CN113340677A - 一种取样装置及其试验装置、试验方法 - Google Patents

Abstract

一种取样装置及其试验装置、试验方法，取样装置包括：外套支撑管，包括多个依次连接的支撑子管；柔性取样管，贯穿设置于外套支撑管内；加热部件，用于给柔性取样管加热；温控组件，与加热部件电性连接，用于调整加热部件的工作状态。本发明实施例通过将外套支撑管分为多个依次连接的支撑子管，可以分为多段进行运输和保存；同时，采用柔性取样管可以将整个柔性取样管盘卷起来，便于进行保存和运输，特别在结合可拼接的外套支撑管后，能够使得整个取样装置保存、使用、运输起来更为便携；通过增加加热部件和温控组件可以对取样管实现加热，能够有效的防止取样管内壁出现冷凝水，提高了采样的准确性。

Description

一种取样装置及其试验装置、试验方法

技术领域

本发明属于火力发电领域，具体涉及一种取样装置及其试验装置、试验方法。

背景技术

随着经济的发展，对电力需求的也越来越大，火力发电的规模也越来越大。在火力发电时，需要经常对其烟道中烟气进行测验，以确定排放物是否正常。在对烟道进行取样时，通常需要使用到柔性取样管。在进行取样时，如果需要采集远离烟道口的烟气时，长度较短的外套支撑管难以辅助柔性取样管完成烟气采集，只能使用长度较长的外套支撑管进行取样，而长度较长的外套支撑管在运输、保存、使用时都极为不便，且因为其长度较长，还会导致需要准备各种长度的外套支撑管，使得整个取样装置的成本大幅增加。此外，在采用取样装置进行取样时，会因为温度差的问题，导致烟气随冷凝水附在柔性取样管内壁上，造成试验误差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种取样装置，所述取样装置解决了传统取样装置运输、保存、使用困难以及容易出现试验误差的问题。本发明实施例还提出了一种试验装置和试验方法。

根据本发明第一方面实施例的取样装置，包括：

外套支撑管，包括多个依次连接的支撑子管；

柔性取样管，贯穿设置于所述外套支撑管内；

加热部件，用于给所述柔性取样管加热；

温控组件，与所述加热部件电性连接，用于调整所述加热部件的工作状态。

根据本发明实施例的取样装置，至少具有如下技术效果：通过将外套支撑管分为多个依次连接的支撑子管，可以分为多段进行运输和保存，又因为分为了多段，也可以拼接成更多需求的长度，可以使用一套外套支撑管辅助完成对多种长度需求的取样，而且分为多段后，当某一段出现问题时，只需要更换这一段即可，而不需要整个更换；同时，采用柔性取样管可以使得柔性取样管能够进行弯曲，进而可以将整个柔性取样管盘卷起来，便于进行保存和运输，特别在结合可拼接的外套支撑管后，能够使得整个取样装置保存、使用、运输起来更为便携；此外，通过增加加热部件和温控组件可以对取样管实现加热，能够有效的防止取样管内壁出现冷凝水，提高了采样的准确性。本发明实施例的取样装置能够满足多种采样需求、便于更换新部件，且易于运输、保存和使用，能够有效的降低使用成本和存储空间，适合进行产业化推广。

