CN104251720B - 气固流化床多相流参数的移动多点测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置的测量方法是确定水平、垂直方向的探头测量范围以及探头测量时的移动间距；转动垂向操作盘将探头探测孔移动至测量范围的最低位置，转动水平操作盘将探头测孔移动到流化床中轴线上，记录该位置对应于测量器件上的位移读数，将该点记为探头测量的初始基准点；之后松开左右夹持片后转动垂向操作盘将探头抬升Δ<i>y</i><i></i>mm，转动水平操作盘向右或左移动Δ<i>x</i><i></i>mm，此时探头坐标为(<i>x</i>₀+Δ<i>x</i>，<i>y</i>₀+Δ<i>y</i>)，位于第二个测点上；重复上述步骤完成对测量范围内所有测点处目标参数的测量。本发明具有测量费用低、测量准确的采用单个探头进行气固流化床内多相流参数多点测量的优点。

Description

气固流化床多相流参数的移动多点测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置及测量方法。

背景技术

气固流化床具有气固混合充分、传热传质速率高、化学反应速率快的优点，因而在化工、能源、环境及石油工业中得到了广泛应用，如催化反应、煤的气化与燃烧、垃圾处理、气体净化、镀膜和造粒过程等。床内气固多相流参数直观、全面反映了流化床设备的运行特性和状态，准确测量这些参数是进行气固流态化理论研究及工艺开发的先决条件，也是检验和完善流化床设计、提高流化床设备运行水平的重要手段。

气固流化床内多相流参数主要包括：流体动力学参数、热力学参数、传递特性参数。目前，测量多相流参数的主要方法是探头测量法，该法采用特制的传感器探头，根据光学、电学或流体力学等原理实现对流化床内特定位置目标参数的测量。该法具有简便易用、布置灵活、精度高、可测参数多等优点，在气固流化床测试研究中得到了广泛应用。然而，仅能对流化床内多相流参数进行单点测量是该法的一大缺陷。多相流参数分布的不均匀性是流化床内气固床层的固有特点，采用探头法得到的数据仅能反映固定位置点的参量变化情况，不具统计意义和代表性，因而无法作为有效数据而服务于工程设计或理论研究。为克服上述缺陷，学者们将若干探头固定在多个测量位置上组成探头阵列，以得到床内参量的空间分布数据。但采用探头阵列测量的缺点在于多探头布置时空间受限、多个探头并存对床内参数场影响大且采用多探头的费用高。

发明内容

本发明的目的是针对现有测量技术中存在的缺点，提供一种测量费用低、测量准确的采用单个探头进行气固流化床内多相流参数多点测量的测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，它包括气固流化床、移动密封部件、位移指示部件、探头支撑架以及传感器部件，其特征在于所述的气固流化床包括气体入口、气体分布器和流化床壳体，流化床壳体顶端有接口、引线接口，上部有加料口、气体出口，中部有处于同一水平线的2个接口，底部有排料口；所述的移动密封部件包括一套垂直移动密封部件和左右两套水平移动密封部件，移动密封部件包括密封轴，密封筒，联轴部件，移动轴和操作盘，其中密封筒安装在流化床壳体上接口上，密封轴穿过密封筒和接口，水平密封轴伸入流化床壳体内部一端设有夹持片，夹持片滑动夹持在探头柱体左右两侧，垂直密封轴底端与探头支撑架顶盖相连，密封轴和移动轴由联轴部件相连，操作盘安装在移动轴上；所述位移指示部件包括指示机构和测量机构，其中指示机构安装在移动轴上；所述探头支撑架包括顶盖、框架、移动构件、移动轨道、定位轨道、盖板和滤网，顶盖与框架由紧固件相连，移动轨道和定位轨道架设在框架内部，定位轨道平行布置在移动轨道上方，移动构件安装在移动轨道和定位轨道19之间，盖板安装在移动构件上，滤网包覆在框架外部；所述传感器部件包括探头和探头引线，探头垂直悬吊在移动构件上。

