CN101640311B - 一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置 - Google Patents

Abstract

一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置，属于高温雷达测量领域。其特征装置包括可调雷达隔热套(1)、气体导入孔(2)，法兰片(3)、天线内罩(4)、天线外罩(5)；雷达隔热套加工长度是能够调整的，雷达隔热套上部带有雷达隔热套上部带有冷却散热片，起到雷达隔热和散热的作用；气体导入孔(2)外接氮气压力气体，气体压力比天线附近压力大0.9-1.1公斤；天线内罩呈喇叭形，外罩固定在内罩上，以螺纹拧紧或由法兰片压紧，天线外罩和天线的轴线位置是轴向圆柱平行的，内罩当成雷达喇叭口的回波反射面。本发明的雷达天线冷却和抗粘附装置具有吹扫效果好、免维护时间长等优点。也可以被用于其他需要吹扫扫冷却的场合，广泛应用于冶金、石化等领域。

Description

一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置

技术领域

本发明属于高温雷达测量领域，特别涉及一种雷达天线的抗粘结物粘附的装置，还涉及冷却和抗灰尘装置。 

背景技术

抗粘附天线的工作原理主要利用在喇叭型天线的内侧，通过开多个小孔的方式，把冷却或者吹扫气体导入到喇叭的内表面，通过吹扫角度的设计，使导入气体倾斜地沿天线内表面，形成带有旋转效果的吹扫气流，清洁雷达表面和抗污染物粘附的目的。 

吹扫强度和角度的设计，可以根据污染的程度来决定，包括吹扫孔的数量，直径，和倾斜角度等。现有的雷达基本上都是在雷达天线附近开一个小孔，直接吹扫天线内表面的顶端，如德国SIEMENS公司生产的LR400固体雷达，德国KROHNE公司生产的OPTIWAVE BM70X系列等。单孔设计一般具有防灰和冷却作用，但在冶金行业，由于高炉内部灰尘量比较大，污染和粘附的程度比较严重，上述的设备雷达天线在安装上一个月后，天线就基本上被灰尘或粘结物堵塞，无法正常工作，即时有大气流的吹扫，但由于孔太少，位置不合理，效果往往较差。 

在名为“雷达料位计的料位测定天线装置”的美国发明专利申请公开号CN200510082515.1中公开了一种天线装置，其在抛物面天线的附近设计了一个管道系统，将冷却剂输送到天线附近，防止天线发热，附带天线清洗功能。 

在名为“雷达料位计天线”的发明专利申请公开号CN101174733A中，SAAB-ROSEMOUNT公司(SAAB罗斯蒙特储罐雷达股份公司)，也公开了一种抛物线形的雷达天线，其天线采用清水喷洗方法。另外该公司推出名为“雷达天线”的发明专利申请公开号CN1276240C中，公开了一种倾斜设计的平板雷达，利用平板的斜度，借助重力流走液体。 

在名为“涉及高温和/或高压应用的填充高度雷达用天线”的发明专利申请公开号CN101320841A(DE 102007026389.0，US 60/942,273)中， 德国VEGA公司(VEGA格里沙贝两合公司)也公开了一种雷达用天线，其特点包括设计了一个过程分隔装置，并采用陶瓷材料做基底，如氧化铝等分隔材料，并在天线处采用碳材料做天线，并在天线周围设置高温保护材料，如高温粘合剂和高温碳保护材料，对天线进行保护，使雷达天线可以耐到400度高温。上述专利对普通雷达加陶瓷等特殊天线，以及特殊的两个隔热层的保护方案，对保护天线是完全有效和可行的，但天线结构复杂，造价高。 

在名为“雷达设备的喇叭形天线”的发明专利申请号CN1476652A(WO02/41446，DE 10057441.6)中，德国VEGA公司(VEGA格里沙贝两合公司)公开了一种天线，该天线的特点是涉及到一种用于雷达填充高度测量设备的喇叭形天线，其包括一个带填充膨胀材料的腔体，在腔体中设置天线腔的不同填充固体材料，达到保护和坚固外壳作用。 

