CZ306017B6 - Validační skladovací zařízení pro měření tokových procesů sypkých hmot metodou elektrické kapacitní tomografie - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu modelování skladovacích procesů sypkých hmot a zařízení k provádění tohoto způsobu a řeší korekci matematického modelu chování sypké hmoty vůči reálnému stavu u sypkých hmot s volitelnými vlastnostmi a konstrukci zařízení pro sledování chování sypké hmoty s volitelnými vlastnostmi za různých podmínek. Zejména se týká provádění kontrolních a simulačních experimentů, jako je simulace procesu skladování, nasypávání a různé způsoby vysypávání. Validační skladovací zařízení je rozebíratelného stavebnicového typu a zahrnuje nosný rám (1), k němuž je připevněn zásobník (2) zakončený výsypkou (3) a výpustným uzávěrem (4), kde zásobník (2) a výsypka (3) tvoří sledovaný prostor, zařízení je opatřeno nejméně jedním vlhkostním čidlem (15) a/nebo nejméně jedním teplotním čidlem (16) a/nebo nejméně jedním tlakovým čidlem (17) a/nebo nejméně jedním váhovým čidlem (18), sledovaný prostor je opatřen nejméně jedním tomografickým senzorem (5), kde tomografické senzory (5) jsou připojeny k tomografickému zařízení (6), přičemž validační skladovací zařízení je prostřednictvím řídicí jednotky (12) a prostřednictvím tomografického zařízení (6) obousměrně spojeno s vyhodnocovacím zařízením (7). Zařízení může být dále opatřeno nejméně jedním vstupem (11) a nejméně jedním výstupem (19) pro energie a/nebo látky a také může být opatřeno minimálně jedním vstupním zásobníkem (13) a minimálně jedním výstupním zásobníkem (14). Uvnitř sledovaného prostoru může být umístěn jeden nebo více pasivních prvků (10) pro vytváření nových podmínek toku skladovaného materiálu.

Description

Validační skladovací zařízení pro měření tokových procesů sypkých hmot metodou elektrické kapacitní tomografie

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukčního řešení validačního skladovacího zařízení, sloužícího k měření a sledování tokových procesů sypkých hmot v jeho vnitřních prostorech pomocí tomografické metody a validace naměřených výsledků tokových procesů sypkých hmot se simulačním prostředím, vytvořeném softwarovou aplikací.

Dosavadní stav techniky

Tomografická metoda se již používá v mnoha oblastech techniky, jako je například zdravotnictví, chemický průmysl, strojírenský průmysl apod. V každé této oblasti se tomografická metoda využívá pro jiné účely. Např. v patentové přihlášce RU 2008/146 843 je popsán vynález, který se týká způsobu a zařízení pro měření vícefázového průtoku látek.

V patentové přihlášce WO 03 004 978 je popsán vynález, který se týká ultrazvukového tomografu sloužícího k měření prostorových a časových charakteristik pohybu látek, jako je vzduch a voda.

CN 102 156 225 jsou popsána čidla pro měření průtoku prášku v potrubí, zejména metodou kapacitní tomografie.

V patentové přihlášce CN 102 156 225 je popsán způsob měření tomografickou metodou, ale pouze pro měření rychlosti v potrubních systémech.

Měření tokových procesů pomocí tomografické metody uvnitř skladovacích zařízení a validace těchto procesů s využitím validačních zařízení však nikde popsány nejsou.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky řeší způsob a zařízení podle vynálezu.

Podstatou způsobu je modelování mechanických skladovacích procesů sypkých hmot probíhajících uvnitř skladovacích zařízení. Při monitorování chování sypké hmoty uvnitř skladovacích zařízení se v průběhu nasypávaní a následného vysypávání sypké hmoty důsledkem gravitace nebo cíleným tlakem sleduje, jak se materiál pohybuje, jak se chová při různých podmínkách, kde vznikají poruchy toku apod. Dále je možné sledovat veličiny, jako jsou teplota okolního prostředí, teplota a tlak sypkého materiálu v různých místech uvnitř skladovacího zařízení, vlhkost materiálu a také lze měřit vlastní frekvence konstrukce skladovacího zařízení, popřípadě vlastní frekvence sypké hmoty. Do sledovaného prostoru (zásobníku a výsypky) lze vkládat i jiné látky, než jsou sypké hmoty; těmi jsou například různé kapaliny. Dění ve sledovaném prostoru je také možno ovlivňovat působením energií, např. tepelné, tlakové, ultrazvukové apod. Sledované vlastnosti sypké hmoty a/nebo snímané informace se zaznamenávají pro další zpracování, s výhodou pro srovnávání se simulačním modelem.

