Устройство автоматического контроля толщины слоя пены и уровня пульпы в камере флотомашины

 

Устройство автоматического контроля толщины слоя пены и уровня пульпы в камере флотомашины относится к горному делу, а более конкретно к автоматизации процессов пенной флотации продуктов, и может быть использовано на автоматизированных флотомашинах на углеобогатительных, железорудных, полиметаллических и других обогатительных фабриках с мокрыми способами обогащения горного сырья. Сущность изобретения заключается в том, что устройство автоматического контроля толщины слоя пены и уровня пульпы в камере флотомашины, содержащее подвешенный на гибкой нити поплавок и индикаторы пульпы и толщины слоя пены, снабжено вторым подвешенным на гибкой нити поплавком, причем гибкие нити выполнены в виде эластичных растягивающихся шнуров с сердцевиной в виде петли из токопроводящей резины, размещенной в изоляционную эластичную упругую оболочку, например, из резины или латекса, модули упругости нитей и плотности поплавков выполнены из условия нахождения первого поплавка на границе пены и пульпы, а второго поплавка - на границе пены и воздуха, индикатор уровня пульпы выполнен в виде омметра, индикатор толщины слоя выполнен в виде второго омметра и измерителя разности, при этом петли из токопроводящей резины соединены с входами омметров, выходы которых соединены с входами измерителя разности. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к автоматизации процессов пенной флотации продуктов, и может быть использовано на автоматизированных фтоломашинах на углеобогатительных, железорудных, полиметаллических и других обогатительных фабриках с мокрыми способами обогащения горного сырья.

Известно устройство автоматического контроля высоты слоя пены и уровня пульпы в камере флотационной машины, содержащее первые реверсивный электродвигатель и измерительный прибор, основной барабан с кабель-тросом, на свободном конце которого закреплен датчик уровня пульпы, подключенный к входу первого усилителя, выход которого соединен с первым реверсивным электродвигателем, кинематически соединенным с основным барабаном, установленным над камерой флотационной машины с возможностью вращения, преобразователь угла поворота основного барабана кинематически соединен с ним и подключен к первому измерительному прибору, в котором для повышения точности устройство снабжено дополнительным барабаном с кабель-тросом и датчиком уровня пены, закрепленным на свободном конце, вторым измерительным прибором, усилителем, реверсивным электродвигателем, а также преобразователем угла поворота дополнительного барабана, при этом последний и второй реверсивные двигатели размещены в основном барабане и кинематически соединены с дополнительным барабаном, а датчик уровня пены соединен с входом второго усилителя, выход которого подключен к второму реверсивному электродвигателю, причем выход преобразователя угла поворота дополнительного барабана подключен к второму измерительному прибору [1] .

Недостатком известного устройства является низкая оперативность контроля толщины и уровня.

Известно устройство автоматического контроля толщины слоя пены и уровня пульпы в камере флотомашины, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде гибкой нерастяжимой нити с поплавком, соединенный с механизмом его перемещения, индикаторы уровня пульпы и толщины слоя пены, которые для повышения точности и оперативности контроля снабжено измерительными преобразователями емкости и угловых перемещений, выходы которых подключены соответственно к индикаторам толщины слоя пены и уровня пульпы, а гибкая нерастяжимая нить выполнена из электропроводящего гидрофобизированного материала и электрически соединена с измерительным преобразователем емкости, при этом выход измерительного преобразователя угловых перемещений подключен к механизму перемещений чувствительного элемента [2] .

Недостатками известного устройства являются низкая точность контроля, низкая оперативность контроля и низкая надежность работы устройства по внезапным отказам из-за высокой сложности.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет увеличения чувствительности, повышение оперативности контроля за счет исключения следящей за уровнем системы и повышение надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения.