所述的移动轴为螺杆，其外螺纹与操作盘上的内螺纹配合使用。

所述的操作盘可以根据需要设置或不设置蜗杆或齿轮等轮系传动机构，可采用手动或者电动形式。

所述的密封轴为光滑心轴，它与密封筒配合起到密封作用。

所述的滤网可根据要求采用金属或其他材质。

所述的移动构件可采用滑块或者滚轮等结构形式，轨道可采用滑动导轨或滚动导轨等形式。

所述的探头根据需要可采用光学探头、热电偶探头、毕托管探头、热流密度探头、吸气取样探头等多种形式，探头外形为柱状。

所述移动密封部件的作用是移动探头，并对流化床壳体接口与密封轴连接处进行密封。其中的移动轴为螺杆，移动轴上的外螺纹与操作盘所设内螺纹配合使用起到移动探头的作用，限制操作盘的轴向运动和移动轴的周向旋转，转动操作盘时移动轴会做无旋的轴向运动，移动轴通过联轴部件将带动密封轴同步运动。移动轴的结构根据强度、刚度和振动稳定性等设计准则确定，移动轴外螺纹导程根据探头移动最小间距确定，移动轴外螺纹长度根据探头最大位移确定。操作盘可以设置或不设置外接的齿轮或者蜗杆等轮系传动系统，操作盘的动力源可采用人力或者电力驱动形式。联轴部件可采用联轴器或接榫等连接形式。其中密封轴为光滑心轴，该轴依次穿过密封筒和流化床接口后伸入流化床设备内部，密封筒与密封轴配合起到密封作用。密封轴结构根据强度、刚度和振动稳定性等设计准则确定，密封轴的长度根据移动轴长度以及移动轴与探头的相对位置确定，密封轴的加工精度则根据密封要求确定。密封筒的尺寸、密封形式以及接口尺寸根据密封轴的尺寸和密封设计准则来确定。其中的位移指示部件由指示机构和测量机构组成，用于定位探头以及测量探头位移大小。指示机构可采用机械或光源等各种形式，如指针或激光等，测量机构则可采用刻度尺或电子尺等各种形式，测量机构的精度和量程根据探头移动距离和移动间距来确定。垂直移动密封部件的密封轴底端与探头支撑架顶盖相连，与垂向位移指示部件配合使用以控制探头的上下移动。水平移动密封部件的密封轴端部所设夹持片从两侧夹住探头，与水平方向位移指示部件配合使用以控制探头的左右移动。

所述探头支撑架的作用是支撑、固定探头，并提供探头左右移动的轨道。其中的顶盖与框架由紧固件相连，构成了支撑架的外轮廓。支撑架外部尺寸根据探头尺寸、探头移动距离以及机械强度要求来确定，支撑架布置在流化床层上方足够高的位置，以减小支撑架的存在对气固流场的影响。顶盖同时与垂直移动密封部件的密封轴底端相连，转动操作盘时密封轴将带动探头支撑架做升降运动。探头支撑架内部从左到右架设有移动轨道，移动轨道上方布置有平行的定位轨道，移动轨道和定位轨道之间装设移动构件，移动轨道和定位轨道用以固定移动构件并为其提供移动通道。移动构件中心开设上下连通的卡槽，探头穿过并悬吊在卡槽内，使用紧固件将盖板自上而下紧贴探头顶端压入卡槽从而将探头紧固在移动构件上。所述移动构件可采用滑块或者滚轮等结构形式，轨道则相应地可采用滑动导轨或滚动导轨等形式，移动构件的尺寸根据固定、支撑探头的要求确定，轨道尺寸则根据探头移动距离以及移动构件尺寸来确定。移动构件沿轨道左右移动时将带动探头左右移动，框架上下移动时将带动探头上下移动。顶盖与盖板上均设有引线接口，用于将探头引线引到支撑架外部。其中的框架外围包覆有滤网，滤网起到阻止固体颗粒进入支撑架内部而造成移动装置卡死失效的作用。滤网的材质根据流化床操作条件确定，滤网网眼尺寸应小于最小床料颗粒的粒径。

