RU2342983C2 - Dedicated research complex for telediagnosis of disperse materials mixing in design of periodic mixers - Google Patents
Dedicated research complex for telediagnosis of disperse materials mixing in design of periodic mixers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2342983C2 RU2342983C2 RU2006147340/13A RU2006147340A RU2342983C2 RU 2342983 C2 RU2342983 C2 RU 2342983C2 RU 2006147340/13 A RU2006147340/13 A RU 2006147340/13A RU 2006147340 A RU2006147340 A RU 2006147340A RU 2342983 C2 RU2342983 C2 RU 2342983C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixer
- screw
- mixing
- design
- points
- Prior art date
Links
Landscapes
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерений, конкретно к устройствам для дистанционного распознавания состояний исследуемых объектов по их тепловым изображениям на стадиях проектирования, а именно подвижных рабочих органов конструкции смесителей периодического действия, используемых для смешивания дисперсных материалов в пищевой и перерабатывающих отраслях промышленности.The invention relates to a measurement technique, specifically to devices for remote recognition of the conditions of the studied objects from their thermal images at the design stages, namely, mobile working bodies of the design of batch mixers used for mixing dispersed materials in the food and processing industries.
Известны методы оценки качества, которые основаны на принципах статистического анализа, прежде всего, ориентированного на контактное установление кинетических закономерностей, полученных по внутрисистемной связи при построении механизма смесеобразования в традиционных схемах смесителей периодического действия, позволяющие в большей степени учесть фракционный состав исходных компонентов, их соотношение по объему и плотности, а также целый ряд структурных показателей, незначительно влияющих на однородность приготавливаемых смесей [1].Known methods for assessing quality, which are based on the principles of statistical analysis, primarily oriented on the contact establishment of kinetic laws obtained by intrasystem communication when constructing the mechanism of mixture formation in traditional batch mixer circuits, allow more consideration of the fractional composition of the starting components, their ratio by volume and density, as well as a number of structural indicators that slightly affect the uniformity of the prepared mixtures [one].
Основным недостатком известных методов статистического анализа является отсутствие явно выраженных функциональных зависимостей при взаимодействии количественных показателей - механических характеристик и теплофизических свойств смеси (равномерность распределения и нагрев частиц дисперсного материала, объемная масса, гранулометрический состав, коэффициенты внутреннего и внешнего трения), с качественными показателями - энергетическими параметрами и эксплуатационными режимами смесителя (степень заполнения корпуса, мощность, частота вращения и конструктивные особенности подвижного рабочего органа, скорость циркуляции и продолжительность смешивания сыпучего материала).The main disadvantage of the known methods of statistical analysis is the lack of clearly expressed functional dependencies in the interaction of quantitative indicators - mechanical characteristics and thermophysical properties of the mixture (uniform distribution and heating of particles of dispersed material, bulk mass, particle size distribution, internal and external friction coefficients), with qualitative indicators - energy mixer parameters and operating modes (degree of housing filling, power, often This rotation and design features of the movable working body, the speed of circulation and the duration of mixing bulk material).
При этом статистические методы не полностью отражают основную совокупность случайных хаотических перемещений частиц исходных компонентов в процессе формирования однородности смеси, наблюдаемую как при простейших, так и при сложных эксплуатационных режимах работы смесителя, и требуют значительных затрат времени и средств, что приводит к появлению энергоемких конструкций смесителей периодического действия с большим отклонением энергетических параметров от номинальных значений в условиях производственной реализации.Moreover, statistical methods do not fully reflect the main set of random chaotic movements of particles of the starting components during the formation of mixture homogeneity, observed both in the simplest and the most difficult operating modes of the mixer, and require significant time and money, which leads to the appearance of energy-intensive mixer designs periodic action with a large deviation of energy parameters from nominal values in terms of production.
Наиболее полно отвечает высоким требованиям, предъявляемым современным перерабатывающим производствам, метод бесконтактного диагностирования, непосредственно направленный на изучение технического состояния теплоизлучающего объекта - подвижного рабочего органа во время совместного воздействия (при теплопередаче) на твердые частицы дисперсного материала в корпусе смесителя периодического действия, однако этот метод недостаточно представлен не только на этапах исследования, но и на стадиях проектирования нового смесительного оборудования [1].The most fully meets the high requirements of modern processing industries, the method of non-contact diagnosis, directly aimed at studying the technical condition of a heat-emitting object - a movable working body during joint exposure (during heat transfer) to solid particles of dispersed material in a batch mixer, but this method is not enough presented not only at the research stages, but also at the design stages of a new mixing equipment dovaniya [1].
Известно также, что большинство современных промышленных смесителей периодического действия выполнены по одной типовой технологической схеме, имеющей очевидно выраженную циркуляцию исходного материала по внутреннему замкнутому контуру, и отличаются в основном вместимостью корпуса и незначительными конструктивными изменениями смесительных элементов [1].It is also known that most modern industrial batch mixers are made according to one typical technological scheme, which has obviously pronounced circulation of the source material along an internal closed loop, and differ mainly in housing capacity and minor design changes of mixing elements [1].
Техническим недостатком традиционных конструкций смесителей является высокая энергоемкость процесса смешивания и низкая производительность при сравнительно малом полезном объеме, так как 95% мощности смесителя затрачивается на преодоление внутреннего трения дисперсного материала о поверхности контакта механизма перемешивания и стенки корпуса, это приводит к большому износу подвижного рабочего органа, такого как шнек, и нагреву смеси до относительно высоких технологических температур, одновременно происходит истирание, разрушение геометрически правильных форм частиц сыпучих компонентов и возникают трудности с очисткой.A technical drawback of traditional mixer designs is the high energy intensity of the mixing process and low productivity with a relatively small usable volume, since 95% of the mixer’s power is spent on overcoming the internal friction of the dispersed material on the contact surface of the mixing mechanism and the housing wall, which leads to a large wear of the movable working body, such as a screw, and heating the mixture to relatively high technological temperatures, at the same time, attrition, destruction geometrically regular particles of loose components and difficulties arise with cleaning.