Цель достигается тем, что устройство автоматического контроля толщины слоя пены и уровня пульпы в камере флотомашины, содержащее подвешенный на гибкой нити поплавок и индикаторы уровня пульпы и толщины слоя пены, снабжено вторым подвешенным на гибкой нити поплавком, причем гибкие нити выполнены в виде эластичных растягивающихся шнуров с сердцевиной в виде петли из токопроводящей резины, помещенной с изоляционную эластичную упругую оболочку, например и резины или латекса, модули упругости нитей и плотности поплавков выполненные из условий нахождения первого поплавка на границе пены и пульпы, а второго поплавка на границе пены и воздуха, индикатор уровня пульпы выполнен в виде омметра, индикатор толщины слоя выполнен в виде второго омметра и измерителя разности, при этом петли из токопроводящей резины соединены с входами омметров, выходы которых соединены с входами измерителя разности.

Изобретательский акт при создании устройства заключается в преодолении технического противоречия, сущность которого состоит в следующем. При обычном инженерном проектировании (в отличие от изобретательства) для повышения точности усложняют устройство для получения помехоустойчивых сигналов, вводят дополнительные блоки для получения корректирующих сигналов, используют прецизионные блоки, детали и узлы, но всегда при этом снижается надежность в работе устройства. С другой стороны, для повышения надежности упрощают отдельные блоки и узлы, исключают ненадежные движущиеся механизмы, исключают стабилизаторы и термостаты, но при этом неизбежно снижается точность контроля. Для повышения оперативности контроля обычно используют быстродействующие схемы и механизмы, используют параллельную обработку информации, но при этом уменьшается точность и снижается надежность работы. В настоящем устройстве это техническое противоречие преодолено - повышены точность и надежность в работе и оперативность контроля одновременно. Для преодоления этого технического противоречия необходимы и достаточны следующие отличительные признаки устройства: 1) второй подвешенный на гибкой нити поплавок; 2) гибкие нити выполнены в виде эластичных растягивающийся шнуров с сердцевиной в виде петли из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную эластичную упругую оболочку, например из резины или латекса; 3) модули упругости нитей и плотности поплавков выполнены из условий нахождения первого поплавка на границе пены и пульпы, а второго поплавка на границе и воздуха; 4) индикатор уровня пульпы выполнен в виде омметра; 5) индикатор толщины слоя пены выполнен в виде второго омметра и измерителя разности; 6) петли из токопроводящей резины соединены с входами двух омметров; 7) выходы омметров соединены с входами измерителя разности. Первый признак известен по отдельности сам по себе (например, из прототипа), хотя он никогда ранее не служил для преодоления технического противоречия. Остальные 6 признаков неизвестны даже сами по себе по отдельности и тем более они не могли служить ранее для преодоления технического противоречия. Все 7 отличительных признаков сформулированы в смысле возможности видоизменения их конкретного выполнения для осуществления ими однозначно заданных функций и одновременно они сформулированы конкретно в смысле выполнения предписанной им роли в контроле пены и пульпы. Поэтому заменить любой из 7 отличительных признаков на эквивалентный невозможно. Из приведенного ниже описания устройства с однозначностью следует, что при исключении любого из 7 отличительных признаков техническое противоречие не будет преодолеваться. Поэтому совокупность отличительных признаков соответствует критериям "Новизна" и "Существенные отличия", а устройство соответствует изобретательскому уровню.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства (для лучшего показа конструкции осевые сечения нитей даны в увеличенном в поперечном направлении масштабе).

Устройство автоматического контроля толщины слоя пены 1 и уровня 2 пульпы 3 в камере флотомашины содержит подвешенный на гибкой нити 4 поплавок 5 и индикаторы уровня пульпы 6 и толщины слоя пены 7 и 8.

