CN109490573B - 气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法与监测装置 - Google Patents

气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法与监测装置 Download PDF

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Abstract

气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法与装置，涉及气流输送技术领域，其中，物料无损流速测量方法为：检测当前管道两端的压差，再根据预先确定的与当前管道所对应的管道两端压差与流速间的函数关系计算出管道内当前的物料流速值。上述函数关系采用如下方式确定：管道安装完成后，对该管道内的风速以及当前风速条件下管道两端的压差进行采样，得到多组测试数据样本，利用采集到的测试数据样本得出该管道两端压差与流速间的函数关系。本发明可以代替传统流量计来测量气力输送管道中的流速，解决了传统文丘里流量计容易导致物料造碎以及管壁磨损导致结果出现较大偏差的问题。

Description

气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法与监 测装置
技术领域
本发明涉及气流输送技术领域，尤其指一种气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法与监测装置。
背景技术
在卷烟生产企业中，普遍采用风力送丝***给卷接机组输送烟丝，风力送丝***的送丝管道(简称“丝管”)一端连接喂丝机，另一端连接卷接机组，喂丝机中的烟丝在风力送丝***的负压吸送作用下通过丝管进入卷接机组中，在输送烟丝的过程需要实时监测丝管内烟丝流速的大小，传统的做法是采用文丘里流量计进行流速监测。
文丘里流量计采用变径管结构，在实际应用过程中会存在以下缺陷：1、物料在经过流量计的变径处时会与管壁发生较大的摩擦和碰撞，导致物料造碎，这种现象在风力送丝***中的影响尤为突出，烟丝造碎将直接影响烟丝的品质；2、在长期的使用过程中，流量计的管壁变径部位受物料磨损产生尺寸变化，长时间的使用后，甚至出现管壁磨穿的情况，这样会导致流量计的测量结果与实际***输送流量出现巨大偏差。
发明内容
本发明提供的一种气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法与监测装置，可以代替传统的文丘里流量计来测量气力输送管道中两相流流速，解决了传统文丘里流量计容易导致物料造碎以及管壁磨损导致结果出现较大偏差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法，该方法为：
检测当前管道两端的压差，再根据预先确定的与当前管道所对应的管道两端压差与流速间的函数关系计算出管道内当前的物料流速值。
进一步地，所述管道两端压差与流速间的函数关系采用如下方式确定：
管道安装完成后，同时对该管道内的风速以及当前风速条件下管道两端的压差进行采样；
通过改变管道内风速的大小并检测在不同风速下管道两端的压差，得到多组测试数据样本，所述测试数据样本包括管道内当前的风速以及在该风速条件下管道两端的压差；
利用采集到的测试数据样本得出该管道两端压差与流速间的函数关系，所述管道两端压差与流速的函数关系为：
Figure RE-GDA0001876731860000021
其中，V为管道内的流速，K为根据测试数据样本得出的流速系数，ρo为空气密度，ΔP为管道两端压差。
进一步地，采用两个压力传感器分别检测管道两端的压力，进而得出管道两端的压差。
优选地，采用流量计测算管道内的风速。
作为本发明的另一面，气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置，包括：
两个压力传感器，所述压力传感器用于检测管道两端的压力；
数据计算模块，所述数据计算模块与压力传感器连接，所述数据计算模块根据压力传感器检测到的当前管道两端压力计算出管道两端的压差并结合与当前管道所对应的预先确定的管道两端压差与流速间的函数关系计算出管道内当前的物料流速值。
进一步地，上述气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置还包括数据显示模块，所述数据显示模块与数据计算模块连接，用于实时显示管道内的物料流速值。
再作为本发明的另一面，丝管两相流流速测量方法，采用前述气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法测量计算丝管中的两相流流速。
进一步地，对丝管两端压差与流速间的函数关系进行修正，修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系为：
Figure RE-GDA0001876731860000031
其中，VL为丝管内两相流流速，K为流速系数，ρo为空气密度，ρL为丝管内两相流的弥散密度，
Figure RE-GDA0001876731860000041