По технической сущности к данному изобретению наиболее приближен смеситель периодического действия, содержащий цилиндрический корпус, выполненный с возможностью загрузки в разных точках поперечного сечения цилиндра, закрепленного в опорах корпуса с установленными насадками механизма перемешивания, изготовленного в виде сменных шнеков, а также смеситель имеет механизм привода с регулирующим устройством [2].By the technical nature of the present invention, a batch mixer is most approximate, comprising a cylindrical body made with the possibility of loading at different points of the cross section of the cylinder fixed in the body supports with installed nozzles of the mixing mechanism made in the form of interchangeable screws, and the mixer also has a drive mechanism with regulating device [2].
Техническим недостатком известного смесителя периодического действия является то, что конструкция смесителя не позволяет дистанционно за пределами корпуса проводить оценку эффективности процесса смешивания сыпучих материалов на основе тепловизионных эффектов, способствующих значительному снижению коэффициента внутреннего трения между поверхностью контакта подвижного рабочего органа - шнека и частицами исходных компонентов в строго регламентированных температурных интервалах, во многом зависимых от технологического изменения качественных показателей работы смесителя.A technical disadvantage of the known batch mixer is that the design of the mixer does not allow remote evaluation of the bulk material mixing process based on thermal imaging effects, which significantly reduce the coefficient of internal friction between the contact surface of the moving working body - screw and particles of the original components regulated temperature ranges, largely dependent on technological changes Qualitative indicators of mixer operation.
Задача изобретения - повышение однородности смеси и расширение возможностей фундаментальных исследований процесса смешивания дисперсных материалов за счет разработки универсального метода диагностирования, позволяющего осуществлять комплексные, бесконтактные экспресс-измерения (вне системной связи) по тепловым изображениям, возникающим в результате взаимодействия подвижного рабочего органа - шнека с сыпучей средой в корпусе смесителя периодического действия.The objective of the invention is to increase the homogeneity of the mixture and expand the possibilities of basic research of the process of mixing dispersed materials by developing a universal diagnostic method that allows for complex, non-contact rapid measurements (outside the system connection) from thermal images resulting from the interaction of a moving working body - a screw with a bulk medium in the batch mixer housing.
Технический результат достигается путем визуального и дистанционного диагностирования процесса смешивания с дальнейшим анализом гранулометрического состава дисперсной среды по тепловым изображениям в границах обозначенных участков информативности, расположенных с наружной поверхности прозрачного цилиндрического корпуса смесителя периодического действия (специализированного исследовательского комплекса, см. чертеж), где установлен шнек с возможностью конструктивного изменения поверхностей контакта витков винта и регулирования частоты вращения шнека.The technical result is achieved by visual and remote diagnostics of the mixing process with further analysis of the particle size distribution of the dispersed medium according to thermal images within the boundaries of the indicated sections of information content located on the outer surface of the transparent cylindrical body of the batch mixer (specialized research complex, see drawing), where a screw with the possibility of constructive changes in the contact surfaces of the turns of the screw and regulation I screw speed.
Корпус смесителя вместе с подвижным рабочим органом - шнеком представлен в виде типовой зоны, условно разделенной по следующим участкам информативности: (а), (в), (с) с наружной поверхности прозрачного цилиндра, ребрами жесткости - центрирующими контрольными полосами, по которым участок информативности (а) ограничен второй опорой корпуса, более отдаленной от механизма привода с регулирующим устройством (на расстоянии, равном всей длине типовой зоны смесителя), и первым ребром жесткости прозрачного цилиндрического корпуса и соответсвует четному числу одинаково направленных витков (два) шнека с его подъемами (опусканиями) определенного диаметра - D и шага - s (не показаны), при этом участок информативности (в) расположен относительно первого и второго ребра жесткости и аналогичен по количеству, конфигурации навивки шнека участку информативности (а), последний участок информативности (с) находится между вторым ребром жесткости и первой опорой корпуса, наиболее приближенной к механизму привода с регулирующим устройством, и также подобен по числу витков, геометрической форме шнека участкам информативности (а), (в).The mixer body together with the movable working body - auger is presented in the form of a typical zone, conventionally divided into the following sections of information content: (a), (c), (c) from the outer surface of the transparent cylinder, stiffening ribs - centering control strips along which the information section (a) it is limited by the second support of the housing, more distant from the drive mechanism with a control device (at a distance equal to the entire length of the typical zone of the mixer), and the first stiffener of the transparent cylindrical housing and corresponds to the number of equally directed turns (two) of the screw with its rises (lowerings) of a certain diameter - D and pitch - s (not shown), while the information section (c) is located relative to the first and second stiffeners and is similar in number and configuration of the screw winding informativeness section (a), the last informativeness section (c) is located between the second stiffening rib and the first housing support, which is closest to the drive mechanism with a regulating device, and is also similar in the number of turns, the geometrical shape of the screw informative sections (a), (c).