Устройство снабжено вторым подвешенным на гибкой нити 9 поплавком 10. Гибкие нити 4 и 9 выполнены в виде эластичных растягивающихся шнуров с сердцевинами 11 и 12 в виде петли из токопроводящей резины, помещенными с изолирующие оболочки 13 и 14 из упругого эластичного изоляционного материала, например резины или латекса. Модули упругости нитей 4 и 9 и плотности поплавков 5 и 10 выполнены из условий нахождения первого поплавка 5 на границе уровня 2 пены и пульпы 3, а второго поплавка 10, - на границе 15 пены 1 и воздуха. Индикатор 6 уровня пульпы выполнен в виде омметра. Индикатор 7 толщины слоя пены выполнен в виде второго омметра (7) и измерителя (8) разности 8. Петли (11 и 12) из токопроводящей резины соединены с входами омметров (6 и 7), выходы которых соединены с входами измерителя 8 разности. Петли (11 и 12) изолированы друг от друга изоляционными прокладками 16 и 17. Верхние концы нитей 4 и 9 прикреплены к неподвижным относительно флотомашины кронштейнам 18 и 19. Поплавки 5 и 10 для регулировки их плотности состоят из заполненных 20 и 21 и пустотелых 22 и 23 частей. Концы петель (11 и 12) снизу изолированы от поплавков 5 и 10.

Устройство работает следующим образом.

На первый поплавок 5, находящимся в пульпе 3 с удельным весом P_п, одновременно действуют три силы: сила деформации (растяжения) нити 4, направленная вверх и численно равная произведению жесткости нити К₁на удлинение нити Δ l₁, равная величине F_д1 = К₁ Δ l₁; сила веса поплавка F_в1, направленная вниз и численно равная произведению удельного веса поплавка P_л1 на его объем V₁, т. е. численно равная F _в1 = P_л1 V₁; выталкивающая поплавок сила, направленная вверх и численно равная произведению удельного веса пульпы P_п на объем поплавка V₁, т. е. численно равная F_т1 = P_п V₁. Равенство F_в1 = F _д1 + F_т1 (1) позволяет поплавку находиться в показанном на чертеже положении.

На второй поплавок 10, находящийся в пене с удельным весом P_н, одновременно действуют три силы: сила деформации (растяжения) нити 9, направленная вверх и численно равная произведению жесткости нити К₂ на удлинение нити Δ l₂, т. е. равная величине F_д2 = K₂ Δ l₂; сила веса поплавка 10 F_в2, направленная вниз и численно равная произведению удельного веса поплавка P_л2 на его объем V₂, т. е. численно равная F_в2 = P_л2 V₂; выталкивающая сила, направленная вверх и численно равная произведению удельного веса пены P_н на объем поплавка V₂, т. е. численно равная F_т2 = P_н V₂. Равенство F_в2 = F_д2 + F_т2 (2) позволяет поплавку 10 находиться в показанном на чертеже положении.

Ввиду выполнения равенства (1) в любой момент времени поплавок 5 находится в показанном на чертеже положении так, что при опускании вниз границы пульпы и пены 2 поплавок 5 также опускается, а при подъеме границы поднимается и поплавок 5. Поэтому в любой момент времени поплавок 5 отслеживает положение границы раздела пульпы 3 и пены, а длина петли (11) в любой момент времени будет являться однозначной мерой уровня пульпы в камере флотомашины.

Нить 4 работает в пределах упругих деформаций, чтобы поплавок 5 в любой момент времени в соответствии с уравнением (1) находился в показанном на чертеже положении. Сопротивление путем (11) прямо пропорционально удельному сопротивлению ρ электропроводной резины, из которой изготовлена жила, длине жилы l и обратно пропорционально поперечному сечению жилы S, т. е. равно R = ρ l/S. (3) Так как нить 4 и петля (1) работают в пределах упругих деформаций, то объем нити и жилы в любой момент времени при любых растяжениях или сокращениях при подъеме поплавка 5 будет оставаться постоянным. Поэтому с увеличением длины петли (11) от l до 2l ее поперечное сечение уменьшится от S до 0,5 S и в результате согласно (3) сопротивление жилы увеличится уже в 4 раза. Если же петля (11) удлинится в n раз от l до nl, то сечение уменьшится от S до S/n, а сопротивление R согласно (3) увеличится уже в n² раз. Поэтому в любой момент времени сопротивление петли (11) будет увеличиваться пропорционально квадрату ее удлинения. Подсоединенный к концам петли (11) омметр (6) будет в любой момент времени показывать сопротивление петли (11), которое является однозначной мерой уровня пульпы в камере флотомашины. Причем чувствительность омметра к уровню пульпы по сравнению с известными средствами измерения уровня по длине будет увеличена в 2 раза при двухкратном удлинении петли (11), в 3 раза при трехкратном удлинении жилы и будет увеличена в n раз при n-кратном удлинении жилы. Только за счет увеличения чувствительности точность контроля уровня пульпы будет увеличена для общего случая в n раз, где n-кратность удлинения петли (11) при изменении уровня пульпы.