Cílem je zvýšení efektivity optimalizace skladování za účelem úspory energie a celkových nákladů na výrobu, a to i z hlediska časového v rámci vývoje nového prototypu či modifikovaného typu spolu se zajištěním funkčnosti zařízení.

- 1 CZ 306017 B6

V popisu uvedené optimalizační a validační metody využívají k simulaci nejčastěji metody MKP (Metoda konečných prvků), DEM (Discreet element method) nebo CFD (Computational fluid dynamics) a jako vyhodnocovací software nejčastěji programy ANSYS, EDEM nebo FLUENT.

V řešení podle vynálezu je užita simulační metoda DEM v kombinaci s vyhodnocovacím programem EDEM. Kombinací těchto metod lze značně zvýšit efektivnost jak skladování hmoty v systému, tak i snížit finanční náročnost systému, a to jak na vývoj, tak na provoz.

DEM simulace je moderní způsob 4D virtuálního návrhu, u kterého je možno na 3D zmodelovaném zařízení nebo situaci nasimulovat dynamický tok sypké hmoty. Vstupní zadávané hodnoty pro použití této metody jsou mechanicko-fyzikální vlastnosti materiálu, jako je zrnitost (granulometric), vlhkost, sypná hmotnost, sypný úhel, počáteční soudržné napětí, úhel vnitřního a vnějšího tření, valivý odpor, koeficient restituce atd.

Aby bylo možno vytvořit simulaci dynamického procesu, je třeba nadefinovat a vymodelovat dopravovaný materiál. U částic sypké hmoty se nastaví rozměr a mechanicko-fyzikální vlastnosti.

Ty jsou pak v programu EDEM programovány v procesech podle naměřené granulometrie a dalšího souboru vstupních naměřených hodnot a vytvoří se tak reálná směs pro dynamickou simulaci.

Další podmínkou k uskutečnění simulace je tvorba pracovního prostředí. Zde se nabízejí dvě možnosti. První je modelování situace nebo zařízení v externích 3D modelovacích programech jako jsou Autodesk Inventor, Solidworks, Catia, ProEngineer a jiné. Takto vytvořené modely je nutné převést na příslušný formát, který se pak importuje do aplikace pro simulace DEM. Další možnost je modelace zařízení přímo v programu EDEM, což je ovšem z hlediska složitosti ovládání při tvorbě modelu náročnější. Řešení podle vynálezu využívá obou těchto možností.

Z praxe je známo, že i ten sebelepší software prozatím nedokáže úplně nahradit skutečnost. I tyto simulace je třeba validovat a kalibrovat v jednoduchých procesech, aby při použití ve složitějších procesech na skladovacích zařízeních byly stejné, nebo s co nejmenší odchylkou se blížily reálné situaci. Každé skladovací zařízení je něčím specifické a dynamické procesy chování materiálu na těchto zařízeních také. Je třeba tyto simulace validovat a kalibrovat přímo na příslušném zařízení, které s touto problematikou souvisí. Metoda podle tohoto vynálezu využívá zařízení, které je určené přímo ke kalibraci a validaci těchto dynamických procesů na skladovacím zařízení. Tato kalibrace se provádí tak, že na vytipovaných místech zkušebních zařízení, na kterých se výrazně mění dynamický tok materiálu se měří mechanicko-fyzikální vlastnosti metodou přímou i nepřímou. Těmi jsou pak validovány a korigovány výpočetní modely v metodě DEM.

Pokud jsou základní dynamické procesy pro daný materiál validovány a kalibrovány všemi nutnými zkouškami, je možno začít s vyhodnocením dynamiky simulace při procesu skladování.

