CN103608119A - 用于监控至少一个喷嘴的状态的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监控至少一个喷嘴（2）的状态的一种系统（1，1'，1''）和一种方法，该喷嘴用于喷出两相-或三相混合物（3，3'）。喷嘴（2）在此被分配有至少一个用于检测喷嘴（2）的区域中的声音功率电平信号（Lw）的固体声传感器（4），和还被分配有至少一个气体和/或液体计量器（5），以用于检测通过喷嘴（2）导引的、气体（6）和/或液体的体积流量（Q）。

Description

用于监控至少一个喷嘴的状态的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于监控用于喷出两相混合物或三相混合物的、至少一个喷嘴的状态的一种系统和一种方法。
背景技术
用于将包括不同聚集态的材料的混合物喷射入或装入处理室或处理空间中的喷嘴是在不同工业分支中充分已知的。因此例如使用喷嘴来喷射包括气体和固体颗粒或气体和液体的双料混合物。这例如是在金属制造领域中已知的，在此借助于气体将碳颗粒、石灰颗粒等吹入熔炉中。在这些多种多样的其它领域中例如也与含氧气体一起喷射和随后燃烧液态燃料、例如重油，以便使得炉子运行或进行其它的加热过程等。喷射包括固体颗粒和液体的悬浮液形式的两相混合物也是由废水处理技术、游泳池技术、用于原材料处理的浮选技术等是已知的。
喷射包括气体、固体颗粒和液体的三相混合物例如同样也使用在浮选中。
浮选是一种用于基于包含在悬浮液中的颗粒的不同表面湿润性借助于小气泡来分离在含水悬浮体或者说悬浮液中的细粒状固体材料混合物、例如矿石和脉石的物理分离方法。其用于洗选矿藏和加工优选含矿物的、具有较低至中等含量的有用成分或原料的材料，例如以非铁金属、铁、稀土金属和/或贵金属以及非金属矿藏。
WO2006/069995A1描述了一种气动浮选单元，具有包围浮选室的壳体、至少一个用于将悬浮液输送到浮选室中的、在此称为喷射器的喷嘴，还具有至少一个用于将气体输送到浮选室中的输送装置，在应用空气时称为排气装置或通风装置，以及具有用于在浮选时形成的泡沫产物的收集容器。
在气动浮选中一般将掺有试剂的、由水和细粒状固体组成的悬浮液通过至少一个喷嘴输送到浮选室中。试剂应能使得特别是有价值的、优选待分离的颗粒或者说材料颗粒在悬浮液中成为恐水的。大多情况下将黄酸盐用作试剂，特别用于选择性地使含硫的矿石颗粒恐水。同时随着悬浮液向至少一个喷嘴输送与悬浮液中的恐水颗粒接触的气体、特别是空气。通过喷嘴或者说喷射器相应地将三相混合物喷射入浮选室中。恐水颗粒附着在形成的小气泡上，因此也称为空气泡的小气泡形成物悬浮并且在悬浮液的表面上形成泡沫产物。泡沫产物被送到收集容器中并且通常还被浓缩。
用于喷射两相混合物或三相混合物的喷嘴通常经受高的机械和磨损应力。在两相混合物或三相混合物经过喷嘴的高的通流速度或在类似于空穴的过程中对形成喷嘴的材料进行去除并且改变喷嘴的几何尺寸。在此材料的去除可以在喷嘴内壁区域中相对均匀地、但是也局部不同地进行。
喷嘴的改变的几何尺寸导致两相混合物或三相混合物的相的混合和溶解的变化并且由此通常导致在随后过程的范围内的恶化。在用于将包括固体颗粒、液体和气体的三相混合物喷射入浮选室中的喷嘴或者说喷射器中，三相的恶化的混合和溶解导致浮选单元的降低的效率（Leistung）。
这种喷嘴因此是一种易损件，该易损件通常必须被检查，必要时被修复或更换新出厂的喷嘴。根据喷嘴的使用领域从每日多次到每年一次的时间间隔内进行这种检查或维护。例如在用于将包括固体颗粒、液体和气体的三相混合物喷射入浮选室中的喷嘴或者说喷射器中，通常每年进行一至两次这种检查。为此必须停止生产过程并且对包括喷嘴或者说喷射器的浮选单元的每个易损件单独进行调查和评判。检查投入大且耗时长。所有可能被判断为损坏的、待更换的易损件必须有储备，以便确保快速更换且不会发生不必要地延长浮选单元的停机时间。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于监控用于喷出两相混合物或三相混合物的、至少一个喷嘴的状态的一种如下所述的改进的系统和方法。
