CZ31670U1

CZ31670U1 - A device for analyzing selected properties of particulate substances

Info

Publication number: CZ31670U1
Application number: CZ2017-34389U
Authority: CZ
Inventors: Robert Brázda; Zdeněk Poruba; Lukáš Tichý
Original assignee: Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-04-03

Description

Oblast technikyTechnical field

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.Special equipment design is designed for storage systems and equipment for storage of particulate matter. The device analyzes and evaluates the status of particulate matter placed in storage systems and facilities such as conveyors, process equipment, storage tanks or silos. The device is designed for prediction of problem states in these storage systems, such as vaulting, chimney sweeping, creating stickers, etc.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

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 intended for this purpose, eg silos or bunkers, etc., in many cases we may encounter flow problems of the particulate matter in the storage system. The flow of particulate matter through the storage system is primarily influenced by the properties of the particulate matter, which may vary depending on changes in environmental conditions. The conditions depend on a number of influences - pressure distribution and loading method, moisture content, values of internal and external friction coefficients, etc. All these properties have to be taken into account when looking for the appropriate container shape, hopper inclination angle or optimum discharge opening diameter. If the flow of particulate matter is irregular, this condition may be manifested, for example, by chimney, funnel, arch, or arch formation. For example, a frequent vault-vault failure occurs above the container discharge opening where the mass of the particulate matter above the vault is transferred to the container walls and does not exert any force on the lower layers of the stored particulate matter. If a steady firm vault is formed above the discharge orifice, the discharge of particulate matter is interrupted. The basic measure against arcing is a sufficiently large drain hole. If the storage container, despite the proposed measures, has a problem with particulate matter flow, additional elements are added to such technologies, after careful analysis, 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 nej vyššího 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 include the analysis of the 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 are not commonly found in operation and thus distort their results.

Z patentové literatury na tato témata jsou známy následující dokumenty JP3670947 „Method for 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 CN102236991 „Friction force meter and speciál dynamometer“ a CN102235923 „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 CN203237667 “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 are known from the patent literature on these subjects JP3670947 "Method for finding out friction coefficient at the time of die molding" - the content of the document deals with the above mentioned laboratory practice, while the described method does not allow to follow directional tangential forces and detect flow failures. The method is not intended for a wide range of particulate matter. Other documents are, for example, CN102236991 "Friction force meter and special dynamometer" and CN102235923 "Forcemeter" - these documents fall into a group where the described devices do not allow monitoring of frictional parameters of particulate matter in storage systems, including flow failure detection. They also do not allow to trace directional force vectors. In CN203237667 “Congested area full-automatic biomass fuel three-dimensional warehouse”, this content does not allow tracking of directional force vectors and the analysis of a wide range of particulate matter.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení dle této přihlášky. Analýza frikčních parametrů partikulární látky probíhá přímo ve skladovacím systému „in sítu“, tedy na reálném skladovacím zařízení a v reálném čase.The above disadvantages are overcome by the device according to this application. The analysis of the frictional parameters of the particulate matter takes place directly in the in-situ storage system, that is, in a real-time storage facility 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 vosách „x, y, z“ přenosového členu. V případě osy „z“ jeThe device on which the analysis is carried out consists of a transmission element, around which a resilient element with constant stiffness in all directions is placed, which can be replaced by a set of resilient elements placed in the "x, y, z" washers of the transmission element. In the case of the "z" axis is