V 3D modelu zařízení se naprogramují příslušné rychlosti plnění či vyprazdňování zásobníku, dále se nastaví množství materiálu vstupujícího do systému a čas trvání simulace. Po ukončení výpočtu se nastaví barevné spektrum rychlostí, momentů, silového rozhranní, energií a je možno přímo na simulaci sledovat změny vlastností sypké hmoty v daném okamžiku. Všechny tyto hodnoty je možno v závislosti na čase uložit do grafů, simulací, obrázků a následně je možno je využít k optimalizaci celého skladovacího systému. Výstupními hodnotami jsou tedy tabulky, grafy, a diagramy které blíže popisují problémy a negativní účinky na systém.

Pomocí DEM lze ověřit správnost postupů v návrhu jak zařízení, tak i procesu samotného skladování. Nelze však tak učinit bez znalostí chování skladovaného materiálu.

V dalším krokuje nutné mít srovnání s reálným procesem skladování, kde se zkoušky provádějí nejčastěji snímáním pomocí tomografického zařízení. Podstatou kalibrace hmoty v DEM je do

-2CZ 306017 B6 sáhnout stavu chování jak je tomu u skutečné hmoty. Jinak řečeno, konečnou simulaci v DEM je zapotřebí ještě ověřit na reálném modelu. Ktomu se používají základní validační experimenty vedoucí ke kalibraci simulace pomocí vstupních naměřených parametrů, které se získávají laboratorním měřením. Tyto hodnoty nejsou absolutní, ale vždy se pohybují v určitých rozmezích, které se využijí pro kalibraci modelu v DEM. Po dosažení žádané shody kalibračního DEM modelu s reálným experimentem pomocí volby vstupních parametrů DEM, lze užít tyto vstupy do další složitější simulace popisující proces při skladování hmoty. Výstupem ze simulací DEM jsou hodnoty rychlostních polí, kinetické a potenciální energie, či například hodnoty rychlostí unášeného materiálu. Získané výsledky nemají žádnou hodnotu, pokud nejsou nijak srovnávány s reálnými experimenty.

Pro optimalizaci systému je tedy nutno najít potřebné optimalizační parametry pro řešení problematiky spojené s daným skladovacím systémem, které se získají měřením na reálných modelech či skladovacích systémech. Pomocí získaných parametrů lze poté optimalizovat (validovat) skladovací systém pomocí DEM na virtuálně vytvořeném 3D modelu. Pomocí získaných parametrů je možno vytvořit řadu virtuálních měření, která v průběhu vyhodnocování lze korigovat a tak optimalizovat systém. Při optimalizaci s využitím matematického modelováni a simulace procesů, kde není nutno fyzické výroby prototypů, stačí pouze vytvořit virtuální model systému či skladovacího úseku a podle potřeby měnit a optimalizovat prvky přímo v daném virtuálním modelu.

Konstrukčně je validační skladovací zařízení řešeno tak, že sledovaný prostor (zásobník s výsypkou), kde probíhá měření, umožňuje úpravu velikosti a tvaru zásobníku a výsypky, což umožňuje měření materiálu v různých stavech skladování.

Validační skladovací zařízení sypkých materiálů je rozebíratelného stavebnicového typu a sestává se z nosného rámu, na němž je připevněn zásobník, opatřený výsypkou s výpustným uzávěrem. Zařízení je opatřeno nejméně jedním vlhkostním čidlem a/nebo nejméně jedním teplotním čidlem a/nebo nejméně jedním tlakovým čidlem a/nebo nejméně jedním váhovým čidlem. Validační skladovací zařízení je dále po obvodu osazeno tomografíckými čidly, která jsou napojena na tomografícké zařízení. Tomografické senzory jsou ve sledovaném prostoru rozmístěny do několika sledovacích rovin, které je možné měnit na základě změny konstrukčního rozpoložení skladovacího zařízení. Jsou rozmístěny tak, aby bylo zajištěno kontinuální získávání co nejpřesnějších výsledků v důležitých oblastech celého skladovacího zařízení.

