CN210720456U - 一种管道气流流速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及风速测量技术领域，公开了一种管道气流流速测量装置，包括转轴，转轴能够相对于待测流速管道转动，待测流速管道内设有连接于转轴的阻力片；检测传感器，用于测量阻力片相对于初始位置的偏转角度或测量驱动阻力片转动的作用力。在待测流速管道内有流体流通的状态下，流体流动形成的气流具有动能，阻力片将在气流的驱动作用下向流动方向转动一定角度，而阻力片相对于初始位置的偏转角度、驱动阻力片转动作用力均与气流的流速之间存在一一对应关系，本实用新型通过实时监测阻力片的偏转角度或驱动阻力片转动的作用力计算气流的流速，结构简单，测量灵敏度高，准确度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及风速测量技术领域，尤其涉及一种管道气流流速测量装置。
背景技术
锅炉是将燃煤所产生的热能转换为蒸汽动能的能量转化设备，也是发电企业的重要生产设备，其能否稳定高效运行直接影响着燃煤电厂的安全性和经济性。一次风粉管和锅炉的燃烧器相连，其能否准确、实时地检测其内部的一次风粉混合物速度直接影响到锅炉的燃烧状况，特别是采用多层四角直流喷射切圆燃烧技术的大型燃煤锅炉，若各层各角喷射的一次风速差异较大、分布不均匀会导致炉膛火焰中心偏移、火焰贴壁、炉膛热负荷不均匀、温度偏差大、NOX排放量增加、水冷壁超温、水冷壁结焦等问题，因此一次风速的准确监控对锅炉的安全经济运行至关重要。
目前燃煤电厂燃煤机组的一次风风速测量装置普遍采用毕托管原理，测量装置的取样为一次风粉混合物。由于一次风在磨煤机中对原煤进行了干燥，原煤中的水分大部分蒸发到一次风气流中，导致一次风的湿度变大。当一次风粉混合物进入温度较低的取样管后，一次风中的水蒸气遇冷凝结导致取样管中的煤粉结块，堵塞取样管，从而影响一次风风速的准确测量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种管道气流流速测量装置，能够解决因取样管中的煤粉结块而堵塞采样管从而影响风速测量准确性的问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种管道气流流速测量装置，包括：
转轴，所述转轴能够相对于待测流速管道转动，所述待测流速管道内设有连接于所述转轴的阻力片；
检测传感器，用于测量所述阻力片相对于初始位置的偏转角度或测量驱动所述阻力片转动的作用力。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，还包括：
振打驱动，用于驱动所述转轴转动；
离合器，所述离合器的主动端连接于所述振打驱动的输出轴，所述离合器的被动端连接于所述转轴。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，还包括设于所述待测流速管道外的安装保护套，所述振打驱动和所述离合器均设于所述安装保护套内，所述离合器的被动端转动连接于所述安装保护套的内壁。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，所述待测流速管道上设有穿设孔，所述转轴的一端穿过所述穿设孔并连接于所述离合器的被动端，所述穿设孔内壁和所述转轴外壁之间预留有缝隙；
所述管道气流流速测量装置还包括气密封组件，用于经过所述缝隙向所述待测流速管道内充气以使所述缝隙形成气密封。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，还包括设于所述待测流速管道内且设于所述转轴上的阻挡板，用于改变经过所述缝隙进入所述待测流速管道内的气体流向。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，所述离合器背对所述振打驱动的一侧设有防尘片，所述转轴伸出所述待测流速管道的一端穿过所述防尘片并连接于所述离合器的被动端。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，所述阻力片沿垂直于所述转轴方向与所述转轴中心轴线之间的最大距离大于等于所述转轴中心轴线沿与其垂直的方向与所述待测流速管道内壁之间的最大距离。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，所述阻力片的周向边缘呈波形。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，所述阻力片上设有风孔。