Суммарное количество участков информативности ((а)+(в)+(с)) равняется информативной совокупности (d), которая является типовой зоной смесителя периодического действия, причем под основанием прозрачного цилиндрического корпуса данного смесителя в средней части неподвижной станины находится винтовой механизм (с шагом винта - t) для преобразования вращательного движения в поступательное за счет реверсированной подачи маховика продольных салазок, обеспечивающих точность передвижения площадки крепления видеоконтрольного устройства тепловизора с возможностью секторного наклона площадки для мгновенного изменения углов обзора и поля зрения ВКУ, зафиксированного по периметру площадки крепления без смещения в четырех точках. Кроме того, конструкция смесителя периодического действия имеет контрольно-измерительные устройства.The total number of sections of information content ((a) + (c) + (c)) is equal to the information set (d), which is a typical zone of the batch mixer, and under the base of the transparent cylindrical body of this mixer there is a screw mechanism in the middle part of the fixed bed (with screw pitch - t) for converting rotational motion into translational motion due to the reverse feed of the flywheel of the longitudinal slide, ensuring the accuracy of movement of the mounting pad of the video thermal monitoring device Zora with a sector tilt platform for instant viewing angle changes and the field of view of the UWC, fixed around the perimeter of mounting platform without bias to four points. In addition, the design of the batch mixer has control and measuring devices.
Общая схема построения предлагаемого метода на основе специализированного исследовательского комплекса представлена на чертеже.The general scheme for constructing the proposed method based on a specialized research complex is presented in the drawing.
Специализированный исследовательский комплекс, включающий конструкцию смесителя периодического действия, видеоконтрольное устройство тепловизора и ПЭВМ, содержит прозрачный цилиндрический корпус 1, с наружной поверхности которого расположены два ребра жесткости (центрирующие контрольные полосы) 2, при этом корпус смесителя 1 выполнен с возможностью периодической подачи через горловины загрузки 3 и выгрузки (не показаны) в разных точках поперечного сечения цилиндра 1, закрепленного в первой 4 и второй 5 опорах корпуса 1 с установленными насадками 6 механизма перемешивания 7, изготовленного в виде сменных шнеков 8 (например, как показано на схеме, это двухзаходный винт), причем под основанием прозрачного цилиндрического корпуса 1 смесителя в средней части неподвижной станины 9 находится винтовой механизм 10, состоящий из винта 11, маховика 12, продольных салазок 13, площадки крепления 14 с сектором 15 для наклона видеоконтрольного устройства 16 тепловизора (не показан), зафиксированного по периметру площадки 14 без смещения в четырех точках (не показано), а также смеситель имеет механизм привода 17 с регулирующим устройством 18, тахометр (не показан) и ПЭВМ (не показан).A specialized research complex, including the design of a batch mixer, a video monitoring device of a thermal imager and a personal computer, contains a transparent cylindrical body 1, from the outer surface of which there are two stiffeners (centering control strips) 2, while the mixer housing 1 is made with the possibility of periodic supply through the neck of the load 3 and unloading (not shown) at different points of the cross section of the cylinder 1, fixed in the first 4 and second 5 bearings of the housing 1 with installed by the nozzles 6 of the stirring mechanism 7, made in the form of interchangeable screws 8 (for example, as shown in the diagram, this is a two-way screw), and under the base of the transparent cylindrical body 1 of the mixer in the middle part of the stationary frame 9 there is a screw mechanism 10, consisting of a screw 11, a flywheel 12, the longitudinal slide 13, the mounting pads 14 with a sector 15 for tilting the video monitoring device 16 of the thermal imager (not shown), fixed around the perimeter of the platform 14 without displacement at four points (not shown), and the mixer has a mechanical ISM drive 17 with a control device 18, a tachometer (not shown) and a PC (not shown).
Метод осуществляется следующим образом: на первой - начальной стадии дистанционного диагностирования готовятся фракционные составляющие дисперсной смеси из имитаторов частиц нужного диаметра и разного цвета для обеспечения необходимой видимости протекания процесса смешивания в корпусе 1 смесителя по следующим участкам информативности: (а), (в), (с), которые условно ограничены ребрами жесткости 2 (центрирующими контрольными полосами) прозрачного цилиндрического корпуса 1, где степень однородности смеси различного гранулометрического состава будет зависеть от функции пребывания и геометрических размеров типовой зоны смесителя, механических характеристик и теплофизических свойств дисперсных материалов в зоне, скорости подачи материала в зону, частоты вращения и геометрических размеров подвижного рабочего органа - шнека 8 в зоне. При этом для более удачного применения данного метода необходимо, чтобы частицы анализируемого материала имели диаметр, превосходящий линейный размер, последний определяется разрешающей способностью видеоконтрольного устройства 16 тепловизора (не показан), обусловленной фокусным расстоянием ВКУ 16, входящим в тепловизионную систему (не показана) до измеряемой плоскости - прозрачного цилиндрического корпуса 1 смесителя, а точность принимаемого решения достигается оператором с помощью предварительной настройки ВКУ 16.The method is carried out as follows: at the first - initial stage of remote diagnostics, the fractional components of the dispersed mixture are prepared from particle simulators of the desired diameter and different colors to provide the necessary visibility of the mixing process in the mixer body 1 in the following informative sections: (a), (c), ( c) which are conditionally limited by stiffeners 2 (centering control strips) of the transparent cylindrical body 1, where the degree of homogeneity of the mixture of different particle sizes with stava will depend on the function of travel and geometric dimensions typical mixer zone, mechanical properties and thermal properties of the particulate material in the zone, the feed rate of material into the zone, the rotational speed and the geometric dimensions of the movable working member - the screw 8 in the zone. Moreover, for a more successful application of this method, it is necessary that the particles of the analyzed material have a diameter exceeding the linear size, the latter being determined by the resolution of the video monitoring device 16 of the thermal imager (not shown), due to the focal length of the VKU 16 included in the thermal imaging system (not shown) to the measured the plane of the transparent cylindrical body 1 of the mixer, and the accuracy of the decision is achieved by the operator using the preliminary settings of the VKU 16.