Wd为前一吸丝周期吸入卷接机组烟丝斗中烟丝的重量或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸入卷烟机烟丝斗中烟丝的重量，Qc为前一吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的空气体积或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的空气体积，
Figure RE-GDA0001876731860000042
V(t)采用除尘支管上的流量计所测得的在前一吸丝周期或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期的风速值，Sc为丝管的横截面积，
Figure RE-GDA0001876731860000043
D为管径，T 为前一吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的时间或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的时间，该时间为相应吸丝周期内除尘支管上吸丝阀从打开到关闭所经过的时间，ΔP为当前管道两端的压差；
利用上述修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系并结合当前测得的丝管两端压差计算丝管的两相流流速。
优选地，采样时，在改变丝管风速的同时还通过除尘支管上的流量计检测在不同丝管风速下除尘支管上的风速大小，根据丝管风速值及检测到的相应的除尘支管上的风速值建立丝管风速与除尘支管风速间的函数关系；
所述V(t)为前一吸丝周期的丝管风速或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期的丝管风速，该丝管风速根据丝管风速与除尘支管风速间的函数关系并结合除尘支管上的流量计所对应测得的除尘支管风速计算得到。
再作为本发明的另一面，丝管两相流流速监测装置，包括前述气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置，所述数据计算模块根据压力传感器检测到的当前管道两端的压力计算出当前管道两端的压差，并结合前述丝管两端压差与流速间的函数关系计算丝管内的两相流流速。
本发明可以代替传统流量计来测量气力输送管道中的流速，解决了传统结构的流量计容易导致物料造碎以及管壁磨损导致结果不准确的问题。具体来说，本发明基于对管道压损及管网阻力特性的研究确定了管道的流速与管道两端压差之间存在的特定函数关系，从而突破传统流速测量技术提出了先根据测试数据样本分析得到管道内的流速与管道两端的压差之间的函数关系，再根据函数关系以及当前管道两端压差计算管内当前流速值的新的管道流速测量技术，将本发明应用在气力输送***中监测管道流速时，不需要在管道中设置流量计 (流量计只需要在采集测试数据样本时临时使用，采样完成后即可拆除)，由于取消了传统文丘里流量计的变径管结构，从而避免了物料撞击、摩擦变径管导致的造碎问题，同时也避免了文丘里流量计中变径管因受物料磨损而导致测量结果出现较大偏差的问题。
附图说明
图1为本发明气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法的流程图；
图2为本发明气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法中确定管道两端压差与流速间的函数关系的流程图；
图3为本发明气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置的结构框图；
图4为本发明风力送丝***的结构图；
图5为本发明中安装在除尘支管上的吸丝阀和流量计的结构示意图。
附图中：
1--喂丝机 2—卷接机组烟丝斗 3—丝管
4—除尘支管 5—吸丝阀 6—流量计
具体实施方式
下面结合实施例和附图来对本发明作更进一步的说明，实施例中提供的方案并非对本发明保护范围的限定。
如图1所示：一种气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法，包括：
分别检测当前管道两端的压力，再计算两者的压差，然后根据预先确定的与当前管道所对应的管道两端压差与流速间的函数关系(该函数关系在安装完管道之后监测流速之前就可以确定好，该函数关系与管网的阻力特性相关)计算出管道内当前的物料流速值。
如图2所示，管道两端压差与流速间的函数关系采用如下方式确定：
管道安装完成后，同时对该管道内的风速以及当前风速条件下管道两端的压差进行采样；
通过改变管道内风速的大小并检测在不同风速下管道两端的压差，得到多组测试数据样本，所述测试数据样本包括管道内当前的风速以及在该风速条件下管道两端的压差；
利用采集到的测试数据样本得出该管道两端压差与流速间的函数关系，所述管道两端压差与流速的函数关系为：
Figure RE-GDA0001876731860000071
其中，V为管道内的流速，K为根据测试数据样本得出的流速系数，ρo为空气密度，ΔP为管道两端压差。