搜索美国专利局雷达和天线相关发明专利，共225项，涉及各种用途天线如探地雷达天线，相控阵天线等。而涉及到工业雷达的天线，尤其是测高度，或者填充高度的雷达天线，主要是德国和加拿大公司，如VEGA，SIEMENS，SAAB，ENDRESS+HAUSER等国际大公司，但在天线上开多孔的带封闭结构的用于恶劣环境的天线，未见相关文献和专利。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适合冶金行业的特殊结构的天线，即带可旋转吹扫的天线结构，并且天线罩的外围，不是采用填充材料，而是设计为完全的空腔结构。把冷却介质，如氮气，空气等，由法兰盘，或外部位置，经小孔或专门设计的密封管道，导入由天线罩内壁和外壁组成的天线罩空腔。氮气等冷却气体，穿过天线的空腔，由天线罩的内罩，经过特殊设计的小孔喷出，氮气在天线罩内表面，由于氮气压力，会形成旋转吹扫气流，使得高炉雷达在冶炼过程中，不被粘附物粘附，如焦油，湿的粉体等。同时氮气温度较低，使得探头周边区域得到冷却。 

一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置，包括可调雷达隔热套1、气体导入孔2，法兰片3、天线内罩4、天线外罩5，PTFE天线棒6，以及由法兰片3、天线内罩4、天线外罩5组成的气体缓冲空腔7；雷达隔热套1加工长度是能够调整的，雷达隔热套上部带有冷却散热片，散热片的数量和散热面积的设计根据散热要求，数量可以调节，目的是起到雷达天线的下部热量不会传导到雷达上部电子腔附件，起隔热和散热的作 用；气体导入孔2外接氮气压力气体，气体压力比天线附近压力大0.9-1.1公斤；天线内罩4呈喇叭形，外罩5固定在内罩上，以螺纹拧紧或由法兰片压紧，天线外罩和天线的轴线位置是轴向圆柱平行的，内罩当成雷达喇叭口的回波反射面。 

在内罩壁上，均匀开一层小孔，开孔的位置选在内壁罩上端位置，靠近PTFE天线棒6的尖部，均匀布置3-6个小孔，上层小孔不是直接对准PTFE天线棒或其他已知天线材质的正面吹，而是有一个侧向的角度吹，一般控制在与天线棒圆形截面切向入射的角度吹入，当然也可以根据加工工艺的需求，入射角度的变化控制在±30度范围内。一方面能起旋转吹扫清污作用，同时也避免长期正面吹扫，冷的氮气会像刀子一样，直接切割热的PTFE天线棒，从而破坏天线形状，损害天线寿命。在内罩的向下位置，间隔一段距离，再均匀开出3-6个小孔，小孔与内壁侧向形成一定的角度，使小孔的气流不是直接吹向雷达轴线位置，而是贴着内壁，形成旋转气流，内壁的上部有一层气流，间隔一段位置向下，又有一层气流，两层气流的位置一般以能够产生吹扫接力效果为佳，形成两层密闭的气幕，既割断上升的灰尘通道等，又防止热气流上冲对PTFE天线的影响。 

更优选的是，还具有多层气幕设计机构，包括在喇叭形天线上，形成多层气幕，隔热效果更佳。 

根据进一步的特征，吹扫小孔的设计大小和形状有多种变化，小孔可以是锥孔，台阶孔，圆柱孔等任意孔或孔形的组合，小孔的形状和位置设计以不直接吹扫天线棒正面，不伤害天线内表面为设计好坏的标准。其他圆孔，椭圆孔，方孔等都在本专栏保护范围之内。 

对于腔体7的设计，可以是任何形状的密闭空间，起到高压气体在腔体内缓冲后，从各个方向的小孔均匀喷出的效果。 

本发明的雷达天线冷却和抗粘附装置具有吹扫效果好、免维护时间长等优点。也可以被用于其他需要吹扫扫冷却的场合，广泛应用于冶金、石化等领域。 

附图说明

图1是雷达天线实施例的主视图；(图1中间部分色太淡，打出来不清楚)可调雷达隔热套1、气体导入孔2，法兰片3、天线内罩4、天线外罩5 

图2是雷达天线实施例的剖面图； 

图3示出雷达实施例的天线装置的A-A截面图； 

图4示出雷达实施例的天线装置的B-B截面图；； 

图5示出了天线的旋转吹扫和冷却效果。 

图6是旋转吹扫气体的一个吹扫效果的一个示例。 

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施例的特征和功能做详细说明。 

图1和图2是根据本发明的雷达天线的主视图和剖视图，它包括用于雷达天线的三个部分。第一部分是可调雷达隔热套1和天线棒6。隔热套1外部带有散热装置，内部是装有PTFE或其他已知的天线棒，该天线棒一般在已知的喇叭形雷达设计中，都是共有的先验知识，隔热套中散热片的数量，散热段的长度，可以根据传热量大小改变长短，起到隔热和散热功能； 

第二部分是气体导入孔2和空腔结构7。气体导入孔2一般开在法兰的上面位置，也可以开在可调雷达隔热套的下部或者天线内罩的上部位置，目的是保证气流能够导入到空腔为目的，可以在导入口加阀门，防止气流倒流； 

