CN102142590A - 一种耐高温自清洁抗腐蚀微波天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于高温工业相关测量设施的技术领域，特别涉及一种耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，包括用于安装外套筒、天线内罩、法兰片、散热片、PTFE天线棒、水冷罩、气冷却腔体和透波材料板等组成；本发明的有益效果是：整体天线的喇叭或者微波反射面均采用耐高温自清洗陶瓷材料，整体耐温性强；天线的结构采用单层，双层或多层嵌套式冷却结构，根据冷却总量的需求，采用水气相互隔离共冷密闭结构，气冷腔在冷却的同时起吹扫作用,形成旋转气流去除雷达内表面的积灰，保证透波材料板表面的清洁度，并起到抗粘附作用；在满足总的冷却量的前提下，并考虑氮气冷却费用和水冷费用的平衡，冷却量在水冷和气冷中获得热平衡，以水冷节约氮气，体积大，降温快。

Description

一种耐高温自清洁抗腐蚀微波天线

技术领域

本发明属于高温工业相关测量设施的技术领域，特别涉及炼铁高炉炉顶或焦炉及其他高温炉微波检测装置的具有耐高温，自清洁与抗灰尘装置的天线结构。

背景技术

钢铁工业中高炉冶炼的过程是连续冶炼的过程，其中炉顶布料形状需要连续检测-实时准确地获得高炉内三维料面形状信息和控制布料方式、高炉煤气分布。对判断炉况有着十分重要的作用，同时，三维料面形状信息和获取，对控制炉缸活跃、保障高炉顺行、降低焦比、节约能源、稳定高产、减少炉壁侵蚀和延长高炉寿命，提高高炉炼铁生产效益有直接的作用。

在其他焦炉，炉窑以及一些特种冶炼过程中，如富氧冶炼，COREX相关冶炼工艺，以及其他需要高温或者有大量粉尘以及带有腐蚀性环境的场合，都需要特种微波天线，及其相应的高温保护系统。

与本专利相关联的国内外相关技术如下：

高炉炉缸侵蚀监测仪(CN200420054397.4)，属于钢铁工业高炉炼铁设施技术领域。该检测仪包括带显示屏的雷达探测仪主机和探头，其中填充隔热材料，四周盘绕冷却水管，朝向向上安置在高炉炉底与炉基之间，主机和探头的天线之间用耐高温电缆连接。但深入高炉部分体积较大，易被冲击破坏，国内专利未有检索到大于200度以上的高温天线的应用。

国外著名的工业微波测量公司，如德国VEGA公司发明专利《fluid measurement device measuring fluid level in a container at high temperatures and/or high pressures and/or in a chemically aggressive environment using microwaves》（US06553830），以及《Planar antenna and antenna system》（US7030827）,《Fill level sensor or pressure sensor with an anti-adhesive coating》（US7707881）等都涉及大量天线保护专利，但与我们申请的高温天线，其结构和应用对象完全不同。VEGA在中国申请的专利《涉及高温和/或高压应用的填充高度雷达用天线》（申请号：200810111234.8）也是极具代表性的天线结构设计，但与本高温天线无关。

德国Siemens Milltronics Process Instruments 公司发明专利《RADAR LEVEL GAUGE》（US7821445），美国Rosemount Tank Radar AB公司发明专利《RADAR LEVEL GAUGE SYSTEM WITH LEAKAGE DETECTION》（US7855676）等发明专利都涉及天线相关内容，在其发明专利中对化工工程的天线的高温和粘附等问题进行了发明专利的保护，可以耐200度高温和化学侵蚀。其他如：德国ENDRESS+HAUSER，德国KROHNE等世界著名雷达物位计厂家，也有相关专利，但其来源均是上述公司的相关改进，与本高温天线无关。

申请人于2008年公开的发明专利， 申请号：200910089128.9，名称：《一种用于高温含尘测量的雷达天线冷却抗粘附装置》，其特征在于采用专门的高温天线，初步起到旋转吹扫的作用，实际效果较好，但一般仅适用于80-280度左右的温度范围。