Сущность предварительной настройки видеоконтрольного устройства 16 сводится к тому, что оператором на начальной стадии дистанционного диагностирования проводится корректировка в вертикальной (горизонтальной) плоскости площадки крепления 14 ВКУ 16 тепловизора (не показан) по отношению к наружной поверхности прозрачного цилиндрического корпуса 1 смесителя с целью получения в реальном времени наиболее устойчивых диагностических признаков, не входящих в область превышения температурного уровня и изотерму, которые не всегда отражают сложный характер взаимодействия с исходной структурой теплового изображения.The essence of presetting the video monitoring device 16 is that the operator at the initial stage of remote diagnostics makes adjustments in the vertical (horizontal) plane of the mounting platform 14 of the VKU 16 thermal imager (not shown) with respect to the outer surface of the transparent cylindrical body 1 of the mixer in order to obtain real time of the most stable diagnostic signs that are not included in the region of exceeding the temperature level and isotherm, which do not always reflect complex th character of the interaction with the original structure of the thermal image.
Как правило, установленный оператором температурный уровень не содержит на выделенном изображении точек и линий равных температур (изотерм) с определенной температурной разностью между отдельными точками и линиями, а значит неотъемлемой частью начальной стадии диагностирования является выбор скоростного режима съемки, он должен быть таким, чтобы оператор имел возможность пофрагментного подбора теплового изображения (на протяжении периода смешивания) за одну развертку (стоп-кадр) без дополнительного перемещения, с мгновенным секторным изменением углов обзора и поля зрения ВКУ 16 (приемной камеры) по направлению к типовой зоне смесителя. Это обеспечивает стандартизацию площади прозрачной поверхности цилиндрического корпуса 1 для бесконтактного анализа участков информативности (а), (в), (с), которые поочередно равны площади кадра.As a rule, the temperature level set by the operator does not contain points and lines of equal temperatures (isotherms) on the selected image with a certain temperature difference between individual points and lines, which means that the choice of the high-speed shooting mode is an integral part of the initial stage of diagnosis, it must be such that the operator had the possibility of fragment-wise selection of the thermal image (during the mixing period) in one scan (freeze frame) without additional movement, with instantaneous sector m change viewing angle and field of view DCCH 16 (receiving chamber) toward the sample zone of the mixer. This provides a standardization of the transparent surface area of the cylindrical body 1 for non-contact analysis of areas of information (a), (b), (c), which are alternately equal to the frame area.
Следовательно, оператору удается с помощью предварительной настройки безупречно повысить как информативное содержание тепловизионного сигнала, так и воспроизводимость получаемых результатов при варьировании энергетических параметров и эксплуатационных режимов работы смесителя периодического действия, где оптимальный тепловой контраст (нагрев смеси) видоизменяется в зависимости от кратности циркуляции дисперсного материала, частоты вращения подвижного рабочего органа - шнека 8 с одновременной синхронизацией скорости продольного перемещения площадки крепления 14 ВКУ 16 в определенной зависимости от t - шага винта 11 (винтового механизма 10) по следующим участкам информативности: (а), (в), (с), составляющим типовую зону смесителя - информативную совокупность (d), которая должна соответствовать полной картине смешивания, имеющей сложный рельеф, в виде гипер- и гипотермичных точек, линий и очагов различной конфигурации.Therefore, the operator manages with the help of presetting to flawlessly increase both the informative content of the thermal imaging signal and the reproducibility of the results obtained by varying the energy parameters and operating modes of the batch mixer, where the optimal thermal contrast (heating of the mixture) varies depending on the frequency of circulation of the dispersed material, rotational speed of the movable working body - screw 8 with simultaneous synchronization of the longitudinal velocity moving the mounting platform 14 of the VKU 16, depending on the t-pitch of the screw 11 (screw mechanism 10), in the following sections of information content: (a), (c), (c), which make up the typical zone of the mixer - an informative population (d), which should correspond to the complete picture of mixing, having a complex relief, in the form of hyper- and hypothermic points, lines and foci of various configurations.
В основу предлагаемого метода положено техническое использование видеоконтрольного устройства 16 тепловизора (не показан), а общая схема построена на наблюдении с помощью ВКУ 16 за движением частиц в корпусе 1 (смесителя) с учетом загрузки за весь период смешивания в прозрачный цилиндрический корпус 1 в соответствии со структурным составом смеси (согласно рецептуре комбикорма), когда фракции периодически подаются в типовую зону как по всему сечению аппарата, так и в отдельных точках (загрузочных горловин 3) до определенного уровня, а вариатор 18 смесителя устанавливается на необходимую частоту вращения шнека 8, привод которого осуществляется от электродвигателя 17.The proposed method is based on the technical use of the video monitoring device 16 of the thermal imager (not shown), and the general scheme is based on monitoring with the help of the VKU 16 the movement of particles in the housing 1 (mixer) taking into account the load for the entire mixing period in a transparent cylindrical housing 1 in accordance with the structural composition of the mixture (according to the compounding of the feed), when the fractions are periodically fed into the typical zone both over the entire cross section of the apparatus and at individual points (loading mouths 3) to a certain level, and variably p 18 of the mixer is installed at the required frequency of rotation of the screw 8, the drive of which is carried out from the electric motor 17.
