CN110715698A - 高温物料流率测量装置及其测量方法 - Google Patents

高温物料流率测量装置及其测量方法 Download PDF

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张扬
杨海瑞
张海
吕俊复
张缦
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Abstract

本发明公开了一种高温物料流率测量装置及其测量方法，该装置包括靶片、靶杆、应变传感器和采控装置等。靶杆选用空心杆状结构，靶片和应变传感器分别设置在靶杆两端。靶杆和靶片伸入待测高温物料通道，并将靶杆的另一端与其壁面固定连接。高温物料对靶片形成冲击使得靶片产生变形；通过应变传感器检测并将形变量信号传递到采控装置，得到靶杆在高温物料冲击力F作用下的形变量ε，通过公式
Figure DDA0002222948900000011
计算出高温物料平均冲击速度
Figure DDA0002222948900000012
通过公式计算得到高温物料流率Gs。本发明采用靶片受力并通过机械传动将信号传给传感器的方式，避免传感器在高温环境下工作，具有测量方法简单、扰动小等优点。

Description

高温物料流率测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及高温物料流率测量装置及其测量方法，属于燃烧技术领域。
背景技术
密相颗粒管道输送是一种广泛应用于能源、化工、石油以及冶金等行业的过程，物料流率的在线测量有利于提高生产效率、监测管道运行状态等。但一方面气固密相流动时颗粒会对测量设备产生冲刷，破坏测量设备。另一方面，许多高温密相输送设备运行于高温环境下，限制了许多传感器的应用。目前已有的测量方法集中于冷态实验台，缺乏能应用于热态设备的成熟技术。
目前的冷态测量方法主要包括称重法、示踪粒子法、声学/光学传感器法以及冲击式流量计法。称重法是对于竖直或者倾斜放置的管道而言，在运行某一时刻突然阶段物料的下降通路，通过测量物料堆积速率来计算物料流率。但该方法仅在冷态实验台内可以观察，且会破坏设备连续运行状态。示踪粒子法和声学/光学传感器法对传感器要求较高，而目前尚未有能直接应用于高温环境中的传感器。此外，也有学者提出利用冲击式流量计测量循环流化床中立管内的物料流率，通过将倒置V型盘放入冷态实验台的立管稀相区中，通过测量受力来反推物料流率。该方法能在线测量，亦可通过合适结构设计满足高温测量需求，但是稀相区颗粒冲击的不均匀性给该种方法带来了较大的测量误差。
综上可知，已有的测量方法由于破坏设备连续运行、不能耐受高温运行环境等原因不能实现高温下密相物料流率的测量需求。
发明内容
本发明旨在提供高温物料流率测量装置及其测量方法，能够应用于高温物料流率的测量。
本发明通过以下技术方案实现：
高温物料流率测量装置，包括靶片、靶杆和应变传感器，以及与所述应变传感器相连的采控装置；所述靶杆选用空心杆状结构；所述靶片固定设置在所述靶杆的一端，所述应变传感器设置在靶杆与所述靶片相对的另一端。
上述技术方案中，所述测量装置还包括保护套管和吹扫器；所述保护套管呈套筒式设置在所述靶杆外，所述吹扫器分别与所述保护套管和所述采控装置相连。
上述技术方案中，所述保护套管内壁面设置有挡板，所述挡板环绕着设置在所述保护套管与所述靶杆之间，所述挡板与所述靶片的最小距离为0.01～0.5m。
上述技术方案中，所述靶杆上设置有若干热电偶，所述热电偶与所述采控装置相连。
上述技术方案中，所述保护套管壁面开设有若干排料孔，排料孔设置在所述挡板与所述应变传感器之间。
上述技术方案中，所述保护套管外还设置有水冷套管。
一种冲击式高温物料流率测量方法，包括：
选定待测高温物料通道，将所述靶杆和靶片从待测高温物料通道壁面伸入所述待测高温物料通道，并将所述靶杆的另一端与待测高温物料通道壁面固定连接，使得所述靶片与靶杆的中心轴线与高温物料的流向垂直；
