CS248697B1 - Zařízeni k měřeni kroutících momentů v promíchávaných a směšovacích nádobách nebo rotačních viskozimetrech - Google Patents

Abstract

Zařízení k měřeni kroutících momentů pro současné měřeni do míchací nebo směšovací nádoby nebo do rotačního viskozimetru zaváděného kroutícího momentu a ve vertikálním směru působících sil, přičemž měřici zařízeni je při poměrně jednoduchém konstrukčním řešení mnohostranně použitelné, umožňuje dosažení vysoké přesnosti měřeni a dále i přímou registraci měřených hodnot· Tento problém se řeěi tím, že se mezi nádobu a podložku k upevněni nádoby a/nebo mezi ponon pro kroutící moment zavádějícího hřídele a jeho upevnění oproti okolí uspořádá měrný systém, skládající se z horní a spodní desiy, které jsou spojeny prstencovitými měrnými členy tečně uspořádanými na kružnici, jejíž střed souhlasí s osou hřídele zavádějícího kroutící moment a na nichž jsou připevněny tenzometry, které elouži k zjištěni deformací uvedených měrných členů.

Description

Vynález se týká zařízeni k měření kroutících momentů, které působí v promíchávaných a směšovacích nádobách, jakož i v rotačních viskozimetrech, přičemž je možno stanovit současně i vertikální sílu, kterou působí míchací orgán a obsah nádoby na podložku· Měřicí zařízení lze použít pro nádoby libovolného tvaru. Jeho použití je možné ve všech oblastech, kde se přes vertikální hřídel zavádí do nádoby kroutící moment, jako např* u běžných míchacích zařízení, ale i v aparátech pro směšování sypkých hmot nebo v rotačních viskozimetrech.

Pro výzkumná měření vnášeného míchacího příkonu jsou známy různé způsoby, které se opírají o zjištění působícího kroutícího momentu. Iři vyšších zaváděných kroutících momentech se zjištění kroutícího momentu realizuje pomocí na hřídeli nalepených tenzometrů. K snímání měrných signálů z otáčejícího se hřídele se používají sběrací kroužky nebo se měrný signál přenáší pomoci vysílače bezdotykově z hřídele. U zařízení, u nichž je pohonná jednotka (motor) připevněn přírubou přímo na nádobu, je možné určovat působící kroutící moment z přestavného (vratného) momentu motoru· Za tím účelem se pomoci tenaometrů určí deformace měrného prvku (lucerny) umístěného mezi nádobou a pohonem, který může mít např. tvar klece (WP 130690). U malých míchacích jednotek, jako např. u laboratorních zařízení, se používají metody, které se opírají o měření přestavného (vratného) momentu na pohonu nebo reakčního momentu na promíchávané nádobě. Při měření přestavného momentu je pohon uložen centricky a vůči míchacímu hřídeli otočně· Iři vnášení jistého kroutícího momentu míchacím hřídelem (do vsádky) působí na pohonu stejně veliký moment opačného směru, který lze v důsledku otočného uložení změřit tak, že se přes systém pák působící síla přenese na váhu (Uhl V.W., Gray J.P.s Mixing. Academie Press, New York,

1966).

- 2 248 697

Při měřeni reakčniho momentu se využívá skutečnosti, že za ustálených podmínek vyvolává do míchací nádoby zavedený kroutíoi moment stejně veliký kroutící moment na míchané nádobě· U známých řešení se dosud pro měření tohoto kroutícího momentu používalo otočného uložení promíchávané nádoby. Toho se dosáhne tím, že se nádoba zavěsí do centricky umístěného zařízení nebo, že se nádoba upevní na otočný stolek· Nádoba se pak při působícím kroutícím momentu vychýlí ze své klidové polohy, pokud se tato výchylka nskompenzuje stejně velikým kroutícím momentem· Tento ke kompenzaci nutný kroutící moment se měří např. tak, že se výsledný otočný pohýb přes systém pák přenese na váhu nebo že se na nádobu upevní lanko, které se přes kladku převede do vertikálního směru a pomocí závaží, která se vkládají na k lanku upevněnou mlsku vah, se dosáhne kompenzace působícího momentu·

K zamezení významnějších přídavných třecích sil se pro uložení nádoby používá poměrně složitých konstrukci, např· se vzduchovými ložisky (John G.: Verfahrensteohnik (Mainz) £ (1969) 9» str. 3936398)· Pro velmi malé kroutící momenty jsou známy systémy, u nichž je nádoba zavěšena pomocí několika torzních závěsů, z jejiotž deformace se pak určí působící kroutící moment (Daue G., Greiohen K. aj.» Me3vorrichtung fur kleine Drehmomente, NV 2/73 ZMM der AdW).

