авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка радиоизотопного способа определения параметров потока горной массы на ленточном конвейере

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Войтюк Ирина Николаевна

разработка радиоизотопного способа определения параметров потока горной массы на ленточном конвейере

Специальность 05.11.13 Приборы и методы контроля

природной среды, веществ,

материалов и изделий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Проскуряков Руслан Максимович

Официальные оппоненты:

Катушкин Владимир Петрович

д.т.н., профессор, С. Петербургский государственный технологический институт (технический университет), зав. каф. электротехники и электроники

Балюбаш Виктор Александрович

д.т.н., профессор, С. Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, профессор каф. автоматики и автоматизации пищевых производств

Ведущее предприятие ОАО «НИИ Горной геомеханики и маркшейдерского дела межотраслевой научный центр ВНИМИ»

Защита диссертации состоится 19 июня 2012 г. в 12 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. № 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 18 мая 2012г.УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета,

д-р техн. наук, профессор В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Главной целью работы горнодобывающего предприятия является получение прибыли за счет максимальной добычи полезного ископаемого при минимальных издержках. При этом необходима гарантия получения продукции необходимого количества и заданного качества. Следует отметить, что от точного учета количества и оценки качества угля зависит как эффективность и рентабельность работы всей шахты, так и эффективность, и надежность функционирования отдельных видов технологического оборудования, в частности ленточного конвейерного транспорта.

В повседневной практике деятельности угольной шахты учет продукции ведется обычно по производительности магистрального конвейерного транспорта. Однако как показывает практика, наряду с полезным ископаемым к скипам угольной шахты поступает доля пустой породы, вследствие чего учет количества материала заданного качества не всегда точен и эффективен.



Промышленность пока не располагает номенклатурой приборов для точного учета полезного ископаемого непосредственно на ленточном конвейере с одновременным контролем его качества и соответствия товарному продукту, а имеющиеся отдельные методы измерения объемной плотности, массового расхода и показателей качества не обладают удовлетворяющей точностью и имеют основные относительные погрешности измерений, значительно превышающие допустимые пределы ±5-10 %.

В связи с этим учет и оценку качества продукции горной отрасли при транспортировании ленточным конвейером целесообразно проводить с использованием радиоизотопного метода измерения объемной плотности, обеспечивающего возможностью бесконтактного контроля и селективного измерения объемных плотностей отдельных компонентов и оценки качества гетерогенного потока, простотой, надежностью и точностью измерений.

Цель работы: повышение точности технологического учета потока горной массы путем измерения ее объемной плотности и минеральной зольности горной массы методом селективного змерения объемных плотностей отдельных составляющих горной массы при транспортировании ленточным конвейером.

Идея работы: для повышения точности технологического учета потока горной массы необходимо минимизировать случайные и систематические погрешности прибора и повысить точность измерения объемной плотности и определения массового расхода и минеральной зольности исследуемого потока при транспортировании ленточным конвейером.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

  • провести анализ существующих методов измерения параметров гомогенных и гетерогенных потоков сыпучих материалов;
  • обосновать выбор радиоизотопного метода для измерения объемных плотностей потока горной массы и отдельно пустой породы, а также определения массового расхода и минеральной зольности;
  • подтвердить на имитационных математических моделях для потоков угля и горной массы с массовыми концентрациями угля 70%, пустой породы 30% зависимости изменения объемной плотности исследуемых сред от распределения интенсивностей прямого и рассеянного гамма-излучений;
  • провести статистическую обработку стробированных случайных процессов и на ее основе разработать алгоритм автоматической корректировки градуировочных характеристик;
  • разработать метод снижения случайных и систематических погрешностей измерений за счет увеличения частоты измерений и усреднения полученных результатов;
  • обосновать и разработать метод измерения объемной плотности угольного потока и метод селективного измерения объемной плотности пустой породы в составе гетерогенного потока горной массы и связанную с ней минеральную зольность и дать принцип построения радиоизотопной измерительной системы (РИИС) для реализации этих методов;
  • разработать инженерную методику и исследовательский стенд для статической градуировки прибора по объемным плотностям угля, пустой породы и горной массы, а также по минеральной зольности горной массы, связанной с массовой концентрацией пустой породы;
  • разработать алгоритм снижения систематических погрешностей прибора автоматической корректировкой градуировочных характеристик;
  • разработать макет грузопотока ленточного конвейера и градуировочного стенда для измерения объемной плотности материалов на ленточном конвейере; произвести оценку погрешности и точности РИИС.