作为上述管道气流流速测量装置的一种优选技术方案，所述阻力片的外壁和/或所述转轴的外壁上设有防磨层。
本实用新型的有益效果：在待测流速管道内有流体流通的状态下，流体流动形成的气流具有动能，阻力片将在气流的驱动作用下向流动方向转动一定角度，而阻力片相对于初始位置的偏转角度、驱动阻力片转动作用力均与气流的流速之间存在一一对应关系，本实用新型通过实时监测阻力片的偏转角度或驱动阻力片转动的作用力计算气流的流速，结构简单，测量灵敏度高，准确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的管道气流流速测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的管道气流流速测量装置的局部结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的阻挡板、转轴和第二安装套管配合的径向截面图。
图中：
1、振打驱动；2、轴承；3、第一安装套管；4、第二安装套管；5、转轴； 6、待测流速管道；7、阻力片；8、安装保护套；9、防尘片；10、角度传感器； 11、阻挡板；12、缝隙。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种管道气流流速测量装置，包括转轴5、阻力片7和检测传感器，其中，转轴5能够相对于待测流速管道6转动，阻力片7设于待测流速管道6内，阻力片7连接于转轴5。检测传感器采用角度传感器10，用于测量阻力片7相对于初始位置的偏转角度。本实施例中，阻力片7设有一个。
本实施例中，待测流速管道6为水平设置的煤粉管道，通常采用一次风携带煤粉形成煤粉混合物以输送煤粉，在煤粉管道内有煤粉流通的状态下，一次风和煤粉形成的风粉气流具有动能，阻力片7将在风粉气流的驱动作用下向流动方向转动一定角度，而阻力片7相对于初始位置的偏转角度与风粉气流的流速之间存在一一对应关系，因此可以通过实时监测阻力片7的偏转角度计算风粉气流的流速。
在采用上述管道气流流速测量装置测量该煤粉管道内的风速时，在没有煤粉流通时，阻力片7在自身重力作用下处于竖直状态且位于转轴5的下方，即阻力片7的初始位置，此时阻力片7相对于初始位置的转角为零。
上述待测流速管道6不仅限于水平设置的煤粉管道，还可以是竖直设置的煤粉管道。需要特别说明的是，在应用于竖直设置的煤粉管道的情况下，要求煤粉管道内无煤粉流通时，阻力片7处于水平状态，为此需要设置支撑片，以支撑阻力片7能够处于水平状态。
本实施例提供的管道气流流速测量装置不仅可以应用于测量采用一次风输送煤粉时风粉气流的流速，还可以测量二次风的流速，或其他管道内的气流流速。
在将上述管道气流流速测量装置应用于风粉气流的流速测量时，长时间使用后阻力片7上会粘结煤粉，进而影响测量的准确性。为此，本实施例增设了振打驱动1和离合器，以定期对阻力片7上粘附的煤粉进行清除。
具体地，离合器的主动端连接于振打驱动1的输出轴，离合器的被动端连接于转轴5，通过振打驱动1驱动转轴5转动。在需要对阻力片7上的煤粉进行清除时，离合器闭合，振打驱动1带动转轴5转动，阻力片7跟随转轴5转动，随着风粉气流冲刷由振打驱动1带动转动的阻力片7表面的煤粉。在振打驱动1 不工作时，离合器断开，以保证转轴5能够正常转动，以对待测流速管道6内的风粉气流的流速进行实时监测。
进一步地，为了提高阻力片7上煤粉清洁效果，阻力片7沿垂直于转轴5 方向与转轴5中心轴线之间的最大距离大于等于转轴5中心轴线沿与其垂直的方向与待测流速管道6内壁之间的最大距离。在阻力片7转动的过程中阻力片7 将会与待测流速管道6内壁之间发生碰撞，通过振动的方式清除阻力片7上附着的煤粉。