При вращении подвижного рабочего органа - шнека 8 перемешиваемые компоненты поднимаются вместе со шнеком 8 вверх и, достигая необходимого угла подъема винтовой линии α (не показан), скатываются вниз, во время схода по склону, образованному из частиц исходного материала, смесь расслаивается на отдельные слои, которые получают различные осевые скорости, при этом минимальная осевая скорость определяется, исходя из следующего выражения: ν0min=r·ω·sin·α·(cos·α-ƒ·sin·α), где ƒ - коэффициент внутреннего трения.During the rotation of the movable working body - screw 8, the mixed components rise together with the screw 8 up and, reaching the required angle of elevation of the helix α (not shown), roll down, during the descent along the slope formed from particles of the source material, the mixture is stratified into separate layers which receive different axial velocities, and the minimum axial velocity is determined based on the following expression: ν 0min = r · ω · sin · α · (cos · α-ƒ · sin · α), where ƒ is the coefficient of internal friction.
Появление внутреннего трения между поверхностью контакта подвижного рабочего органа - шнека 8 - и частицами дисперсного материала, одновременно испытывающего напряжение сдвига из-за взаимного перемещения частиц внутри слоя, приводит к тому, что коэффициент внутреннего трения равен отношению напряжения сдвига к нормальному напряжению, действующему на единицу поверхности слоя, причем уменьшение эффективного коэффициента внутреннего трения существенно влияет на увеличение степени однородности смеси, а снижение пристенного трения относительно статически неподвижной поверхности корпуса 1 приводит к более равномерному распределению материала, то есть улучшается внутренняя проницаемость, что особенно важно для мелкодисперсных составляющих приготовленной смеси, которая постепенно продвигается без сгруживания к выгрузной горловине (не показана).The appearance of internal friction between the contact surface of the movable working body - screw 8 - and particles of dispersed material, simultaneously experiencing shear stress due to the mutual movement of particles inside the layer, leads to the fact that the coefficient of internal friction is equal to the ratio of shear stress to normal stress acting per unit the surface of the layer, and a decrease in the effective coefficient of internal friction significantly affects the increase in the degree of homogeneity of the mixture, and the decrease in wall friction itelno statically fixed surface of the housing 1 leads to a more uniform distribution of the material, i.e. the inner improved permeability, which is particularly important for fine constituents of the prepared mixture, which gradually progresses to sgruzhivaniya without unloading the neck (not shown).
В результате повышение качества процесса смешивания в конструкции смесителя периодического действия, входящей в специализированный исследовательский комплекс (см. чертеж), достигается за счет увеличения межфазного - поверхностного контакта и уменьшения диффузионных сопротивлений в дисперсной среде, также следует отметить, что разделение на участки информативности (а), (в), (с) в некотором смысле условно, и величина однородности на каждой ступени смешивания не имеет четко выраженных границ.As a result, improving the quality of the mixing process in the design of a batch mixer, which is part of a specialized research complex (see drawing), is achieved by increasing the interfacial - surface contact and reducing diffusion resistance in a dispersed medium, it should also be noted that the division into sections of information content (a ), (c), (c) is arbitrary in a sense, and the uniformity value at each mixing stage has no clearly defined boundaries.
Следовательно, чем выше начальная плотность исходных компонентов, тем позднее начинается вторая стадия дистанционного диагностирования теплофизических характеристик сыпучей смеси, определяющих кинетику процесса нагрева и охлаждения частиц через удельную теплоемкость с и коэффициент температуропроводности β, которые связаны соотношением: β=λ/сρ, где ρ - плотность или насыпная масса материала, кг/м3.Therefore, the higher the initial density of the starting components, the later the second stage of remote diagnostics of the thermophysical characteristics of the bulk mixture begins, which determines the kinetics of the process of heating and cooling particles through specific heat capacity c and thermal diffusivity β, which are related by the ratio: β = λ / сρ, where ρ - density or bulk density of the material, kg / m 3 .
Удельная теплоемкость влажных материалов: 
Коэффициент температуропроводности β м2/ч определяет теплоинерционные свойства материала, выражаемые скоростью его прогрева в нестационарных тепловых процессах, и зависит от влажности и плотности материала. Физический смысл коэффициента теплопроводности λ вытекает из закона теплопроводности Фурье: Q=λgradT, где Q - плотность теплового потока, Вт/м2, температурный градиент, К/м.The thermal diffusivity β m 2 / h determines the inertia properties of the material, expressed by the rate of its heating in unsteady thermal processes, and depends on the humidity and density of the material. The physical meaning of the thermal conductivity coefficient λ follows from the Fourier law of thermal conductivity: Q = λgradT, where Q is the heat flux density, W / m 2 , temperature gradient, K / m.
Таким образом, вторая - конечная стадия дистанционного диагностирования, в большей мере дополняемая и совместно выполняемая с первой начальной стадией, начинается с формирования оператором теплового изображения в целях получения достаточно полной информации о техническом состоянии подвижного рабочего органа - шнека 8.Thus, the second - the final stage of remote diagnostics, to a greater extent supplemented and jointly performed with the first initial stage, begins with the formation by the operator of a thermal image in order to obtain sufficiently complete information about the technical condition of the mobile working body - screw 8.