Tomografické senzoiy jsou připojeny pomocí vodicích kabelů a konektorů k tomografickému zařízení. Tomografické zařízení měří různé vlastnosti např. vodivost/permitivitu v každé zapojené rovině, vycházejících ze zvolené tomografické metody, kterými mohou být např. elektrická odporová tomografie, a/nebo elektrická kapacitní tomografie. Tomografické zařízení je pak napojeno na vyhodnocovací zařízení, které obsahuje vyhodnocovací a zobrazovací software.

Tvar výsypky může nabývat běžných tvarů, např. může být rovný, deskovitý, jehlanovitý apod.

Tokovými procesy je podle vynálezu myšleno chování sypkých materiálů při skladování, nasypávání a nejrůznějších způsobech vysypávání.

Skladovacími procesy jsou myšleny krátkodobé nebo dlouhodobé skladování, nasypávání materiálu a různé způsoby vysypávání. Všechny tyto procesy mohou být prováděny při různých provozních podmínkách.

Elektrickými signály jsou myšleny všechny měřitelné hodnoty, např. údaje o hodnotě odporu, elektrického proudu, napětí apod.

Vyhodnocovacím zařízením podle vynálezu je myšleno zařízení, které vyhodnocuje údaje ze senzorů a čidel, ukládá je do paměti, vysílá povely do řídicí jednotky, zpracovává povely z řídicí jed

-3 CZ 306017 B6 notky a validuje je s pomocí simulační metody. Vyhodnocovacím zařízením může být PC, tablet apod.

Řídicí jednotkou podle vynálezu je myšleno zařízení, které otevírá a zavírá vstupy a výstupy látek (například kohouty, ventily) ovlivňujících mechanicko-fyzikální vlastnosti, zapíná a vypíná pohyby a natáčení pasivních prvků. Zřídící jednotky vystupují povely pro vstupy a výstupy (např. kohouty, ventily) látek ovlivňujících mechanicko-fyzikální vlastnosti a povely pro vyhodnocovací zařízení.

Zařízení je možno provozovat jako „cirkulační“, kdy je sypká hmota poté, co opustí validační zařízení dopravena z místa výstupu (výsypu) opět na místo vstupu (násypu) pomocí externího dopravního zařízení, nebo jako „průtokové“, kde jsou na vstupu a výstupu (násypu a výsypu) zásobníky. Při „průtokovém“ zapojení je možno také průběžně zjišťovat, jakým způsobem se materiál změnil (zda degradoval apod.).

Další možností, jak upravovat mechanicko-fyzikální vlastnosti materiálu během skladování, plnění či vyprazdňování, může být přidávání látek. Z tohoto důvodu může být na validačním skladovacím zařízení v různých místech umístěn jeden nebo více vstupů a jeden nebo více výstupů pro energie a látky.

Pro změnu mechanicko-fyzikálních vlastností může být dále ve validačním skladovacím zařízení umístěn jeden nebo více pasivních prvků ve tvaru krychle, kvádru, koule, jehlanu, elipsoidu, paraboloidu, hyperboloidu nebo jejich kombinace. Na pasivních prvcích je umístěno nejméně jedno čidlo, pro měření mechanicko-fyzikálních vlastností. Pasivní prvky setrvávají během měření v klidu nebo konají přímočarý, křivočarý, kruhový, rotační, rovnoměrný, nerovnoměrný, zrychlený, zpomalený, spojitý nebo přerušovaný pohyb.

Pojmem pasivní prvek podle tohoto vynálezu je myšlen element, který svým tvarem a pohybem narušuje nebo odklání tok skladovaného materiálu a vytváří tak nové podmínky toku. Např. materiál při nárazu na pasivní prvek degraduje nebo komprimuje. Pasivní prvky tak napomáhají vytvářet nové situace při skladování a toku skladované sypké hmoty např. při plnění nebo vyprazdňování, které by bez použití tohoto komponentu normálně nenastaly.

Při umístění pasivního prvku dovnitř validačního skladovacího zařízení je možno měnit směr toku a/nebo ovlivňovat rotaci alespoň některých částic sypké hmoty, sledovat např. obtékání sypké hmoty kolem pasivního prvku při vyprazdňování skladovacího zařízení. Pasivní prvek může být ve sledovaném prostoru uložen volně nebo se může nacházet na jakékoli jeho stěně. Do validačního skladovacího zařízení se umístí sypká hmota, případně se hmota též spojitě či přerušovaně doplňuje buď přímo, nebo ze vstupního zásobníku.

