Спосіб виміру чинника форми часток твердого сипкого тіла

Реферат: Спосіб виміру чинника форми часток твердого сипкого тіла, в якому проводять ситовий аналіз за допомогою двох наборів сит - набору сит з квадратними осередками розміром Ai і набору сит з круглими осередками діаметром Di і будують дві ситові характеристики в одній системі координат, вибирають потрібний розмір часток - ai, для нього на ситовій характеристиці, що отримана для сит з квадратними осередками, знаходять відповідний повний залишок, за яким на ситовій характеристиці, що отримана для сит з круглими осередками, визначають відповідний цьому залишку діаметр осередку Di, а далі визначають чисельне значення чинника форми Ki: Ki= Di / Ai. Винахід забезпечує вимір чинника форми часток сипкого тіла, що підвищує точність визначення форми частинок. UA 116063 C2 (12) UA 116063 C2 UA 116063 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб належить до дослідження сипких матеріалів шляхом виміру форми часток і може бути використаний для виміру чинника форми подрібненого твердого тіла, перетвореного на сипкий матеріал, таких як, наприклад, пісок, гравій, подрібнене тверде паливо, різні сипкі матеріали у сфері будівництва, виробництва будівельних матеріалів, спорудження доріг, енергетики, будівництва портових споруд, зміцнення берегових ліній і т.д. Відомий метод для визначення діаметра часток, що знаходяться в зваженому стані в рідині з використанням когерентного електромагнітного випромінювання (Патент ЕР0035437, опубл. 1981-09-09), в якому промінь випромінювання направляють безпосередньо на частку, а діаметр частки визначають з використанням коефіцієнта відношення енергії, що розсіюється в цьому напрямі, і енергії, що падає. Недоліком цього відомого способу є той факт, що цей спосіб не дозволяє робити вимір форми часток, а може бути використаний лише для визначення їх діаметра, що робить його непридатним для виміру чинника форми часток сипкого твердого тіла. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, по технічній суті, призначенню, результату, що досягається, і вибраним як прототип є Цифровий динамічний аналіз цифрового зображення окремих часток (Сайт Фірми "Лабоимпэкс", Інтернет-посилання: http://laboimpex.ru/catalogue.php?action=information&id=12&cat_part=1), в якому здійснюють подачу твердого сипкого тіла, аналізують форму часток. Відповідно до цього відомого способу, форму часток аналізують на підставі 3D-технології візуалізації зображень для виміру і надання інформації як про розмір, так і про форму часток порошків і гранул. Незважаючи на те, що в цьому відомому способі зроблена спроба аналізу форми часток сипкого тіла, він непридатний для виміру чинника форми, оскільки здійснювана в ньому оцінка, як відомо, є суб'єктивною, і лише вимір є об'єктивним. Отже, недоліком цього способу є неможливість виміру форми часток, оскільки з його допомогою вимірюють розмір і отримують лише деяку статистичну інформацію про форму, тобто проводять оцінку статистичних характеристик форми часток, а не її вимір, а також проводять аналіз лише окремих часток, а не усього сипкого тіла. Задачею, яку поставлено в основу винаходу, є створення способу виміру чинника форми часток твердого сипкого тіла. Поставлена задача вирішується тим, що згідно зі способом виміру чинника форми часток твердого сипкого тіла, який заявляється, здійснюють подачу твердого сипкого тіла, аналізують форму часток. Згідно з винаходом, проводять ситовий аналіз за допомогою двох наборів сит набору сит з квадратними осередками розміром A i і набору сит з круглими осередками діаметром D i і будують дві ситові характеристики в одній системі координат. Після цього вибирають потрібний розмір часток - ai , для цього на ситовій характеристиці, що отримана для сит з квадратними осередками, знаходять відповідний повний залишок, за яким на ситовій характеристиці, що отримана для сит з круглими осередками, визначають відповідний цьому залишку діаметр осередку D i . Далі вимірюють (визначають чисельне значення) чинник форми K i для часток вибраної розмірної фракції як відношення знайденого значення D i до розміру квадратного осередку сита A i , який дорівнює вибраному раніше розміру часток засипки ai : D Ki  i Ai . У пропонованому способі вирішується задача виміру чинника форми часток сипкого тіла шляхом розробки оригінального способу об'єктивного виміру (визначення чисельного значення) чинника форми часток засипки. Запропонований спосіб служить для безпосереднього об'єктивного виміру чинника форми часток засипки в широкому діапазоні зміни їх розміру і властивостей. Спосіб полягає у визначенні дослідним шляхом функції