Защищаемые научные положения:

  1. Анализ взаимодействия заряженных частиц с образцом гетерогенного потока горной массы, определяющего объемную плотность и линейный коэффициент ослабления образца, входящих в качестве сомножителей в отрицательный показатель степени экспоненциальной зависимости интенсивностей прямого и рассеянного гамма-излучений, позволяет рассчитать массовый расход потока горной массы на ленточном конвейере, а также определить селективно объемную плотность одного компонента в составе двухкомпонентного потока горной массы и массовую концентрацию минеральной зольности с использованием метода прицельной регистрации интенсивности рассеянного излучения из фокуса ионизации другого компонента.
  2. Выделение полезного сигнала статистическим пульсационным методом из информативного параметра при наличии в угольном потоке пустой породы во всем динамическом диапазоне осуществляется переключением градуировочной характеристики передним фронтом корреляционной функции, при этом уменьшение случайных погрешностей обеспечивается за счет увеличения частоты дискретизации измерений до
jpg">с последующим усреднением значений, а минимизация систематических погрешностей достигается автоматической корректировкой градуировочных характеристик путем усреднения вычисленных и измеренных значений информативного параметра.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием математических методов анализа физических процессов взаимодействия гамма-излучения с веществом, теории потоков, теории случайных процессов и пульсационных измерений для имитационного математического моделирования случайного процесса изменения информативного параметра РИИС. В работе использовались экспериментально-аналитические методы исследований, а именно, теория планирования эксперимента, статистической обработки результатов измерений, теории погрешностей и экспериментальные исследования, оценка метрологических свойств РИИС на основе энергоинформационной теории измерительных устройств.

Научная новизна работы:

-разработана принципиальная основа и рекомендации к технической реализации метода селективного контроля компонентов гетерогенного потока горной массы путем прицельного детектирования из фокуса ионизации рассеянного излучения;

-предложен метод статистических пульсационных измерений, обеспечивающий наименьшие погрешности непрерывных измерений характеристик потока и осуществления селективного измерения физических характеристик потока;

- разработаны метод снижения случайной погрешности РИИС после выделения информативного параметра в виде дискретных статистических значений, а также алгоритм снижения систематических погрешностей измерений при автоматической корректировке градуировочных характеристик РИИС во всем динамическом диапазоне с использованием методов Монте-Карло и скользящего среднего, путем усреднения вычисленных и измеренных значений информативного параметра, причем частота корректировки выбирается не меньше частоты дискретности по теореме Котельникова

Обоснованность и достоверность выводов и рекомендаций

Доказаны на основе удовлетворительной сходимости результатов функционального и системного анализа процессов взаимодействия гамма-излучения с потоком горной массы, расчетов отдельных физических показателей исследуемой транспортируемой среды, определяющих расчетные соотношения для проходных характеристик системы «первичный преобразователь – контролируемый поток», которые достаточно плотно коррелируют с экспериментально полученными градуировочными характеристиками, а также со статистической обработкой результатов измерений на макете РИИС. Экспериментальные данные подтверждены результатами официальных испытаний РИИС для проб горной массы, состоящей из каменного угля и пустой породы.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссертационной работы переданы в ОАО «Воркутауголь» и приняты к использованию в ОАО «Беларуськалий» с целью совершенствования технологии добычи и улучшения качества продукции для случая построения и внедрения автоматического устройства как системы учета продукции и основа открытой интеллектуальной сети рудника.





Рекомендации по функциональной структуре РИИС, по методике измерений объемной плотности пустой породы в составе гетерогенного потока горной массы, по методу снижения систематических погрешностей приняты и документально оформлены в ООО «Комплекс-ресурс».

