se při provozu obvykle nevyskytují a dochází tak ke zkreslení jejich výsledků.

Z patentové literatury na tato témata jsou známy následující dokumenty JP 3670947 „Methodfor finding out friction coefficient at the time of die molding of powder“ - obsah dokumentu se zaobírá výše zmíněnou laboratorní praxí, přičemž popisovaná metoda neumožňuje sledovat směrové tečné síly a detekovat tokové poruchy. Metoda není určena pro široké spektrum partikulárních látek. Dalšími dokumenty jsou například CN 102236991 „Friction force meter and special dynamometer“ a CN 102235923 „Forcemeter“ - tyto dokumenty spadají do skupiny, kde popsaná zařízení neumožňují sledovat frikční parametry partikulárních látek ve skladovacích systémech, včetně detekce tokových poruch. Rovněž neumožňují sledovat směrové vektory sil. V dokumentu CN 203237667 “Congested area full-automatic biomass fuel three-dimensional warehouse' uvedený obsah neumožňuje sledovat směrové vektory sil a analyzovat široké spektrum partikulárních látek.

- 1 CZ 307521 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vynález dle této přihlášky. Analýza frikčních parametrů partikulární látky probíhá přímo ve skladovacím systému „in šitu“, tedy na reálném skladovacím zařízení a v reálném čase.

Zařízení, na kterém je analýza prováděna, se skládá z přenosového členu, po jehož celém obvodu je umístěn pružný element s konstantní tuhostí ve všech směrech, který může být nahrazen soustavou pružných prvků umístěných v osách „x, y, z“ přenosového členu. V případě osy „z“ je pružný prvek pro tuto osu umístěn na speciální konstrukci ve směru kolmém k ploše přenosového členu. S výhodou lze použít pružných prvků, které mají různou tuhost pro každý směr v osách „x, y, z“. Poloha přenosového členu v osách „x, y, z“ je snímána a zaznamenána. S výhodou lze ke snímání polohy přenosového členu použít princip mechanický, indukční, magnetický, elektrický (napěťový, proudový, odporový) či optický nebo kombinaci těchto principů.

Při analýze jsou sledovány výchylky přenosového členu v jednotlivých osách „x, y, z“ a při znalosti tuhosti jednotlivých pružných prvků, jsou zjišťovány hlavní (nejvyšší normálová a tečná zatížení) zatížení stěn zásobníku, ze kterých je určován limitní součinitel tření mezi partikulární látkou a stěnou zásobníku. Dalším důležitým parametrem je vyhodnocení směrového vektoru tečné (třecí) síly, který může být indikátorem vznikajících tokových poruch, včetně vyhodnocení normálových sil. Rovněž je důležité, že použité zařízení a analýzu „in šitu“ je možné variabilně přizpůsobit široké škále partikulárních látek, díky vyměnitelným pružným prvkům, čímž lze jednoduše v jednotlivých osách měnit tuhost pružných prvků, a dále možnou změnou velikosti plochy přenosového členu. Tímto způsobem lze analyzovat velmi lehké i velmi hutné skladované partikulární látky. Výsledky analýzy pak umožňují stanovit rozsah a možné místo vznikající tokové poruchy. Vzhledem ke své konstrukci je toto zařízení využitelné rovněž také jako bezpečnostní zařízení proti poškození nebo destrukci či jako protivýbuchové opatření zásobníků při vzniku nežádoucích vnitřních tlaků.

Zařízení analyzuje skutečné vlastnosti, včetně limitních hodnot, partikulárních látek v reálných skladovacích systémech a zařízeních. Analyzuje normálovou (stěnovou) a tečnou (třecí) složku síly jako indikační parametr vzniku tokové poruchy. Dále analyzuje velikost dynamického a statického součinitele tření partikulární látky o stěnu skladovacího systému či zařízení. Analyzuje směrový vektor tečné síly jako nositel informace o směru pohybu partikulární látky uvnitř skladovacího systému či zařízení. Zařízení je uzpůsobeno pro analýzu širokého spektra partikulárních látek vzhledem k možnosti změny tuhosti pružných elementů a prvků a ke změně velikosti plochy přenosového členu. Lze jej využít také k detekci výšky hladiny ve skladovacím systému či zařízení.

Pro účely této přihlášky se dále rozumí pružným elementem - pružná hmota, guma, tmel apod. Pružným prvkem se rozumí tlačná pružina, tažná pružina, talířová pružina apod. Skladovací systém pak může představovat silo, kontejner, zásobník, ale i dopravník apod. Měřicí pole pak může být laserové pole, magnetické pole, elektrické pole, indukční pole, silové pole, vektorové pole nebo rozměrové pole. Přenosový člen je součástí zařízení, které reaguje na změnu vnitřních podmínek ve skladovacím systému svým posunem v osách působících sil.

