научная статья по теме КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПУЛЬПЫ ПРИ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПУЛЬПЫ ПРИ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИИ»

УДК 622.648.24:53.082.74

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПУЛЬПЫ ПРИ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИИ

А. П. Овчинников

Рассмотрен компенсационный способ измерения параметра подобия структуры потока двухфазной пульпы, характеризующий кинематическую структуру и фазовый состав потока в трубопроводе в режиме реального времени. Применением параметра структуры двухфазного потока в алгоритме измерения объемного расхода пульпы можно повысить точность электромагнитного метода измерения параметров потока.

Задача измерения расхода двухфазной пульпы встречается во многих отраслях промышленности, в частности, в системах гидротранспорта на горно- обогатительных комбинатах, гидромеханизации земляных строительных работ; при добыче и переработке песчано-гравийных материалов, открытых горных работах и т. д. Зная расход пульпы и получив информацию о ее плотности можно вычислить значение производительности по твердой фазе, широко используемое в системах автоматизации вышеперечисленных технологических процессов. При значительной протяженности трубопровода, меняющемся во времени гранулометрическом составе пульпы важное значение приобретает измерение и поддержание на определенном уровне скорости гидротранспортирования для устранения процессов расслоения пульпы и закупорки трубопровода. Таким образом, для поддержания оптимального процесса гидротранспортирования необходимо получать информацию о скорости движения пульпы и кинематической структуре потока. Изменение скоростного режима течения пульпы приводит к изменению распределения фазового состава по сечению канала.

Наиболее широкое распространение для получения количественного значения расхода твердой фазы пульпы получил метод, основанный на совместной работе двух приборов — плотномера и расходомера. Измерить плотность пульпы можно методами, основанными на:

• определении массы известного объема пульпы (весовой, ареометрический, манометрический);

• определении ослабления энергии механических или электромагнитных волн (ультразвуковой, электромагнитный, оптический);

• определении магнитных или электрических свойств пульпы (магнитометрический, кон-дуктометрический, диэлькометрический). Измерение расхода пульпы можно осуществить, используя электромагнитный расходомер или расходомер переменного перепада давления.

Наиболее широкое распространение в качестве плотномера приобрел прибор, работающий на радиоизотопном принципе действия, а в качестве расходомера — электромагнитный расходомер. Сочетание этих двух приборов хорошо зарекомендовало себя в системах измерения расхода твердой фазы пульпы на землеснарядах Beaver, выпускаемых концентром IHC (Нидерланды), и на горнообогатительных комбинатах в системах гидротранспорта.

Известно, что показания электромагнитного расходомера сильно зависят от распределения эпюры скорости потока и электропроводности измеряемой среды по сечению канала. Пульпы, имеющие размер частиц более 0,5 мм и транспортируемые при низких скоростях, как правило, имеют нарушение осевой симметрии скорости потока и, как следствие, изменение электропроводности среды по сечению канала. Осевая асимметрия скоростного поля тесно связана с неравномерным распределением концентрации взвеси по вертикали трубопровода и обусловлена тормозящим влиянием нижних, насыщенных твердыми частицами, слоев потока. Степень такой асимметрии может быть различной в зависимости от крупности, плотности и средней концентрации транспортируемых твердых частиц, а также от средней скорости движения гидросмеси. Поэтому использование электромагнитных расходомеров (ЭМР) с общепромышленным принципом построения в этом случае невозможно. Для обеспечения требуемой точности измерения расхода пульпы необходимо доработать конструкцию ЭМР и усложнить алгоритм обработки сигнала, дополнительно используя сигнал, характеризующий изменение кинематической структуры потока и его фазового состава.

Получить информацию о кинематической структуре потока и изменении его фазового состава по сечению канала можно, используя параметр подобия структуры потока. Данный параметр определяется из разности потенциалов, снимаемых с

электродов первичного преобразователя электромагнитного расходомера в диагностическом режиме измерения. Иными словами, ЭМР должен работать в двух режимах измерения:

• в режиме измерения скорости потока (стационарном режиме), применяемом в ЭМР общепромышленного назначения, когда в канале первичного преобразователя создается антисимметричное магнитное поле относительно линии, соединяющей электроды, чувствительное к изменению скорости потока;

• в диагностическом режиме, при котором в канале ЭМР формируется электромагнитное поле, характеризующееся высокой степенью неоднородности по сечению канала, и симметричное относительно линии, соединяющей электроды; при этом разложении вектора напряженности данного поля на пространственные гармоники в нем будут содержаться только четные гармоники.

Один из способов формирования симметричного магнитного поля — встречное включение индукторных катушек ЭМР общепромышленного типа. При равномерном распределении электропроводности среды по сечению канала и симметричной относительно оси канала трубопровода эпюры скорости потока, разность потенциалов на электродах первичного преобразователя равна нулю. При нарушении симметрии эпюры скорости потока или распределения электропроводности на электродах возникает разность потенциалов, характеризующая данное изменение. Математическое описание данного явления рассмотрена в работе [1].

