CZ307521B6 - A device for analysis of selected properties of particulate matter - Google Patents

Abstract

A device for analysis of selected properties of particulate matter is designed for storage devices and particulate matter systems. Its design allows for the observation of undesirable states of action of the forces of particulate matter on the walls/shells (1) of the storage systems and devices, and because it is located directly in the wall/shell (1) of the storage system, it can also act as a preventive protection against their damage or destruction . The device can also be used as an indicator of the level of the particulate matter in the storage devices and systems.

Description

Zařízení pro analýzu vybraných vlastností partikulárních látekEquipment for analysis of selected properties of particulate matter

Oblast technikyField of technology

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.The special construction of the device is designed for storage systems and devices for storage of particulate matter. The device analyzes and evaluates the states of particulate matter located in storage systems and equipment, such as conveyors, process equipment, tanks or silos. The device is designed for predicting problematic conditions in these storage systems, such as vaulting, chimney sweeping, creating stickers, etc.

Dosavadní stav technikyPrior art

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.When storing and transporting particulate matter in systems and equipment designed for this purpose, such as silos or reservoirs, etc., in many cases we may encounter flow problems of this particulate matter in the storage system. The flow of particulate matter through the storage system is primarily affected by the properties of the particulate matter, which may vary depending on changes in ambient conditions. The conditions depend on a number of influences - pressure distribution and method of loading, moisture content, values of internal and external friction coefficients, etc. All these properties must be taken into account when looking for the appropriate container shape, hopper angle or optimal outlet diameter. If the flow of particulate matter is irregular, this condition can be manifested, for example, by chimneys, the formation of a funnel, an arc or a vault. For example, a frequent flow failure - a vault occurs above the outlet of the container, when the weight of the particulate matter above this vault is transferred to the walls of the container and does not exert any force on the lower layers of the stored particulate matter. If a stable solid vault is formed above the outlet, then the discharge of the particulate matter is interrupted. The basic measure against the formation of a vault is a sufficiently large outlet opening. In the event that the storage tank, despite the proposed measures, has a problem with the flow of particulate matter, additional elements are added to such technologies, after careful analyzes, to eliminate flow disturbances.

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.Such analyzes of the above-mentioned systems include the analysis of frictional properties of particulate matter carried out in laboratory conditions on so-called shear machines and under simplifying conditions. Simplified conditions - ie model states are, for example: performing analysis at the highest horizontal pressure in the storage system, then using a representative sample of particulate matter or a representative sample of contact material. This means that the analysis is performed for ideal conditions that do not usually occur during operation, thus distorting their results.

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.The following documents JP 3670947 "Method for finding out the friction coefficient at the time of die molding of powder" are known from the patent literature on these topics - the content of the document deals with the above-mentioned laboratory practice, while the described method does not allow directional tangential forces and flow disturbances to be detected. The method is not intended for a wide range of particulate matter. Other documents are, for example, CN 102236991 "Friction force meter and special dynamometer" and CN 102235923 "Forcemeter" - these documents belong to the group where the described devices do not allow monitoring of friction parameters of particulate matter in storage systems, including flow disturbance detection. They also do not allow tracking force direction vectors. The content mentioned in CN 203237667 'Congested area full-automatic biomass fuel three-dimensional warehouse' does not make it possible to monitor directional force vectors and to analyze a wide range of particulate matter.

- 1 CZ 307521 B6- 1 CZ 307521 B6

Podstata vynálezuThe essence of the invention

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.The above disadvantages are eliminated by the invention according to the present application. The analysis of the friction parameters of the particulate matter takes place directly in the "in situ" storage system, ie on a real storage device and in real time.

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.The device on which the analysis is performed consists of a transmission member, around the entire circumference of which a resilient element with constant stiffness in all directions is placed, which can be replaced by a set of resilient elements located in the "x, y, z" axes of the transmission member. In the case of the "z" axis, the resilient element for this axis is placed on a special structure in a direction perpendicular to the surface of the transmission member. Advantageously, resilient elements can be used which have different stiffness for each direction in the "x, y, z" axes. The position of the transmission member in the "x, y, z" axes is scanned and recorded. Advantageously, a mechanical, inductive, magnetic, electrical (voltage, current, resistive) or optical principle or a combination of these principles can be used to sense the position of the transmission member.

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.During the analysis, the deviations of the transmission member in individual axes "x, y, z" are monitored and with knowledge of the stiffness of individual elastic elements, the main (highest normal and tangential loads) loads of the tank walls are determined, from which the limit coefficient of friction between particulate matter and the wall of the tank. Another important parameter is the evaluation of the directional vector of the tangential (frictional) force, which can be an indicator of emerging flow disturbances, including the evaluation of normal forces. It is also important that the equipment used and the "in-situ" analysis can be variably adapted to a wide range of particulate matter, thanks to replaceable resilient elements, which can easily change the stiffness of the resilient elements in individual axes, and by possibly changing the transfer surface area. In this way, very light and very dense stored particulate matter can be analyzed. The results of the analysis then make it possible to determine the extent and possible location of the flow failure. Due to its construction, this device can also be used as a safety device against damage or destruction or as an explosion-proof measure of containers in the event of unwanted internal pressures.

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.The device analyzes real properties, including limit values, particulate matter in real storage systems and facilities. It analyzes the normal (wall) and tangential (frictional) components of the force as an indication parameter of the occurrence of a flow fault. It further analyzes the magnitude of the dynamic and static coefficient of friction of the particulate substance against the wall of the storage system or device. It analyzes the direction vector of the tangential force as a carrier of information about the direction of movement of the particulate substance within the storage system or device. The device is adapted for the analysis of a wide range of particulate matter due to the possibility of changing the stiffness of the elastic elements and elements and to changing the size of the area of the transmission member. It can also be used to detect the level in a storage system or device.

