Temat pracy doktorskiej brzmiał następująco: „Wpływ zmian parametrów nadawy na efekty działania pływakowego układu sterowania odbiorem produktów osadzarki”.
Promotorem pracy był prof. dr hab. inż. Stanisław Cierpisz z Politechniki Śląskiej, a jej recenzentami byli: dr. hab. inż. Krystian Kalinowski, prof. nadzw. w Politechnice Śląskiej oraz dr. hab. inż. Kazimierz Trybalski, prof. nadzw. w Akademii Górniczo-Hutniczej.
Jednym z podstawowych zakłóceń w procesie osadzarkowego wzbogacania, mającym wpływ na efektywność rozdziału, jest zmienność charakterystyki nadawy.
Nadawa kierowana do osadzarki może charakteryzować się zmianami ilości, charakterystyki wzbogacalności oraz składu ziarnowego. Zmiany charakterystyki nadawy mogą być wywołane m.in. zmiennymi warunkami wydobycia surowca, zmiennego udziału w węglu surowym urobku z różnych pokładów, a także stopnia uśredniania węgla w zbiornikach buforowych (retencyjnych) węgla surowego.
Osadzarka jest urządzeniem wrażliwym na zmiany parametrów nadawy. Powyższe zmiany naruszają przebieg operacji rozdziału, powodując zmiany ilościowo – jakościowe produktów wzbogacania i w efekcie obniżenie sprawności wzbogacania.
Parametry ilościowo – jakościowe produktów wzbogacania w osadzarce w dużym stopniu zależą od położenia warstwy rozdzielczej (warstwy, z której po 50 % ziaren trafia do obu produktów rozdziału) w łożu osadzarki. Najczęściej do pomiaru położenia ziaren tworzących warstwę rozdzielczą wykorzystywane są czujniki pływakowe, umiejscowione w pobliżu strefy rozdziału produktów wzbogacania i poruszające się zgodnie z ruchem pulsacyjnym wzbogacanego materiału. Wskazania czujnika pływakowego w trakcie procesu wzbogacania, przetworzone w elektronicznych systemach sterowania, wykorzystywane są do regulacji położenia progu przelewowego oraz do regulacji wielkości szczeliny odbiorczej produktu dolnego celem utrzymywania zadanej gęstości rozdziału.
W praktyce położenie pływaka w łożu osadzarki uzależnione jest od wielu czynników mogących powodować zmiany tego położenia w stosunku do usytuowania warstwy o zadanej gęstości rozdziału, wśród których znaczącą rolę odgrywają zmiany charakterystyki nadawy.
Do badań wpływu zmian charakterystyki nadawy na parametry ilościowo – jakościowe produktów najwygodniejsze są metody symulacyjne oparte o modele procesu rozdziału produktów. Takie modele powinny umożliwiać śledzenie zmian rozkładu gęstości materiału w strefie odbioru
w funkcji czasu w zależności od zmian parametrów nadawy, wyznaczanie zmian gęstości rozdziału w funkcji czasu oraz wyznaczanie wpływu tych zmian na parametry produktów.
W pracy wyznaczono 3 cele pracy:
Zmiany natężenia przepływu i charakterystyki wzbogacalności nadawy do osadzarki powodują powstanie błędów pomiaru gęstości rozdziału w pływakowym układzie odbioru produktów wywołujących niepożądane, istotne fluktuacje ilości i jakości produktów wzbogacania.
Układ rozdziału/odbioru produktów w osadzarce jest silnie nieliniowym dynamicznym obiektem sterowania, którego charakterystyki statyczne i dynamiczne można badać przy pomocy modelu symulacyjnego opartego o warstwowy rozkład gęstości materiału.
Zrealizowane badania pozwoliły stwierdzić m.in., że:
Nadawa kierowana do osadzarki może charakteryzować się zmianami ilości, charakterystyki wzbogacalności oraz składu ziarnowego. Zmiany charakterystyki nadawy mogą być wywołane m.in. zmiennymi warunkami wydobycia surowca, zmiennego udziału w węglu surowym urobku z różnych pokładów, a także stopnia uśredniania węgla w zbiornikach buforowych (retencyjnych) węgla surowego.
