MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGALATI TALÁLMÁNY Nemzetközi osztályozás: lesí Bejelentés napja: 1977. XII. 5. (BA 3603) G 01 N 23/06 Közzététel napja: 1980. XI. 28. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL Megjelent: 1981. XI. 30. Feltaláló: Krampé Géza szaktechnikus, Budapest Szabadalmas: Központi Bányászati Fejlesztési Intézet, Budapest Berendezés áramló anyag összetételének folyamatos vizsgálatára i A találmány tárgya berendezés áramló anyag összetéelének folyamatos vizsgálatára, különösen szénanyag hamutartalmának meghatározására. Ismert, hogy a különféle anyagok által elnyelt (abszorbeált), illetve visszavert (reflektált) radioaktív sugár- 5 zás összefüggésben van az adott anyag összetételével. Az ásványi szénanyagok például a beeső radioaktív gammasugárzásból egy részt visszavernek. A visszavert sugárzás és a szénanyag hamutartalma között egyértelmű és reprodukálható összefüggés van. Hasonló jelenségek 10 figyelhetők meg például a vasércnél és más fémek érceinél, illetve egyéb ásványi és nem ásványi anyagoknál is. A fenti összefüggések gyakorlati hasznosítására számos megoldás ismert. Ezek közül a gyakorlat számára azok a legértékesebbek, amelyek alkalmasak áramló anyag 15 összetételének, például szállítószalagon vagy csatornában továbbított ásványi szénanyag vagy érc meddőtartalmának folyamatos meghatározására. Ilyen berendezést ismertet az 1.143.631 sz. angol szabadalmi leírás. Az itt bemutatott megoldás alapgondo- 20 lata az, hogy a vizsgált anyagnak megfelelően tömörítve kell a sugárforrás és a sugárzásdetektor munkaterébe kerülnie, mert a mérés pontossága nagy mértékben függ attól, hogy a besugárzási zónán áthaladó anyag térfogatsúlya mennyire állandó. Ez az állandóság nyilvánvalóan 25 intenzív tömörítéssel biztosítható a legjobban. E célból a vizsgálandó anyagot szállítócsőbe vezetik, amelyben a szállítás irányában csökkenő menetemelkedésű szállítócsiga van elrendezve. A szállítócső végéhez radioaktív sugárzást áteresztő anyagú mérőcső van csatlakoztatva, 30 amelybe a vizsgálandó anyag már a csiga által tömörítve érkezik. A mérőcsőbe a falon kívül elhelyezett sugárforrásból radioaktív sugárzást bocsátanak, amely az ott levő anyagról részben visszaverődik. A visszavert sugárzást sugárzásdetektorral érzékelik, amely ugyancsak a falon kívül van elhelyezve. Ha a mérőcső vízszintes elrendezésű, ürítő végén torlasztóelemet alkalmaznak, hogy a vizsgált anyag az egész mérőcsőben kellően tömör maradjon. Ennek az ismert megoldásnak, jóllehet kitűzött célját kétségtelenül eléri, van néhány jelentékeny hiányossága is. Mindenekelőtt a berendezés igen bonyolult felépítésű és költséges. A csigás tömörítés jelentős mennyiségű olyan energiát igényel, amelyre az anyag továbbításához nem lenne szükség. Nagy mennyiségű anyag szállításánál alkalmazása csak úgy képzelhető el, hogy a teljes anyagáramból leválasztanak egy részáramot és csak azt vezetik át ezen a berendezésen, mert különben rendkívül nagy méretű törriörítöcsigára lenne szükség. A részáram vizsgálata viszont csökkenti a mérés megbízhatóságát, mivel lényegében csak mintavételezésre kerül sor, nem az egész anyagáram vizsgálatára. Hiányossága ennek a megoldásnak az is, hogy a sugárzásdetektor nemcsak a vizsgált anyag által visszavert sugárzást érzékeli, hanem az ún. háttérsugárzást (környezeti sugárzást), valamint a szórt sugárzást (a sugárforrásnak a vizsgált anyagot nem is érő sugárzását) is. További hiányosságot jelent, hogy a szállítócsiga ko-