Z odvětví, která nemají příliš společného s míchací či směšovací technikou, jsou známa měřici zařízení, která umožňují současné měření sil působících v různých směrech a tím i současné měření sil a kroutících momentů. Aby se toho dosáhlo, opřou se příslušné prvky, na něž vnější sily působí, přes siloměrné elementy o vhodnou montážní desku. Iři uspořádání podle patentového spisu USA 4 094 192 se k opření používají jednoduchá žebra, na niohž jsou nalepeny tenzometry. Pomocí tensometrů získaný měrný signál není přitom selektivní, co se týká směrově závislých silových působení. Vhodným elektronickým zpracováním po předchozím cejchování lze i při nejrozdílnějších zatíženích z měrných signálů pomocí následně zapojeného elektronického vyhodnocovacího zařízení určit složky působících sil·

Při provedení podle patentu NSR 1 952 522 se vychází z toho, že jsou k dispozici měrné elementy, blíže necharakterizované, které jsou schopny selektivně rozlišit sily působící ve všech třech souřadných směrech. Obvykle se na příslušných opěrkách po248 897

- 3 ožívá čtyř takových měrných členů· Síla přenášející prvky ® montážní deska se montují pod předpětím.

Bodle WP 209 519 se montáž takových selektivně působících opěr provádí z jednotlivých elementů, které snímají silová působení vžiy z jednoho speoiálního směru (měřeni pomoci ohybově namáhaných nosníků s tenzometry). Toto řešení však vede k velmi složitým uspořádáním, aby bylo možno nechat jednotlivé sily působit nejvhodnějším směrem·

Zjištěný stav techniky je zatížen následujícími nedostatky· Měření pomocí tenmometrů na hřídeli je možné jen při poměrně značných kroutících momentech, nebot umístěni tenzomecrů na hřídeli vyžaduje dostatek místa na hřídeli, přičemž se ovšem tato součást zařizení musí působícím kroutícím momentem měřitelně deformovat. Snímání měrného signálu z otáčejícího se hřídele je problematické. Při snímání pomocí sběracích kroužků je třeba počítat s možnými zdroji poruch, bezdotykové snímání přes vysílače vyžaduje složité přístrojové vybavení. I pro menší kroutící momenty používané způsoby měření - využití přestavného nebo reakčního momentu - jsou zatíženy jistými nedostatky. Uložení nádoby není možno realizovat bez přídavných třecích sil (mrtvých odporů), které značně ovlivňují citlivost měření a stanovení velmi malých kroutících momentů prakticky znemožňují. S cílem udržet třecí síly na co možná nejmenší úrovní, používá se komplikovaných uložení, např. vzduchových ložisek apod. K docílení dokonalého uložení musí nádoba co do svého tvaru a velikosti korespondovat s vlastním měřícím systémem; používání rozdílných nádob je obvykle silně omezené. Měření kroutících momentů vytárovánim přes systém vah je pak časově velmi náročné, přenos na vážící systém přináší sebou další, měření zkreslující přídavné síly- Těžko proveditelný je v těchto případech i přímý zápis měřených hodnot. Měření pomocí torzních závěsů je značně nestabilní a lze je použít jen ve speciálních případech. S těmito v míchací technice známými způsoby, není však možné současné měřeni přiváděného kroutícího momentu a ve vertikálním směru působících sil.