根据本发明的一些实施例，所述外套支撑管还包括多个连接件，多个所述连接件用于将多个所述支撑子管依次连接。

根据本发明的一些实施例，所述连接件采用连接管，所述连接管内两端设置有第一螺纹，所述支撑子管外两端设置有与所述第一螺纹对应的第二螺纹。

根据本发明的一些实施例，所述柔性取样管采用聚四氟乙烯管。

根据本发明的一些实施例，所述加热部件采用伴热带，所述伴热带设置于所述柔性取样管的表面。

根据本发明的一些实施例，所述伴热带螺旋环绕设置在所述柔性取样管的外表面。

根据本发明的一些实施例，所述伴热带有多个，多个所述伴热带皆平行设置于所述柔性取样管的外表面。

根据本发明的一些实施例，上述取样装置还包括设置于所述柔性取样管外表面的保温套。

根据本发明的一些实施例，所述温控组件包括：

第一温度检测单元，用于采集所述柔性取样管的第一温度数据；

控制器，分别与所述第一温度检测单元和所述加热部件电性连接，用于依据所述第一温度数据调整所述加热部件的工作状态。

根据本发明的一些实施例，所述第一温度检测单元采用热电偶并与所述加热部件间隔一段距离。

根据本发明第二方面实施例的试验装置，用于检测上述取样装置伴热效果，包括：

气源；

调节阀，连接在所述气源的输出端和所述柔性取样管的输入端之间，用于调节所述气源输出气体的流量；

流量检测单元，用于检测所述调节阀输出端输出气体的流量；

第二温度检测单元，用于检测所述柔性取样管输出端的温度。

根据本发明实施例的试验装置，至少具有如下技术效果：通过气源和调节阀可以调节吹出气体的流量，进而在结合流量检测单元后，可以实现对流量的精准控制，便于后续吹出实验所需要的各种流量的气流。通过第二温度检测单元可以检测吹过柔性取样管气流的温度，进而可以便于和温控组件采集的温度数据进行对比，以判断取样装置的实际伴热效果。

根据本发明第三方面实施例的试验方法，检测上述取样装置伴热效果，包括以下步骤：

试验数据采集：通过所述加热部件将所述柔性取样管加热到预设的试验温度；以预设的试验流量向所述柔性取样管输入端送入气流；获取所述柔性取样管输出端的第二温度数据；

结果生成：改变所述试验温度和所述试验流量，重复多次执行所述试验数据采集，获取多个所述第二温度数据；依据每个所述试验温度和与该试验温度对应的第二温度数据计算出温差量；若每个所述温差量皆在预设的温差允许范围内，显示试验合格。

根据本发明实施例的试验方法，至少具有如下技术效果：通过采集不同加热温度和不同气流流量下的取样管输出端的第二温度数据，使得具备了判断取样装置伴热效果是否合格的基础。进而通过计算温差量，并与温差允许范围机型判断，可以高效判断出整个取样装置的伴热效果是否满足需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的取样装置的结构示意图；

图2是图1中A-A部剖视图；

图3是图1中B-B部剖视图(单个伴热带)；

图4是图1中B-B部剖视图(两个伴热带)；

图5是本发明实施例的柔性取样管盘卷后的示意图；

图6是本发明实施例的试验装置的连接关系图。

附图标记：

外套支撑管100、支撑子管110、连接件120、

柔性取样管200、

加热部件300、

温控组件400、第一温度检测单元410、控制器420、

保温套500、

气源600、

调节阀700、

流量检测单元800、

第二温度检测单元900。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图5描述根据本发明第一方面实施例的取样装置。

根据本发明实施例的取样装置，包括：外套支撑管100、柔性取样管200、加热部件300、温控组件400。

外套支撑管100，包括多个依次连接的支撑子管110；

柔性取样管200，贯穿设置于外套支撑管100内；

加热部件300，用于给柔性取样管200加热；

温控组件400，与加热部件300电性连接，用于调整加热部件300的工作状态。

参考图1至图5，外套支撑管100是由多个支撑子管110拼接而成，其内部为空心结构，柔性取样管200可以穿过空心结构安置在外套支撑管100内。在进行采样时，因为需要保证采样的准确性，通常柔性取样管200的输入端会伸出外套支撑管100，同样，为了保障采样的气体能够传导出外套支撑管100不会附着在外套支撑管100内，柔性取样管200的输出端也会伸出外套支撑管100，即柔性取样管200的两端都会伸出外套支撑管100。

此外，为了保证柔性取样管200可以在外套支撑管100中更好的贯穿设置，外套支撑管100内壁会和柔性取样管200保持一定的间隙，防止阻力过大导致柔性取样管200安装时困难，甚至磨损柔性取样管200。这里需要说明，为了适应对不同长度外套支撑管100的配套使用需求，柔性取样管200的柔性取样管200也会使用长度不同多根；通常，外套支撑管100包括几根支撑子管110，柔性取样管200便会具有对应的几种长度。

加热部件300是为柔性取样管200进行加热的，为了保证对柔性取样管200全段的加热效果，加热部件300通常也选择具有一定长度的部件，避免部分区域加热不到。在本发明的一些实施例中，加热部件300也可以采用多个加热子部件组成，通过多个子部件对柔性取样管200进行分段加热。

温控组件400可以采集柔性取样管200的第一温度数据，并且可以利用第一温度数据来对加热部件300的加热功率进行调整。因此，在温控组件400设置好对柔性取样管200的加热目标温度后，便可以实现对柔性取样管200的闭环温度控制，使柔性取样管200的温度始终保持在允许的温度范围内。而实际运用时，首先可以确定需要采用的烟道的具体温度，那么在取样时，便可以通过温控组件400和加热部件300将对柔性取样管200的加热目标温度尽可能设置到接近烟道实际温度，从而可以减少温差，有效的避免了冷凝水的出现。