-1 CZ 31670 Ul 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.A spring element for this axis is positioned on a special structure in a direction perpendicular to the surface of the transfer member. Preferably, resilient elements having different stiffness for each direction in the "x, y, z" axes can be used. The position of the transfer member in the "x, y, z" axes is sensed and recorded. Preferably, mechanical, inductive, magnetic, electrical (voltage, current, resistive) or optical principles or a combination of these principles can be used to sense the position of the transfer 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 sítu“ 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 proti výbuchové opatření zásobníků pří vzniku nežádoucích vnitřních tlaků.During the analysis, the displacements of the transfer member in the individual axes "x, y, z" are monitored and the knowledge of the stiffness of individual elastic elements is determined, the main (highest normal and tangential loads) loads of the container walls are determined. wall of the magazine. Another important parameter is the evaluation of the directional vector of the tangential (frictional) force, which may be an indicator of emerging flow failures, 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 variety of particulate matter, due to the replaceable elastic members, which can easily vary the stiffness of the elastic members in individual axes and the possible size of the transfer member. In this way, very light and very dense stored particulate matter can be analyzed. The analysis results then allow to determine the extent and possible location of the emerging flow failure. Due to its construction, this device can also be used as a safety device against damage or destruction or as an explosion measure of containers during the creation of undesirable 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 (friction) components of the force as an indication parameter of the flow failure. It also analyzes the magnitude of the dynamic and static coefficient of friction of the particulate matter against the wall of the storage system or facility. It analyzes the tangential force direction vector as a carrier of information about the direction of movement of the particulate matter within the storage system or device. The device is adapted to analyze a wide range of particulate matter with respect to the possibility of changing the stiffness of the resilient elements and elements and to change the size of the area of the transfer member. It can also be used for level detection in a storage system or facility.

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 sys30 těm pak může představovat silo, kontejner, zásobník, ale i dopravník apod. Měřící 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 resilient element - resilient mass, rubber, sealant, etc. is also understood. Resilient element means a compression spring, a tension spring, a disc spring, etc. The storage sys30 can then be a silo, container, container, conveyor, etc. the field may then be a laser field, a magnetic field, an electric field, an induction field, a force field, a vector field or a dimensional field. The transfer member is part of a device that responds to a change in the internal conditions in the storage system by shifting it in the axes of the applied forces.

Objasnění výkresůClarification 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 flexible elements a) with section A-A b) section B-B. Figure 3 is a variant embodiment of the basic solution with an indication of the size change of the area of the B-B section. Figure 4 is a variant embodiment of the basic solution with an indication of a change in the size of the transfer member area and a change in the stiffness of the elastic elements with section A-A and B-B

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Příklad 1Example 1

Do pláště i skladovacího systému je vložen přenosový člen 2, přičemž spojení pláště i a přenosového členu 2 je zajištěno pružným elementem 4. Součástí přenosového členu 2 jsou kontaktní plochy 61, 62, 63 měřícího pole 5, které je generováno analyzátory 31, 32, 33 výchylek, přičemž analyzátory 31, 32 výchylek jsou umístěny na aretační konstrukci 7 a analyzátor 33 výchylky je umístěn na aretační konstrukci 9.A transfer member 2 is inserted into the housing 1 of the storage system, the connection of the housing 1 and the transfer member 2 being secured by a resilient element 4. The transfer member 2 comprises contact surfaces 61, 62, 63 of the measuring field 5 generated by deflection analyzers 31, 32, 33 wherein the displacement analyzers 31, 32 are disposed on the latching structure 7 and the displacement analyzer 33 is disposed on the latching structure 9.

Partikulární látka umístěná ve skladovacím systému působí na plášť i skladovacího systému, v němž je umístěn přenosový člen 2. Přenosový člen 2 má díky pružnému elementu 4 jistou omezenou míru volnosti pohybu v osách „x, y, z“. Každá výchylka přenosového členu 2 z jeho počá50 teční polohy v plášti i je zaznamenána analyzátory 31, 32, 33 výchylek (osa „x, y, z“).The particulate material placed in the storage system acts on both the housing and the storage system in which the transfer member 2 is located. The transfer member 2 has a limited degree of freedom of movement in the "x, y, z" axes due to the resilient element 4. Each deflection of the transfer member 2 from its initial position in the housing 1 is recorded by deflection analyzers 31, 32, 33 ("x, y, z" axis).