上述实施方式的物料无损流速测量方法中，在安装完管道后即可确定好管道两端压差与流速间的函数关系，该函数关系一经确定，就可以在后期的流速监测中将实时检测到的管道压差值代入该函数中，自动计算管道内当前的物料流速值，非常快捷方便。
进一步地，在管道两端分别设置一个压力传感器，分别检测管道两端的压力，再计算两者的压差。
进一步地，采用流量计测算管道内的风速，实际上，流量计是利用变径管结构使其内部产生压差，再根据风速计算公式计算得到管道内当前的风速。该流量计只需要在采集测试数据样本时临时使用，采样完成后即可拆除，因此不会影响后期的流速监测以及气力输送***运行的稳定性。
作为本发明的另一面，如图2所示，气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置，包括：
两个压力传感器，该两个压力传感器分别用于检测管道两端的压力；
数据计算模块：该数据计算模块与压力传感器连接，数据计算模块根据压力传感器检测到的当前管道两端压力计算出管道两端的压差并结合与当前管道所对应的预先确定的管道两端压差与流速间的函数关系计算出管道内当前的物料流速值。
进一步地，上述气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置还包括数据显示模块，数据显示模块与数据计算模块连接，用于实时显示管道内的物料流速值。更具体的，该数据显示模块可以是显示屏。
上述实施方式中的气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置的工作原理如下：
在管道两端分别设置一个压力传感器，用于分别检测管道两端的压力，再计算两者的压差，然后根据预先确定的与当前管道所对应的管道两端压差与流速间的函数关系计算出管道内当前的物料流速值，最后计算得到的物料流速值显示在显示屏上，便于工作人员观察。
上述函数关系在安装完管道之后监测管道流速之前就可以确定好，该函数关系与管网的阻力特性相关，具体来说，可以在管道安装完成后，使用流量计对该管道内的风速以及使用压力传感器对当前流速条件下管道两端的压差进行采样，通过改变管道内风速的大小并检测在不同风速下管道两端的压差，得到多组测试数据样本，测试数据样本包括管道内当前的风速以及在该风速条件下管道两端的压差，对测试数据样本进行分析和数据拟合，就能得出该管道两端压差与流速间的函数关系。
作为本发明的另一面，丝管两相流流速测量方法，采用前述气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速测量方法测量计算丝管内的两相流流速，如图4所示，测量风力送丝***中丝管3内的两相流流速值，需要先在喂丝机1的出口处检测第一压力P1，在卷接机组烟丝斗2的入口处检测第二压力P2，再计算第一压力P1和第二压力 P2的差值，最后将差值代入压差与流速的函数关系式中，得出丝管3 内的两相流流速值，丝管两端压差与流速间的函数关系为：
Figure RE-GDA0001876731860000091
其中，V为管道内的流速，K为根据测试数据样本得出的流速系数，ρo为空气密度，ΔP为管道两端压差。
实际上，通过对测试数据样本进行进一步分析，可知两相流流速不仅与空气密度有关，还应与丝管中的烟丝密度有关，也即与两相流的弥散密度有关，而本实施方式中前述烟丝流速的测量计算方法主要是参考传统流量计的计算方式，忽略了两相流的弥散密度，直接根据测试数据样本得出上述压差与流速间的函数关系，与传统的流量计相比，本实施方式中的丝管两相流流速测量方法测量的准确性不会降低。基于上述分析，还可以通过对丝管两端压差与流速间的函数关系进行修正，进一步提高测量的准确性。修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系为：
Figure RE-GDA0001876731860000101
其中，VL为丝管内两相流流速，K为流速系数，ρo为空气密度，ρL为丝管内两相流的弥散密度，
Figure RE-GDA0001876731860000102
Wd为前一吸丝周期吸入卷接机组烟丝斗中烟丝的重量或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸入卷烟机烟丝斗中烟丝的重量，Qc为前一吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的空气体积或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的空气体积，
Figure RE-GDA0001876731860000103
V(t)采用除尘支管上的流量计所测得的在前一吸丝周期或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期的风速值，Sc为丝管的横截面积，
Figure RE-GDA0001876731860000104
D为管径，T 为前一吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的时间或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的时间，该时间为相应吸丝周期内除尘支管上吸丝阀从打开到关闭所经过的时间，ΔP为当前管道两端的压差；