所述传感器探头根据测量参数的不同可采用光学探头、热电偶探头、毕托管探头、热流密度探头、吸气取样探头等多种形式。在满足测量要求的前提下探头尺寸取最小值，可将探头存在对测量的影响降至最低，探头长度根据测量要求及位移范围确定。探头顶端装设在移动构件卡槽内，探头两侧由夹持片夹紧固定。探头顶端引线依次穿过盖板、顶盖及流化床壁面所设引线接口后与流化床外部的配套二次仪表相连，实现测量信号的传输与储存。

本发明还提供了一种应用于气固流化床多相流参数移动测量装置的测量方法，包括如下步骤：

（1）确定水平、垂直方向的探头测量范围x、y以及探头测量时的移动间距Δx、Δy；

（2）转动垂向操作盘将探头探测孔移动至测量范围的最低位置后保持其高度不变，转动水平操作盘将探头测孔移动到流化床中轴线上，记录该位置对应于测量器件上的位移读数(x₀，y₀)，将该点记为探头测量的初始基准点；

（3）完成基准点处测量后转动操作盘将探头移动至下一个测量位置松开左右夹持片后转动垂向操作盘将探头抬升Δymm，转动水平操作盘向右或左移动Δxmm，此时探头坐标为(x₀+Δx，y₀+Δy)，位于第二个测点上；(以向右上方移动为例：松开左右夹持片后转动垂向操作盘将探头抬升Δymm，转动右侧水平操作盘使右侧夹持片向右退Δxmm，转动左侧水平操作盘使左侧夹持片向右跟进Δxmm，此时探头坐标为(x₀+Δx，y₀+Δy)，位于第二个测点上)；

（4）重复（3）的步骤即可完成对测量范围内所有测点处目标参数的测量。

本发明实现了单探头的连续移动多点测量，与现有技术相比具有如下特色及优点：

探头移动范围广，可对流化床内任意位置的目标参数进行测量，得到的多点数据更具代表性和实际意义。

在流化床内仅布置一个探头，将探头存在对流化床内物理场的影响降至最低，提高了测量准确度。

测点布置灵活，测量装置的费用显著降低。

该装置中设置有密封部件(密封筒、密封轴)，使其同时适用于常压和加压流化床的测量研究。

该装置设计时充分考虑到热应力和热变形，使其同时适用于常温和高温场合。

该装置利用螺旋传动来控制探头的移动，位移精度可达0.1mm级。

装置中采用的滤网和夹持片设计提高了装置的防颗粒堵塞、卡死能力，延长了装置运行寿命。

该装置由常规零件组成，结构简单，操作方便。

附图说明：

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明装置结构的A-A剖视图。

图3为本发明实施例的测量示意图。

附图标记说明：1为气体入口；2为气体分布器；3为流化床壳体；4为夹持片；5a、5b、5c为密封轴；6a、6b、6c为接口；7a、7b、7c为密封筒；8a、8b、8c为联轴部件；9a、9b、9c为操作盘；10a、10b、10c为移动轴；11a、11b、11c为指示机构；12a、12b、12c为测量机构；13为框架；14为滤网；15为探头引线；16a、16b为引线接口；17a、17b为紧固件；18为顶盖；19为定位轨道；20为盖板；21为移动构件；22为移动轨道；23为加料口；24为气体出口；25为探头；26为排料口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置及测量方法，它包括气固流化床、移动密封部件、位移指示部件、探头支撑架以及传感器部件，所述的气固流化床包括气体入口1、气体分布器2和流化床壳体3、流化床壳体3顶端有接口6b、引线接口16a，上部有加料口23、气体出口24，中部有处于同一水平线的接口6a和接口6c，底部有排料口26；流化气从气体入口1处进入流化床壳体3，向上流经气体分布器2后进入流化区，流化气继续向上运动经流化床上部气体出口24排出。固体床料颗粒则由加料口23加入床内，由排料口26排出。