В процессе динамического воздействия на дисперсную среду в корпусе 1 смесителя периодического действия на экране видеоконтрольного устройства 16 (ВКУ) тепловизора (не показан) в установленном оператором температурном уровне (интервале) и в пределах условно обозначенного (для бесконтактного анализа) участка информативности (а) формируется кадр первого теплового изображения с известным числом элементов разложения и с последующим выводом (оператором) данного изображения на экран ВКУ 16, а также с визуальным анализом полученного теплового изображения в пределах выбранных температурных интервалов и выделением на изображениях областей, превышающих, в первую очередь, зарегистрированный температурный уровень, с выделением на изображениях точек и линий равных температурных изотерм и определением температурной разности между отдельными точками и линиями.In the process of dynamic impact on the dispersed medium in the case 1 of the batch mixer on the screen of the video monitoring device 16 (VCU) of the thermal imager (not shown) in the temperature level (interval) set by the operator and within the limits of the conditionally designated (for non-contact analysis) information area (a) is formed a frame of the first thermal image with a known number of decomposition elements and with subsequent output (by the operator) of this image to the VKU 16 screen, as well as with a visual analysis of the obtained thermal and siderations within selected temperature ranges and the allocation regions in the images exceeding primarily registered temperature level, highlighting the images of points and lines of equal temperature isotherms and determining the temperature difference between the individual points and lines.
Это достигается следующим образом: оператор видеоконтрольного устройства 16 тепловизора (не показан) фокусирует ВКУ 16 в выбранной последовательности по участкам информативности (а), (в), (с) с известным числом элементов разложения, а именно видеосигнал подается на первый участок информативности (а) и подчеркивает условно обозначенные границы данного участка (а), при соответствующем усилении, с учетом проведенной ранее коррекции на первой стадии предварительной настройки для увеличения теплового контраста участка информативности (а), где в зависимости от размера анализируемого гранулометрического состава смеси на линейную длину теплового изображения приходится то или иное количество частиц дисперсного материала, причем достоверность пограничных линий между частицами (точками) может быть определена только по реальному температурному изменению их поверхности, то есть пороговая фильтрация полученного изображения будет зависеть от характерных температурных перепадов.This is achieved as follows: the operator of the video monitoring device 16 of the thermal imager (not shown) focuses the VKU 16 in the selected sequence on the sections of information content (a), (c), (c) with a known number of decomposition elements, namely, the video signal is supplied to the first section of information content (a ) and emphasizes the conventionally marked boundaries of this section (a), with appropriate amplification, taking into account the correction made earlier at the first stage of presetting to increase the thermal contrast of the information section (a), where depending on the size of the analyzed particle size distribution of the mixture, the linear length of the thermal image accounts for one or another number of particles of dispersed material, and the reliability of the boundary lines between the particles (points) can only be determined by the actual temperature change in their surface, that is, the threshold filtering of the resulting image will depend on characteristic temperature differences.
Затем оператором проводится повторное формирование теплового изображения последующих участков информативности (в) и (с) по ребрам жесткости 2 с целью изменения пограничных линий между частицами в точках смены ориентации этих линий с аппроксимацией линий, не имеющих разрывов между замкнутыми линиями и с изменением площадей фигур, образованных замкнутыми линиями, но уже в реальном температурном уровне, когда произойдет температурный разогрев смеси, а именно через определенный промежуток времени, обусловленный внутренним трением дисперсной среды о поверхности контакта механизма перемешивания 7, за счет постепенного изменения энергетических параметров и эксплуатационных режимов работы смесителя периодического действия в соответствии с выбранным для анализа реальным температурным интервалом участков информативности (а), (в), (с).Then the operator re-generates a thermal image of the subsequent sections of information content (c) and (c) along stiffeners 2 in order to change the boundary lines between particles at the points of change of orientation of these lines with approximation of lines that do not have gaps between closed lines and with a change in the area of the figures, formed by closed lines, but at a real temperature level, when the mixture heats up, namely after a certain period of time, due to the internal friction of the dispersion environment on the contact surface of the stirring mechanism 7, due to a gradual change in the energy parameters and operational modes of operation of the batch mixer in accordance with the actual temperature range of the information sections (a), (b), (c) selected for analysis.
Дальнейший анализ полученной информации находится в реальном температурном интервале, что во многом повышает информативное содержание и воспроизводимость тепловизионного сигнала участка информативности (в), где тепловое изображение подвергается структурному разложению на информативные компоненты с количественной оценкой значений температурных и геометрических параметров этих компонентов, с выделением гипер- и гипотермичных точек, а также с формированием изображений этих точек, определением числа точек и их координат, температурных перепадов между каждой точкой и окружающим ее фоном, разностей температур между точками и одновременным стиранием выявленных точек на втором изображении участка информативности (в), тем самым формированием нового третьего изображения участка информативности (с), не содержащего гипер- и гипотермичных точек, где на третьем изображении участка информативности (с) выделяют элементы, принадлежащие гипер- или гипотермичным очагам и линиям.Further analysis of the information obtained is in the real temperature range, which greatly increases the informative content and reproducibility of the thermal imaging signal of the information area (c), where the thermal image is structurally decomposed into informative components with a quantitative assessment of the temperature and geometric parameters of these components, with highlighting and hypothermic points, as well as with the formation of images of these points, determining the number of points and their coordinates, temperature x differences between each point and the background surrounding it, temperature differences between the points and the simultaneous erasure of the identified points in the second image of the information area (c), thereby forming a new third image of the information area (c) that does not contain hyper- and hypothermic points, where in the third image of the informativeness section (c), elements belonging to hyper- or hypothermic foci and lines are distinguished.