a  Ф(b) для часток засипки - функції, що однозначно характеризує їх форму, де a - розмір сторони перерізу частки у формі куба або діаметр перерізу частки у формі кулі, b - розмір діагоналі перерізу частки у формі куба. Винахід пояснюється фігурами, де на Фіг. 1 показано форму і розміри перерізів часток засипки у формі куба; на Фіг. 2 - форму і розміри перерізів часток засипки у вигляді кулі; на Фіг. 3 - форму і розміри часток з проміжною у відношенні до перших двох випадків формою; на Фіг. 4 ситові характеристики засипки з частками у формі куба; на Фіг. 5 - ситові характеристики засипки з частками у вигляді кулі; на Фіг. 6 - ситові характеристики засипки з частками проміжної форми. 1 UA 116063 C2 5 10 Спосіб здійснюють наступним чином. Спочатку пробу сипкого тіла розсівають на стандартних наборах сит (ДСТУ ISO 3310-1:2007) - наборі сит з квадратними осередками розміром A i і наборі сит з круглими осередками діаметром D i . При цьому використовують відомий у світовій практиці метод ситового аналізу (тобто дослідження гранулометричного складу) сипкого тіла (див., наприклад, Ромадин В.П. Пылеприготовление. - М.-Л.: Госэнергоиздат., 1953. - 519 с). Визначають окремі залишки на ситах. Потім розраховують відповідні повні залишки R i на ситах і будують ситові характеристики (залежність повного залишку R i від розміру осередків сит - A i , D i і, відповідно, розміру часток ai - розміру сторони перерізу частки у формі куба або діаметра перерізу частки у форми кулі),- отриману на наборі сит з квадратними осередками - ( A ) і отриману на наборі сит з круглими осередками - f (D) . Зазначені ситові характеристики поєднують в одній системі координат R  F( A i ,Di , ai ) . Далі вимірюють чисельне значення коефіцієнта (чинника) форми часток досліджуваного сипучого тіла (засипки). Для цього вибирають потрібний розмір часток - ai . Відкладають його на 15 осі абсцис. Цей розмір дорівнює розміру квадратного осередку сита A i . З цієї точки будують перпендикуляр до ситової характеристики, отриманої для сит з квадратними осередками ( A ) . Точка перетину показує повний залишок - R i на ситі з квадратними осередками розміром A i . З цієї точки проводять горизонталь до ситовий характеристики, отриманої для сит з круглими осередками f (D) . З точки перетину опускають перпендикуляр на вісь абсцис і отримують на ній 20 діаметр круглого осередку сита D i . Коефіцієнт (чинник) форми (його чисельне значення) K i для часток вибраної розмірної фракції дорівнює відношенню знайденої абсциси D i до розміру квадратного осередку сита A i , який дорівнює обраному раніше розміру часток засипки ai : D Ki  i Ai . 25 30 35 40 45 Усереднена форма маси часток конкретної природної засипки є характерною і може розглядатися як властивість (характеристика) цієї засипки. Ідеалізована частка характерної форми може бути представлена у вигляді тіла, поверхня якого утворена площинами і округленими за певним радіусом гранями і вершинами. Кожна з реальних часток конкретної засипки окремо, природно, відрізняється від ідеалізованої частки. В масі своїй (статистично) ці частки проявляють властивості (що залежать від їхньої форми) такі ж самі, як властивості маси уявних, ідеалізованих часток характерної форми. Ця обставина привертає інтерес до форми ідеалізованих, гіпотетичних часток, в масі еквівалентних за своїми властивостями до реальної засипки. Запропонований спосіб служить для безпосереднього об'єктивного виміру чинника форми часток засипки в широкому діапазоні виміру їх розмірів та властивостей. Спосіб полягає у визначенні дослідним шляхом функції a  (b) для часток засипки функції, що однозначно характеризує їх форму, де a - розмір сторони перерізу частки у формі куба або діаметр перерізу частки у формі кулі, b - розмір діагоналі перерізу частки у формі куба (Фіг. 1-2). Знаходження зазначеної функції для засипки з частками проміжної форми (Фіг. 3) повинно бути виконане як статистичне рішення задачі виміру розмірів а і b в одному з перерізів кожної з усієї маси часток. У відповідності до розробленого способу виміру-розмірів a і b усіх часток здійснюється за допомогою спеціального ситового аналізу засипки. Цей оригінальний ситовий аналіз проводиться з використанням набору сит з квадратними осередками і набору сит з круглими осередками. При розсіві на ситах з квадратними осередками отримують ситову характеристику ( A ) , де A - розмір квадратного осередку сита, при розсіві на ситах з круглими осередками - ситову характеристику f (D) , де D - діаметр круглого осередку сита. 2 UA 116063 C2 5 Засипка з частками у формі куба має ситові характеристики (Фіг. 4), розташовані один від