CN108896121A - 一种基于十字探针的轴流风机流量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于十字探针的轴流风机流量测量装置，所述测量装置包括总压测量十字架、静压测量环、数据后处理及集成电路，总压测量十字架由4根总压探针用十字连接件连接构成，每根探针枝杆上开有6个测点，测点位置根据等面积环法选取。在风机筒壁某一截面均匀选取4个静压测点。选取平均总压及平均静压进而求出轴流风机流量，并通过硬件设备实现在线监测。本发明通过特有的设计结构实现大口径轴流风机流量测量，提高了总压测量的准确度，并简化了静压测量的方法。结构简单，易于实现，有利于工业控制应用。
Description
技术领域
本发明属于测量仪器技术领域，具体涉及一种基于十字探针的轴流风机流量测量装置。
背景技术
在火电厂有大量的叶片式轴流风机，如向锅炉输送空气的送风机、排除锅炉烟气的引风机、输送煤粉的一次风机与二次风机、给脱硫系统提供动力的增压风机、空冷火电厂中作为凝汽器冷却空气驱动设备的空冷风机。准确地测量风机入口流量对火电厂热工过程控制具有重要的意义，风机入口流量是很多控制系统的控制变量或中间计算变量，如炉膛的负压系统、燃烧控制系统，因此轴流风机流量的测量与火电厂的安全性和经济性紧密相关。
然而这些风机具有口径大、流速低、流量大、流场不均匀的共同特点，由多台轴流风机组成的空冷阵列还存在相互影响的问题，需在同一截面对多个点进行测量。且大多数风机都是露天布置，其入口动力场容易受自然风扰动的影响。
以上风机入口动力学特点、风机尺寸的大口径、风机的安装位置，使得大口径轴流风机的入口流量测量成为长期以来困扰电厂实际运行的难题之一。针对这一现状，电厂的已有风机流量测量方法为，通过皮托管阵列同时测均匀分布的测点的总压及静压，通过计算求得流量。但是现有的方法，总是存在轴流风机口径大、流场不均匀、易受干扰等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于十字探针的轴流风机流量测量装置，所述测量装置包括总压测量十字架、静压测量环和数据处理，所述总压测量十字架和静压测量环连接数据处理，所述总压测量十字架设有多个总压测点，所述数据处理将总压测量十字架和静压测量环测得的数据进行数据处理，输出流量；
进一步地，所述总压测量十字架由四根总压探针用十字连接件连接构成，每根总压探针枝杆上开有六个测点，测点位置根据等面积环法选取；
进一步地，所述总压探针枝杆为空心用以安装测量总压的皮托管；
进一步地，所述测量装置还包括风筒，所述风筒的风机筒壁在总压测量十字架与出风口之间的截面上，每隔90°开设一个静压测量孔，四个静压测量孔组成静压测量环，所述四个静压孔用于测得静压的平均值来代替各个点的静压值；
进一步地，所述风筒的风机筒壁上还设有四个圆孔，四根所述总压探针的一端固定在四个圆孔中；
进一步地，所述测点至总压测量十字架中心的距离为：
其中i为从中心算起等面积环的编号，n为圆环数，n为6，D为风筒直径；
进一步地，所述数据处理包括差压模块、数据采集模块、微处理器、显示模块和数字输出模块；
所述差压模块接入总压测量十字架和静压测量环的压差，传感器将差压模块中接入的压差转换为表示当地大气压与所测量压力差值的标准信号，再将标准信号输入数据采集模块，将标准信号转化为数字信号，输入微处理器；
进一步地，所述微处理器进行初步信号处理，去除因小风扰动带来的噪声，取所有总压测点测得数据的平均值为平均总压，所有静压测点测得数据的平均值为平均静压：
其中P为平均总压，Pi为各测点总压，P0为平均静压，P0,j为各测点静压；
进一步地，所述数据处理最终输出的结果如下：
根据伯努利方程通过差压确定轴流风机的局部流速vi及平均流速v：
其中ρ为空气密度，空气密度计算公式如下：
其中Ph为测点处大气压力，为空气相对湿度，t为空气温度，Ps为温度t时饱和水蒸气的分压，参数通过现场已有设备得到；
再由平均流速与面积的乘积计算出流量：
Q＝v×A
其中Q为轴流风机流量，A为测量处截面面积，最后由显示模块及数字输出模块输出测量结果；
本发明的有益效果如下：
1)：通过特有的设计结构实现大口径轴流风机流量测量；
2)：结构简单，易于实现，测量结果相对准确，有利于工业控制应用。
附图说明
图1为本发明所述测量装置结构图；
图2为本发明所述测量装置中总压测量截面图；
图3为本发明所述测量装置中静压测量截面图；
图4为本发明所述测量装置使用时数据处理方法示意图；
其中，1、风筒，2、叶轮，3、叶片，4、电机，5、总压测量截面，6、静压测量截面，7、总压十字架，8、十字连接件，9、测点，10、静压测量孔，11、探针支杆，12、皮托管，13、硬件框图，14差压模块，15、数据采集模块，16、微处理器，17、电源模块，18、显示模块，19、数字输出模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：
如图1-图4所示，本发明提供一种基于十字探针的轴流风机流量测量装置，所述装置包括总压测量十字架、静压测量环、数据后处理及集成电路，总压测量十字架由4根总压探针用十字连接件连接构成，每根探针枝杆上开有6个测点，测点位置根据等面积环法,选取采用等面积环法布置流速测点原因为以下两点：
1：大口径轴流风机风筒内流体流速分布不均匀，测量风筒内平均流速，测点越密集，测量精度越高。但考虑成本问题，在误差允许范围内，仅采用若干个有代表性的测点通过处理得到平均流速。采用等面积环法布置测点，所有圆环面积相等，减少了数据处理的工作量。