После этого выделенные элементы объединяют в информативную совокупность (d) с формированием изображений этой совокупности и определением средних и максимальных температур совокупности (d) а также коэффициентов их формы и заполнения с температурными перепадами в пределах информативной совокупности (d) и окружающим ее фоном, относительно всей площади типовой зоны смесителя, с одновременным стиранием выделенного четвертого изображения информативной совокупности (d) проводится дополнительное дублирование информативной совокупности (d) с формированием нового пятого изображения, не содержащего гипер- и гипотермичных линий и очагов, затем, используя полученные изображения данной совокупности (d) и значения коэффициентов формы и заполнения, разделяют изображения совокупности (d) на отдельные изображения линий и очагов, а оператор сглаживает пятое изображение информативной совокупности (d) и определяет среднюю температуру типовой зоны смесителя, содержащую только температурные перепады между областями, которые характеризуют склоны температурного рельефа сглаженного пятого изображения информативной совокупности (d), представляющей собой термографический образ технического состояния подвижного рабочего органа - шнека 8.After that, the selected elements are combined into an informative population (d) with the formation of images of this population and the determination of average and maximum temperatures of the population (d) as well as their shape and filling coefficients with temperature differences within the information population (d) and the background surrounding it, relative to the whole the area of the typical zone of the mixer, while erasing the selected fourth image of the informative population (d), additional duplication of the informative population (d) with f by forming a new fifth image that does not contain hyper- and hypothermic lines and foci, then, using the obtained images of a given population (d) and the values of the form and fill factors, divide the images of the population (d) into separate images of lines and lesions, and the operator smooths the fifth image information set (d) and determines the average temperature of a typical zone of a mixer containing only temperature differences between regions that characterize the slopes of the temperature relief of the smoothed fifth images of informative aggregate (d), which is a thermographic image of the technical condition of the mobile working body - screw 8.
Таким образом, метод дистанционного диагностирования допускает стандартизацию съема первичной информации о техническом состоянии исследуемого объекта - подвижного рабочего органа по тепловым изображениям, воспроизведенным в условных границах обозначенных участков информативности с известным числом элементов разложения, и, если в каждом кадре полученного изображения для бесконтактного анализа информативной совокупности (d) - типовой зоны смесителя - по участкам информативности (а), (в), (с) установлено количество реальных температурных перепадов (температурных колебаний), а именно переходов от более высоких температур, инициатором которых является подвижный рабочий орган - шнек, к менее низким температурам - дисперсная среда, то по их числу можно определить действительную эффективность процесса смешивания в виде построенных термограмм на основании температурной разности в зависимости от кратности циркуляции исходных компонентов в радиальном и продольном направлении прозрачного цилиндрического корпуса.Thus, the remote diagnostics method allows the standardization of the collection of primary information about the technical condition of the object under study - a mobile working body for thermal images reproduced at the conditional boundaries of the indicated sections of information content with a known number of decomposition elements, and if in each frame of the received image for contactless analysis of the informative population (d) - a typical zone of the mixer - in the areas of information content (a), (c), (c) the number of real temperatures differences (temperature fluctuations), namely transitions from higher temperatures, the initiator of which is a mobile working body - auger, to lower temperatures - a dispersed medium, then by their number you can determine the actual efficiency of the mixing process in the form of constructed thermograms based on the temperature difference in depending on the multiplicity of circulation of the starting components in the radial and longitudinal directions of the transparent cylindrical body.
При постепенном изменении энергетических параметров и эксплуатационных режимов работы конструкции смесителей периодического действия, которые подразделяются на тихоходные и быстроходные, так для тихоходных смесителей показатели кинематического режима - 
Предлагаемый метод дистанционного диагностирования процесса смешивания дисперсных материалов в конструкции смесителей периодического действия построен на основе специализированного исследовательского комплекса, включающего смеситель периодического действия, видеоконтрольное устройство тепловизора, соединенного по каналу цифровой связи с ПЭВМ для дальнейшей обработки полученных результатов с помощью пакета сопровождающих программ, посредством которых можно реализовать указанный метод полностью, в отличие от известных методов статистического анализа имеет целый ряд существенных преимуществ: во-первых, применение тепловизионного метода диагностирования в области процесса смешивания дисперсных материалов приводит к резкому сокращению сроков разрабатываемых промышленных технологий в пищевой и перерабатывающих отраслях промышленности, так как повышение требований при обработке контактных поверхностей рабочих органов смесительного оборудования приводит к снижению их стоимости, это достигается за счет правильности постановки рассматриваемого метода диагностирования, который позволяет без останова подвижного рабочего органа смесителя выявить грубые технические нарушения, возникающие в результате динамического воздействия рабочего органа на дисперсную среду, а именно возникновение внутреннего трения, оказывающего негативное влияние на целостность смесительных элементов, такое как износ витков винта и подшипниковой пары вала шнека; во-вторых, высокая пространственная разрешающая способность ВКУ тепловизора, где формат наиболее современных тепловизионных фотоприемных матриц приближается к мегапикселю, и работающих в реальном времени - на кадровых частотах, как минимум в 25 Гц, с температурной чувствительностью в сотые и тысячные доли градуса, при температурном разрешении 0,006-0,03°С позволяет получить совершенно новое качество смешивания дисперсных материалов для проведения функциональных бесконтактных исследований за пределами корпуса смесителя периодического действия, при этом оптимальный тепловой контраст (нагрев смеси) видоизменяется и имеет сложный рельеф в виде гипер- и гипотермичных точек, линий и очагов различной конфигурации в зависимости от кратности циркуляции дисперсного материала, частоты вращения подвижного рабочего органа - шнека и т.д.; в-третьих, максимальная безопасность для исследователей при решения конкретных задач направленных на изучение объектов по их тепловым изображениям на стадиях проектирования.The proposed method for remote diagnostics of the process of mixing dispersed materials in the design of batch mixers is based on a specialized research complex including a batch mixer, a video monitoring device of a thermal imager connected via a digital communication channel to a PC for further processing of the results using a package of accompanying programs, through which implement the specified method completely, unlike the known methods Statistical analysis has a number of significant advantages: firstly, the application of the thermal imaging diagnostic method in the field of mixing dispersed materials leads to a sharp reduction in the time of developed industrial technologies in the food and processing industries, since increased requirements in the processing of contact surfaces of working bodies of mixing equipment lead to reduce their cost, this is achieved due to the correct formulation of the method of diagnosis nosting, which allows without stopping the movable working body of the mixer to identify gross technical violations that arise as a result of the dynamic action of the working body on the dispersed medium, namely the occurrence of internal friction, which negatively affects the integrity of the mixing elements, such as wear of the screw turns and the bearing pair of the screw shaft ; secondly, the high spatial resolution of the infrared imager, where the format of the most modern thermal imaging photodetector arrays is close to the megapixel, and operating in real time - at frame frequencies of at least 25 Hz, with temperature sensitivity of hundredths and thousandths of a degree, at a temperature a resolution of 0.006-0.03 ° C allows you to get a completely new quality of mixing dispersed materials for functional contactless research outside the mixer housing periodic action, while the optimal thermal contrast (heating the mixture) is modified and has a complex relief in the form of hyper- and hypothermic points, lines and foci of various configurations depending on the multiplicity of circulation of the dispersed material, the rotational speed of the movable working body - auger, etc .; thirdly, maximum safety for researchers in solving specific problems aimed at studying objects from their thermal images at the design stages.