第三部分是天线内罩4，天线外罩5和法兰片3。法兰片3拧到天线内罩4的上部螺纹连接处，并把整个雷达，通过螺纹，压紧固定到其他配套法兰片上，该法兰片一般根据固定在高炉上的外部法兰片配对使用。天线内罩4包括上螺纹，与雷达隔热套连接，下螺纹，与法兰片3连接，天线内罩还可以再扩展连接2-4段喇叭口天线，连接的数量可以根据回波的质量和开口大小确定，采用螺纹连接或螺栓连接，但必须保证天线内罩的接缝处平顺，光滑。天线外罩5套在内罩外部，形成一个储存气体的密闭空间，同时能起到保护天线内罩和天线棒的作用。 

图2还示出天线内罩4下部扩展连接了一段喇叭口天线实例，扩展方式是螺纹连接加长，使回波效果更强。 

图3是本发明的雷达天线的剖视图，具体示出了天线上小孔的剖面细节。在图3中，在剖面A-A和剖面B-B的位置，分别是上下两层小孔的截面剖面。形成两层旋转气流，小孔剖面可以是与天线轴向保持垂直的平面，也可以与平面向下形成一个斜向角度，两层旋转气流，由于旋转方向相同，因此形成了接力吹扫的效果，对喇叭口吹扫，吹扫强度可以根据污染的程度，污染物的特点，决定吹扫的孔径，强度等。 

图4示出了雷达的上层小孔的一个实施例，有3个均匀对称的小孔，斜向吹扫天线。 

图5示处下层小孔均匀吹扫的布置结构图，小孔数量和对称情况可以任意调整。 

图6是旋转吹扫气体的一个吹扫效果的一个示例。图中指示的天线棒是PTFE棒6和空腔7。空腔内壁的小孔可以是两层，或者多层设计，具体数量不受限制。为防止长时间吹扫，对喇叭内表面的破坏作用，一般对导入气体，要求不带颗粒和粉尘，可以在气体导入前端设置过滤装置，防止长期冲刷对喇叭形回波面的影响，因此导入气体入射的角度，可以有一个优化过程，本实施例中，选择了和圆剖面相切的角度入射，其他入射角度的变化，也包含在本发明中。图中示出，两层吹扫气流，形成两个相同方向的旋转吹扫气流，并形成一个向下的合力，使污染物或粘附物不会上升和驻留。 

尽管以上结合实施例和具体实施方案对本发明型做了详细说明，但对于本领域技术人员来说，显然可以在组合形式和特征替代方面对上述实施例和具体实施方案做出各种改进和变化。例如，吹扫孔的数量和位置等可以有较大数量的变化，具有其它形状或结构的零件。 

Claims (2)

1.一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置，其特征在于包括可调雷达隔热套(1)、气体导入孔(2)，法兰片(3)、天线内罩(4)、天线外罩(5)、聚四氟乙烯PTFE天线棒(6)，以及由法兰片(3)、天线内罩(4)、天线外罩(5)组成的气体缓冲空腔(7)；雷达隔热套(1)加工长度是能够调整的，雷达隔热套上部带有冷却散热片，散热片的数量和散热面积的设计根据散热要求，数量能够调节，起到雷达隔热和散热的作用；气体导入孔(2)外接氮气压力气体，气体压力比天线附近压力大0.9-1.1kg/cm²；天线内罩呈喇叭形，外罩固定在内罩上，以螺纹拧紧或由法兰片压紧，天线外罩和天线的轴线位置是轴向圆柱平行的，内罩当成雷达喇叭口的回波反射面。

2.如权利要求1所述一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置，其特征是在天线内罩壁上，均匀开3-6个小孔，形成一排上层小孔，上层小孔的位置在PTFE天线棒的尖部，上层小孔不是直接对准PTFE天线棒吹，而是沿与天线棒圆形截面切向入射的角度吹入，根据加工工艺的需求，入射角度的变化控制在±30度范围内，一方面能起吹扫清污作用，也避免长期吹扫，损害天线寿命；在天线内罩的向下位置，间隔一段距离，再均匀开出3-6个下层小孔，下层小孔与内壁侧向形成一定的角度，使下层小孔的气流不是直接吹向雷达轴线位置，而是贴着内壁，形成旋转气流，内壁的上部有一层气流，间隔一段位置向下，又有一层气流，两层气流的位置以能够产生吹扫接力效果为准，形成两层密闭的气幕，既割断上升的灰尘通道，又防止热气流上冲对PTFE天线的影响。

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