该目的在用于监控用于喷出两相混合物或三相混合物的、至少一个喷嘴的状态的系统方面由此实现，即喷嘴分配有至少一个固体声传感器，以用于检测喷嘴的区域中的声音功率电平信号，以及还分配有至少一个气体和/或液体计量器，以用于检测通过所述喷嘴导引的气体和/或液体的体积流量。
根据本发明的系统能实现持久地监控喷嘴磨损状态，而不必在此中断向喷嘴输送两相混合物或三相混合物的过程或者不必关闭有喷嘴在其中运行的技术设备。因此证明，即新出厂喷嘴的声音功率电平位于由于磨损已经发生几何形状变化的喷嘴的声音功率电平之上。此外确定，即用于形成两相混合物或三相混合物的气体和/或液体的消耗随喷嘴的磨损增大而上升。因此可以根据在喷嘴处检测到的声音功率电平信号和所测得的气体和/或液体的体积流量而推断出喷嘴的当前磨损并且给出在喷嘴的哪个运行时段之后需要进行维护的诊断结果。这简化了保养期限的确定，其中实际上需要进行维护且能实现对于易损件储备和易损件补充订货的准确规划。
该目的在根据本发明的、用于监控用于喷出两相混合物或三相混合物的、至少一个喷嘴的状态的方法方面由此实现，即喷嘴分配有至少一个固体声传感器，以用于检测喷嘴的区域中的声音功率电平信号，以及还分配有至少一个气体和/或液体计量器，以用于检测通过喷嘴导引的气体或液体的体积流量，和根据对声音功率电平信号和体积流量的评估来确定至少一个喷嘴的维护期限。
由于可以根据在喷嘴处检测的声音功率电平信号和所测得的体积流量而推断出喷嘴的当前存在的磨损，因此也能以简单的方式给出在喷嘴的哪个运行时段之后需要进行维护的诊断结果。通常必须选择维护期限的一个固定不变的周期并且随后与喷嘴磨损状态实际上是否需要维护无关地进行维护，而现在可以根据相应喷嘴的实际磨损状态确定出维护期限的顺序。相应地可以在存在多个喷嘴时，使维护期限配合已经处于最剧烈磨损的状态中的那个被监控喷嘴的磨损状态。由此使两个保养期限之间的时间间隔最大化，避免喷嘴故障和不必要的关闭时间，且使储备易损件的费用最小化。
固体声传感器可以布置在喷嘴外部并且因此自身受保护避免磨损地布置且几乎可不受限制地使用。
在双料混合物或三料混合物（Zwei-oder Dreistoffgemisch）中能在喷嘴前面测量的压力也提供了对于喷嘴磨损的另一种提示。在此，如果相对于可在新喷嘴处测量的压力的初始值确定了显而易见的压力下降，则大多情况下在喷嘴处也存在磨损。因此有利的是，该系统还具有在喷嘴前面布置的至少一个压力传感器，以用于检测在两料混合物或三料混合物中的压力。利用该压力传感器可以进一步证实对于喷嘴磨损状态的确定，其借助于至少一个固体声传感器和至少一个气体和/或液体计量器来确定。
喷嘴在系统中优选这样布置，即两相混合物或三相混合物喷射入一室中。在本发明的一个优选的设计方案中，该室可以是浮选单元的浮选室。可替换地该室例如也可以是燃烧室、特别是熔融金属冶金设备或加热设备。但是该系统当然也适用于将两相混合物或三相混合物喷射入周围环境、即大气或海洋中的喷嘴。
系统的至少一个喷嘴特别是用于将三相混合物喷射入室、如浮选室中的喷射器，该三相混合物包括固体颗粒、液体和至少一种气体。这种喷嘴经受特别高的磨损并且不需要的和过早的维护会导致极大投入和不必要的生产下降。
在该系统或该方法的一个特别优选的实施方式中还存在至少一个计算单元，该计算单元与至少一个固体声传感器和至少一个气体和/或液体计量器、必要时也还与至少一个压力传感器以数据技术相连接。计算单元能实现自动检测和存储数据以及能实现对数据的自动评估。
优选地，至少一个计算单元设置用于，将由至少一个固体声传感器检测到的声音功率电平信号和由至少一个气体和/或液体计量器检测到的气体和/或液体的体积流量，和必要时还将由至少一个压力传感器检测到的、在喷嘴前面的压力在一时间段t内存储起来并且相互在时间上联系在一起。因此声音功率电平信号的曲线和体积流量是可追踪的。
优选地，至少一个计算单元包括显示单元，该显示单元设置用于，光学输出被联系在一起的用于维护人员的信号。