-2CZ 31670 Ul-2EN 31670 Ul

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 / frictional force in "x" direction = stiffness in "x" direction · deflection in "x" direction),

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 / frictional force in "y" direction = stiffness in "y" direction · deflection in "y" direction),

F_z = k_z-z (normálová síla ve směru osy „z“ = tuhost ve směru osy „z“ · výchylka ve směru osy „z“), a výsledná působící tečná/třecí síla F_xy = (F_x ² + F_y ²)^1/2.F _z = k _z -z (normal force in z direction) = stiffness in z direction · deflection in z direction, and resulting tangential / frictional force F _xy = (F _x ² + F _y ²⁾ ^1/2.

Z výše uvedených působících sil je následně určen výsledný součinitel tření mezi kontaktní plochou přenosového členu 2 a skladovanou partikulární látkou p_xy = F_xy/F_z a úhel natočení 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 Hxystat, ^a P^ro stav, kdy je skladovaná partikulární látka v pohybu, a tím dostáváme dynamickou složku součinitele tření p_xyd_yn·The resulting friction coefficient between the contact surface of the transfer member 2 and the stored particulate substance p _xy = F _xy / F _z and the angle of rotation of the tangential / frictional force F _xy and _xy = arctg (F _x / F _y ) are then determined from the above-mentioned acting forces. The friction coefficient p _xy is analyzed for the state when the stored particulate matter in the storage system is at rest, we get the static friction coefficient Hxystat, ^and P ^ro when the stored particulate matter is in motion, thus obtaining the dynamic friction coefficient p _xy d _yn ·

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 82 a 84 s danou zvolenou tuhostí, přičemž předpětí pružných prvků 82, 84 je nastavováno aretační konstrukcí 10. Pro osu „y“ jsou použity pružné prvky 81 a 83 s danou zvolenou tuhostí, přičemž předpětí pružných prvků 81, 83 je nastavováno aretační konstrukcí H. Pro osu „z“ je použit pružný prvek 85 s danou zvolenou tuhostí umístěný ve speciální aretační konstrukci 9. Průmyslová využitelnostEmbodiment 2 differs from Embodiment 1 only in that the elastic element 4 with constant stiffness in all directions is replaced by a set of elastic elements 81 to 85. For the "x" axis, the elastic elements 82 and 84 are used with the selected stiffness. 82, 84 is adjusted by the locking structure 10. For the "y" axis, the resilient members 81 and 83 are used with a given selected stiffness, while the biasing of the resilient members 81, 83 is adjusted by the locking structure H. For the "z" given by the selected stiffness placed in a special locking structure 9. Industrial applicability

Zařízení je využitelné při skladování partikulárních látek k monitorování nežádoucích stavů v reálných zásobnících analyzováním vybraných vlastností partikulárních látek. Zařízení je rovněž možné využít jako proti výbuchovou 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 in real containers by analyzing selected properties of the particulate matter. The device can also be used as an explosion prevention, especially in the food or chemical industry, for the storage of 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 facilities.

Claims

An apparatus for analyzing selected properties of particulate matter disposed in a housing (1) of a storage system, characterized in that it comprises a transfer member (2) with contact surfaces (61, 62, 63) around which a resilient element is placed (4) a set of resilient elements (81, 82, 83, 84, 85) with locking structures (7, 9, 10, 11) and constant analyzers (7, 9, 10, 11) with constant stiffness in all directions or in the "x, y, z" axes 31, 32, 33) of the deflection of the transfer member (2).

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 that they are in contact with the measuring field (5) of the analyzers (5). 31, 32, 33).

Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the resilient element (85) of the z-axis transfer member (2) is located on a detent structure (9) detachably connected to the detent structure (7).

-3 CZ 31670 Ul

Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the elastic elements (82, 84) of the transfer member (2) in the "x" axis are located on the detent structure (10) detachably connected to the detent structure (7). ).

Device for analyzing selected properties of particulate matter according to claim 1, characterized in that the elastic elements (81, 83) of the transfer member (2) in the "y" axis are located on the detent structure (11) detachably connected to the detent structure (11). 7).