所述的移动密封部件包括一套垂直移动密封部件和左右两套水平移动密封部件，在流化床壳体3侧壁上正对开设接口6a和6c，穿过6a、6c装有两套水平移动密封部件，在流化床壳体3的顶部开设接口6b，穿过6b装设一套垂直移动密封部件。三套移动密封部件结构相似，包括密封轴5a、5b、5c，密封筒7a、7b、7c，联轴部件8a、8b、8c，操作盘9a、9b、9c和移动轴10a、10b、10c。其中密封轴5a、5b、5c和密封筒7a、7b、7c配合实现密封功能，操作盘9a、9b、9c以内螺纹套装在移动轴10a、10b、10c的外螺纹上，限制操作盘的轴向运动以及移动轴的周向旋转，转动操作盘9a、9b、9c将带动移动轴10a、10b、10c实现轴向移动。联轴部件8a、8b、8c将密封轴5a、5b、5c和移动轴10a、10b、10c连接起来。水平移动密封部件的密封轴5a、5c伸入流化床壳体3内部一端设有夹持片4，夹持片4滑动夹持在探头柱体25左右两侧，垂直移动密封部件的密封轴5b底端与探头支撑架顶盖18相连。

所述位移指示部件包括指示机构11a、11b、11c和测量机构12a、12b、12c，其中指示机构11a、11b、11c安装在移动轴10a、10b、10c上；

所述探头支撑架包括顶盖18、框架13、移动构件21、移动轨道22、定位轨道19、盖板20和滤网14，顶盖18与框架13由紧固件17a相连，移动轨道22和定位轨道19从左至右架设在框架13内部，定位轨道19平行布置在移动轨道22上方，移动构件21安装在移动轨道22和定位轨道19之间，并能够沿轨道移动，盖板20安装在移动构件21上，金属滤网14包覆在框架13外部；

所述传感器部件包括探头25和探头引线15，探头25垂直悬吊在移动构件21上。探头引线15从探头25顶端引出后依次穿过引线接口16b、16a后伸出床体外部并与配套的二次仪表相连。

如图3所示，本例中采用外径10mm的圆柱状热电偶探头25测量内径为200mm加压流化床矩形区域ABCD内的温度分布。流化气体为压缩空气，床料由直径0.1-0.5mm的沙粒组成，流化床操作压力0.6MPa，操作温度300℃。测量区域宽AB=160mm，高BC=60mm，水平方向测点间距Δx=8mm，垂直方向测点间距Δy=6mm，共231个测点。操作盘9a、9b、9c为手动转轮，套装在移动轴10a、10b、10c上。移动轴10b上外螺纹长80mm，螺距为2mm，移动轴10a、10c上外螺纹长180mm，螺距为2mm。移动轴10a、10b、10c与密封轴5a、5b、5c由联轴器8a、8b、8c相连接。密封筒7a、7b、7c采用填料密封方式。指示机构11a、11b、11c为金属指针，测量机构12a、12b、12c为高精度钢尺。移动构件21和轨道19、22分别为滑块和滑轨，滑轨长180mm。滤网14为200目的金属丝网。转动手轮9b，移动轴10b将带动密封轴5b、探头支撑架和探头25上下移动。转动手轮9a和9c，移动轴10a和10c将带动密封轴5a、5c以及探头25左右移动。

本发明提供一种气固流化床中多相流参数的移动多点测量方法，该方法的实施例包括如下步骤：将热电偶探头25紧固在滑块21的卡槽中，将热电偶补偿导线15经引线接口16a、16b引出床体外部并与配套二次仪表相连，开启流化气、加入床料，待床层达到正常操作状态后开始测量；先转动手轮9a、9b、9c将探头移动至测量基准点O点(见图3)上，记录此时钢尺12a、12b、12c的读数，记录O点在Δt时间内的温度数据；之后转动手轮9a，根据钢尺12a的读数控制密封轴5a向左移动8mm，再转动手轮9c，使密封轴5c推动探头25向左移动8mm，此时探头位于第二个测点上，重复该步骤完成对AB线上21个测点的测量；之后松开夹持片4对探头25的夹持，转动手轮9b使探头向上移动6mm，操作手轮9a、9c完成对该高度处21个测点的测量；重复上述步骤移动探头可完成对ABCD区域内温度数据的多点测量。

