устройство для измерения концентрации суспензии

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации суспензий, содержащее корпус, внутри которого на измерительной оси, связанной с преобразователем момента, установлен чувствительный элемент, с обеих сторон которого размещены выполненные с прорезями пластинчатые элементы, соединенные перемычками и связанные через вал с приводом, отличающееся тем, что каждый пластинчатый элемент разделен прорезями на сектора, а чувствительный элемент выполнен в виде диска, образующая линия поверхности которого составляет с образующей линией внутренней поверхности ближайшего пластинчатого элемента угол, который выбирают из интервала 1,5-16^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для измерения концентрации суспензий и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для измерения концентрации волокнистой суспензии.

Известно устройство для измерения концентрации суспензий, содержащее корпус, внутри которого на измерительной оси, связанной с преобразователем момента, установлен чувствительный элемент, с обеих сторон которого размещены выполненные с прорезями в их центральной части пластинчатые элементы, соединенные перемычками и связанные через вал с приводом (патент РФ N 2002241 C1 G 01 N 15/02, опубл. 30.10.1993. Бюл. N 39-40). В известном устройстве волокнистая суспензия, содержащая комочки волокон (флоккулы), поступает в корпус и через прорези в центральной части пластинчатых элементов втекает в зазор, образованный чувствительным и пластинчатыми элементами. При вращательном движении пластинчатых элементов в прорезях возникают турбулентные вихри, разрушающие флоккулы, вследствие чего суспензия втекает в зазор в диспергированном (без флоккул) состоянии, где приобретает вращательное движение и, двигаясь в радиальном направлении к периферии и в осевом к чувствительному элементу, создает вблизи него вращающийся пограничный слой, формирующий на поверхности чувствительного элемента касательные напряжения, образующие момент на измерительной оси, зависящий от концентрации суспензии и регистрируемый преобразователем момента. Вытекая из зазора, суспензия покидает корпус.

Недостаток известного устройства заключается в его малой точности измерения вследствие невысокой степени дисперсности суспензии в пограничном слое на чувствительном элементе при обеспечении ламинарного режима течения суспензии в пограничном слое. Это объясняется следующим. Касательные напряжения в пограничном слое на чувствительном элементе и, в конечном итоге, измерительный момент на оси пропорциональны концентрации при условиях, что волокнистая суспензия в пограничном слое не содержит флоккул, то есть полностью диспергирована на волокна, а сам пограничный слой является ламинарным, то есть не содержит турбулентных вихрей. В известном устройстве эти условия не выполняются по следующим причинам.

Во-первых, чтобы полностью диспергировать суспензию на волокна, когда она проходит через прорези пластинчатых элементов, требуется достаточно большое время взаимодействия турбулентных вихрей в прорезях и флоккул, чтобы последние успели разделиться на волокна. Однако, расположение прорезей в центральной части пластинчатых элементов определяет их малую проходную площадь, вследствие чего осевая скорость течения суспензии в прорезях высока и, следовательно, время прохождения флоккул через них слишком мало для полного их разделения на волокна.

Во-вторых, для полной диспергации суспензии на волокна требуется достаточно высокая интенсивность турбулентности в прорезях, которая определяется высокой окружной скоростью, равной произведению угловой скорости вращения пластинчатых элементов на средний радиус расположения прорезей. Вследствие расположения прорезей в центральной части средний радиус их мал и, следовательно, угловая скорость для обеспечения необходимого уровня интенсивности турбулентности в прорезях должна быть велика. Однако при большой угловой скорости окружная скорость периферийной части пластинчатых элементов становится слишком высокой, и пластинчатые элементы так сильно турбулизируют суспензию в зазоре, что пограничный слой на периферийной части чувствительного элемента тоже интенсивно турбулизируется. Поэтому для того, чтобы пограничный слой на чувствительном элементе был ламинарным, приходиться либо увеличивать зазор между чувствительным и пластинчатыми элементами, что приводит к резкому уменьшению касательных напряжений на чувствительном элементе и, соответственно, падению момента на измерительной оси, либо снижать угловую скорость вращения пластинчатых элементов, что приводит к неудовлетворительной дисперсности суспензии в пограничном слое.

Изобретение направлено на создание устройства для измерения концентрации суспензии, обеспечивающее повышение точности измерения за счет повышения степени дисперсности суспензии в пограничном слое на чувствительном элементе при обеспечении его ламинарного режима течения.