Osadzarka jest urządzeniem wrażliwym na zmiany parametrów nadawy. Powyższe zmiany naruszają przebieg operacji rozdziału, powodując zmiany ilościowo – jakościowe produktów wzbogacania i w efekcie obniżenie sprawności wzbogacania.
Parametry ilościowo – jakościowe produktów wzbogacania w osadzarce w dużym stopniu zależą od położenia warstwy rozdzielczej (warstwy, z której po 50 % ziaren trafia do obu produktów rozdziału) w łożu osadzarki. Najczęściej do pomiaru położenia ziaren tworzących warstwę rozdzielczą wykorzystywane są czujniki pływakowe, umiejscowione w pobliżu strefy rozdziału produktów wzbogacania i poruszające się zgodnie z ruchem pulsacyjnym wzbogacanego materiału. Wskazania czujnika pływakowego w trakcie procesu wzbogacania, przetworzone w elektronicznych systemach sterowania, wykorzystywane są do regulacji położenia progu przelewowego oraz do regulacji wielkości szczeliny odbiorczej produktu dolnego celem utrzymywania zadanej gęstości rozdziału.
W praktyce położenie pływaka w łożu osadzarki uzależnione jest od wielu czynników mogących powodować zmiany tego położenia w stosunku do usytuowania warstwy o zadanej gęstości rozdziału, wśród których znaczącą rolę odgrywają zmiany charakterystyki nadawy.
Do badań wpływu zmian charakterystyki nadawy na parametry ilościowo – jakościowe produktów najwygodniejsze są metody symulacyjne oparte o modele procesu rozdziału produktów. Takie modele powinny umożliwiać śledzenie zmian rozkładu gęstości materiału w strefie odbioru
w funkcji czasu w zależności od zmian parametrów nadawy, wyznaczanie zmian gęstości rozdziału w funkcji czasu oraz wyznaczanie wpływu tych zmian na parametry produktów.
W pracy wyznaczono 3 cele pracy:
- Określenie wpływu zmian parametrów nadawy na działanie pływakowego układu sterowania odbiorem produktów wzbogacania osadzarki
- Określenie wpływu cech geometrycznych pływaka na błędy pomiaru położenia warstwy o gęstości równej gęstości rozdziału
- Opracowanie modelu symulacyjnego układu rozdziału/odbioru produktów w osadzarce jako obiektu sterowania.
Zmiany natężenia przepływu i charakterystyki wzbogacalności nadawy do osadzarki powodują powstanie błędów pomiaru gęstości rozdziału w pływakowym układzie odbioru produktów wywołujących niepożądane, istotne fluktuacje ilości i jakości produktów wzbogacania.
Układ rozdziału/odbioru produktów w osadzarce jest silnie nieliniowym dynamicznym obiektem sterowania, którego charakterystyki statyczne i dynamiczne można badać przy pomocy modelu symulacyjnego opartego o warstwowy rozkład gęstości materiału.
Zrealizowane badania pozwoliły stwierdzić m.in., że:
- zmiany nadawy odbijają się bezpośrednio w zmianach położenia warstwy o danej gęstościna wysokości progu przelewowego (a więc w zmianach gęstości rozdziału) i mają istotny wpływ na efekty działania pływakowego układu sterowania odbiorem produktów w postaci niepożądanych fluktuacji ilości i jakości produktów wzbogacania,
- położenie środka pływaka o danej gęstości względem warstwy o odpowiadającej gęstości ziaren w zwartym stanie materiału zależy od średniej gęstości rozluzowanego ośrodka wzdłuż wysokości pływaka; zmiana składu gęstościowego łoża wywołuje zmiany gęstości rozluzowanego ośrodka w trakcie pojedynczego cyklu pulsacji co w efekcie powoduje błędy pomiaru położenia warstwy rozdzielczej przez pływak,
- istnieje zależność pomiędzy wartościami zmian gęstości rozdziału a cechami geometrycznymi pływaków – powstałe zmiany są proporcjonalne do wysokości pływaków i są mniejsze dla pływaków o przekroju trójkątnym niż o przekroju prostokątnym,
- model symulacyjny układu odbioru produktów wzbogacania w osadzarce, opracowany jako dynamiczny model obiektu regulacji, umożliwia badanie wpływu zmian parametrów nadawy na rozdział produktów w strefie rozdziału/odbioru oraz wyznaczenie charakterystyk statycznych i dynamicznych tej strefy jako obiektu sterowania.