以上详细说明仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即凡是依据本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，它包括气固流化床、移动密封部件、位移指示部件、探头支撑架以及传感器部件，其特征在于所述的气固流化床包括气体入口(1)、气体分布器(2)和流化床壳体(3)，流化床壳体(3)顶端有接口(6b)、引线接口(16a)，上部有加料口(23)、气体出口(24)，中部有处于同一水平线的2个接口(6a、6c)，底部有排料口(26)；所述的移动密封部件包括一套垂直移动密封部件和左右两套水平移动密封部件，移动密封部件包括密封轴(5a、5b、5c)，密封筒(7a、7b、7c)，联轴部件(8a、8b、8c)，移动轴(10a、10b、10c)和操作盘(9a、9b、9c)，其中密封筒(7a、7b、7c)安装在流化床壳体(3)接口(6a、6b、6c)上，密封轴(5a、5b、5c)穿过密封筒(7a、7b、7c)和接口(6a、6b、6c)，水平密封轴(5a、5c)伸入流化床壳体(3)内部一端设有夹持片(4)，夹持片(4)滑动夹持在探头柱体左右两侧，垂直密封轴(5b)底端与探头支撑架顶盖(18)相连，密封轴(5a、5b、5c)和移动轴(10a、10b、10c)由联轴部件(8a、8b、8c)相连，操作盘(9a、9b、9c)安装在移动轴(10a、10b、10c)上；所述位移指示部件包括指示机构(11a、11b、11c)和测量机构(12a、12b、12c)，其中指示机构(11a、11b、11c)安装在移动轴(10a、10b、10c)上；所述探头支撑架包括顶盖(18)、框架(13)、移动构件(21)、移动轨道(22)、定位轨道(19)、盖板(20)和滤网(14)，顶盖(18)与框架(13)由紧固件(17a)相连，移动轨道(22)和定位轨道(19)架设在框架(13)内部，定位轨道(19)平行布置在移动轨道(22)上方，移动构件(21)安装在移动轨道(22)和定位轨道(19)之间，盖板(20)安装在移动构件(21)上，滤网(14)包覆在框架(13)外部；所述传感器部件包括探头(25)和探头引线(15)，探头(25)垂直悬吊在移动构件(21)上。

2.如权利要求1所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，其特征在于所述的移动轴(10a、10b、10c)为螺杆，其外螺纹与操作盘(9a、9b、9c)上的内螺纹配合使用。

3.如权利要求1所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，其特征在于所述的操作盘(9a、9b、9c)根据需要设置或不设置蜗杆或齿轮轮系传动机构，采用手动或者电动形式。

4.如权利要求1所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，其特征在于所述的密封轴(5a、5b、5c)为光滑心轴，它与密封筒(7a、7b、7c)配合起到密封作用。

5.如权利要求1所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，其特征在于所述的滤网(14)采用金属。

6.如权利要求1所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，其特征在于所述的移动构件(21)可采用滑块或者滚轮结构形式，轨道(19、22)采用滑动导轨或滚动导轨形式。

7.如权利要求1所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置，其特征在于所述的探头(25)采用光学探头、热电偶探头、毕托管探头、热流密度探头或吸气取样探头多种形式，探头(25)外形为柱状。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种气固流化床多相流参数的移动多点测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定水平、垂直方向的探头测量范围x、y以及探头测量时的移动间距Δx、Δy；

(2)转动垂向操作盘将探头探测孔移动至测量范围的最低位置后保持其高度不变，转动水平操作盘将探头探测孔移动到流化床中轴线上，记录该位置对应于测量机构上的位移读数(x₀，y₀)，将该点记为探头测量的初始基准点；

(3)完成基准点处测量后转动操作盘将探头移动至下一个测量位置，松开左右夹持片后转动垂向操作盘将探头抬升Δymm，转动水平操作盘向右或左移动ΔXmm，此时探头坐标为(x₀+Δx，y₀+Δy)，位于第二个测点上；

(4)重复(3)的步骤即可完成对测量范围内所有测点处目标参数的测量。