此外，为了提高运输、保存时的便携程度，可以将不同长度的多根柔性取样管200进行环形弯曲盘卷，固定放置于由矩形箱与高密度海绵垫形成的环形空间内，在固定高密度海绵垫上可以再设置便携式烟气分析仪的固定放置空间；同时，外套支撑管100也可以在拆分为多根支撑子管110直接捆绑携带，或者可以使用其他的矩形箱携带。相较于传统的单一长度的多根取样管而言，可携带性得到了极大的增强，且成本也得到巨大的降低，后期维护更换成本也更低。

根据本发明实施例的取样装置，通过将外套支撑管100分为多个依次连接的支撑子管110，可以分为多段进行运输和保存，又因为分为了多段，也可以拼接成更多需求的长度，可以使用一套外套支撑管100辅助完成对多种长度需求的取样，而且分为多段后，当某一段出现问题时，只需要更换这一段即可，而不需要整个更换；同时，采用柔性取样管200可以使得柔性取样管200能够进行弯曲，进而可以将整个柔性取样管200盘卷起来，便于进行保存和运输，特别在结合可拼接的外套支撑管100后，能够使得整个取样装置保存、使用、运输起来更为便携；此外，通过增加加热部件300和温控组件400可以对柔性取样管200实现加热，能够有效的防止取样管内壁出现冷凝水，提高了采样的准确性。本发明实施例的取样装置能够满足多种采样需求、便于更换新部件，且易于运输、保存和使用，能够有效的降低使用成本和存储空间，适合进行产业化推广。

在本发明的一些实施例中，外套支撑管100还包括多个连接件120，多个连接件120用于将多个支撑子管110依次连接。为了便于对多个支撑子管110进行连接，本发明的一些实施例中，还会在矩形箱中放置多个连接件120，以避免还需要在现场寻找连接部件，有效的节约了拼装的时间。

在本发明的一些实施例中，连接件120采用连接管，连接管内两端设置有第一螺纹，支撑子管110外两端设置有与第一螺纹对应的第二螺纹。为了进一步降低拼接支撑子管110花费的时间，且提高拼接完成后整个外套支撑管100的整体强度，这里采用了预制螺纹的方式，通过设置在连接管内的第一螺纹和设置在支撑子管110两端的第二螺纹可以快速完成连接，且只要保证螺纹的长度足够，拼接之后的稳定性也会较高。在本发明的一些实施例中，连接件120也可以直接采用夹持部件对需要拼接的两根支撑子管110进行夹持拼接，例如：连接件120的主体可以采用铰接两个夹持板，两个夹持板相对位置，且皆设置有与支撑子管110外轮廓对应的凹槽，远离铰接位置的一侧设置有连接通孔，在将两根支撑子管110通过夹持板中凹槽夹持限位后，使用螺栓紧固件利用通孔进行紧固即可。

在本发明的一些实施例中，支撑子管110的管长为0.8-1.2m，外径为12-18mm，壁厚为1-3mm，这样可以保证在拼接之后能够保持足够的强度，同时也可以尽可能轻便。支撑子管110的材质为钛合金或铝合金，可以进一步减小整体的重量，更加便于运输和操作。

在本发明的一些实施例中，柔性取样管200采用聚四氟乙烯管。聚四氟乙烯管的耐热效果极佳，可以250度以下的环境中使用，足以适应大部分使用需求，同时，聚四氟乙烯管的柔性较好适合进行盘卷，且具有足够的耐磨性，适合作为柔性取样管200使用，同时，聚四氟乙烯管的成本较低也便于同时配备多根，此外，聚四氟乙烯管的重量较轻也适合进行携带。

在本发明的一些实施例中，参考图3，加热部件300采用伴热带，伴热带设置于柔性取样管200的表面。伴热带形状扁平且具有一定柔韧性，可以更好的附在柔性取样管200的表面，伴热带可以为柔性取样管200每个区域同时进行加热，保证了加热效果的均衡，同时也便于后续温控组件400进行温度采集和恒温控制。

在本发明的一些实施例中，参考图4，伴热带有多个，多个伴热带皆平行设置于柔性取样管200的外表面。单独使用一根伴热带，容易导致柔性取样管200和伴热带接触的部分加热快，远离的部分加热慢，而采用多根伴热带时，则可以从多个方位同时进行加热，保证加热尽可能的均匀。