Sypká hmota ve validačním skladovacím zařízení setrvává v klidu nebo se pohybuje směrem od vstupního zásobníku nebo vstupního otvoru v zásobníku přes výsypku až k výpustnému uzávěru, případně až do výstupního zásobníku.

Během procesu skladování, plnění či vyprazdňování validačního zařízení jsou pomocí čidel a tomografíckých senzorů zjišťovány hodnoty mechanicko-fyzikálních veličin a elektrických signálů. Tyto naměřené hodnoty zpracovává vyhodnocovací zařízení, které je se sledovaným prostorem spojeno prostřednictvím řídicí jednotky.

Validuje se tvar výsypky, počet, tvar a velikost otvorů ve výsypce, degradace či růst částic (změna velikosti, hmotnosti a tvaru částic), promíchávání částic v závislosti na zadání vstupních mechanicko-fyzikálních parametrů jak u reálného validačního zařízení a reálných vstupních materiálů, tak u modelu zařízení a materiálu v simulaci DEM.

-4CZ 306017 B6

Po provedení validačního měření se naměřené a uložené hodnoty z tomografických senzorů a z čidel vynesou do srovnávacích tabulek a grafů tak, aby časově korespondovaly s vygenerovanými hodnotami ze simulační metody DEM.

Po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet metody DEM úpravou vstupních parametrů, provede se nový výpočet, a pokud se vygenerované hodnoty blíží naměřeným hodnotám z reálného validačního zařízení, je možno hodnoty uložit do knihoven dynamického pohybu sypké hmoty, kde jsou připraveny pro optimalizaci vývoje nebo skladovacích zařízení pomocí metody DEM. Pokud se generované hodnoty z metody DEM neblíží reálným hodnotám z validačního zařízení, tak se korekce a výpočet opakuje.

Souhrnně lze říci, že pro návrh nového nebo optimalizaci stávajícího skladovacího zařízení se použije simulační metoda, podle tohoto vynálezu metoda DEM. Simulační metody je třeba ověřit, např. matematickými metodami, podle tohoto vynálezu pomocí programu EDEM. K ověřování a validaci je nutno také postavit fyzický model (prototyp) skladovacího zařízení. Toto ověřovací zařízení slouží k validaci matematických metod, aby bylo možno potvrdit, že výsledky simulace odpovídají realitě a tyto výsledky jsou v praxi použitelné. Při této simulaci prostředí zařízení se provádí snímání mechanických veličin elektronickou cestou (tlak, spotřeba energie, tření apod.). Oblastí zájmu jsou především oblasti, kde se výrazně mění dynamický tok sypké hmoty, což jsou především místa plnění a vyprazdňování zařízení. Sleduje se jak hmota skladovaná, tak i materiál, ze kterého je skladovací zařízení vyrobeno. Snímání se provádí přímými metodami - na zařízení jsou umístěna čidla (teplotní, vlhkostní, váhová, tlaková) i nepřímými metodami pomocí tomografických senzorů. Poté se pomocí vyhodnocovací jednotky provede porovnání matematického modelu s měřícím zařízením. Výsledkem je optimalizace matematického modelu, tzn. obecný validační princip na posuzování skladovacího zařízení.

