PL210639B1 - Urządzenie do wyznaczania stopnia anizotropii oporu przepływu powietrza w złożu materiału ziarnistego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wyznaczania stopnia anizotropii oporu przepływu powietrza w złożu materiału ziarnistego. Stwierdzono, że opory przepływu powietrza przez warstwę materiału ziarnistego, zwłaszcza warstwę nasion o kształcie wydłużonym, jak na przykład: pszenica, jęczmień, siemię lniane, są różne w różnych kierunkach. Przyczyną tego jest niejednorodny rozkład porów, to jest wolnych przestrzeni występujących między stykającymi się nasionami, jakie tworzą się w złożu oraz ich liczba. Wzajemny stosunek wielkości oporów przepływu powietrza na kierunkach, na przykład pionowym Z i jednym z poziomych X lub Y, to jest Δρ_ζ/Δρ_χ, gdzie Δρ_ζ i Δρ_χ oznaczają spadki ciśnienia na tych kierunkach przy tej samej wartości prędkości przepływającego powietrza przez badaną warstwę materiału ziarnistego, jest miarą stopnia anizotropii złoża. Znajomość wielkości tego stopnia pozwala wyznaczyć, przy znajomości wielkości oporów przepływu w jednym kierunku, opory przepływu w innych wzajemnie prostopadłych kierunkach. To z kolei umożliwia stosowanie odpowiednich konstrukcji urządzeń z dostosowaną optymalną mocą zasilania przy stosowaniu procesów technologicznych mających na celu suszenie, schładzanie, fumigację czy podawanie do złoża substancji chemicznych, których nośnikiem jest gaz.

Z artykułu pt. „Zależność oporu przepływu powietrza od gęstości złoża nasion zawartego w czasopiśmie „Acta Agrophysica 2004 4(1) wydawanym przez Instytut Agrofizyki PAN w Lublinie, znane jest urządzenie do badania wskazanych w tytule zależności. Urządzenie składa się z wentylatora, zbiornika wyrównawczego, kolumny pomiarowej, do której zasypywane są nasiona stanowiące warstwę materiału badanego, i kolektora wylotowego z osadzonym anemometrem. Wentylator o regulowanej prędkości obrotowej, co pozwala uzyskać zmienną prędkość przepływu powietrza, połączony jest przewodem ze zbiornikiem wyrównawczym, na którym, centrycznie z wykonanym w jego górnej ścianie otworem osadzona jest kolumna pomiarowa w kształcie pionowo ustawionej cylindrycznej rury. W otworkach impulsowych w ścianie tej rury, umieszczonych w odległości determinującej grubość warstwy złoża nasion, osadzone są konektory, do których przewodami elastycznymi przyłączony jest czujnik pomiarowy różnicy ciśnień. Prędkość przepływu powietrza mierzona jest anemometrem, którego czujnik osadzony jest na kolektorze wylotowym.

Istotą wynalazku jest urządzenie do wyznaczania stopnia anizotropii oporu przepływu powietrza w złożu materiału ziarnistego, składające się z wentylatora i połączonego z nim przewodem zbiornika wyrównawczego i dalej połączonej przewodem elastycznym komory pomiarowej z otworami impulsowymi osadzonej na statywie oraz kanału wylotowego z anemometrem osadzonego na komorze pomiarowej, gdzie do otworów impulsowych podłączone są przewody pierścieni zbiorczych wejściowego i wyjściowego a pierścienie te są podłączone do czujnika różnicy ciśnień, charakteryzujące się tym, że komora pomiarowa ma kształt sześcianu i jest utworzona z dna, czterech ścianek bocznych i pokrywy oraz uszczelki uszczelniającej pokrywę. W dnie, w każdej ścianie bocznej i pokrywie jest centralnie usytuowany otwór zasłonięty od wewnątrz siatką lub perforowaną blachą a na zewnątrz posiada zamocowany szczelnie i centrycznie z tym otworem kolektor w postaci odcinka rury. W dnie, w każdej ścianie bocznej i pokrywie są także po cztery otwory impulsowe, z których każdy leży na osi symetrii tego elementu i jest równo oddalony od środka otworu z kolektorem o wymiar u/2 mniejszy od wymiaru a/2, połowy boku komory, o co najmniej 5 cm. Takie usytuowanie otworów impulsowych wyznacza grubość pomiarową „u warstwy złoża. Otwory te są zasłonięte od wewnątrz siatką lub perforowaną blachą a na zewnątrz posiadają zamocowane szczelnie króćce, do których podłącza się przewody elastyczne połączone z pierścieniami zbiorczymi. Urządzenie jest wyposażone w zatyczki, którymi uszczelnia się kolektory nieleżące na kierunku pomiaru oraz korki, którymi zatka się króćce, też nieleżące na kierunku pomiaru.

Zatyczka posiada walcową powierzchnię z rowkami, w których umieszczone są gumowe pierścienie uszczelniające.

Korki do zatykania otworów w króćcach są wykonane z odcinka przewodu elastycznego, w którym wewnętrzny otwór jest wypełniony klejem silikonowym.