Метод измерения параметра подобия структуры потока имеет тот недостаток, что мерой является сигнал, индуцированный между электродами, который имеет низкий уровень напряжения

_3 _с

порядка 10 —10 с В. Измерение сигналов такой невысокой величины представляет известные трудности.

Параметр подобия структуры потока можно определить, исходя из положения поверхности нулевого потенциала в измерительном сечении канала первичного преобразователя ЭМР. В случае равномерного распределения электропроводности среды по сечению канала и осесимметрич-ном профиле скорости потока при симметричном магнитном поле распределение потенциалов в канале имеет две поверхности нулевого потенциала. Положение этих поверхностей совпадает с двумя осями трубопровода — горизонтальной, проходящей через ось электродов, и перпендикулярной ей вертикальной осью. При нарушении симметрии эпюры скорости потока пульпы и изменении распределения электропроводности по

сечению канала вследствие роста скорости потока в верхнем сечении трубопровода происходит перераспределение потенциалов в канале и на электродах первичного преобразователя образуется разность потенциалов, характеризующая произошедшие изменения.

Данная разность потенциалов на электродах возникает из-за смещения горизонтальной оси поверхности нулевого потенциала. Увеличивая ток возбуждения в нижней катушке первичного преобразователя или уменьшая ток в верхней катушке при их встречном включении, можно добиться, чтобы разность потенциалов на электродах равнялась нулю. Мерой изменения параметра структуры потока в этом случае будет служить отношение токов питания нижней катушки возбуждения к току питания верхней. Указанные токи имеют величину порядка 0,1...1,0 А, измерение отношения токов такой величины не представляет трудностей [2].

Чувствительность прибора зависит от скорости потока, но так как двухфазные пульпы перекачиваются по трубопроводам с высокими скоростями, чувствительность прибора оказывается достаточна высокой.

Разность потенциалов на электродах преобразователя расхода 1 всегда можно представить в виде интеграла

1 =

| @т ?[% х :],

(1)

где интегрирование распространяется по всему объему канала т, V — скорость потока жидкости, В — индукция магнитного поля, : = дс/д Г, :— весовая функция, с-функция Грина, г — радиус-вектор.

Для двумерной задачи о распределении электрического потенциала в жидкости, протекающей в магнитном поле по трубопроводу кругового сечения, имеем:

1 2я

м (р, ф) = | р @ р | @ ф - В (р, ф)го/^( р, р) х

0 0

х #(р, ф, Ф _ ф ),

(2)

где

^ соеП(Ф - ф)

#(р, р, Ф _ Ф) =

— Л = —П = 1

п

/Лп / РЛп

Р I 81еп( ф _ р) + £-1 81еп(р _ р) +

I р ) I р)

р р

(3)

12

Зепэогэ & Sysíems • № 5.2005

Рис. 1. Профиль эпюры скорости, заданной в виде (4), и линии равного

значения

Электроды

-0,8' -0,6' -0,4' -0,2' 0' 0,2' 0,4' 0,6' 0,8'

Y + 1

Ll

0,8

Смещение ' линии 1 нулевого потенциала

Jf

0,4 0\-0/4 -0,8 Линии нулевого птенциала а)

0,8 0,4 0 -0,4 -0,8

б)

Рис. 2. Расчетное распределение потенциалов в сечении канала:

а — осесимметричный профиль скорости; • — асимметричный профиль скорости

Используя формулы (2), (3) рассмотрим смещение поверхности нулевого потенциала на примере изменения профиля скорости многофазного потока пульпы. Ограничимся рассмотрением плоскости, проходящей через электроды, т. е. имеющей координату V = 0. В данном случае поверхность нулевого потенциала представлена в виде линии нулевого потенциала.

На рис. 1 представлен один из возможных профилей скорости многофазного потока с явно выраженной асимметрией. Аналитически данный профиль скорости в полярных координатах описывается выражением вида:

и(р, ф) = (1 - р) + т(1 - р) sin(M)

(4)

где п = 4, т = —0,9, к = 5 — параметры, характеризующие гидродинамический режим потока.

Если в трубопроводе скорость транспортировки пульпы достаточно высока и расслоения

структуры не происходит, то в первом приближении можно говорить, что эпюра скорости многофазного потока осесимметрична и имеет форму параболы, центр которой совпадает с осью трубопровода и описывается вы-

1

ражением вида и(р, ф) = (1 - р)п, где п = 7 y 9.

На рис. 2 показана картина распределения потенциалов в сечении v = 0 при двух профилях потока — осесим-метричном и асимметричном. Из рис. 2 видно, что появление ярко выраженной асимметрии эпюры скорости потока приводит к смещению поверхности нулевого потенциала и образованию на электродах первичного преобразователя разности потенциалов. В случае осе-симметричного профиля скорости потока смещения горизонтал

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»