Známá měřici zařízení pro současné měření kroutících momentů a sil,popř. více silových působení, jsou v prvé řadě vhodná jen pro měření větších sil, příp. větších kroutících momentů. Jejich použití při malých silách by z principiálních důvodů nebylo ani možné a vedlo by k neobyčejně nestabilním konstrukcím,

- 4 248 697 aby se získal dostatečně veliký měrný signál· Sestavováni měrných členů selektivních na silové složky, působící v určitém směru, z elementů citlivýoh na jednosměrné deformace vede ke složitým konstrukcím (především při použiti jinak relativně velmi vhodné tensometrioké techniky) při neobyčejně vysokém výrobním úsilí. Neni-li možno měrný signál z měrných elementů získat přímo tak, aby byl již směrově selektivní, je třeba použit následně zapojené elektronické vyhodnocovací jednotky, případně činit jisté předpoklady o ne právě jednoduchých rozloženích napětí v měrných elementech·

Cílem vynálezu je vývoj měřicího zařízeni pro stanovováni kroutloiho momentu při výzkumu míchacích a směšovacích operaci současně s ve vertikálním směru působícími silami, přičemž by měřici zařízeni mělo být při poměrně jednoduché konstrukci všestranně použitelné, mělo by dosahovat vysoké přesnosti měřeni a mělo by umožňovat přímou registraci měřených hodnot·

Nedostatky výše uvedených řešeni odstraňuje zařízeni k měřeni kroutících momentů a ve vertikálním směru působících sil v promíchávaných a směšovacích nádobách, jakož i v rotačních viskozimetrech, jehož podstata spočívá v tom, že mezi nádobu a podložku k upevněni nádoby a nebo mezi pohon kroutíc! moment zavádějícího hřídele a jeho upevněni proti okolí je uložen měrný systém, skládající se z horní a spodní desky, které jsou spojeny prsteneovitými měrnými členy, uspořádanými tečně na kružnici, jejíž střed souhlasí s osou hřídele, zavádějícího kroutící moment, a na nichž jsou upevněny tenzometry tak, že se pomocí deformací měřicího prstence získají selektivně měrné signály pro kroutící moment a pro v axiálním směru působící sily·

S výhodou lze v zařízeni užít jako měrných členů tři kruhových prstenců, upevněných mezi horní a spodní desku. Měřlol zařízení lze s výhodou užít tak, že horní deska je provedena jako stůl, na němž je upevněna nádoba, do niž je zaváděn kroutioí moment a spodní deska je provedena jako podložka měřicího zařízeni. Jindy lze výhodně zařízeni provést tak, že horní a spodní deska jsou opatřeny centrálními otvory, když na horní desce je upevněn pohon a hřídel zavádějící kroutící moment sahá přes tyto otvory až do nádoby, při^čemž spodní deska je spojena s opěrami k upevněni pohonného bloku. Konečně lze s výhodou měřioi zařízeni uspořádat tak, že na spodní desce je pevně zavěšen po- 5 248 697 honný blok a že horní deska je opatřena otvory nebo upevňovacími čelistmi, takže měřicí zařízení a mlchadlo s pohonem lze upev nit na nosnou konstrukci·

Vynález vychází ze zadáni vyvinout zařízeni, kterým by bylo možno měřit současně, do míchacích a směšovacích nádob, jakož i do rotačních viskozimetrů,«zaváděný kroutící moment spolu s ve vertikálním směru působícími silami. Aby bylo možno stanovovat jak velké, tak i malé kroutící momenty, neprovádí se měření na hřídeli, přivádějícím kroutící moment. K dosaženi vysoké citlivosti se eliminuji rušivé třecí momenty a speciální měřici zařízeni je uzpůsobeno požadavku, aby na něm mohly být používány nádoby libovolných tvarů. Měřici člen poskytuje elektrický měrný signál, takže je možná jeho přímá registrace, přičemž se získává nejen měrný signál odpovídající zavedenému kroutícímu momentu, ale i další selektivní signál, odpovídající ve vertikálním směru působící síle.

Výhoda vynálezu spočívá v tom, že je umožněno přesné a rych lé měřeni a přímá registrace do míchací nebo směšovací nádoby zaváděného momentu a současně lze stanovit i vertikálně působící sily. Podle vynálezu nemusí již být nádoba nebo pohonný blok uložen otočně, čímž se eliminují výsledky měřeni zkreslující třecí momenty, příp. pro minimalizace třeni používané neobyčejně složité konstrukce uloženi. Měřici zařízeni umožňuje stabilní upevnění nádoby nebo pohonného bloku při vysoké citlivosti měřeni. Je možno používat nádob prakticky libovolného tvaru a na jednom měřicím zařízeni i poměrně rozdílné velikosti. Měrný signál není třeba snímat z otáčejících se součástí. Měřicí zařízeni umožňuje vedle stanoveni zaváděného kroutícího momentu i měřeni vertikálně působících sil. Tak je např. možno určovat hmotnost obsahu nádoby a její časové změny.