Urządzenie według wynalazku pozwala wyznaczyć stopień anizotropii oporu przepływu powietrza w złożu materiału ziarnistego w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach; pionowym - Z i poziomych X i Y. Stopień anizotropii wyraża się ilorazem spadku ciśnienia przepływającego powietrza zmierzonego w kierunku pionowym Z do spadku ciśnienia zmierzonego w kierunku poziomym X lub Y. Przeprowadzenie pomiarów w tych trzech kierunkach oraz przełączanie przewodów do kolektorów i króćców dla realizacji tych pomiarów nie powoduje żadnych wibracji, drgań, ani wstrząśnięcia złoża,

PL 210 639 B1 które mogłyby wpływać na zmianę właściwości fizycznych badanej próbki umieszczonej w komorze pomiarowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia urządzenie schematycznie, fig. 2 przedstawia komorę pomiarową 5 w przekroju wzdłuż linii A-A oznaczonej na fig. 1, fig. 3 przedstawia osadzenie króćca 30 w ścianie 15 komory wzdłuż linii B-B oznaczonej na fig. 2, fig. 4 przedstawia korek 36 do zaślepiania króćców 30, fig. 5 przedstawia pierścienie zbiorcze wejściowy 8 i wyjściowy 9 oraz schematycznie podłączenie ich do czujnika różnicy ciśnień 10.

Urządzenie składa się z wentylatora 1 i połączonego z nim przewodem 2 zbiornika wyrównawczego 3 i dalej połączonej przewodem elastycznym 4 komory pomiarowej 5 osadzonej na statywie 7. Komora pomiarowa 5 posiada osadzony na niej kanał wylotowy 6 z anemometrem 33 i jest wyposażona w pierścienie zbiorcze: wejściowy 8 i wyjściowy 9. Wentylator 1 posiada przysłonę 11, której ustawienie pozwala regulować w sposób ciągły wielkość otworu ssącego 12 a to z kolei regulować wielkość prędkości przepływu powietrza przez badaną warstwę. Przewód 2 łączący wentylator 1 i zbiornik wyrównawczy 3 oraz przewód elastyczny 4 łączą cy zbiornik wyrównawczy 3 i komorę pomiarową 5 po nałożeniu ich na przystosowane zakończenia opasuje się opaskami zaciskowymi 13. Komora pomiarowa 5 ma kształt sześcianu i jest utworzona z dna 14 czterech ścian bocznych 15, pokrywy 16 i uszczelki 17 przyklejonej do pokrywy 16. W ścianach 15 osadzone są śruby z nakrętkami 18, którymi dociska się pokrywę 16 po uprzednim napełnieniu komory pomiarowej 5. W dnie 14, każdej ścianie bocznej 15 i pokrywie 16 jest centralnie usytuowany otwór 19 o średnicy 16 cm zasłonięty od wewnątrz siatką 20 a na zewnątrz posiada zamocowany szczelnie i centrycznie kolektor 22 w postaci odcinka rury z koł nierzem. Koł nierz kolektora 22 jest, po uprzednim posmarowaniu klejem silikonowym, dociśnięty do powierzchni danego elementu wkrętami 21. W tych samych elementach: dnie 14, ścianach bocznych 15 i pokrywie 16 są po cztery otwory impulsowe 28, o średnicy 3 mm, z których każ dy leż y na osi symetrii tego elementu i jest równo oddalony od ś rodka otworu 19 na wymiar u/2 niniejszy od wymiaru a/2 połowy boku komory pomiarowej 5 o 5 cm. Otwory impulsowe 28 są zasłonięte od wewnątrz siatką 29 a na zewnątrz posiadają zamocowane szczelnie za pomocą płytek 31 króćce 30 przystosowane do podłączania do nich przewodów elastycznych 35. Siatki 20 zasłaniające otwory 19, siatki 29 zasłaniające otwory impulsowe 28 i płytki 31 mocujące króćce 30 są zamocowane do dna 14, ścian bocznych 15 i pokrywy 16 za pomocą wkrętów 21. Urządzenie wyposażone jest w cztery cylindryczne zatyczki 23 do szczelnego zamykania kolektorów 22. Na cylindrycznej powierzchni zatyczka 23 posiada rowki, w których osadzone są pierścienie uszczelniające 24 a w czole posiada rękojeść 25. Kanał wylotowy 6 utworzony jest z cylindrycznej rury z kołnierzem, za pomocą którego zamocowany jest szczelnie do zatyczki wylotowej 26 w której wykonany jest otwór wylotowy 27. Na wylocie cylindrycznej rury kanału wylotowego 6, w odległości 5 cm od końca, jest otwór osadczy 32 do osadzenia platynowego czujnika anemometru 33. Pierścienie zbiorcze: wejściowy 8 i wyjściowy 9 są podłączone przewodami elastycznymi 35 do odpowiednich króćców 30 a wpiętymi w te pierścienie 8, 9 trójnikami 34 i przewodami 35 są podłączone do czujnika różnicy ciśnień 10. Urządzenie wyposażone jest także w korki 36 utworzone z krótkich odcinków przewodu elastycznego 35, w których wewnę trzny otwór jest zamknię ty przez wypeł nienie klejem sylikonowym 37, przeznaczone do zaślepiania króćców 30 niebiorących udziału w pomiarze.

