Общие сведения.

Во многих отраслях современной промышленности, осуществляющих переработку сыпучих материалов, требуется подача этих материалов либо в виде непрерывного потока, либо в виде отмеренных порций – доз по весу или объему. Дозирование сыпучих материалов определяет заданное количество компонентов в смеси этих материалов. Дозирование широко применяется в химической, металлургической, строительной, пищевой, промышленности удобрений и производстве пластмасс и резинотехнических изделий. Можно утверждать, что процессы дозирования в том или ином виде применяются почти в каждой отрасли производства.

В частности, высокопроизводительная и надежная работа непрерывнодействующих измельчителей, классификаторов, сепараторов в значительной мере зависит от равномерного во времени и равномерного по рабочей зоне питания этих технологических аппаратов исходным сырьем. При нарушении режима регулярного питания технологические аппараты могут либо оказаться под завалом при избыточном питании, либо работать с низким КПД при недостатке питания.

Дадим определения двум принципиальным типам специальных технических устройств, обеспечивающим регулярное и равномерное питание вышеперечисленных аппаратов – питателям и дозаторам.

Питатель – устройство для равномерной и регулируемой подачи насыпных или штучных материалов из бункеров, загрузочных емкостей и других загрузочных устройств к транспортирующим машинам и перерабатывающим аппаратам.

Дозатор – устройство, предназначенное для автоматического отмеривания заданной дозы сыпучего материала по массе или объему, а также штучных материалов и автоматической подачи отмеренных доз или штучных материалов на дальнейшую переработку. Дозатор включает в себя, как правило, питатель и систему автоматического регулирования по параметру дозирования, состоящую из датчика измерения этого параметра, устройства управления и исполнительного механизма.

Перед подробным знакомством с конструкциями питателей и дозаторов рассмотрим некоторые вопросы оценки качества дозирования.

В общем случае качество дозирования оценивается на основании замера отбираемых проб из потока материала на выходе питателя при стационарном режиме его работы. При этом отбор пробы из потока осуществляется в течение некоторого отрезка времени ∆t. Чем меньше ∆t, тем точнее можно оценить качество дозирования. Однако уменьшение ∆t связано с возрастанием нечеткости отсечки отбираемой пробы по времени. В соответствии с установившейся практикой обычно для промышленных питателей ∆t принимается равным ­­­­ 1 – 3 мин.

Рассмотрим поток сыпучего материала рис.226.

Рис.226. Схема потока сыпучего материала.

Выделим из потока некоторый элемент объема сечениями 1-1 и 2-2, соответствующим выдаче материала питателем за промежуток времени ∆t.

Количество материала в этом элементе (дозе) равно

, j

где G_g – количество материала (объем или масса) в дозе, выдаваемой питателем за время ∆t;

G(t) – функция расхода материала в потоке (по объему или массе).

Тогда точность дозирования может быть выражена соотношением:

, k

где G_ф – фактическая величина дозы за промежуток времени ∆t, определяемая уравнением j;

∆_доп – допускаемое отклонение G_ф от G_g при интервале времени ∆t.

Величина ∆_доп определяется исходя из требований технологического процесса. Метрологический анализ непрерывных потоков сыпучих материалов, создаваемых питателями, показывает, что полно описать эти потоки можно только с помощью случайных функций, т.к. мгновенные значения функции G(t) также являются случайными величинами. При этом питатель должен обеспечить выдачу потока сыпучего материала, который описывается стационарной случайной функцией, т.е. функцией, вероятностные характеристики которой (математическое ожидание m_x(t), дисперсия D_x(t) и корреляционная функция K_k(t_k, t_kt1) не зависят от t).

Поскольку G(t) является случайной функцией, случайной функцией является также и разность . Поэтому все параметры дозирования (производительность, погрешность и т.п.) находят статистическими методами. Оценка производительности по формуле усреднения:

, l

где Ĝ – среднее арифметическое значение массы всех проб при выбранном интервале ∆t;

n – общее число проб (репрезентативно n=25…50).

Относительная погрешность δ:

, m

где ∆_ср – среднее значение разности (G_i – Ĝ) при выбранном интервале ∆t;

G_i – значение объема или массы в i-той дозе.

Значение ∆_ср можно подсчитать по формуле:

. n

В ряде случаев погрешность дозирования оценивается коэффициентом вариации V_∆t:

. o

Необходимо отметить, что в большинстве каталогов и справочников на питатели указывается значение относительной погрешности δ без указания интервала времени отбора пробы ∆t, что делает значение δ трудноиспользуемым. В действительности, оценка Ĝ, δ и V в значительной степени зависит от ∆t. Чем больше промежуток времени ∆t, тем меньше колеблется разность . На практике отбор доз сыпучего материала при оценке погрешности дозирования может производиться тремя способами (см. рис.1).

1) Промежутки ∆t следуют друг за другом.

2) Между отдельными ∆t существует постоянный промежуток времени ∆t_const.

3) Промежуток времени ∆t_var между отборами отдельных доз случаен.

Теоретический анализ точности воспроизведения случайного сигнала по экспериментальным замерам в многочисленных экспериментальных исследованиях показал, что наилучшим среди этих способов является способ 3.