利用上述修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系并结合当前测得的丝管两端压差计算丝管的两相流流速。
为了更进一步提高计算的准确度，还可以在上述实施方式中采样时，在改变丝管风速的同时还通过除尘支管上的流量计检测在不同丝管风速下除尘支管上的风速大小，根据丝管风速值及检测到的相应的除尘支管上的风速值建立丝管风速与除尘支管风速间的函数关系；
V(t)为前一吸丝周期的丝管风速或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期的丝管风速，该丝管风速根据丝管风速与除尘支管风速间的函数关系并结合除尘支管上的流量计所对应测得的除尘支管风速计算得到。
基于上述技术思路，本发明还提供一种丝管两相流流速监测装置，包括前述气力输送中基于管网阻力特性的物料无损流速监测装置，数据计算模块根据压力传感器检测到的当前管道两端的压力计算出当前管道两端的压差，并结合前述修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系计算丝管内的两相流流速。该丝管两相流流速监测装置的具体工作原理在此不再赘述，可以参考前述丝管两相流流速测量方法。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (3)

1.丝管两相流流速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
采样时，利用变径管流量计对该丝管内的风速进行采样，利用压力传感器对当前风速条件下丝管连接喂丝机出口处及卷接机组烟丝斗入口处的压力进行采样，得到丝管两端的压差；通过改变丝管内风速的大小并检测在不同风速下丝管两端的压差，得到多组包括丝管内当前风速以及在该风速条件下丝管两端压差的测试数据样本；在改变丝管风速的同时，还通过除尘支管上的流量计检测在不同丝管风速下除尘支管上的风速大小，根据丝管风速值及检测到的相应的除尘支管上的风速值建立丝管风速与除尘支管风速间的函数关系；
利用采集到的测试数据样本得出丝管两端压差与流速间的函数关系，并对丝管两端压差与流速间的函数关系进行修正，修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，VL为丝管内两相流流速，K为流速系数，ρo为空气密度，ρL为丝管内两相流的弥散密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，Wd为前一吸丝周期吸入卷接机组烟丝斗中烟丝的重量或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸入卷烟机烟丝斗中烟丝的重量，Qc为前一吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的空气体积或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的空气体积，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，V(t)为前一吸丝周期的丝管风速或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期的丝管风速，该丝管风速根据丝管风速与除尘支管风速间的函数关系并结合除尘支管上的流量计所对应测得的除尘支管风速计算得到，S为丝管的横截面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，D为管径，T为前一吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的时间或者之前多个吸丝周期中平均每个吸丝周期吸满一斗烟丝消耗的时间，该时间为相应吸丝周期内除尘支管上吸丝阀从打开到关闭所经过的时间，∆P为当前丝管两端的压差；
采样完成后拆除丝管中的变径管流量计，测量丝管内两相流流速时，籍由丝管自身阻力所导致的压损而在其两端形成压差，并利用上述修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系结合当前测得的丝管两端压差计算丝管内两相流的流速。
2.丝管两相流流速监测装置，其特征在于：采用权利要求1所述的丝管两相流流速测量方法测量丝管内两相流的流速，其包括数据计算模块、流量计和两个压力传感器，所述压力传感器安装在丝管上并用于检测丝管连接喂丝机出口处和卷接机组烟丝斗入口处的压力，所述流量计安装在除尘支管上并用于测量除尘支管的风速，所述数据计算模块与压力传感器和流量计连接，所述数据计算模块依据修正后的丝管两端压差与流速间的函数关系并结合当前测得的丝管两端压差计算丝管内两相流的流速。
3.根据权利要求2所述的丝管两相流流速监测装置，其特征在于：还包括数据显示模块，所述数据显示模块与数据计算模块连接，用于实时显示丝管内两相流的流速值。
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