3 pásával a cső falán lerakódik az anyag, ami meghamisítja a mérés eredményét. Az 1.225.012 sz. angol szabadalmi leírásban ismertetett hasonló célú megoldásnál ugyancsak kiküszöbölik a szórt sugárzás detektálását azáltal, hogy a sugárforrást 5 a sugárzásdetektor előtt koncentrikusan helyezik el és hátrafelé árnyékolják, változatlanul megmarad azonban a háttérsugárzás zavaró hatása, a tömörítés megoldása pedig tökéletlenebb, mint az előbbi esetben. Az alkalmazott oldalsó terelőelemek és felső V alakú kaparó- 10 elemek ugyanis csak behatárolják az anyagáram keresztmetszetét, de nem biztosítják annak tökéletes kitöltését. Ugyanakkor a V alakú kaparóelemek a nagyobb darabokat jobb esetben ledobják, rosszabb esetben megakasztják, ami torlódást okozhat, sőt az anyagáram 15 megszakadásával, üzemzavarral, kedvezőtlen esetben a sugárzásdetektor károsodásával járhat. A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése. A találmány feladata áramló anyagok összetételének folyamatos vizsgálatára, különösen szénanyag hamutar- 20 talmának meghatározására olyan berendezés létrehozása, amely a használatos szállítórendszer átalakítása nélkül biztosítja a pontos és megbízható folyamatos mérés feltételeit, tehát a vizsgált anyag megfelelő tömörítését és a [ehetőség szerint szórásmentes besugárzást, illet- 25 ve detektálást, mégpedig a tömörítési helyen. A találmány alapja az a felismerés, hogy az anyagokat közöttük 18 forgótányér van elrendezve. Az első 10 szállítószalagon a C nyíllal jelzett irányból érkező anyag szabadeséssel kerül a 18 forgótányérra, amely a D nyíl- 30 lal jelzett irányban forogva a sík 14 torlasztóelemhez továbbítja azt. A 14 torlasztóelem a 18 forgótányér sugarának irányához képest kifelé haladva a forgásirány szerint kissé előre van ferdítve (mintegy 10 -ot zár be a második 12 szállítószalag hossztengelyével, tehát mint- 35 egy 100 alatt metszi a 18 forgótányér kerületét), és külső vége a második 12 szállítószalag fölé nyúlik. A 14 torlasztóelem az anyagot kissé lefékezi, feltorlasztja, majd a második 12 szállítószalagra juttatja, amelyen ez az E nyíllal jelölt irányban halad tovább. 40 A 14 torlasztóelemen az 1. ábra szerintihez hasonló módon radioaktív 16 mérőegység van elrendezve. A 14 torlasztóelem síkja az anyag felütközési irányával derék- vagy tompaszöget zárhat be. A derékszöget természetesen célszerű kerülni, mert a 14 torlasztóelem 45 túl nagy igénybevételt szenved, és a szállítási energiaszükséglet is túl nagy lesz. Az ideális szöghelyzet általában 90 4-az irányváltás szögének a fele, tehát 90 -os irányváltás esetén 135, ettől azonban a jobb tömörítés érdekében csökkenő értelemben célszerű eltérni. 50 A 3. ábra az 1. és 2. ábra szerinti berendezéseknél alkalmazott 14 torlasztóelemek 16 mérőegységgel ellátott részének vázlatos hosszmetszete. A sík 14 torlasztóelem mentén a feltorlasztott darabos 24 anyag az F nyíllal jelzett irányban halad. A 14 tor- 55 lasztóelemen elrendezett 16 mérőegységen belül, közös 26 házban radioaktív 20 sugárforrás (pl. lágy gammasugárzást kibocsátó izotóp) és 22 sugárzásdetektor (az adott esetben Geiger Müller-cső) foglal helyet. Az anyagáramlás F nyíllal jelölt iránya szerint a 20 sugár- 60 forrás előbb van elrendezve, mint a 22 sugárzásdetektor. A 26 ház sugárzást elnyelő (árnyékoló) anyagból (például ólomból) van, és egyik oldala egy síkban van a 14 torlasztóelemnek az anyagot vezető síkjával. Ezen az oldalon van elrendezve az anyagáramlás F nyíllal jelölt 65 2 irányával mintegy 135 J -ot bezáró tengelyű furatban a 20 sugárforrás, amelynek sugárzási főiránya egybe esik a furat hossztengelyével. A furat a 24 anyag felőli végén sugárzást áteresztő anyagból (például plexiüvegből) készült 32 dugóval, másik vegén pedig sugárzást elnyelő anyagból (például ólomból) készült levehető 28 fedéllel van lezárva. Az F nyíl irányában a 20 sugárforrás után van elrendezve a 22 sugárzásdetektor a 14 torlasztóelem 24 anyaggal érintkező felülete síkjának közvetlen közelében kialakított mélyedésben, amely sugárzást áteresztő anyagból (például plexiüvegből) készült 