高温物料在所述待测高温物料通道中流动，对所述靶片形成冲击使得靶片产生变形；通过应变传感器检测靶杆形变量信号，并将形变量信号传递到所述采控装置，得到所述靶杆在高温物料冲击力F作用下的形变量ε，通过公式
Figure BDA0002222948880000021
计算出高温物料平均冲击速度
Figure BDA0002222948880000022
其中，CD为靶片绕流阻力系数，ρ为待测高温物料通道内高温物料的密度，A为靶片的受力面积；
通过公式
Figure BDA0002222948880000023
计算得到高温物料流率Gs。
上述技术方案中，所述方法还包括：
通过所述热电偶获得靶杆温度信号，并将靶杆温度信号传输到所述采控装置与预设温度值比较，当靶杆温度信号大于预设温度值时启动所述吹扫器，向保护套管内通入压缩空气。
本发明具有以下优点及有益效果：靶片—靶杆的传递方式使传感器免于工作在高温环境下，也避免了其受物料的冲刷，提高了传感器的精度和寿命；测量装置结构简单、对物料流动影响小。
附图说明
图1为本发明所涉及的高温物料流率测量装置示意图。
图中：1–靶片；2–靶杆；3–保护套管；4–挡板；5–排料孔；6–采控装置；7–吹扫器；8–应变传感器；9–热电偶；10–水冷套管；11–固定架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，高温物料流率测量装置包括靶片1、靶杆2和应变传感器8，以及采控装置6。靶杆2选用空心杆状结构，靶片1固定设置在靶杆2的一端，应变传感器8设置在靶杆2的另一端，与靶片1相对。应变传感器8通常贴着靶杆2固定在其空心杆状结构内。
靶片1包括椭圆片状、圆片状、多边形片状，以及扁球状等。其受力面通常为表面积最大面，从而保证了物料冲击的几率最大。靶片1的受力表面积为A。
由于靶片1和靶杆2要伸入高温物料通道检测，为了防止热应力损伤，靶杆2外还设置有保护套管3，两者呈同心套筒式设置。保护套管3连接有吹扫器7，从吹扫器7喷入压缩空气，能够对保护套管3和其内的靶杆2形成空冷作用，同时也能将进入保护套管3内的高温物料吹扫出保护套管3。吹扫器7还通过数据I/O线(输入/输出)与采控装置6相连，使得吹扫器7的启动和吹扫气量能够调节。
保护套管3内壁面设置有挡板4，挡板4环绕着设置在保护套管3与靶杆2之间，挡板4与靶杆2之间形成的空隙很小，减少高温物料进入保护套管3。挡板4与靶片1的最小距离为0.01～0.5m。保护套管3壁面开设有排料孔5，排料孔5设置在挡板4与应变传感器8之间，且靠近挡板4设置。排料孔5通常设在来流方向的背面。排料孔5可以设置若干个，若干个排料孔可以沿着轴向布置。
靶杆2上设置有若干热电偶9，热电偶9与采控装置6相连，能够采集和监控靶杆2沿程温度场。
为进一步保护靶杆2，保护套管3外还设置有水冷套管10，水冷套管10内通入冷却水冷却保护套管3及其内部的靶杆2。
应用于测量高温物料浓度时，首先选定待测高温物料通道及其测点位置。在测点处对应的高温物料通道壁面开设测孔。将带有保护套管3的靶杆2和靶片1从待测高温物料通道壁面伸入待测高温物料通道，并将靶杆2的另一端与待测高温物料通道壁面固定连接，使得靶片1与靶杆2的中心轴线与高温物料的流向垂直。
其中一种实施方式是在靶杆2和保护套管3远离靶片1的一端设置固定架11，预先就靶杆2和保护套管3固定好，使用时将固定架11固定在待测高温物料通道壁面上。
靶片受力面积A与待测高温物料通道截面积之比为1:(200～1000)，有效检测物料流率的同时尽可能减小靶片对物料流动的扰动。
高温物料在待测高温物料通道中流动，对靶片1形成冲击使得靶片1产生弹性变形。通过应变传感器8检测靶杆2形变量信号，并将形变量信号传递到采控装置6，得到靶杆2在高温物料冲击力F作用下的形变量ε，通过公式
Figure BDA0002222948880000041
计算出高温物料平均冲击速度