优选地，计算单元还设置用于，由气体和/或液体的体积流量（只要需要）计算出平均的气体和/或液体的体积流量并且由声音功率电平信号计算出平均的声音功率电平信号，和在超过体积流量或平均的体积流量的第一阈值的情况下和/或在低于平均的声音功率电平信号的第二阈值的情况下产生报警信号，该报警信号表明，应对喷嘴进行维护或更换。报警信号在此显示出所预测的报警期限。在此可以使对于维护的预警时间或出现报警信号和实际报警期限之间的时间间隔匹配于所需要的、用于必需的易损件的订货时间和提供时间。
第一阈值在此特别这样选择，即该第一阈值比在新出厂的喷嘴处测量的气体和/或液体的体积流量或平均的体积流量高20%。
优选地，第二阈值这样选择，即该第二阈值比在新出厂的喷嘴处测量的平均的声音功率电平信号低50%。
优选地，计算单元还设置用于，可选地由检测到的压力计算出在喷嘴前面的平均压力，和在低于压力或平均压力的另一个阈值时产生另一个报警信号。如果存在有该报警信号以及另一个报警信号，则其可理解为对于喷嘴处存在的磨损的确认。
根据本发明的系统和根据本发明的方法适于监控用于喷射两相混合物或三相混合物的每个喷嘴的状态。特别设计有一种应用方案来监控喷射器，该喷射器用于将两相混合物或三相混合物、如悬浮液或掺有气体的悬浮液喷射入浮选室中，或者设计有一种应用方案来监控喷嘴，该喷嘴用于将包括气体和固体颗粒或气体和液体的两相混合物喷射入燃烧室中。然而，根据本发明的系统和方法也可以有益地用于其它应用领域、例如废水技术、造纸业或化学工业中。
附图说明
图1至4举例说明该系统和该方法的不同实施方式。示出：
图1是包括计算单元的系统；
图2是对由根据本发明的系统所提供的信号的评估；
图3是具有用于浮选单元的喷嘴的系统；
图4是具有用于电子电弧炉的喷嘴的系统。
具体实施方式
图1示出用于监控喷嘴2的状态的系统1，在此该喷嘴用于喷射三相混合物3，该三相混合物包括由水和矿物质颗粒组成的悬浮液7和在此为空气形式的气体6。喷嘴2被分配有固体声传感器4以用于检测喷嘴2的区域中的声音功率电平信号，以及还被分配有至少一个气体计量器5，以用于检测通过喷嘴2导引的气体6。系统1在此还包括计算单元10，该计算单元通过数据传输导线11，12与固体声传感器4和气体计量器5相连接。替代数据传输导线11，12也可以在计算单元10与固体声传感器4和气体计量器5之间设置无线缆的数据连接，例如通过无线电。
由固体声传感器4检测到的声音功率电平信号Lw（参见图2）和由气体计量器5检测到的、气体6的体积流量Q的信号被传输到计算单元10和进行评估。替代计算单元10也可以可替换地在固体声传感器4和气体计量器5上手动地接收声音功率电平Lw和体积流量Q的信号并且相应手动地评估结果。
图2举例示出对由系统1提供信号的评估。在Y轴上记录了以dB为单位的、借助于固体声传感器4检测到的声音功率电平Lw和以m3/s为单位的、借助于气体计量器5检测到的气体的体积流量Q。在x轴上记录了所监控的喷嘴2-根据预期的磨损特性-以小时、天、周或年为单位的工作持续时间t。在此举例选择显示出以小时为单位的工作持续时间t。根据对声音功率电平信号Lw和体积流量Q的评估而实现确定喷嘴2的维护期限tw。
计算单元10在信号剧烈波动时根据需要设置用于，由气体和/或液体的体积流量计算出气体和/或液体的平均体积流量。计算单元10还设置用于，由声音功率电平信号Lw计算出平均的声音功率电平信号LwM，和在超过体积流量Q或平均体积流量的第一阈值SWQ时和/或在低于平均的声音功率电平信号LwM的第二阈值SWLW时产生一报警信号，其显示出：在期限tw时实施对喷嘴2的维护或更换。
系统1还可以具有在此未详细示出的压力传感器，该压力传感器确定在喷嘴前面的压力并且可选地以数据技术与计算单元10相连接。所测量的压力或相对于在新出厂喷嘴处所测量的压力的压力下降的幅度可以被作为额外的证据进行评估，即出现喷嘴磨损。
图3示出具有作为浮选单元100的喷射器工作的喷嘴2的系统1'。和图1中相同的参考标号表示同样的部件。该系统1'具有计算单元10，该计算单元包括显示单元10a。该显示单元设置用于，光学输出用于体积流量Q和声音功率电平Lw，LwM的被联系在一起的信号，例如在根据图2的图形显示中。
浮选单元100包括以横截面显示的浮选室101，借助于喷嘴2将包括含有矿物质固体颗粒和水的悬浮液7的三相混合物3以及空气形式的气体6输送到该浮选室中。