Výhodou je možnost mapování vlivu mechanicko-fyzikálních vlastností a konkrétního množství materiálu ve skladovacím zařízení pro různé zátěže a možnost zjišťování tokových procesů uvnitř skladovacích zařízení bez fyzického zásahu do skladovacího prostoru. Dalším přínosem je studie, výzkum a vývoj chování sypkých materiálů uvnitř skladovacích zařízení a jejich validace se simulací prováděnou v modelovém zobrazení pomocí metody DEM. Výhodou způsobu podle tohoto vynálezu je také to, že umožňuje globální pohled na jednotlivě vyřešená dílčí opatření, která po spojení v celek, mohou poskytnout objektivní obraz řešení konkrétního problému při skladovacích procesech ve skladovacích zařízeních. Samotné skladovací procesy a uiychlování částic při nasypávání nebo vysypávání skladovacího zařízení jsou ovlivněny navazujícím konstrukčním řešením umístěném na vstupu a výstupu. Individuální nastavení skladovacího zařízení, které by splnilo očekávané parametry, není bez předešlé objektivní predikce a zjištění konkrétních ovlivňujících parametrů z hlediska dalšího možného širšího užití skladovacího zařízení vhodné. Protože nároky na nově navrhované zařízení jsou daleko vyšší než v minulosti a výrobci skladovacích zařízení nemají s novými materiály dostatečné zkušenosti, je proto potřeba vytvořit pro vývoj a kontrolu skladovacích zařízení nový způsob návrhu. Další výhodou tohoto vynálezu je, že jeho využití umožní předem ověřit, zda bude zařízení fungovat s konkrétním sypkým materiálem, a to bez výroby prototypu a bez následného odzkoušení. Výhodou použití výsledků získaných ze simulací na zařízení podle tohoto vynálezu je u provozních zařízení zlepšení ekonomiky provozu a snížení spotřeby energie potřebné pro pohony, dále snížení hlučnosti a snížení opotřebení funkčních částí zařízení.

Na základě sledování a vyhodnocování dynamických procesů partikulární hmoty pomocí DEM simulací, dojde v procesech vývoje ke zkvalitnění, urychlení a zlevnění navrhovaných zařízení. Opravy a neplánované odstávky problémových zařízení se pomocí této metodiky návrhu omezí na minimum.

Pro lepší ilustraci jsou vztahy mezi vstupními a výstupními veličinami jak z reálného, tak simulačního prostředí, a vztahy mezi tím co lze optimalizovat a validovat shrnuty v níže uvedené tabulce:

-5CZ 306017 B6

Tabulka 1- Schématické znázornění způsobu validace reálného a simulačního prostředí

Vstupní paraineti-v

Vstupy do reálného zařízení	Optimalizace	Vstupy do simulačního prostředí
koeficient vnitřního tření mat. koeficient vnějšího tření mat. koeficient valivého třeni mat. koeficient statického tření mat. koeficient restituce mat,	lze optimalizovat kontaktní vlastnosti materiálů	koeficient valivého tření mat. koeficient statického tření mat. koeficient restituce mat.
Poissonova konstanta modul pružnosti ve smyku	lze optimalizovat silové parametry	Poissonova konstanta modul pružnosti ve smyku
velikost částic tvar částic objemová hmotnost sypná hmotnost vlhkost materiálu	lze optimalizovat vlastnosti dopravovaného materiálu	velikost částic tvar částic objemová hmotnost

Výstupy z měření

Výstupy z reálného zařízení	Validace	Výstupy ze simulačního prostředí
rychlost dop. materiálu hmotnost dop, materiálu tlak dop. materiálu na konstrukci teplota dop. materiálu vlhkost dop. materiálu tokové profily 2D zobrazení jednotlivých rovin 3D zobrazeni sledovaného prostoro	◄--►	rychlost dop. materiálu hmotnost dop. materiálu tlak dop. materiálu na konstrukci teplota dop. materiálu vlhkost dop. materiálu tokové profily 2D zobrazeni jednotlivých rovin 3D zobrazeni sledovaného prostora

Vyhodnocení výsledků a validace

Objasnění výkresů

Obrázek 1 znázorňuje podélný řez validačním skladovacím zařízením,

Obrázek 2 znázorňuje podélný řez validačním skladovacím zařízením s umístěným pasivním prvkem a

Obrázek 3 blokové schéma validačního skladovacího zařízení

Příklady uskutečnění vynálezu

Validační skladovací zařízení sypkých materiálů podle obrázků 1 až 3 sestává z nosného rámu 1, na němž je připevněn zásobník 2, opatřený výsypkou 3 s výpustným uzávěrem 4. Zásobník 2