Нить 9 аналогично работает в пределах упругих деформаций, чтобы поплавок 10 в любой момент времени находился на границе раздела пены и воздуха. Поэтому сопротивление петли (12), как и петля (11) будет изменяться в соответствии с формулой (3) и ее сопротивление в любой момент времени будет изменяться пропорционально квадрату удлинения жилы. Поэтому омметр (7) будет в любой момент времени показывать сопротивление петли (12) и, следовательно, положение поплавка 10 на границе раздела пены и воздуха.

Сигналы с выходов омметров (6 и 7) поступают на входы измерителя 8 разности, который в любой момент времени будет показывать разность сопротивлений петель (11 и 12) и, следовательно, будет показывать разность уровней пульпы и пены, т. е. индицировать толщину d слоя пены. Причем чувствительность измерителя 8 разности к толщине слоя пены d также будет увеличена в n раз, где n - кратность удлинения одной или одновременно обеих жил.

Градуировка устройства по приведению в однозначное соответствие показаний омметра (6) со значениями уровня пульпы 3 и измерителя 8 разности со значениями толщины слоя пены d может быть проведена любым способом, причем результаты градуировки не зависят от способа градуировки. Неэффективный способ градуировки может принести только к увеличению трудоемкости градуировки. Градуировка может быть проведена, например, одним из описанных в книге Онищенко А. М. Оптимизация приборов для контроля состава вещества. М. : Машиностроение, 1990, с. 14-28, 155-156, 251-156.

Техническими преимуществами устройства по сравнению с прототипом являются: увеличение точности контроля за счет увеличения чувствительности; повышение оперативности контроля за счет исключения следящей за уровнем системы; повышение надежности в работе по внезапным отказам за счет упрощения путем исключения сложной и дорогой следящей за уровнем системы, преобразователей емкости и угловых перемещений; снижение стоимости за счет упрощения.

Из приведенного выше описания видно, что для одновременного получения всех этих преимуществ необходимы все ограниченные и отличительные признаки настоящего устройства. Несущественными для преодоления технического противоречия являются кронштейны 18 и 19, выполненные регулируемыми по удельному весу поплавков 5 и 10 с помощью пустотелых 22 и 23 и заполненных 20 и 21 частей. Эти признаки не служат непосредственно для определения технического противоречия, а являются лишь необходимыми для обеспечения работоспособности устройства. Поэтому все эти признаки (18-23) не включены в формулу изобретения.

За счет упрощения стоимости устройства снижена более чем на 200 руб. при выпуске 200 устройств в год экономический эффект только за счет удешевления составит 40000 руб.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1331568, кл. B 03 D 1/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1313512, кл. B 03 D 1/00, 1985.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ ПЕНЫ И УРОВНЯ ПУЛЬПЫ В КАМЕРЕ ФЛОТОМАШИНЫ, содержащее подвешенный на гибкой нити поплавок и индикаторы уровня пульпы и толщины слоя пены, отличающееся тем, что оно снабжено вторым подвешенным на гибкой нити поплавком, причем гибкие нити выполнены в виде эластичных растягивающихся шнуров с сердцевиной в виде петли из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную эластичную упругую оболочку, например из резины или латекса, модули упругости нитей и плотности поплавков выполнены из условий нахождения первого поплавка на границе пены и пульпы, а второго поплавка - на границе пены и воздуха, индикатор уровня пульпы выполнен в виде первого омметра, индикатор толщины слоя - в виде второго омметра и измерителя разности, при этом петли из токопроводящей резины соединены с входами омметров, выходы которых соединены с входами измерителя разности.

РИСУНКИ

Рисунок 1