在浮选室101中已经存在有悬浮液7，该悬浮液借助于示意性示出的气体输送装置102被通入另外的空气形式的气体6a。在浮选室101的上部区域中，在悬浮液7表面上形成了包括小气泡和附着于其上的含有矿物质的原料颗粒的泡沫产物104，该泡沫产物通过同样也以横截面示出的泡沫收集槽103导出。借助于1'可以确定喷嘴2的理想的维护期限并且在这个期限按照计划进行维护。
图4示出具有用于电子电弧炉200的喷嘴2的系统1''。和图1中相同的参考标号表示同样的部件。该系统1''具有计算单元10，该计算单元包括显示单元10a。该显示单元设置用于，光学输出用于体积流量Q和声音功率电平Lw，LwM的被联系在一起的信号，例如在根据图2的图形显示中。
示意性示出的电子电弧炉200包括以横截面示出的炉容器202，其具有炉盖203，借助于喷嘴2向其中送入包括例如像碳颗粒的固体颗粒8以及空气形式的气体6组成的两相混合物3'。可替换地可以将喷嘴2用作燃烧器，通过该燃烧器形成、喷出并点燃包含重油和氧气的双料混合物。
在炉容器202中存在有金属熔液204，在其上形成包含炉渣205的层。在炉渣上方的炉室形成熔融金属冶金设备的燃烧室。通过炉盖203导引由石墨制成的电极201以用于产生电弧。
借助于系统1''可以确定出喷嘴2的理想的维护期限并且按照计划在该期限来进行维护。
上述实施例当然不包括本发明的所有实施方式或全部的可能应用情况。因此也可以同时监控多个喷嘴，在这些喷嘴中喷射相同或不同的两相混合物或三相混合物。各种不同的应用领域、例如在废水技术中的应用也是可能的。此外，在悬浮液形式的双料混合物中可以存在有液体计量器，或者在包括气体和液体的双料混合物中可以存在有气体以及液体计量器。

Claims (19)

1.一种用于监控用于喷出两相混合物或三相混合物（3，3'）的、至少一个喷嘴（2）的状态的系统（1，1'，1''），其特征在于，所述喷嘴（2）分配有至少一个固体声传感器（4），以用于检测所述喷嘴（2）的区域中的声音功率电平信号（Lw），以及还分配有至少一个气体和/或液体计量器（5），以用于检测通过所述喷嘴（2）导引的气体（6）和/或液体的体积流量（Q）。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述喷嘴（2）前面布置有至少一个压力传感器，以用于检测在所述两相混合物或所述三相混合物（3，3'）中的压力。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述喷嘴（2）这样布置，即喷射入一室中。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述室是浮选单元（100）的浮选室（101）。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少一个喷嘴（2）是用于将所述三相混合物（3）喷射入所述室中的喷射器，所述三相混合物包括固体颗粒（8）、液体和至少一种气体（6）。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述室是燃烧室、特别是熔融金属冶金设备或加热设备。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，还存在至少一个计算单元（10），所述计算单元与所述至少一个固体声传感器（4）和所述至少一个气体和/或液体计量器（5）、必要时也还与所述至少一个压力传感器以数据技术相连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少一个计算单元（10）设置用于，将由所述至少一个固体声传感器（4）检测到的所述声音功率电平信号（Lw）和由所述至少一个气体和/或液体计量器（5）检测到的所述气体和/或液体的体积流量（Q），必要时还将由所述至少一个压力传感器检测到的、在所述喷嘴（2）前面的压力在一时间段内存储起来并且相互在时间上联系在一起。