为了避免阻力片7由振打驱动1强制带动阻力片7转动而对损坏待测流速管道6的问题，通过振打驱动1控制阻力片7进行频繁换向的正反转动，即在阻力片7转动一定角度后与待测流速管道6发生碰撞后使阻力片7反转，并在阻力片7再次与待测流速管道6内壁发生碰撞后使阻力片7反转。通过阻力片7 与待测流速管道6内壁进行多次碰撞，利用碰撞时阻力片7的振动来进一步清除其上粘附的煤粉。
本实施例中，上述振打驱动1为电机，电机的工作频率可以根据实际需求进行调节。于其他实施例中，还可以将电机替换为振动器，利用振动器带动转轴5带动阻力片7振动，以实现通过振动的方式清除阻力片7上的煤粉。
进一步地，为了避免煤粉对电机和离合器的工作造成影响，将上述电机和离合器均设于待测流速管道6外。在将上述管道气流流速测量装置应用于测量风粉气流的流速或二次风的流速等时，待测流速管道6所存在的环境较为恶劣，为此本实施例增设了安装保护套8，将电机和离合器均设于安装保护套8内，离合器的被动端转动连接于安装保护套8的内壁。
具体地，上述安装保护套8设有两个，每个安装保护套8内各安装一个轴承2，在待测流速管道6上设有两个位于同一水平面上的穿设孔，转轴5的一端穿过一个穿设孔、转动贯穿一个轴承2并连接于离合器的被动端；转轴5的另一端穿过另一穿设孔并转动连接于另一轴承2，通过两个安装保护套8为转轴5 提供支撑。优选地，角度传感器10安装于未设电机的安装保护套8内且位于转轴5的端部。优选地，上述轴承2为滚动轴承。
于其他实施例中，还可以将转轴5的一端悬空，另一端伸出待测流速管道6 内壁并连接于离合器的被动端，采用该结构时转轴5的支撑能力相对较差；还可以将转轴5的一端转动连接于待测流速管道6，在转轴5和待测流速管道6内壁之间安装轴承，另一端伸出待测流速管道6内壁并连接于离合器的被动端，采用该结构时煤粉极易堵塞轴承，而使转轴5不能正常转动。
为了避免转轴5转动的过程中磨损穿设孔内壁，在穿设孔内壁和转轴5外壁之间预留缝隙12。然而该缝隙12极易被煤粉堵塞而影响转轴5正常转动，或者煤粉气流通过缝隙12流入安装保护套8内，而造成轴承2、角度传感器10积粉卡滞。本实施例增设了气密封组件，用于经过缝隙12向待测流速管道6内充气以使缝隙12形成气密封。
具体地，上述气密封性组件包括空气泵、第一安装套管3和第二安装套管4，其中空气泵设于安装保护套8外，空气泵的出口连接于第一安装套管3的一端，第一安装套管3的另一端伸入安装保护套8内。第二安装套管4贯穿穿设孔设置，第二安装套管4伸出待测流速管道6的一端与第一安装套管3连通，第二安装套管4和转轴5之间形成上述缝隙12。利用空气泵通过第一安装套管3、缝隙12不断地向待测流速管道6内充气，以避免待测流速管道6内的风粉气流进入缝隙12内，实现对上述缝隙12的气密封，降低密封成本。于其他实施例中，可以采用空气压缩机替换上述空气泵。
本实施例通过对阻力片7的尺寸、转轴5的尺寸和质量、上述缝隙12沿第二安装套管4径向距离的限定，来保证空气泵输送的空气不会对待测流速管道6 内的风粉气流流场造成影响，以确保测量的准确性。以300MW锅炉为例，满负荷下，通过上述缝隙12送入待测流速管道6内的空气量占一次风比例大约千分之一，对燃烧的影响可忽略不计；而且阻力片7的横截面积只占待测流速管道6 横截面积的5％左右，阻力较小，对管道风阻增加会引起制粉阻力降低的影响可忽略不计。
于其他实施例中，上述空气泵可以直接向安装保护套8内充气，安装保护套8内的空气通过缝隙12进入待测流速管道6内。
进一步地，为了避免煤粉进入上述缝隙12内，本实施例还增设了阻挡板11，用于改变经过缝隙12进入待测流速管道6内的气体流向。具体地，阻挡板11 设于待测流速管道6内且设于转轴5上。优选地，第二安装套管4的一端伸入待测流速管道6内，阻挡板11与第二安装套管4一一对应设置，第二安装套管 4面朝阻挡板11的轴向端面与阻挡板11之间设有间隙，第二安装套管4和转轴 5之间的空气通过第二安装套管4面朝阻挡板11的轴向端面和阻挡板11之间的间隙向转轴5的四周扩散。
进一步地，离合器背对振打驱动1的一侧设有防尘片9，转轴5伸出待测流速管道6的一端穿过防尘片9并连接于离合器的被动端。通过防尘片9防止煤粉气流流动至离合器周围，而造成离合器的被动端和安装保护套8内壁之间的轴承2不能正常工作。
进一步地，阻力片7的周向边缘呈波形，通过对阻力片7结构的上述限定，能够减小因设置阻力片7而造成的涡流扰动，降低堆积在阻力片7表面的煤粉量。