Личный вклад автора:

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях: в 2009г. в Краковской горно-металлургической академии, «Ежегодная научная вузовская конференция студентов и молодых ученых в 2010г. в СПГГИ (ТУ), «Scientific reports on resource issues» в 2011г во Фрайбергской горной академии, Германия; а также переданы в виде отчета по результатам конкурса грантов для студентов, аспирантов вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга в виде отчета в 2011г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе три в изданиях, входящих в список рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 143 страницах. Содержит 42 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 100 наименований.

Во введении представлена общая характеристика диссертационной работы, а именно актуальность исследований, сформулирована идея работы, с помощью чего определены цель и основные задачи исследования, а также научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В главе 1 проведена оценка основных физико-химических свойств и показателей качества потока горной массы угольной шахты, анализ объемной плотности сыпучего полезного ископаемого и ее связь с количественными и качественными параметрами исследуемого потока. Также проведен краткий обзор и анализ методов измерения объемной плотности, массового расхода и зольности на ленточном конвейере.

В главе 2 представлено обоснование выбора радиоизотопного метода для определения параметров потока горной массы, описаны физические процессы взаимодействия гамма-излучения с потоком сыпучего материала. Проведено исследование случайных нестационарных сигналов с выхода блока детектирования от неравномерно распределенных объемных плотностей угля и пустой породы в составе гетерогенного потока горной.

В главе 3 проведены обоснование и разработка метода селективного измерения объемной плотности пустой породы в составе горной массы на ленточном конвейере, представлены описание и принцип действия РИИС для реализации данного метода, описаны блок-схемы алгоритмов измерений, рассмотрены пути снижения случайных и систематических погрешностей.

В главе 4 приведены методика градуировки и результаты экспериментальных испытаний РИИС, произведена оценка погрешностей измерений и совершенствование измерительной системы.

В заключении представлены основные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и поставленными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1.

Анализ взаимодействия заряженных частиц с образцом гетерогенного потока горной массы, определяющего объемную плотность и массовый коэффициент ослабления образца, входящих в качестве сомножителей в отрицательный показатель степени экспоненциальной зависимости интенсивностей прямого и рассеянного гамма-излучений, позволяет рассчитать массовый расход потока горной массы на ленточном конвейере, а также определить селективно объемную плотность одного компонента в составе двухкомпонентного потока горной массы и массовую концентрацию минеральной зольности с использованием метода прицельной регистрации интенсивности рассеянного излучения из фокуса рассеяния другого компонента.

При проведении анализа литературных источников, экспериментальных и теоретических исследований сделан вывод, что исходя из необходимости бесконтактности измерения объемной плотности и, связанных с ней массового расхода и компонентного состава гетерогенного потока горной массы на ленточном конвейере, целесообразно использовать радиоизотопный метод, разработав соответствующую методику и систему, обеспечивающую процесс измерений. Разделение измеряемой информации и снижение погрешности измерений необходимо осуществить в режиме пульсаций потока.

Согласно методу гетерогенный поток горной массы 6, состоящей из угля и пустой породы, находящийся на ленте конвейера 7, облучается узким пучком гамма-квантов, испускаемых из блока гамма-излучения 1 от источника излучения радионуклида 137Cs с энергией гамма-кванта 662 кэВ, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Функциональная схема макета РИИС

Пучок направлен перпендикулярно потоку по продольной оси ленты конвейера. Луч взаимодействует с горной массой на ленте конвейера. При этом происходит ослабление потока квантов в узком пучке, проходящего через горную массу, за счет фотоэлектрического поглощения квантов и выхода квантов из узкого пучка при комптоновском рассеянии. Таким образом, при взаимодействии с потоком горной массы пучок излучения преобразуется в две составляющие: прямое и рассеянное излучение 10. Прямое и рассеянное излучения пронизывают продольное сечение и весь объем потока горной массы на ленте, и суммарная степень их ослабления дает информацию об общем потоке горной массы. Регистрация прямого и рассеянного излучения происходит в блоке детектирования 2, установленном напротив источника гамма излучения по вертикали и закрепленного на соединительной стальной раме 8.



Pages:   |
1
| 2 |
 
Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Приладобудуванни

Похожие работы:








наверх


 
<<  ГЛАВНАЯ   |   КОНТАКТЫ
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.