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.For the purposes of this application, a flexible element is further understood as an elastic mass, rubber, sealant, etc. An elastic element is understood to mean a compression spring, a tension spring, a disc spring, etc. The storage system may then represent a silo, container, hopper, but also a conveyor, etc. then it can be a laser field, a magnetic field, an electric field, an induction field, a force field, a vector field or a dimensional field. The transmission member is a part of the device which reacts to the change of internal conditions in the storage system by its displacement in the axes of the acting forces.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

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-BFigure 1 shows a basic embodiment of a device with a resilient element. Figure 2 is a variant embodiment of the basic solution with resilient elements a) with section A-A b) with section B-B. Figure 3 is a variant embodiment of the basic solution indicating the change in the size of the area of the transmission member with the section B-B. Figure 4 is a variant embodiment of the basic solution showing the change in the size of the area of the transmission member and the change in the stiffness of the elastic elements with section A-A and B-B

-2CZ 307521 B6-2EN 307521 B6

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Příklad 1Example 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. ^{A transmission 7} member 2 is inserted into the housing 1 of the storage system, the connection of the housing 1 and the transmission member 2 being secured by a resilient element 4. The transmission member 2 includes contact surfaces 61, 62, 63 of the measuring field 5 generated by analyzers 31, 32. 33 of the deflections, the deflection analyzers 31, 32 being located on the first locking structure 7 and the deflection analyzer 33 being located on the second locking structure 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“).The particulate matter located in the storage system acts on the housing 1 of the storage system in which the transfer member 2 is located. The transfer member 2 has a certain degree of freedom of movement in the "x, y, z" axes due to the resilient element 4. Each deflection of the transmission member 2 from its initial position in the housing 1 is recorded by the deflection analyzers 31, 32, 33 ("x, y, z" axis).

Na základě známé tuhosti pružného elementu 4 jsou odvozeny působící síly:Based on the known stiffness of the elastic element 4, the acting forces are derived:

F_x = k_x-x (tečná/třecí síla ve směru osy „x“ = tuhost ve směru osy „x“ · výchylka ve směru osy „x“),F _x = k _x -x (tangential / friction force in the direction of the "x" axis = stiffness in the direction of the "x" axis · deviation in the direction of the "x" axis),

F_y = k_y y (tečná/třecí síla ve směru osy „y“ = tuhost ve směru osy „y“ · výchylka ve směru osy „y“),F _y = k _y y (tangential / friction force in the direction of the "y" axis = stiffness in the direction of the "y" axis · deviation in the direction of the "y" axis),

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.F _z = k _z z (normal force in the direction of the "z" axis = stiffness in the direction of the "z" axis · deviation in the direction of the 25 "z" axis), and the resulting applied tangential / friction force F _xy = (F _x ² + F _and 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.From the above acting forces, the resulting coefficient of friction between the contact surface of the transfer member 2 and the stored particulate matter μ _χν = F _xy / F _z and the angle of rotation 30 of the tangential / friction force F _xy and _xy = arctg (F _x / F _y ) are determined. . The coefficient of friction p _xy is analyzed for the state when the stored particulate matter is at rest in the storage system, we get the static component of the coefficient of friction ftxystat, ^and Ρ ^Γ θ the state when the stored particulate matter is in motion, and thus we get the dynamic component of the coefficient of friction g _xydyn .

Příklad 2Example 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.Embodiment 2 differs from embodiment 1 only in that the resilient element 4 with constant stiffness in all directions is replaced by a set of resilient elements 81 to 85. For the "x" axis, resilient elements 40 82 and 84 with a given selected stiffness are used. of the elements 82, 84 for the "x" axis is set by the third locking structure 10. For the "y" axis, resilient elements 81 and 83 with a given selected stiffness are used, while the pretension of the resilient elements 81, 83 for the "y" axis is set by the fourth locking structure. 11. An elastic element 85 with a given selected stiffness placed in a special second locking structure 9 is used for the "z" axis.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

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.The device can be used in the storage of particulate matter to monitor undesirable conditions 50 in real containers by analyzing selected properties of particulate matter. The device can also be used as explosion prevention, especially in the food or chemical industry, when storing very fine bulk materials (eg flour, coal dust, etc.). The device can also be used as an indicator of the level of particulate matter in storage systems and equipment.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 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).Device for the analysis of selected properties of particulate matter located in the housing (1) of a storage system, characterized in that it consists of a transfer member (2) with contact surfaces (61, 62, 63) around the circumference of which a resilient element is arranged (4) with constant stiffness in all directions or in the "x, y, z" axes a set of elastic elements (81, 82, 83, 84, 85) with locking structures (7, 9, 10, 11) and analyzers ( 31, 32, 33) of the deflections of the transmission member (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.Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the contact surfaces (61, 62, 63) are located on the surface of the transfer member (2) so as to be in contact with the measuring field (5) of the analyzers ( 31,32, 33) deviations. 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).Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the resilient element (85) for the "z" axis of the transmission member (2) in the "z" axis is arranged on a second locking structure (9) detachably connected to the first locking structure (7). 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).Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the resilient elements (82, 84) for the "x" axis of the transmission member (2) in the "x" axis are detachably arranged on the third locking structure (10) connected to the first locking structure (7). 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).Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the resilient elements (81, 83) for the "y" axis of the transfer member (2) in the "y" axis are detachably arranged on the fourth locking structure (11) connected to the first locking structure (7).