30 záróelemmel van lefedve. A 22 sugárzásdetektor az adott esetben Geiger Müller-cső, amelynek hossztengelye párhuzamos az F nyíl irányával. A 16 mérőegység a következőképpen működik: A 14 torlasztóelem által feltorlasztott, kellően tömörített és megfelelő rétegvastagságú 24 anyag az F nyíllal jelzett irányban elhalad a 20 sugárforrás, majd a 22 sugárzásdetektor előtt. A 20 sugárforrásból a 24 anyagra bocsátott radioaktív sugárzásnak egy a 24 anyag összetételére jellemző része a 24 anyagról visszaverődik és a 22 sugárzásdetektorba jut. A 22 sugárzásdetektorhoz csatlakoztatott önmagában ismert és ezért nem ábrázolt bármely alkalmas kijelzőberendezésről közvetlenül leolvasható a keresett érték (az adott esetben a szénanyag hamutartalmára jellemző adat). A 3. ábráról jól látható, hogy a 20 sugárforrásból közvetlenül nem juthat sugárzás a 22 sugárzásdetektorba, ugyanakkor a háttérsugárzás (környezeti sugárzás) is messzemenően ki van szűrve, mert a 22 sugárzásdetektort befogadó mélyedés minden irányban zárt, csak a 24 anyag felé nyitott. Különleges előnye a berendezésnek, hogy a vizsgálat helyén mindig biztosított a 24 anyag megfelelő tömörsége, mivel az a 14 torlasztóelemhez torlódik, és a vizsgálat abban az esetben is megbízható, ha a 24 anyag erősen darabos, illetve erősen különböző méretű darabokból áll, mert a 16 mérőegység felőli oldalon mindig biztosított a 20 sugárforrástól és 22 sugárzásdetektortól mért csekély és ugyanakkor állandó távolság, valamint a szükséges minimális érték fölötti rétegvastagság. A 3. ábrán a jobb összehasonlítás céljából szaggatott vonallal feltüntettük a hagyományos mérőegységelrendezést is (lásd az 1.225.012 sz. angol szabadalmi leírás 1. ábráját). Könnyen belátható, hogy az utóbbi esetben nem biztosított sem az anyag és a sugárforrás, illetve sugárzásdetektor csekély és állandó távolsága, sem pedig a szükséges minimális értéknél nagyobb rétegvastagság, hiába választják le a vékony folytonos vonallal jelzett szint fölötti anyagmennyiséget. A 16 mérőegység 26 házának a 24 anyaggal érintkező részét, valamint a 30 záróelemet és a 32 dugót természetesen célszerű kopásálló anyagból készíteni, hogy az elhasználódás miatt szükséges sűrű mérőegységcserét elkerüljük. Szabadalmi 4 igénypontok 1. Berendezés áramló anyag összetételének folyamatos vizsgálatára, különösen szénanyag hamutartalmáénak meghatározására radioaktív sugárforrással és sugárzásdetektorral, amelyek az anyag folyamatos áramban való továbbítására alkalmas berendezéshez oly módon vannak elrendezve, hogy az anyag pályájának 3 g-
5 alább egy része a sugárforrás sugárterében, a sugárzásdetektor pedig a besugárzott anyag reflexiós terében van elrendezve, mimellett a berendezésnek a továbbított anyag útjában elrendezett torlasztóeleme van, azzal jellemezve, hogy mind a sugárforrás (20), mind a sugárzás- 5 detektor (22) a torlasztóelemen (14) van elrendezve. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a sugárforrás (20) az anyag áramlási iránya szerint a sugárzásdetektor (22) előtt van elrendezve. 10 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a sugárforrás (20) és a sugárzásdetektor (22) közös házba (26) van foglalva, amely a torlasztóelemnek (14) a vizsgált anyaggal (24) érintkező felületével egy síkban fekvő felülettel rendelkezik. 4. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a sugárforrás (20) és/vagy a sugárzásdetektor (22) olyan sugárárnyékolással van ellátva, amely csak a vizsgált anyag (24) felé nyitott. 6 3 db rajz (3 ábra) A kiadásért felel: a Közgazdasági is Jogi Könyvkiadó igazgatója 81.1420.66-42 Alföldi Nyomda, Debrecen Felelős vezető: Benkő István igazgató 3
% 10 Nemzetközi osztályozás: G 01 N 23/06 1. ábra
Nemzetközi osztályozás: G 01 N 23/06 lábra
J 3. ábra Nemzetközi osztályoz^ G 01 N 2? 06