Navrhované řešeni je znázorněno na připojených výkresech, v nichž znsčf:

obr. 1 schéma zařízeni k měření kroutícího momentu a ve vertikálním směru současně působící síly v míchané nádobě, obr. 2 schéma zařízeni k měřeni kroutícího momentu při současném stanoveni hmotnosti obsahu nádoby, např. flotačni cel^ obr. 3 schéma zařízeni pro měřeni kroutícího momentu v nádobě 8 mlchadlem, když nádoba je pevně spojena např. potrubím ke svému okolí,

- 6 248 897 obr· 4 scháma zařízení pro měřeni kroutícího momentu michadla a ve vertikálním směru současně působících sil při výzkumu směšování·

Na obr· 1 je užito měřioí zařízeni, které se skládá z horní desky 1 a spodní desky 2. Horní deska 1 a spodní deska 2 jsou spojeny třemi prstenoovitými měrnými členy Měrné členy £ jsou uspořádány tečně na kružnici, jejíž střed souhlasí s osou hřídele přenášejícího kroutící moment· Na prstenoovitýoh měrných členech £ jsou instalovány tenzometry 4 tak, že přes deformace měrných členů je možno měřit kroutící momenty i selektivně vertikální síly, působící na horní desku 1 a spodní desku 2. Měrné členy Jí jsou dimenzovány tak, že míchací nebo směšovací ná dobu 6,příp· pohon 8 -(viz obr· 2) lze spolehlivě a stabilně upevnit a stále se ještě získají postačující měrné signály z tenzometrů 4. Měřicí zařízení se umístí buč mezi nádobu 6 a podložku £ k upevnění nádoby a/nebo mezi pohon 8 — (viz obr. 2) pro kroutící moment zavádějící hřídel £ a jeho upevňovací zařízení 2

Tím lze měřit buč reakčni moment míchané nádoby a/nebo přestavný moment pohonu spolu s ve vertikálním směru působícími silami.

Příklad provedeni podle obr. 2 ukazuje měřici zařízení pro měření kroutících momentů přicházejících v úvahu při výzkumu flotace při současném stanovení hmotnosti obsahu v nádobě, např· ve flotačni cele. Měřicí zařízeni, skládající se z horní desky 1 a spodní desky 2 a měrných členů je umístěno mezi nádobu 6, např. flotačni celou, a pracovním stolem, na němž eelé pokusné zařízení spočívá· Horní deska 1 je řešena jako stůl s upevňovacími čelistmi 2* takže nádobu 6 lze na ní spolehlivě upevnit, ale i snadno z ni sejmout. Spodní deska 2 je kvůli přesnému vodorovnému nastavení měrného zařízení vybavena nohami 10 a stavěčimi Šrouby 11»

Horní deska 1 a spodní deska 2 jsou spojeny třemi prstěnoovitýml měrnými členy J. Na tytQ měrné členy J* jsou nalepeny tenxometry 4, které poskytuji jednak elektrický měrný signál podle na horní desce 1 působícího kroutícího momentu (rovnému reakčnímu kroutícímu momentu promíchávané nádoby 6), jednak signál úměrný vertikálním silám (rovným hmotnosti nádoby 6 a jejího obsahu). Měrné signály jsou vedeny do vhodného zesilovače 12« ukazovacího přístroje 13 a zapisovače 14. Nádobu 6_}např· flótač- 7 248 697 ní celu, a hřídel 2 míchadla včetně pohonu 8 lze pro srovnávací měření lehce vyměnit, bez jakýchkoliv změn na měřicím zařízení.