通过连续三年现场改进，本发明首先提出采用更加广泛的材料制造天线，即采用自清洁耐高温的陶瓷材料来制造天线，并改用多层（2层及以上）的复合结构代替以往单层结构；其次，在最关键的旋转吹扫结构设计中，本发明的气流设计为直接斜着吹隔离透波材料板的下表面，并导流到喇叭面上，清洗效果更好，同时在隔离透波材料板的上面位置，在内喇叭上靠近天线的位置，也打了若干小孔，平时正常工作不使用，打孔方式和我们原来申请的发明专利200910089128.9相同，其差别在于：仅仅当隔离透波材料全部高温损坏后，还可以再坚持上下孔共同吹扫一段时间，直到天线的下一个检修周期，拆开更换和维护，该特殊结构设计的天线有效地在恶劣环境下保护了天线棒，比专利申请200910089128.9的天线设计更加延长了检修期，按目前高炉雷达高温天线的工作时间计算，新专利比原专利有效工作时间从3-4个月延长到2年免维护；再次，深入到高温高压和极端恶劣环境的天线，其制造材料的耐温耐恶劣环境的能力更强，满足从280度至1800度高温之间任何温度范围，尤其在800度左右，其双层保护结构的设计应用场合更多，效果更好。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种制造材料的耐温耐恶劣环境的能力更强，满足从280度至1800度高温之间任何温度范围，尤其在800度左右的含尘恶劣环境测量的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线。

本发明的技术方案：一种耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，包括用于安装外套筒、天线内罩、法兰片、散热片、PTFE天线棒、水冷罩、气冷却腔体和透波材料板组成；

其中，所述法兰片上设置设有进水接头、出水接头和进气接头；

所述水冷罩由两层钢筒焊接在一起构成，两层钢筒之间设有水冷管，所述水冷管一端与所述进水接头，另一端与所述出水接头固接；

所述外套筒的上端与所述法兰片焊接；所述天线内罩置于外套筒内，上端与法兰片螺纹连接，所述天线内罩的内表面涂有高温防护涂层，侧壁上设有进气孔，内部焊接透波材料板；所述散热片内设置微波通道，所述PTFE天线棒置于所述微波通道内；所述散热片与所述天线内罩的上端螺纹连接，所述微波通道与所述天线内罩联通；所述水冷罩一端与所述法兰片焊接，另一端与所述天线内罩的底端焊接，所述天线内罩、所述法兰片和所述水冷罩组成所述气冷却腔体，所述气体冷却腔体与设置在所述法兰片上的进气接头联通。

进一步，该装置还包括流量检查装置和气体流量计，所述流量检查装置分别安装在所述进水接头和所述出水接头上，用于记录流量大小，以及监控冷却管是否泄漏；所述气体流量计安装在所述进气接头上，用于观察氮气用量。

进一步，所述高温防护涂层为二氧化硅或三氧化二铝。

进一步，所述透波材料的材质为高温玻璃片，石英片、陶瓷片或复合透波材料。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有以下特点：

1.整体天线的喇叭或者微波反射面均采用耐高温自清洗陶瓷材料制造，天线棒采用普通低温透波材料设计，或者高温陶瓷透波片设计，整体耐温性强。天线内反射面的耐高温自清洗陶瓷需要采用非透波材料制造，因此该非透波材料的选择特征在于几乎不透波或透波的程度非常低，如果陶瓷透波，则需增加非透波涂层材料涂覆内表面，起微波反射作用

2.天线的结构采用单层，双层或多层嵌套式冷却结构设计思想，根据冷却总量的需求，分别设计出相互隔离的采用水气共冷密闭结构，分别形成了水冷腔和气冷腔。水冷腔是一种密闭式循环结构，包括冷却水主回路，该结构置采用直流式冷却，除了具有良好的散热效率从而可以满足不同设备冷却的要求外，与其他冷却方式相比还具有节能，和没有污染的优点。气冷腔设计在冷却的同时起吹扫作用, 主要是形成旋转气流去除雷达内表面的积灰，保证了透波材料板表面的清洁度，起到一定的抗粘附作用；综合运用多层结构设计，在满足总的冷却量的前提下，并考虑氮气冷却费用和水冷费用的平衡，冷却量在水冷和气冷中获得热平衡，以水冷节约氮气，体积大，降温快。

3. 在喇叭口选用不透波耐高温材料，不仅仅是传统的金属材料做天线，还可以采用其它特种材料做天线，如陶瓷材料，复合有机或无机材料等，一切能够耐高温防粘接，或者能够自清洗抗高温，不透波的材料，都可以作为微波天线使用。不仅可以是喇叭天线，对抛物面天线也是同样适用，从而大大增加了可用天线材料的来源，并且深入高温环境的探头，可以直接依材料特性，耐280-1800度以内的高温。

附图说明

图1为本发明的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线的剖面示意图。

图2为本发明的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线的外形示意图。

图3为本发明的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线的气冷却腔体的结构示意图。

图4为本发明的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线的水冷罩的结构示意图。

图5为本发明的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线的流量检测装置和气体流量计的安装示意图。

图中：

1.外套筒	10.水冷管
		2.天线内罩	11.气冷却腔体
3.法兰片	12.微波通道
		4.散热片	13.透波材料板
5.进水接头	14.进气接头
		6.出水接头	15.进气孔
7.PTFE天线棒	16.流量检测装置
		8.高温防护涂层	17.气体流量计
9.水冷罩