-6CZ 306017 B6 a výsypka 3 tvoří sledovaný prostor. Validační skladovací zařízení je opatřeno nejméně jedním vlhkostním čidlem 15 a/nebo nejméně jedním teplotním čidlem 16 a/nebo nejméně jedním tlakovým čidlem 17 a/nebo nejméně jedním váhovým čidlem 18 a dále je opatřeno tomografickými senzory 5. Tomografické senzory 5 jsou umístěny rovnoměrně po obvodu zásobníku 2 a výsypky 3 v několika rovinách nad sebou a jsou připojeny pomocí vodicích kabelů 9 a konektorů 8 k tomografíckému zařízení 6. Tomografické zařízení 6 je pak napojeno na vyhodnocovací zařízení 7, které obsahuje vyhodnocovací a zobrazovací software. Validační skladovací zařízení může být opatřeno jedním nebo více vstupními zásobníky 13 a/nebo jedním nebo více výstupními zásobníky 14, kde vstupní zásobník 13 je umístěn nad vstupním otvorem do zásobníku 2 a výstupní zásobník 14 je umístěn pod výpustným uzávěrem 4.

Na validačním skladovacím zařízení může být umístěn jeden nebo více vstupů 11 - ventilů nebo kohoutů a jeden nebo více výstupů 19 - ventilů nebo kohoutů pro látky ovlivňující mechanickofyzikální vlastnosti.

Pro změnu mechanicko-fyzikálních vlastností může být dále ve validačním skladovacím zařízení umístěn jeden více pasivních prvků 10 ve tvaru krychle, kvádru, koule, jehlanu, elipsoidu, paraboloidu, hyperboloidu nebo jejich kombinace. Na pasivních prvcích 10 je umístěno nejméně jedno čidlo 15, 16, 17, 18 pro měření fyzikálních vlastností. Pasivní prvky 10 setrvávají během měření v klidu nebo konají přímočarý, křivočarý, kruhový, rotační, rovnoměrný, nerovnoměrný, zrychlený, zpomalený, spojitý nebo přerušovaný pohyb. Pro ověřování a validaci celého spektra skladovacích zařízení je konstrukce validačního skladovacího zařízení rozměrově upravitelná. Díky rozebíratelnému stavebnicovému systému je možno validaci přizpůsobit na daný problém, či materiál.

Do validačního skladovacího zařízení se umístí sypká hmota, případně se hmota též spojitě či přerušovaně doplňuje buď přímo, nebo ze vstupního zásobníku 13.

Hmota ve validačním zařízení setrvává v klidu nebo se pohybuje směrem od vstupního zásobníku 13 nebo vstupního otvoru v zásobníku 2 přes výsypku 3 až k výpustnému uzávěru 4, případně až do výstupního zásobníku 14. Přitom je možno do validačního zařízení dodávat pomocí vstupů 11 energie a/nebo látky a/nebo je možno látky ze zařízení pomocí výstupů 19 odebírat.

Pomocí čidel 15,16, 17, 18 jsou zjišťovány hodnoty fyzikálních veličin.

Zároveň tomografické zařízení 6 prostřednictvím tomografických senzorů 5 vysílá a přijímá elektrické signály, které zjišťují aktuální informace o dění ve sledovaném prostoru v každé zapojené rovině, a to v každém krokovém okamžiku. Signály přijaté tomografickým zařízením 6 a hodnoty z čidel 15, 16, 17,18 jsou dále vedeny do vyhodnocovacího zařízení 7, které provede jejich zpracování. Výsledkem je grafické zobrazení a přehled údajů o aktuálním stavu uvnitř skladovacího zařízení, které se dále validuje se simulací prováděnou v modelovém provedení pomocí metody DEM.

Validuje se tvar zásobníku 2 a/nebo výsypky 3, počet, tvar a velikost otvorů ve výsypce 2, degradace či růst částic (změna velikosti, hmotnosti a tvaru částic), promíchávání částic v závislosti na zadání vstupních mechanicko-fyzikálních parametrů jak u reálného validačního zařízení a reálných vstupních materiálů, tak u modelu zařízení a materiálu v simulaci DEM.

Po provedení validačního měření se naměřené a uložené hodnoty z tomografických senzorů a z čidel vynesou do srovnávacích tabulek a grafů tak, aby časově korespondovaly s vygenerovanými hodnotami ze simulační metody DEM.

