CN1026354C - 气固二相粉体流量装置 - Google Patents

Abstract

一种由差压传感器、差压变送器、压力变送器、温度变送器、微处理机和自动记录仪组成的气固二相粉体流量装置。气体与粉体混合物进入差压传感器后，在差压传感器取压口处，检测出压力信号、温度信号；经差压变送器、压力变送器和温度变送器后，输入微处理机处理，并由自动记录仪记录。差压传感器吊输送管路、取压口、缓冲器、传压管和护管组成。本发明适合于粉体喷搅打桩机工作时，用来测量气固二相粉体流量。

Description

本发明涉及测量流体流量或悬浮在其它流体中的流动固态材料的流量装置。它适合于粉体喷搅打桩机工作时，用来测量气固二相粉体的流量。

在现有技术中，与本发明构思比较接近的有日本渡边金助1982年11月发表在月刊“计量装置”上的文章：“固气两相流差压流量计”和中国专利：气固液固两相流的测量方法，专利申请号：89100069.0。

“固气两相流差压流量计”的测量原理是采取在扩压管入口处确定第一测压点A，在扩压管下游处找出第二测压点B。使固体粒子速度与A点速度相等。A、B两点间的距离X用下列公式计算：

X·tanφ/γ＝ (1-φ)/(φ) （1）

（1）式中，

γ为扩压管入口处的内半径。

φ为扩压管入口处固气速度比。

Φ为扩压管半扩角

当纯气体通过时，找到直管部两侧压点C、D。用A、B两点间的压差△P_A算出气体流量G_A。用C、D两点间的压差△P及△P_A求出固气混合比m。

m=K (△P-K△P_A)/(K△P_A) （2）

（2）式中，

△P_A为A、B两点间的压差

△P为C、D两点间的压差

K为常数

固体流量G_S＝mG_A

最后，用温度值和压力值修正至标准状态下的相应值。

采用上述方法确定第二测压点B时，要分别测出固体粒子与气体的速度，这不仅十分麻烦，且误差也较大。

浙江大学王敏等人在渡边金助的发明构思基础上，对测量方法进行了间化处理。但上述两种测量方法的基本原理是一致的。且均存在以下不足之处：

1.因为流体在管道内减速后，使流体中的粒子自某一点起也开始减速。所以，从扩压管入口处到某一距离内，需找到运动速度相等的两点，即两点之间，固体粒子对流体动量的改变为零。只有用运动速度相等的两点间的压差计算出来的流量才为纯流体的流量。要做到这一点不仅十分困难，且测量误差较大。

2.在计量过程中，要求流量必需保持稳定，若固体流量发生变化，则差压△P首先随之变化。需经一过滤延迟时间，差压△P_A才随之变化。因此，两差压不同步。此外，上述两种测量方法，均以稳定流为测量对象。所以，不适用脉动流的测量。

本发明的目的是提供一种能精确测量瞬时粉体重量的气固二相流量装置。该流量装置不仅克服了上述两种测量方法的不足之处，且适合于固体流量呈稳定状态条件下的测量和固体流量呈脉动状态条件下的测量。

发明机理：

为使气体和固体在流动过程中不受配管堵塞和摩擦而引起的测量误差的影响，在测量部位采用了直管段。为使取样值稳定，在取样孔处设置一个缓 冲器。使气固二相流在稳定条件下，能获得准确的测量结果。这是因为：

1.如果固定空气流量，增加固体流量，则差压△P也随之成比例增加。

2.固气混合比与△P/△P_A成正比。

但是，由于粉体与管壁摩擦、管内压及温度等因素对测量精度仍将造成一定影响。为此，应进行必要的修正。修正公式为：

$G_s\mathrm{=\; K\; ·}\frac{\mathrm{△\; F\; +A}}{A}\mathrm{(B\; +\; △P\; +E)}\sqrt{\frac{{\mathrm{△\; P\; (C\; +E\; P}}_{静}\mathrm{＋H\; )}}{T_0\mathrm{+G\; T\; +F}}}$

（3）式中，

A、B、C、D、E、F、G、H、K均为常数。可根据在稳定流条件下实际标定的结果来确定。T₀为绝对温度，取T₀＝273℃。T为室温。P_静为输送管道内的静压。

当固体流量呈脉动状态时，因混相流差压取压处仅有一对△P_B，因此，不存在取压不同步现象，且直管段因无突出的摩擦物体，不会对脉动流的流动造成影响。利用缓冲器的稳压作用，使差压△P能正确实时反映管道内的混相流状况：