одного на максимальній відносній відстані (віддаленні) вздовж осі A  D - осі абсцис. При цьому рівні повні залишки R i , на ситах з круглими і ситах з квадратними осередками виходять при співвідношеннях розмірів їх осередків Di bk   1 41 , A i ak , де D i - діаметр круглого осередку сита, а A i - розмір квадратного осередку сита; b k - розмір діагоналі перерізу частки у формі куба, а a k - розмір сторони перерізу частки у формі куба. 10 15 Ця особливість зберігається протягом усього діапазону розмірів осередків А мін  А макс . D K i A i , для часток у формі куба на Чинник форми, який характеризується відношенням , всьому діапазоні їх розмірів має постійне і граничне (максимальне) значення K  141 (Фіг. 4). Засипка з частками у формі кулі має ситові характеристики (Фіг. 5), що співпадають одна з одною в усьому діапазоні розмірів осередків сит, оскільки повний залишок на ситі кулястих часток є однаковим для сит з круглими і сит з квадратними осередками однакового розміру ( A  D) : Di a ш   100 , A i aш , 20 де а ш - розмір сторони перерізу частки у формі кулі. Чинник К для часток у форми кулі в усьому діапазоні їх розмірів має постійне і граничне , (мінімальне) значення К  100 (Фіг. 5). Засипка з частками форми, проміжної між формою куба і формою кулі, тобто форми у вигляді куба зі округленими гранями і вершинами, має ситові характеристики (Фіг. 6), відносна відстань між якими вздовж осі А  D визначається формою часток, тобто bnp Di  F(K )   1 41  100 , , Ai anp , де F(K ) - функція коефіцієнта форми частки K .; b np - розмір діагоналі перерізу частки 25 проміжної форми, а a np - розмір сторони перерізу частки проміжної форми. При цьому відносна відстань між кривими ( A ) і f (D) вздовж осі A  D менша ніж відстань між аналогічними характеристиками засипки з частками у форми куба, що мають однакову характеристику f (D) з розглянутою засипкою. Чинник K часток форми, проміжної між формою куба і формою кулі, має чисельне значення: 100  K  141, , , 30 35 40 яке визначається формою часток. Графік функції K  ( A) в цьому випадку вписується в область, заштриховану на Фіг. 6. Таким чином, за допомогою запропонованого способу для всієї маси часток, наприклад, для часток, яким відповідає повний залишок на ситових характеристиках R i (Фіг. 6), вимірюють розміри a і b , які визначають форму часток. Іншими словами, здійснюють безпосереднє глибоке дослідження (зондування) всієї маси часток засипки і на основі отриманих статистичних даних безпосередньо визначають числове значення чинника форми часток будь-якого розміру з усіх, що входять у поліфракційну засипку. Для поліфракційної засипки з частками однієї форми в усьому діапазоні їх розмірів дотримується умова: Di D  ...   const Aj A . Для природної поліфракційної засипки з частками неоднакової (при переході від однієї розмірної фракції до іншої) форми існує залежність 3 UA 116063 C2 Di  ( A ) Ai . Для подібної засипки може бути отримано усереднене значення чинника форми: A макс K cp  5  KdA 0 А макс . Теоретичне і прикладне значення описаного способу полягає в тому, що, отримавши з його допомогою функцію чинника форми: D K    A для досліджуваної засипки і встановивши спеціальним дослідженням залежність: N  (K ) , 10 де N - будь-яка технологічна характеристика засипки, що вивчається, можна, зрештою, знайти функціональний зв'язок вигляду:   D  D N  (K )       A.   A  У винаході досягається задача створення способу виміру чинника форми часток сипкого тіла. Зазначені можливості можуть бути реалізовані в багаточисельних галузях техніки, в яких застосовують сипучі тіла. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб виміру чинника форми часток твердого сипкого тіла, в якому здійснюють подачу твердого сипкого тіла, аналізують форму часток, який відрізняється тим, що проводять ситовий аналіз за допомогою двох наборів сит - набору сит з квадратними осередками розміром Ai і набору сит з круглими осередками діаметром Di, і будують дві ситові характеристики в одній системі координат, після чого вибирають потрібний розмір часток - ai, для нього на ситовій характеристиці, що отримана для сит з квадратними осередками, знаходять відповідний повний залишок, за яким на ситовій характеристиці, що отримана для сит з круглими осередками, визначають відповідний цьому залишку діаметр осередку Di, після чого визначають чисельне значення чинника форми Ki для часток вибраної розмірної фракції як відношення знайденого значення Di до розміру квадратного осередку сита Ai, який дорівнює вибраному раніше розміру часток засипки ai: Ki  Di. Ai 4 UA 116063 C2 5 UA 116063 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6