在本发明的一些实施例中，伴热带可以直接使用石墨烯加热层作为核心加热部件进行制作，也可以使用其他具备一定柔性的加热片进行制作。

在本发明的一些实施例中，伴热带螺旋环绕设置在柔性取样管200的外表面。通过将伴热带螺旋环绕布置在柔性取样管200外表面的方式，可以使用伴热带对整个柔性取样管200实现更好的加热，相较于将伴热带和柔性取样管200平行设置的方式，加热效果更好。

在本发明的一些实施例中，参考图1至图4，上述取样装置还包括设置于柔性取样管200外表面的保温套500。设置保温套500一方面可以将伴热带包裹在柔性取样管200的外表面，使得保温套500、伴热带、柔性取样管200成为一个整体，便于使用；另一方面也可以提供保温，使得伴热带的加热效果更好。形成整体结构的保温套500、伴热带、柔性取样管200，同样会设置多种长度，以使得和外套支撑管100中支撑子管110数量对应。

在本发明的一些实施例中，保温套500采用硅橡胶绝缘套。硅橡胶绝缘套可在300℃下连续使用。硅橡胶绝缘套撑成圆形的外径为8～13mm，具体的外径大小需要与柔性取样管200的外径相匹配。

在本发明的一些实施例中，参考图1、图2，形成整体结构的保温套500、伴热带、柔性取样管200，同样会需要与外套支撑管100之间保持一定的间隙，间隙设置通常需要保持在1～4mm，避免间隙过小导致摩擦过大，避免间隙过大导致已发生滑动和晃动。

在本发明的一些实施例中，参考图1至图4，温控组件400包括：第一温度检测单元410、控制器420。第一温度检测单元410，用于采集柔性取样管200的第一温度数据；控制器420，分别与第一温度检测单元410和加热部件300电性连接，用于依据第一温度数据调整加热部件300的工作状态。第一温度检测单元410采用温度传感器即可，又因为整个柔性取样管200为均匀加热，所以可以直接使用温度传感器检测柔性取样管200输出端口处的第一温度数据即可，控制器420在接收到温度数据之后，会与预先设置的加热目标温度进行比较，实现对温度的闭环控制，使得温度稳定在加热目标温度附近。在本发明的一些实施例中，控制器420还会连接显控设备，例如：OLED屏幕加按键的组合结构，或液晶触摸屏，进而通过显控设备实现对加热目标温度的调整。在本发明的一些实施例中，控制器420可以采用单片机、DSP或ARM。具体可以采用STM32系列。在本发明的一些实施例中，控制器420需要在0～200℃范围内实现对伴热带的伴热温度调节，对应的伴热带厚度需要保持在在2～5mm，宽度10～20mm，以保证伴热效果。

在本发明的一些实施例中，参考图1至图4，第一温度检测单元410采用热电偶并与加热部件300间隔一段距离。第一温度检测单元410直接采用热电偶时，只需要保证热电偶不与伴热带间隔一段距离即可，避免出现采集的温度误差过大。

根据本发明第二方面实施例的试验装置，用于检测上述取样装置伴热效果，包括：气源600、调节阀700、流量检测单元800、第二温度检测单元900。

气源600，用于产生气体；

调节阀700，连接在气源600的输出端和柔性取样管200的输入端之间，用于调节气源600输出气体的流量；

流量检测单元800，用于检测调节阀700输出端输出气体的流量；

第二温度检测单元900，用于检测柔性取样管200输出端的温度。

参考图1、图6，气源600、调节阀700、流量检测单元800依次连接之后，再由流量检测单元800的输出端连接至柔性取样管200的输入端，启动气源600开始往柔性取样管200中吹气便可以模拟取样管采样的环境。

在实际测试时，会先设置好柔性取样管200需要加热的试验温度，等待加热至试验温度后，再控制气源600产生气体送入柔性取样管200中，并通过第二温度检测单元900采集柔性取样管200输出端的第二温度数据；通过改变不同的试验温度，以及在不同试验温度下改变气源600的试验流量，获取多组第二温度数据。最终依赖第二温度数据和试验温度来判断伴热效果是否满足需求。在本发明的一些实施例中，第二温度检测单元900同样可以采用热电偶。在本发明的一些实施例中，气源600可以直接采用抽气泵，

根据本发明实施例的试验装置，通过气源600和调节阀700可以调节吹出气体的流量，进而在结合流量检测单元800后，可以实现对流量的精准控制，便于后续吹出实验所需要的各种流量的气流。通过第二温度检测单元900可以检测吹过柔性取样管200气流的温度，进而可以便于和温控组件400采集的温度数据进行对比，以判断取样装置的实际伴热效果。