进一步地，阻力片7的外壁和转轴5的外壁上均设有防磨层。通过设置防磨层能够延长转轴5和阻力片7的使用寿命。
本实施例中，阻力片7为圆盘结构，优选地，转轴5设于气流径向速度分布的平均值附近，阻力片7的一端连接于转轴5且关于待测流速管道6对称布设，可以通过多次试验确定转轴5以及阻力片7在转轴5上的具体位置。于其他实施例中，阻力片7可以是长方形板、正方形板、椭圆板或其他异形结构，无论阻力片7的形状如何，均不会影响测量的准确性。于其他实施例中，阻力片7相对于待测流速管道6的位置，可以设于待测流速管道6的中心位置或靠近待测流速管道6内壁的位置等，无论阻力片7所在的位置如何变化，均不会影响待测流速的测量。
本实施例中，阻力片7仅设置一个，下面介绍如何采用角度传感器10测量的阻力片7相对于初始位置的偏转角度计算风粉气流的流速。
假定水平直管段(垂直段也可测量)煤粉气流速度为υ、煤粉气流密度为ρ、所在磨煤机提供的煤量为b、所在磨煤机提供的通风量为a、混合风温为t2、混合风压为p1、标准大气压p0，当地大气压为p、一次风温度为t1、阻力片7半径为r、阻力片7相对于初始位置的偏转角度为θ、阻力片7的质量为m，气流差压Δp、系数k。
风粉气流作用于阻力片7的力的大小F＝mgtanθ＝SΔpcosθ，阻力片7的面积 S＝π·r2，风粉气流的流速
根据上述公式可以得出：
其中，风粉气流的密度是根据风粉气流的重量、体积与密度之间的关系进行计算并通过温度进行校正获取的，通过温度校正的方式可以提高计算得到的风粉气流的密度的准确性，从而提高风粉气流的流速的准确性。而温度主要影响流体的体积，如何通过温度对流体的体积进行校正是现有技术，在此不再赘叙。上述风粉气流的密度：
通过上述公式(a)和公式(b)可以得出：
公式(c)中的系数k为常数，是一个已知值。参看上述公式(c)可知，风粉气流的流速和阻力片7相对于初始位置的偏转角度之间呈线性正相关，具体参照图3所示。上述公式(b)的计算方式为现有技术，在此不再赘叙。采用
上述管道气流流速测量装置还包括显示组件，如显示器等，用于显示计算得到的风粉气流的流速。为了避免显示器显示的风粉气流的流速频繁跳动的问题，显示器显示每间隔预设时间内风粉气流的流速的平均值。
由于阻力片7所在的位置发生变化后，虽然不会影响待测流速管道6内风粉气流的流速，但是对测量的准确性有所影响，因此需要对系数k进行修正，或者根据实际情况对系数k进行标定。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，阻力片7上设有风孔。风孔的设置会改变测量的灵敏度和测量范围，因此，可以根据实际待测流速管道6内气流速度的大致范围确定是否需要设置风孔，以及风孔的个数。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，检测传感器为测力传感器，用于测量驱动阻力片7转动的作用力。
具体地，测力传感器设于阻力片7和轴承2的内圈之间，驱动阻力片7转动的力于阻力片7和轴承2的内圈之间的作用力是一一对应的，阻力片7在风粉气流的驱动作用下向流动方向转动一定角度，而驱动阻力片7转动作用力与风粉气流的流速之间存在一一对应关系，因此可以通过实时监测驱动阻力片7 转动的作用力计算风粉气流的流速。
实施例四
在风粉气流的流速较大的情况下，通过不断地试验发现在阻力片7相对于初始位置的偏转角度通常大于70°时，即使风粉气流的流速继续增大，阻力片 7相对于初始位置的偏转角度的变化将会很小，此时将会严重降低灵敏度。因此，上述阻力片7可以设置两个或更多，至少两个阻力片7沿转轴5的周向分布。
为了避免设置多个阻力片7时导致转轴5在360°范围内转动而影响阻力片相对初始位置的偏转角度的测量，要求多个阻力片7之间的最大夹角小于等于 90°。阻力片7的设置个数可以根据实际待测流速管道6内气流速度的大致范围确定。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
Claims (10)
1.一种管道气流流速测量装置，其特征在于，包括：
转轴(5)，所述转轴(5)能够相对于待测流速管道(6)转动，所述待测流速管道(6)内设有连接于所述转轴(5)的阻力片(7)；