当空气流量为常量时，△P与粉体流量成正比;当空气流量变化时，△P_混合/△P_气与混合比成正比。

考虑到脉动流冲击效益的影响，其脉动流的修正公式为：

$\mathrm{Q\; =\; K\; ·(A\; ·△P\; +B)(C\; +\; D\; ·\; △\; P)}\sqrt{\frac{{\mathrm{E\; ·△\; P\; (F\; +G\; ·\; P}}_{静})}{G_0\mathrm{+H\; T\; +I}}}$

（4）式中，

△P为差压、T为室温，K、A、B、C、D、E、F、G、G₀、H、I为常数，P_静为管内静压。

下面结合附图对本发明详细描述如下：

图1为气固二相粉体流量装置在检测系统中的工作及结构示意图

图2为气固二相粉体流量装置中的差压传感器的结构位置图

图3为气固二相粉体流量装置中的差压传感器的结构示意图

图4为差压传感器的A-A剖视图

空气压缩机1通过控制阀门2和输送管路3与粉体输送器4连接。为了能够正确测量空气与粉体在管路中的粉体流量，本发明中采用了气固二相粉体流量装置。该装置由差压传感器5、差压变送器7、压力变送器8、温度变送器9、微处理机10和自动记录仪11构成。6是粉体喷搅打桩机。

将空气压缩机1送入的气体与粉体混合后，经输送管路3、控制阀门2、再经输送管路3、粉体发送器4后，送入差压传感器5中。从差压传感器5中的取压口13处，检测出压力信号，温度信号。经差压变送器7、压力变送器8和温度变送器9后，输送给微处理机10进行数据处记，并由自动记录仪11进行记录。为使本装置能在电压波动情况下稳定地工作，采用了稳压电源12。

本发明中所描述的差压传感器，由输送管路3、取压口13、缓冲器14、传压管15和护管16组成，传压管口与取压口13应对准。传压管15的轴向中心线与输送管3的中心线垂直正交。

实施例：

输送管路3的内径为＊50mm。取压口13的孔径为＊10mm。缓冲器14的内径为＊100mm，长100mm。传压管15的内径为＊10mm，长270mm。护管16的内径为＊34mm，长250mm。

压缩机1为通用空气压缩机、粉体喷搅打桩机6的型号为GPP-5型（上海探矿机械厂生产）;粉体发送器、是粉体喷搅打桩机的配套件;温度变送器为铂铂温度传感器（武汉电子元件厂生产）;压力变送器，DDC-221型（上海调节器厂生产）;差压变送器（DDC-211）型）（上海调节器厂生产）;微处理机为Z80单片机;自动记录仪，PPUP16B型（北京工业大学生产）。

在气固二相粉体流量装置中的主件，差压传感器的工作情况：

在气固二相粉体流量装置中，差压传感器串联式安装在粉体喷搅打桩机的水泥输送管道中。测量部分的管路上，产生摩擦阻力的物体不得突出。不应因配管堵塞和摩擦的原因而产生故障，不能影响打桩机的正常工作。

本发明中采用直管段替代文丘利管作为差压传感器中的测量管路。

为了消除水泥输送管道中多处弯折而造成的流速分布混乱情况，在测量管段上流侧安装了管径比 输送管径大20倍，如为＊1m以上的直管段;下流侧安装了管径比输送管大10倍，如为＊0.5m的直管段，以便进行整流。

为了将输送管的压力经传压管15引至差压变送器7，应配置四根相同的传压管。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.不仅适合于固体流量呈稳定状态下的测量，且适合于固体流量呈脉动状态条件下的测量。

2.测量精度较高，性能稳定。

3.固体在管道中输送时，不易产生堵塞现象。

Claims (1)

1、一种主要由直管段和扩管段组成的固气两相流差压流量计，其特征在于：固气二相粉体流量装置由差压传感器5、差压变送器7、压力变送器8、温度变送器9、微处理机10和自动记录仪11组成；差压传感器5由输送管路3、取压口13、缓冲器14、传压管15和扩压管16组成；传压管口15与取压管口13对准，传压管15的轴向中心线与输送管3的中心线垂直正交；为使气体和固体在流动过程中不受配管堵塞和摩擦所引起的测量误差的影响，在测量部位采用了直管段，为使取样值稳定，在取样孔处设备一个缓冲器14；气体和粉体混合物送入差压传感器5中后，从差压传感器5的取压口13处，检测出压力信号、温度信号，经差压传送器7、压力变送器8和温度变送器9后，输入给微处理机10进行处理，并由自动记录仪11进行记录。

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