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个计算单元（10）包括显示单元（10a），所述显示单元设置用于，光学输出被联系在一起的信号。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个计算单元（10）还设置用于，由气体和/或液体的所述体积流量（Q）可选地计算出平均的气体和/或液体的体积流量并且由所述声音功率电平信号（Lw）计算出平均的声音功率电平信号（LwM），和在超过所述体积流量（Q）或平均的体积流量的第一阈值（SWQ）的情况下和/或在低于所述平均的声音功率电平信号（SwLWM）的第二阈值（SWLW）的情况下产生报警信号，所述报警信号表明，应对所述喷嘴（2）进行维护或更换。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述计算单元（10）还设置用于，可选地由检测到的所述压力计算出在所述喷嘴（2）前面的平均压力，和在低于所述压力或所述平均压力的另一个阈值时产生另一个报警信号。
12.一种用于监控用于喷出两相混合物或三相混合物（3，3'）的、至少一个喷嘴（2）的状态的方法，其特征在于，所述喷嘴（2）分配有至少一个固体声传感器（4）以用于检测所述喷嘴（2）的区域中的声音功率电平信号（Lw），以及还分配有至少一个气体和/或液体计量器（5）以用于检测通过所述喷嘴（2）导引的气体或液体的体积流量（Q），和根据对所述声音功率电平信号（Lw）和所述体积流量（Q）的评估来确定所述至少一个喷嘴（2）的维护期限（tw）。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还借助于至少一个布置在所述喷嘴（2）前面的压力传感器来检测在双料混合物或三料混合物（3，3'）中的压力。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，还有至少一个计算单元（10）与所述至少一个固体声传感器（4）和所述至少一个气体和/或液体计量器（5）、必要时也还与所述至少一个压力传感器以数据技术相连接，将由所述至少一个固体声传感器（4）检测到的所述声音功率电平信号（Lw）和由所述至少一个气体和/或液体计量器（5）检测到的所述体积流量（Q）、和必要时还将由所述至少一个压力传感器检测到的所述压力在一时间段内存储起来并且相互在时间上联系在一起。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，被联系在一起的所述信号通过所述至少一个计算单元（10）的显示单元（10a）光学输出。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，借助于所述至少一个计算单元（10），由所述声音功率电平信号（Lw）计算出平均的声音功率电平信号（LwM），和由所述体积流量（Q）可选地计算出平均的体积流量，和在超过所述体积流量（Q）或所述平均的体积流量的第一阈值（SWQ）的情况下和/或在低于所述平均的声音功率电平信号（LwM）的第二阈值（SWLW）的情况下产生报警信号，所述报警信号表明所述维护期限（tw）。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一阈值（SWQ）这样选择，即所述第一阈值比在新出厂的喷嘴处测量的所述体积流量（Q）或所述平均的体积流量高20%。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述第二阈值（SWLW）这样选择，即所述第二阈值比在新出厂的所述喷嘴处测量的所述平均的声音功率电平信号（LwM）低50%。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述至少一个计算单元（10）还可选地由检测到的所述压力计算出在所述喷嘴（2）前面的平均压力，和在低于所述压力或所述平均压力的另一个阈值时产生另一个报警信号。
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