根据本发明第三方面实施例的试验方法，检测上述取样装置伴热效果，包括以下步骤：

试验数据采集：通过加热部件300将柔性取样管200加热到预设的试验温度；以预设的试验流量向柔性取样管200输入端送入气流；获取柔性取样管200输出端的第二温度数据；

结果生成：改变试验温度和试验流量，重复多次执行试验数据采集，获取多个第二温度数据；依据每个试验温度和与该试验温度对应的第二温度数据计算出温差量；若每个温差量皆在预设的温差允许范围内，显示试验合格。

参考图1、图6，为了测量出伴热的效果，这里需要在不同的试验温度、试验流量下模拟试验。在本发明的一些实施例中，选择了分别在1L/min、2L/min、5L/min、10L/min是试验流量条件下对80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃试验温度下的伴热效果进行试验，试验中外套钢管长2m，伴热管路长3m，取样管内径为8mm。以选择80℃、1L/min为例，确定好试验温度、试验流量后，便可以等待第一温度数据上升到80℃，且稳定一段时间后，控制气源600产生1L/min流量的气体进入柔性取样管200，然后在柔性取样管200的输出端口采集第二温度数据。这样便完成了一组检测，之后通过设置到不同的试验温度、试验流量完成所有第二温度数据的采集。

第二温度数据采集完成后，便可以将第二温度数据和试验温度进行比较，从而确定这个差值是否超过误差的范围，如果都在范围内，则可以说明伴热效果良好。表1中时部分试验的数据，从表1中可以看出实际测试效果良好，特别是在流量较低时，伴热效果更佳。

表1

此外，参考表1，这里还会对第一温度数据也进行采集，可以用来确定伴热带在吹气过程中的实际伴热能力，同时也可以用来确定误差影响因素并不仅仅由流量造成，伴热带的加热效率也有一定的影响。

根据本发明实施例的试验方法，通过采集不同加热温度和不同气流流量下的取样管输出端的第二温度数据，使得具备了判断取样装置伴热效果是否合格的基础。进而通过计算温差量，并与温差允许范围进行判断，可以高效判断出整个取样装置的伴热效果是否满足需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种取样装置，其特征在于，包括：

外套支撑管(100)，包括多个依次连接的支撑子管(110)；

柔性取样管(200)，贯穿设置于所述外套支撑管(100)内；

加热部件(300)，用于给所述柔性取样管(200)加热；

温控组件(400)，与所述加热部件(300)电性连接，用于调整所述加热部件(300)的工作状态。

2.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于，所述外套支撑管(100)还包括多个连接件(120)，多个所述连接件(120)用于将多个所述支撑子管(110)依次连接。

3.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于，所述柔性取样管(200)采用聚四氟乙烯管。

4.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于，所述加热部件(300)采用伴热带，所述伴热带设置于所述柔性取样管(200)的表面。

5.根据权利要求4所述的取样装置，其特征在于，所述伴热带螺旋环绕设置在所述柔性取样管(200)的外表面。

6.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于，还包括设置于所述柔性取样管(200)外表面的保温套(500)。

7.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于，所述温控组件(400)包括：

第一温度检测单元(410)，用于采集所述柔性取样管(200)的第一温度数据；

控制器(420)，分别与所述第一温度检测单元(410)和所述加热部件(300)电性连接，用于依据所述第一温度数据调整所述加热部件(300)的工作状态。

8.根据权利要求7所述的取样装置，其特征在于，所述第一温度检测单元(410)采用热电偶并与所述加热部件(300)间隔一段距离。

9.一种试验装置，用于检测如权利要求1至8任一所述的取样装置伴热效果，其特征在于，包括：

气源(600)；

调节阀(700)，连接在所述气源(600)的输出端和所述柔性取样管(200)的输入端之间，用于调节所述气源(600)输出气体的流量；

流量检测单元(800)，用于检测所述调节阀(700)输出端输出气体的流量；

第二温度检测单元(900)，用于检测所述柔性取样管(200)输出端的温度。

10.一种试验方法，用于检测如权利要求1至8任一所述取样装置的伴热效果，其特征在于，包括以下步骤：

试验数据采集：通过所述加热部件(300)将所述柔性取样管(200)加热到预设的试验温度；以预设的试验流量向所述柔性取样管(200)输入端送入气流；获取所述柔性取样管(200)输出端的第二温度数据；

结果生成：改变所述试验温度和所述试验流量，重复多次执行所述试验数据采集，获取多个所述第二温度数据；依据每个所述试验温度和与该试验温度对应的第二温度数据计算出温差量；若每个所述温差量皆在预设的温差允许范围内，显示试验合格。

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