检测传感器，用于测量所述阻力片(7)相对于初始位置的偏转角度或测量驱动所述阻力片(7)转动的作用力。
2.根据权利要求1所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，还包括：
振打驱动(1)，用于驱动所述转轴(5)转动；
离合器，所述离合器的主动端连接于所述振打驱动(1)的输出轴，所述离合器的被动端连接于所述转轴(5)。
3.根据权利要求2所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，还包括设于所述待测流速管道(6)外的安装保护套(8)，所述振打驱动(1)和所述离合器均设于所述安装保护套(8)内，所述离合器的被动端转动连接于所述安装保护套(8)的内壁。
4.根据权利要求3所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，所述待测流速管道(6)上设有穿设孔，所述转轴(5)的一端穿过所述穿设孔并连接于所述离合器的被动端，所述穿设孔内壁和所述转轴(5)外壁之间预留有缝隙(12)；
所述管道气流流速测量装置还包括气密封组件，用于经过所述缝隙(12)向所述待测流速管道(6)内充气以使所述缝隙(12)形成气密封。
5.根据权利要求4所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，还包括设于所述待测流速管道(6)内且设于所述转轴(5)上的阻挡板(11)，用于改变经过所述缝隙(12)进入所述待测流速管道(6)内的气体流向。
6.根据权利要求2所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，所述离合器背对所述振打驱动(1)的一侧设有防尘片(9)，所述转轴(5)伸出所述待测流速管道(6)的一端穿过所述防尘片(9)并连接于所述离合器的被动端。
7.根据权利要求1所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，所述阻力片(7)沿垂直于所述转轴(5)方向与所述转轴(5)中心轴线之间的最大距离大于等于所述转轴(5)中心轴线沿与其垂直的方向与所述待测流速管道(6)内壁之间的最大距离。
8.根据权利要求1所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，所述阻力片(7)的周向边缘呈波形。
9.根据权利要求1所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，所述阻力片(7)上设有风孔。
10.根据权利要求1所述的管道气流流速测量装置，其特征在于，所述阻力片(7)的外壁和/或所述转轴(5)的外壁上设有防磨层。
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|---|---|---|---|
| CN201921871418.4U CN210720456U (zh) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | 一种管道气流流速测量装置 |
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| CN210720456U true CN210720456U (zh) | 2020-06-09 |
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| CN (1) | CN210720456U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110658355A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-07 | 烟台龙源电力技术股份有限公司 | 一种管道气流流速测量装置 |
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2019
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