Na obr. J je znázorněno zařízení pro měření potřebného kroutícího momentu při výzkumu míchadel, příp· vískozitních měřeních, přičemž nádoba je na pevno spojena se svým okolím, např· proto, že k ní vedou chladicí nebo ohřívací potrubí·

Zařízení se skládá z horní desky 1 a spodní desky 2, opatřené dostatečně velkým otvorem, kterým prochází míchací hřídel 2 tak, aby- dosahoval až do pod měrným zařízením uložené nádoby

6. Horní deska 1 a spodní deska 2 jsou spojeny třemi prsteneovitými měrnými členy J· Tyto jsoU tečně uloženy na kružnici, v j jímž středu leží osa hřídele Na měrné členy J jsou nalepeny tenzometry 4, které poskytují signál podle na horní desku 1 působícího kroutícího momentu. K měření přest^vného momentu pohonu 8 je horní deska 1 opatřena otvory tak, že pohon 8 je pomocí upevňovacích šroubů 1S pevně připojen k horní desce 1· Spodní de^ka 2 je opatřena přestavitelnými opěramí 16, takže měřici zařízení lze ustavit na pracovním stole tak, aby se přizpůsobilo výšce jednotlivých použitých nádob.

Přiklad provedení podle obr. 4· ukazuje měřící zařízení pro měření potřebného kroutícího momentu a ve wřtikálním směru působících sil při výzkumu směšování. Pohon 8 je zavěšen na spod ní desku 2 měřícího zařízení a horní deska 1 je opatřena otvory, takže zařízení je možno podle místních poměrů připevnit k nosníku 17» Horní deska 1 a spodní deska 2 jsou spojeny třemi prstenoovitými měrnými členy 2t ¹¹⁸¹ nichž jsou upevněny tenzometry 4·

Funkce zařízení je patrná z obr. 1. Tíha promíchávané nádoby 6 působí jako vertikální síla na měrné členy 2* Současně je na měrné členy 2 ^z promíchávané nádoby 6 přenášen kroutící moment, projevující se jako reakční moment promíchávané nádoby ťj. Účinek vertikální sily a současný účinek kroutícího momentu způsobuje deformaci měrných členů 3tyto deformace, resp. po kalibraci zařízení oba silové účinky, jsou měřeny pomoci vhodně umístěných a zapojených tenzometrických snímačů 4, při-čemž oba silové účinky jsou měřeny současně a nezávisle na sobě.

Jiná funkce zařízení je patrná z obr. 4, kde mezi pohon 8 hřídele £, zavádějícího kroutící moment do nádoby 6* a jeho upevnění proti okolí na nosníku 17 je uložen měrný systém, skládá248 897 jíoí se z horní desky 1 a spodní desky 2, které jsou spojeny prstene ovitými měrnými členy °* nichž jsou upevněny tenzometry 4. Účinek přeatavného (vratného) kroutícího momentu pohonu spolu se silou, současně působící v axiálním směru, deformuje měrné členy J. Deformace jsou pomooí tenzometrických snímačů 4 převáděny na selektivní elektrické měrné signály pro kroutící moment a axiální silu·

Claims (5)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízeni k měřeni kroutících momentů v promíchávaných annéšovacích nádobách^jakož i rotačních viskozimetrech, k součás nému měření zaváděného kroutícího momentu a ve vertikálním směru působících sil» vyznačující se tím, že mezi nádobu (6) a podložku (7) k upevnění promíchávané nebo směšovací nádoby a/nebo mezi pohon (8) a no^n/k (17) pohonu (8) oproti okolí je uložen měrný systém, skládající se z horní desky (1) a spodní desky (2), které jsou spojeny prstene ovitými měrnými členy (3), uspořádanými tečně na kružnici, se středem shodným s osou hřídele (5) a na nichž jsou upevněny tenzometry (4).
2. 2. Zařízení podle bodu 1>vyznačující se tím, že mezi horní desku (1) a spodní desku (2) jsou upevněny nejméně tři prstencovité měrné členy (3)·
3. 3· Zařízení podle bodu 1, vyznaču jící se tím, že na horní desce (1) tvaru stolu je upevněna nádoba (6)«
4. 4· Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že horní deska (1) a spodní deska (2) jsou opatřeny centrálními otvory, že na horní desce (1) je upevněn pohon (8), přičemž spodní deska (2) je spojena s opěrami (16) k upevnění pohonného bloku·
5. 5· Zařízeni podle bodu 1, vyznačující se tím, že na spodní desce (2) je pevně zavěšen pohonný blok sestávající z hřídele (5) a pohonu (8) a horní deska (1) je opatřena otvory (15) nebo upevňovacími čelistmi (9)·