Objasnění výkresů

Obrázek 1 představuje základní provedení zařízení s pružným elementem. Obrázek 2 je variantním provedením základního řešení s pružnými prvky a) s řezem A-A b) řezem B-B. Obrázek 3 je variantním provedením základního řešení s naznačením změny velikosti plochy přenosového členu s řezem B-B. Obrázek 4 je variantním provedením základního řešení s naznačením změny velikosti plochy přenosového členu a změny tuhosti pružných prvků s řezem A-A a B-B

-2CZ 307521 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Do pláště 1 skladovacího systému je vložen přenosový⁷ člen 2, přičemž spojení pláště 1 a přenosového členu 2 je zajištěno pružným elementem 4. Součástí přenosového členu 2 jsou kontaktní plochy 61, 62, 63 měřicího pole 5, které je generováno analyzátory 3j_, 32, 33 io výchylek, přičemž analyzátory 31, 32 výchylek jsou umístěny na první aretační konstrukci 7 a analyzátor 33 výchylky je umístěn na druhé aretační konstrukci 9.

Partikulární látka umístěná ve skladovacím systému působí na plášť 1 skladovacího systému, v němž je umístěn přenosový člen 2. Přenosový člen 2 má díky pružnému elementu 4 jistou 15 omezenou míru volnosti pohybu v osách „x, y, z“. Každá výchylka přenosového členu 2 z jeho počáteční polohy v plášti 1 je zaznamenána analyzátory 31, 32, 33 výchylek (osa „x, y, z“).

Na základě známé tuhosti pružného elementu 4 jsou odvozeny působící síly:

F_x = k_x-x (tečná/třecí síla ve směru osy „x“ = tuhost ve směru osy „x“ · výchylka ve směru osy „x“),

F_y = k_y y (tečná/třecí síla ve směru osy „y“ = tuhost ve směru osy „y“ · výchylka ve směru osy „y“),

F_z = k_z z (normálová síla ve směru osy „z“ = tuhost ve směru osy „z“ · výchylka ve směru osy 25 „z“), a výsledná působící tečná/třecí síla F_xy = (F_x ² + F_y ²)¹².

Z výše uvedených působících sil je následně určen výsledný součinitel tření mezi kontaktní plochou přenosového členu 2 a skladovanou partikulární látkou μ_χν = F_xy/F_z a úhel natočení 30 tečné/třecí síly F_xy a_xy = arctg(F_x/F_y). Součinitel tření p_xy se analyzuje pro stav, kdy je skladovaná partikulární látka ve skladovacím systému v klidu, dostáváme statickou složku součinitele tření ftxystat, ^a Ρ^Γθ stav, kdy je skladovaná partikulární látka v pohybu, a tím dostáváme dynamickou složku součinitele tření g_xydyn.

Příklad 2

Provedení 2 se od provedení 1 liší pouze tím, že pružný element 4 s konstantní tuhostí ve všech směrech je nahrazen soustavou pružných prvků 81 až 85. Pro osu „x“ jsou použity pružné prvky 40 82 a 84 s danou zvolenou tuhostí, přičemž předpětí pružných prvků 82, 84 pro osu „x“ je nastavováno třetí aretační konstrukcí 10. Pro osu „y“ jsou použity pružné prvky 81 a 83 s danou zvolenou tuhostí, přičemž předpětí pružných prvků 81, 83 pro osu „y“ je nastavováno čtvrtou aretační konstrukcí 11. Pro osu „z“ je použit pružný prvek 85 s danou zvolenou tuhostí umístěný ve speciální druhé aretační konstrukci 9.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je využitelné při skladování partikulárních látek k monitorování nežádoucích stavů 50 v reálných zásobnících analyzováním vybraných vlastností partikulárních látek. Zařízení je rovněž možné využít jako protivýbuchovou prevenci, zejména v potravinářském či chemickém průmyslu, při skladování velmi jemných sypkých materiálů (např. mouka, uhelný prach apod.). Zařízení lze také využít jako indikátor výšky hladiny partikulární látky ve skladovacích systémech a zařízeních.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek umístěné v plášti (1) skladovacího systému, vyznačující se tím, že se skládá z přenosového členu (2) s kontaktními plochami (61, 62, 63), po jehož celém obvodu je umístěn pružný element (4) s konstantní tuhostí ve všech směrech neboje v osách „x, y, z“ umístěna soustava pružných prvků (81, 82, 83, 84, 85) s aretačními konstrukcemi (7, 9, 10, 11) a dále analyzátory (31, 32, 33) výchylek přenosového členu (2).
2. 2. Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontaktní plochy (61, 62, 63) jsou umístěny na ploše přenosového členu (2) tak, že jsou v kontaktu s měřicím polem (5) analyzátorů (31,32, 33) výchylek.
3. 3. Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružný prvek (85) pro osu „z“ přenosového členu (2) v ose „z“ je umístěn na druhé aretační konstrukci (9) rozebíratelně připojené k první aretační konstrukci (7).
4. 4. Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružné prvky (82, 84) pro osu „x“ přenosového členu (2) v ose „x“ jsou umístěny na třetí aretační konstrukci (10) rozebíratelně připojené k první aretační konstrukci (7).
5. 5. Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látek podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružné prvky (81, 83)pro osu „y“ přenosového členu (2) v ose „y“ jsou umístěny na čtvrté aretační konstrukci (11) rozebíratelně připojené k první aretační konstrukci (7).