Цель достигается тем, что каждый пластинчатый элемент разделен прорезями на сектора, а чувствительный элемент выполнен в виде диска, образующая линия поверхности которого составляет с образующей линией внутренней поверхности ближайшего пластинчатого элемента угол, лежащий в интервале 1,5 - 16 градусов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - поперечный разрез на фиг. 1; на фиг. 3 - схема течения суспензии в устройстве на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез на фиг. 3.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого на измерительной оси 2, связанной с преобразователем момента 3, установлен чувствительный элемент 4, с обеих сторон которого размещены выполненные с прорезями 5 пластинчатые элементы 6, соединенные перемычками 7 и связанные через вал 8 с приводом 9. Пластинчатые элементы 6 разделены прорезями 5 на сектора 10, а чувствительный элемент 4 выполнен в виде диска, образующая линия поверхности которого составляет с образующей линией внутренней поверхности ближайшего пластинчатого элемента угол , лежащий в интервале 1,5 16.

Устройство работает следующим образом. Суспензия, содержащая флоккулы, поступает в корпус 1 и через прорези 5 между секторами 10 поступает в зазор, образованный чувствительным элементом 4 и пластинчатыми элементами 6. При обтекании секторов 10 в относительном движении поток суспензии турбулизируется на их задних кромках, образуя в прорезях 5 турбулентное поле, диспергирующее флоккулы. Вследствие разделения пластинчатых элементов на сектора осевое перемещение суспензии через турбулентное поле в прорезях осуществляется от центральной части до периферии, что определяет малую осевую скорость V₀ и перемещения флоккул через прорези в зазор, благодаря чему флоккулы успевают полностью разделиться на волокна. Приобретая на пластинчатых элементах вращательное движение, суспензия в зазоре, двигаясь в радиальном направлении к периферии и в осевом к чувствительному элементу 4, создает вокруг него вращающийся пограничный слой, образующий на поверхности чувствительного элемента касательные напряжения , которые формируют момент на измерительной оси 2, регистрируемый преобразователем момента 3. При движении суспензии в зазоре от прорезей к чувствительному элементу турбулентные вихри гасятся волокнами, что характерно для волокнистых суспензий [Терентьев О. А. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном производстве. М. : Лесная промышленность, 1980, с. 139] , и поток ламинизируется. Наиболее быстро турбулентность гасится в центральной области, поскольку интенсивность турбулентности в прорезях вблизи оси вращения минимальна. Полному гашению турбулентности в центральной области соответствует установка минимального зазора L₀ на оси между чувствительным и пластинчатыми элементами, при котором пограничный слой вблизи измерительной оси на чувствительном элементе становится ламинарным, а касательные напряжения при этом имеют максимальную величину. Вследствие возрастания окружной скорости V вращения секторов от центра к периферии интенсивность турбулентности U" в прорезях увеличивается также от центра к периферии. Соответственно увеличению интенсивности турбулентности расстояние L в осевом направлении от пластинчатых элементов, на котором турбулентность вырождается и поток становится ламинарным, возрастает с увеличением радиуса R согласно зависимости

L = KR + L₀ (1)

где K = 0.03-0.28 - эмпирический коэффициент, определяющийся средним значением концентрации суспензии.

При выполнении чувствительного элемента в виде диска, образующая линия поверхности которого составляет с образующей линией внутренней поверхности ближайшего пластинчатого элемента угол , этот угол выбирают из условия

tg = K (2)

чему соответствует угол, лежащий в диапазоне 1,5 16.

Согласно условиям (1) и (2), уравнение образующей линии поверхности чувствительного элемента определится выражением

L = Rtg+L₀ (3)

которое означает, что поверхность диска чувствительного элемента отстоит от ближайшей поверхности пластинчатого элемента на минимальное расстояние L, при котором пограничный слой в этой точке ламинарный, а касательные напряжения при этом максимальны.

По сравнению с устройством прототипа в предлагаемом устройстве в пограничном слое на поверхности чувствительного элемента повышается степень дисперсности суспензии при ламинарном его режиме течения и высоких значений касательных напряжений, пропорциональных концентрации суспензии, что определяет линейную зависимость изменения регистрируемого момента от изменения концентрации и, в результате, повышает точность измерения концентрации.

Пример. Производили измерения концентрации волокнистой суспензии известным устройством и предлагаемым устройством. При измерении в предлагаемом устройстве устанавливали ряд чувствительных элементов, выполненных в виде дисков с различными углами между образующей линией их поверхности и образующей линией внутренней поверхности пластинчатых элементов. Истинную концентрацию определяли лабораторно, весовым методом, имеющим несущественную для практики погрешность.

В таблице представлены данные погрешностей измерения концентрации суспензии в используемом в практике диапазоне известным и предлагаемым устройствами.

Из таблицы следует, что предлагаемое устройство обеспечивает по сравнению с известным уменьшение погрешности измерения концентрации суспензии, а следовательно, повышение точности измерения.