Источники информацииInformation sources
1. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973. - С. 14-19,с.85-88, с. 104-105.1. Makarov Yu.I. Devices for mixing bulk materials. - M.: Mechanical Engineering, 1973. - S. 14-19, p. 85-88, p. 104-105.
2. Патент RU 2172127 С1, кл. А 23 N 17/00, 2000.2. Patent RU 2172127 C1, cl. A 23 N 17/00, 2000.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006147340/13A RU2342983C2 (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Dedicated research complex for telediagnosis of disperse materials mixing in design of periodic mixers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006147340/13A RU2342983C2 (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Dedicated research complex for telediagnosis of disperse materials mixing in design of periodic mixers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006147340A RU2006147340A (en) | 2008-08-10 |
| RU2342983C2 true RU2342983C2 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=39745712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006147340/13A RU2342983C2 (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Dedicated research complex for telediagnosis of disperse materials mixing in design of periodic mixers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2342983C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819489C1 (en) * | 2023-07-28 | 2024-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет", ФГБОУ ВО "ЯГТУ" | Method of investigating quality of mixture of components differing in color |
-
2006
- 2006-12-29 RU RU2006147340/13A patent/RU2342983C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ИВАНОВ Г.М. и др. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.60. * |
| МАКАРОВ Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973, с.14-19, с.85-88, с.104-105. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819489C1 (en) * | 2023-07-28 | 2024-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет", ФГБОУ ВО "ЯГТУ" | Method of investigating quality of mixture of components differing in color |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006147340A (en) | 2008-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Forte et al. | Using a Freeman FT4 rheometer and Electrical Capacitance Tomography to assess powder blending | |
| Poux et al. | Powder mixing: some practical rules applied to agitated systems | |
| Van Puyvelde et al. | Experimental determination of transverse mixing kinetics in a rolling drum by image analysis | |
| Bao et al. | Discrete element method study of effects of the impeller configuration and operating conditions on particle mixing in a cylindrical mixer | |
| Fall et al. | Dry granular flows: Rheological measurements of the μ (I)-rheology | |
| Cai et al. | Numerical study on particle mixing in a double-screw conical mixer | |
| Ghosh et al. | Influence of coke structure on coke quality using image analysis method | |
| Wightman et al. | Mixing of granular material in a drum mixer undergoing rotational and rocking motions I. Uniform particles | |
| Blanc et al. | Particle Image Velocimetry in concentrated suspensions: Application to local rheometry | |
| US3870465A (en) | Process and device for the quantitative analysis of free lime | |
| Wiedey et al. | Infrared thermography—A new approach for in-line density measurement of ribbons produced from roll compaction | |
| Heifetz et al. | Thermal tomography 3D imaging of additively manufactured metallic structures | |
| RU2342983C2 (en) | Dedicated research complex for telediagnosis of disperse materials mixing in design of periodic mixers | |
| Nafsun et al. | Influence of material thermal properties and dispersity on thermal bed mixing in rotary drums | |
| WO2016142699A1 (en) | Transmission raman spectroscopy | |
| Phua et al. | Understanding the structure and dynamics of local powder packing density variations in metal additive manufacturing using set Voronoi analysis | |
| Krok et al. | Using the DPIV optical technique to measure the velocity of powder material in the space between the rollers in a roll compactor | |
| Levin | How to Scale-Up a Wet Granulation End Point Scientifically | |
| Chatre et al. | Numerical study of dense powder flow in a rotating drum: Comparison of CFD to experimental measurements | |
| Ananda et al. | Kinematics and statistics of dense, slow granular flow through vertical channels | |
| Jin | DEM Study on the Mixing Behaviour of U-shaped Ribbon Mixers | |
| Iwata et al. | Viscosity measurement of gelcasting slurry during in-situ gelation by a micro X-ray CT scan system | |
| Hartmanshenn | Heat transfer in a bladed mixer: Scale up and effect of material and process parameters | |
| Stavrou | Assessing powder flowability at low consolidation stresses. | |
| Wightman | Dry powder mixing in a cylindrical vessel undergoing rotational and rocking motions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081230 |