2：通过CFD仿真得知，大口径轴流风机风筒内流体流速分布特征为靠近筒壁的区域流动状态复杂，流速随位置变化较大；靠近风筒中心的区域流动状态稳定，流速随位置变化较小。为了更精确地测量平均流速，在流速变化较大的位置多布置测点，而按等面积圆环法布置的测点符合边缘密集，中心稀疏的需求。在风机筒壁某一截面均匀选取4个静压测点。选取平均总压及平均静压进而求出轴流风机流量，并通过硬件设备实现在线监测。如图1所示，轴流风机包括风筒1、叶轮2、叶片3和电机4，在叶轮2前分别设置静压测量截面5及总压测量截面6。
如图2所示，在风机筒壁1的总压测量截面5上，每隔90°开一个圆孔，圆孔直径比探针枝杆11直径稍大一些，4根总压枝杆11分别从圆孔伸入后用十字连接件8连接构成总压十字架7，引线从圆孔中引出。每根探针枝杆上开有6个小孔，即测点9。测点9位置根据等面积环法选取，各测点9至圆心的距离Ri计算公式为:
其中i为从中心算起等面积环的编号，n为圆环数(此处n为6)，D为风筒直径。杆内为空心，用以安装测量总压的皮托管12，每个测点9测得一个总压数据。
等面积法布置原理如下：
其中Q为轴流风机流量，vj为各测点流速，Aj为部分测量截面面
积，且有
当采用等面积环法布置测点时，Aj＝An，因此有：
其中v为平均流速，A为风筒截面面积。
如图3所示，在风机筒壁1的静压测量截面6上，每隔90°开一个静压测量孔10，通过静压探针在每个静压测量孔测得一个静压数据。
如图4所示，将引出的总压及静压接入差压模块14，传感器将所测量压力转换为表示当地大气压与所测量压力差值的标准信号。再将标准信号输入数据采集模块15，将标准信号转化为数字信号，输入微处理器16。在微处理器16中进行初步信号处理，如滤波，去除因小风扰动带来的噪声。进而取所有总压测点测得数据的平均值为平均总压，所有静压测点测得数据的平均值为平均静压，即：
其中P为平均总压，Pi为各测点总压，P0为平均静压，P0,j为各测点静压。
根据伯努利方程通过差压确定轴流风机的局部流速vi及平均流速v：
其中ρ为空气密度，空气密度计算公式如下：
其中Ph为测点处大气压力，为空气相对湿度，t为空气温度，Ps为温度t时饱和水蒸气的分压。等参数通过现场已有设备得到。
再由平均流速与面积的乘积计算出流量：
Q＝v×A
其中Q为轴流风机流量，A为测量处截面面积。
最后由显示模块18及数字输出模块19输出测量结果。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于十字探针的轴流风机流量测量装置，其特征在于，所述测量装置包括总压测量十字架、静压测量环和数据处理，所述总压测量十字架和静压测量环连接数据处理，所述总压测量十字架设有多个总压测点，所述数据处理将总压测量十字架和静压测量环测得的数据进行数据处理，输出流量。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述总压测量十字架由四根总压探针用十字连接件连接构成，每根总压探针枝杆上开有六个测点，测点位置根据等面积环法选取。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述总压探针枝杆为空心用以安装测量总压的皮托管。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括风筒，所述风筒的风机筒壁在总压测量十字架与出风口之间的截面上，每隔90°开设一个静压测量孔，四个静压测量孔组成静压测量环，所述四个静压孔用于测得静压的平均值来代替各个点的静压值。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述风筒的风机筒壁上还设有四个圆孔，四根所述总压探针的一端固定在四个圆孔中。
6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述测点至总压测量十字架中心的距离为：
其中i为从中心算起等面积环的编号，n为圆环数，n为6，D为风筒直径。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述数据处理包括差压模块、数据采集模块、微处理器、显示模块和数字输出模块；
所述差压模块接入总压测量十字架和静压测量环的压差，传感器将差压模块中接入的压差转换为表示当地大气压与所测量压力差值的标准信号，再将标准信号输入数据采集模块，将标准信号转化为数字信号，输入微处理器。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述微处理器进行初步信号处理，去除因小风扰动带来的噪声，取所有总压测点测得数据的平均值为平均总压，所有静压测点测得数据的平均值为平均静压：
其中P为平均总压，Pi为各测点总压，P0为平均静压，P0,j为各测点静压。
9.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述数据处理最终输出的结果如下：
根据伯努利方程通过差压确定轴流风机的局部流速vi及平均流速v：
其中ρ为空气密度，空气密度计算公式如下：
其中Ph为测点处大气压力，为空气相对湿度，t为空气温度，Ps为温度t时饱和水蒸气的分压，Ph、t、Ps参数通过现场已有设备得到；
再由平均流速与面积的乘积计算出流量：
Q＝v×A
其中Q为轴流风机流量，A为测量处截面面积，最后由显示模块及数字输出模块输出测量结果。
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