Urządzenie pozwala na dokonywanie pomiarów w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach: X, Y, Z. Kierunek przepływu jest zgodny z osią przechodzącą przez środki otworów kolektorów 22, na których, na jednym jest założony przewód elastyczny 4 a na drugim jest osadzony kanał wylotowy 6. Fig. 2 przedstawia usytuowanie tych elementów pozwalające na dokonanie pomiarów w kierunku Z. Wtedy do czterech króćców 30 osadzonych w otworach impulsowych 28 leżących w płaszczyźnie C-C wpięte są przewody 35 podłączone do pierścienia zbiorczego wejściowego 8 a do czterech króćców 30 osadzonych w otworach impulsowych 28 leżących w płaszczyźnie D-D wpięte są przewody 35 podłączone do pierścienia zbiorczego wyjściowego 9. Króćce 30 pozostałych otworów impulsowych 28 zaślepia się korkami 36. Zaślepia się także zatyczkami 23 wszystkie cztery otwarte kolektory 22 dla tego kierunku pomiaru są to kolektory 22 osadzone na ścianach bocznych 15. Przeprowadzenie pomiarów na innym kierunku X lub Y wymaga przełożenia na odpowiednie kolektory 22 i króćce 30 odpowiednich elementów według schematu wskazanego dla kierunku Z. W przykładowym wykonaniu komora pomiarowa 5 jest sześcianem o boku a = 35 cm a grubość pomiarowa warstwy materiału ziarnistego wynosi u = 25 cm. Średnica wewnętrzna kolektorów 22 wynosi 16 cm a średnica wewnętrzna

PL 210 639 B1 kanału wylotowego 6 wynosi 5 cm. Zastosowano wentylator promieniowy 1 o mocy 0,37 kW i zbiornik wyrównawczy 3 o pojemności 0,09 m³. Zastosowane siatki 20 i 29 zasłaniające otwory 19 i otwory impulsowe 28 mają średnicę oczek 2 mm, skośny, pod kątem 60°, układ oczek i prześwit 30% co zgodnie ze standardem ASAE D273.2 zapewnia, że przesłona nie stawia istotnego oporu przepływu powietrza. Zastosowano indukcyjny czujnik różnicy ciśnień 10 o nazwie Validyne DP45 o maksymalnym ciśnieniu 2,25 kPa, współpracujący ze wzmacniaczem Validyne CD15. Prędkość przepływu powietrza w przewodzie wylotowym mierzono anemometrem ANT 2000 z dokładnością 0,1 m/s a rzeczywistą prędkość przepływu powietrza przez warstwę materiału ziarnistego przeliczano, uwzględniając rzeczywisty przekrój pustej komory pomiarowej 1.

Claims (3)

1. Urządzenie do wyznaczania stopnia anizotropii oporu przepływu powietrza w złożu materiału ziarnistego, składające się z wentylatora i połączonego z nim przewodem zbiornika wyrównawczego i dalej połączonej przewodem elastycznym komory pomiarowej z otworami impulsowymi osadzonej na statywie oraz kanału wylotowego z anemometrem osadzonego na komorze pomiarowej, a w otworach impulsowych osadzone są króćce, do których podłączone są przewodami pierścienie zbiorcze: wejściowy i wyjściowy a pierścienie te są połączone do czujnika różnicy ciśnień, znamienne tym, że komora pomiarowa (5) ma kształt sześcianu i jest utworzona z dna (14), czterech ścian bocznych (15) i pokrywy (16) oraz uszczelki (17) uszczelniającej pokrywę (16), a w dnie (14), w każdej ścianie bocznej (15) i pokrywie (16) jest centralnie usytuowany otwór (19) zasłonięty od wewnątrz siatką (20) lub perforowaną blachą a na zewnątrz posiada zamocowany szczelnie i centrycznie z otworem (19) kolektor (22) w postaci rury oraz posiada także w dnie (14), każdej ścianie bocznej (15) i pokrywie (16) po cztery otwory impulsowe (28), z których każdy leży na osi symetrii tego elementu i jest równo oddalony od środka otworu (19) o wymiar u/2 mniejszy od wymiaru a/2 połowy boku komory (5) o co najmniej 5 cm, przy czym otwory (28) te są zasłonięte od wewną trz siatką (29) lub perforowaną blachą a na zewnątrz posiadają zamocowane szczelnie króćce (30), do których podłącza się przewody elastyczne (35) łączące z pierścieniami zbiorczymi (8, 9), a ponadto urządzenie jest wyposażone w zatyczki (23), którymi uszczelnia się kolektory (22) niebiorące udziału w pomiarze oraz korki (36), którymi zatyka się króćce (30), niebiorące udziału w pomiarze.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zatyczka (23) posiada walcową powierzchnię z rowkami, w których umieszczone są gumowe pierścienie uszczelniające (24).

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że korki (36) do zatykania otworów w króć cach (30) są wykonane z odcinka przewodu elastycznego (35), w którym wewnę trzny otwór jest wypełniony klejem silikonowym (37).