Figure BDA0002222948880000042
其中，CD为靶片绕流阻力系数，ρ为待测高温物料通道内高温物料的密度，A为靶片1的受力面积。靶片绕流阻力系数CD根据三维物体绕流阻力系数与雷诺数Re关系曲线获得，而这个过程通过冲击速度v迭代方法计算得到。
进一步通过公式
Figure BDA0002222948880000043
计算得到高温物料流率Gs。
测量过程中，通过热电偶9获得靶杆温度信号，并将靶杆温度信号传输到采控装置6与预设温度值比较，当靶杆温度信号大于预设温度值时启动吹扫器7，向保护套管3内通入压缩空气冷却并吹扫进入的物料颗粒。
本发明所述测量装置还可以用在常温物料流率测量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.高温物料流率测量装置，其特征在于，所述测量装置包括靶片(1)、靶杆(2)和应变传感器(8)，以及与所述应变传感器(8)相连的采控装置(6)；所述靶杆(2)选用空心杆状结构；所述靶片(1)固定设置在所述靶杆(2)的一端，所述应变传感器(8)设置在靶杆(2)与所述靶片(1)相对的另一端。
2.根据权利要求1所述的高温物料流率测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括保护套管(3)和吹扫器(7)；所述保护套管(3)呈套筒式设置在所述靶杆(2)外，所述吹扫器(7)分别与所述保护套管(3)和所述采控装置(6)相连。
3.根据权利要求2所述的高温物料流率测量装置，其特征在于，所述保护套管(3)内壁面设置有挡板(4)，所述挡板(4)环绕着设置在所述保护套管(3)与所述靶杆(2)之间，所述挡板(4)与所述靶片(1)的最小距离为0.01～0.5m。
4.根据权利要求3所述的高温物料流率测量装置，其特征在于，所述靶杆(2)上设置有若干热电偶(9)，所述热电偶(9)与所述采控装置(6)相连。
5.根据权利要求3所述的高温物料流率测量装置，其特征在于，所述保护套管(3)壁面开设有排料孔(5)，排料孔(5)设置在所述挡板(4)与所述应变传感器(8)之间。
6.根据权利要求3所述的高温物料流率测量装置，其特征在于，所述保护套管(3)外还设置有水冷套管(10)。
7.一种冲击式高温物料流率测量方法，其使用如权利要求1所述的高温物料流率测量装置，其特征在于，所述方法包括：
选定待测高温物料通道，将所述靶杆(2)和靶片(1)从待测高温物料通道壁面伸入所述待测高温物料通道，并将所述靶杆(2)的另一端与待测高温物料通道壁面固定连接，使得所述靶片(1)与靶杆(2)的中心轴线与高温物料的流向垂直；
高温物料在所述待测高温物料通道中流动，对所述靶片(1)形成冲击使得靶片(1)产生变形；通过应变传感器(8)检测靶杆(2)形变量信号，并将形变量信号传递到所述采控装置(6)，得到所述靶杆(2)在高温物料冲击力F作用下的形变量ε，通过公式
Figure FDA0002222948870000012
计算出高温物料平均冲击速度其中，CD为靶片绕流阻力系数，ρ为待测高温物料通道内高温物料的密度，A为靶片(1)的受力面积；
通过公式
Figure FDA0002222948870000014
计算得到高温物料流率Gs。
8.根据权利要求7所述的冲击式高温物料流率测量方法，其特征在于，所述测量装置还包括保护套管(3)和吹扫器(7)；所述保护套管(3)呈套筒式设置在所述靶杆(2)外，所述吹扫器(7)分别与所述保护套管(3)和所述采控装置(6)相连；所述靶杆(2)上设置有若干热电偶(9)，所述热电偶(9)与所述采控装置(6)相连；所述方法还包括：
通过所述热电偶(9)获得靶杆温度信号，并将靶杆温度信号传输到所述采控装置(6)与预设温度值比较，当靶杆温度信号大于预设温度值时启动所述吹扫器(7)，向保护套管(3)内通入压缩空气。
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