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1-4所示，本发明一种耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，该天线包括外套筒1、天线内罩2、法兰片3、散热片4、进水接头5、出水接头6、PTFE天线棒7、高温防护涂层8、水冷罩9、水冷管10、气冷却腔体11、微波通道12、透波材料板13、进气接头14、进气孔15、流量检测装置16、和气体流量计17。

外套筒1的上端与法兰片3焊接；天线内罩2置于外套筒1内，上端与法兰片3螺纹连接，天线内罩2的内表面涂有高温防护涂层8，侧壁上设有进气孔15，透波材料板13焊接天线内罩2内部，散热片4内设置微波通道12，微波通道12与天线内罩2联通，微波PTFE天线棒7置于微波通道12内；由两层钢筒焊接在一起构成的水冷罩9，一端与法兰片3焊接，另一端与天线内罩2的底端焊接；天线内罩2、法兰片3和水冷罩9组成气冷却腔体11，气体冷却腔体11与法兰片3上的进气接头13联通；水冷罩9内设有水冷管10，水冷管10的两端分别于进水接头5和出水接头6联通，水流量检查装置16分别安装在进水接头5和出水接头6上，用于记录水流量大小，还能发现水是否泄漏；气体流量计17安装在进气接头13上，用于观察氮气用量。

本发明的工作原理是：微波发生器连接到该高温天线上，该天线置于高温环境，外接氮气等压力气体经气体进气接头12，进入气体冷却腔体11中对天线内罩2和PTFE天线棒7降温；冷却液由法兰面3上安装的进水接头5进入腔体的水冷管10，水冷管10将冷却液导入到腔体底部后，再从出水口出，带走热量；同时，冷却气体经天线上罩15上开的进气孔12进入，沿喇叭内壁斜着吹扫，清洁喇叭内层涂层9，其中，外接氮气压力比天线附近压力大0.9-1.1公斤；微波从天线的微波通道12发出，经过PTFE隔离棒7的隔离后，到达被测量物体表面，再被反射回微波通道12，穿过透波材料板13，由连接天线的微波接收器接受信号并处理，从而完成微波测量任务。

本发明合理优化高炉雷达的深入高温高压区的热防护结构，具有成本低，有针对性的优点。上述装置也可以被用于其它高温检测的场合。

尽管以上结合实例和具体实施方案对本发明做了详细说明，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，雷达天线的制造材料，腔体结构设计，天线内涂层选择等，都可以有较大形式的变化，具有其它可变的形状或结构。本领域技术人员将会意识到，上述的各技术特征可以按照不同于在此所述方式的方式加以组合，或者其本身就能成为保护主题。

Claims (4)

1.一种耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，其特征在于，该天线包括用于安装外套筒（1）、天线内罩（2）、法兰片（3）、散热片（4）、PTFE天线棒（7）、水冷罩（9）、气冷却腔体（11）和透波材料板（13）组成；

其中，所述法兰片（3）上设置设有进水接头（5）、出水接头（6）和进气接头（14）；

所述水冷罩（9）由两层钢筒焊接在一起构成，两层钢筒之间设有水冷管（0），所述水冷管（10）一端与所述进水接头（5）连通，另一端与所述出水接头（6）连通；

所述外套筒（1）的上端与所述法兰片（3）焊接；所述天线内罩（2）置于所述外套筒（1）内，上端与所述法兰片（3）螺纹连接，所述天线内罩（2）的内表面涂有高温防护涂层（8），侧壁上设有进气孔（15），内部焊接透波材料板（13）；所述散热片（4）内设置微波通道（12），所述PTFE天线棒（7）置于所述微波通道（12）内；所述散热片（4）与所述天线内罩（2）的上端螺纹连接，所述微波通道（12）与所述天线内罩（2）联通；所述水冷罩（9）一端与所述法兰片（3）焊接，另一端与所述天线内罩（2）的底端焊接，所述天线内罩（2）、所述法兰片（3）和所述水冷罩（9）组成所述气冷却腔体（11），所述气体冷却腔体（11）与设置在所述法兰片（3）上的所述进气接头（14）联通。

2.根据权利要求1所述的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，其特征在于，该天线还包括流量检查装置（16）和气体流量计（17），所述流量检查装置（16）分别安装在所述进水接头（5）和所述出水接头（6）上，用于记录流量大小，以及监控冷却管是否泄漏；所述气体流量计（17）安装在所述进气接头（15）上，用于观察氮气用量。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，其特征在于，所述高温防护涂层（8）为二氧化硅或三氧化二铝。

4.根据权利要求1或2所述的耐高温自清洁抗腐蚀微波天线，其特征在于，所述透波材料（13）的材质为高温玻璃片，石英片、陶瓷片或复合透波材料。

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