[发明专利]粉粒物料自动定量流动性测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉粒物料自动定量流动性测试装置及方法，属于物料特性检测技术领域，用于对粉粒物料在自动定量过程中流动的稳定性和快速性测量。

背景技术

在粉粒物料自动定量过程中，需要对物料进行输送、加料、称重、充填投料等操作。由于粉粒物料种类繁多、物料物理化学性能不同，表现出不同流动性，并且随着生产环境、条件和设备结构材料不同，物料流动性会发生变化。物料流动性不同或者变化，定量过程中物料输送或者加料快速性和稳定性不同，将会影响定量速度和准确度。因此在研究粉粒物料自动定量方法、设计自动定量装置或者系统中，必须开展粉粒物料定量流动性测试分析，分析物料特性、环境因素、定量装置对粉粒物料流动性影响，为研究自动定量、提高自动定量性能提供理论依据和实验数据。

目前，对粉粒物料运动机理认识得还不深，据估计，在相关的工业部门，例如粉末冶金、医药、化学等工业，单由输送颗粒材料遭遇的问题所带来的工业设备利用能力的浪费就高达40％，远没有达到优化设计和节能的要求。颗粒流动的研究始于20世纪50年代，Bagnold做了蜡球在甘油、酒精和水溶液中的同轴剪切流变仪试验研究，这是最早揭示颗粒摩擦应力本构关系的研究。20世纪70年代以后，人们开始对颗粒流动的物理机制发生了兴趣，颗粒流动的研究进入一个蓬勃发展阶段，此后不久建立起颗粒流动的运动理论(kinetic theory)模型。进入20世纪90年代以后，人们从构建散状物料的本构关系上入手，建立数学、力学模型，借助于计算机技术来模拟散状物料流动特性。同时采用更先进的实验手段，观察实际流动中自发无序混合、指进、非均匀尺寸颗粒的偏聚等状况，大大加深了对颗粒流动机制认识。

目前颗粒流动研究主要方法有实验方法和数学模型计算机模拟分析法两种。从目前研究现状看，利用离散单元仿真方法研究粉粒物料流动性是主要发展趋势，但是，计算机模拟研究还非常粗糙，需要将流动颗粒外形简化成规则形状，边界条件简化成易于处理的规则形状。因此，散状物料流动机理尚需进一步研究探索，目前在工农业生产中比较实用的还是实验方法。

目前粉粒物料流动性的实验测量方法有静态法和动态法。静态法有休止角法、内磨擦角法、壁磨擦角法和滑角法等；动态法有漏斗小孔流出速度法、旋转圆筒法、记录式粉末流速计法、旋转式粘度计法等。很长一段时期都是简单地根据粉体的休止角(又称安息角)来预测粉粒物料的流动性能，这种办法带有较大的经验性，往往在实际单元操作中，流动情况很不理想，如在料仓中产生严重的堵塞(结拱或形成管斗)。后来Carr提出了一套比较全面的表征粉体流动情况的办法，叫做流动指数，虽然比用休止角有所改进，但仍脱离不了经验性。美国学者Jenike根据粉体力学的有关原理，提出了粉体的连续介质塑性模型，并发展了流动——不流动的判据，用有效内摩擦角、内摩擦角、壁摩擦角、容重和无侧界屈服强度等5个性能指标来表示流动性能，它们可以用流动性能测定仪直接或间接测出。

粉粒体流动性实验测定装置大致可分为两大类，即剪切类和流动类。剪切类测量装置主要是测量切向应力与法向应力之间的关系，这类装置中有代表性的有直接剪切仪、Jenike剪切仪等。流动类是通过测量一定条件下粉粒物料流动速率或流出时间来表征粉粒体的流动性，较具代表性的测量方法有漏斗流出时间法、Carr百分法和狭缝流速测定仪等。

目前国内对粉粒物料流动性实验法研究主要是测定金属粉末流动性的流速漏斗法和测定药物粉末流动性的休止角法。此外胡庆轩等在1999年根据国外文献报道，建立了一套测定与粉体流动有关的，用休止角、刮铲角、压缩度和凝集度4项参数来综合评价粉体流动性的Carr粉体流动性测定装置和方法。

总体来说，目前粉粒物料流动性研究主要针对工农业生产中仓体卸载和输送过程，常用静态指标休止角、内摩擦角，或者流动综合指数作为流动性评价指标，不便于工程设计计算，而漏斗流速或者流出时间法尽管是一种动态指标，但不够准确全面。专门针对自动定量过程粉粒物料流动性测试分析，从可以查阅的文献资料来看，尚未见报道。

发明内容

本发明针对目前粉粒物料在自动定量过程中流动性测试装置的缺乏、以及流动性测试方法的不足，提供了一种粉粒物料自动定量流动性测试的装置及方法，解决了粉粒物料自动定量过程流动的稳定性和快速性的测量问题。