Po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet metody DEM úpravou vstupních parametrů, provede se nový výpočet, a pokud se vygenerované hodnoty blíží naměřeným hodnotám z reálného validačního zařízení, je možno hodnoty uložit do knihoven dynamického pohybu materiálu, kde jsou při

-7 CZ 306017 B6 praveny pro optimalizaci vývoje nebo úprav skladovacích zařízení pomocí metody DEM. Pokud se generované hodnoty z metody DEM neblíží reálným hodnotám z validačního zařízení, tak se korekce a výpočet opakuje.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít všude tam, kde dochází k modelování mechanických procesů sypkých hmot a tam, kde se optimalizují stávající a vyvíjejí nová skladovací zařízení, zejména v průmyslu těžebním, dopravním, farmaceutickém, při dopravě materiálů, pigmentů apod.

Claims (4)

1. Validační skladovací zařízení pro měření tokových procesů sypkých hmot metodou elektrické kapacitní tomografie, jehož tělo zahrnuje nosný rám, k němuž je připevněn zásobník zakončený výsypkou a výpustným uzávěrem, kde zásobník a výsypka tvoří sledovaný prostor a zařízení je opatřeno nejméně jedním vlhkostním čidlem a/nebo nejméně jedním teplotním čidlem a/nebo nejméně jedním tlakovým čidlem a/nebo nejméně jedním váhovým čidlem, sledovaný prostor je opatřen nejméně jedním tomografíckým senzorem, kde tomografické senzory jsou připojeny k tomografickému zařízení, přičemž validační skladovací zařízení je prostřednictvím řídicí jednotky a prostřednictvím tomografického zařízení obousměrně spojeno s vyhodnocovacím zařízením, a dále tomografické senzory jsou umístěny rovnoměrně po obvodu zásobníku a výsypky v rovinách nad sebou, vyznačující se tím, že je rozebíratelného, stavebnicového, typu a dále je toto zařízení opatřeno nejméně jedním vstupem (11) a nejméně jedním výstupem (19), pro látky ovlivňující mechanicko-fyzikální vlastnosti.

2. Způsob modelování mechanických procesů pomocí validačního skladovacího zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že se nejprve s kalibračním standardem a poté s jedním nebo více validovanými materiály provedou následující kroky: do zásobníku (2) se vstupním otvorem přímo nebo prostřednictvím vstupního zásobníku (13) spojitě nebo přerušovaně přivádí sypká hmota, výpustný uzávěr (4) se nechá uzavřený nebo se spojitě či přerušovaně otevírá a/nebo zavírá, ze zásobníku (2) se sypká hmota prostřednictvím výsypky (3) a výpustného uzávěru (4) spojitě či přerušovaně odvádí mimo sledovaný prostor buď do výstupního zásobníku (14), nebo do dopravního zařízení a pomocí čidel (15,16, 17, 18) pro měření mechanicko-fyzikálních veličin a/nebo tomografických senzorů (5) pro měření hodnoty elektrických veličin, které se následně zpracovávají vyhodnocovacím zařízením (7), přičemž se také provede softwarové modelování skladované sypké hmoty a její simulace a po provedení validačního měření se naměřené hodnoty ze senzorů a/nebo čidel vynesou do srovnávacích tabulek a grafů tak, aby časově korespondovaly s vygenerovanými hodnotami ze simulace, po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet vstupních parametrů simulace jejich úpravou, provede se nový výpočet, přičemž se korekce a výpočet opakují tak dlouho, dokud se vygenerované hodnoty neblíží naměřeným hodnotám z reálného validačního zařízení.

3. Způsob modelování mechanických procesů pomocí validačního skladovacího zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že mechanicko-fyzikální vlastnosti se ovlivňují přidáváním látek přiváděných do zařízení pomocí vstupů (11), a/nebo se ovlivňují odebíráním látek ze zařízení pomocí výstupů (19).

-8CZ 306017 B6

4. Způsob modelování mechanických procesů pomocí validačního skladovacího zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že se alespoň po část cesty hmoty sledovaným prostorem brání validované hmotě v postupu a/nebo přestupu pasivními prvky (10), přičemž se zároveň pomocí čidel (15, 16, 17, 18) umístěných na těchto prvcích (10) měří mechanicko-fyzikální vlastnosti.