CN213397575U - 一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，包括翼型板、连杆、第一传感器、第二传感器外壳；连杆一端与翼型板刚性连接，另一端依次连接第一传感器和第二传感器，第一传感器和第二传感器为扭矩传感器或拉/压力传感器，外壳与管道的相对位置固定不变，第一传感器和第二传感器的另一侧与外壳连接；第一传感器和第二传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接输出模块；采用力或扭矩作为测量信号，而非压差信号，不会因为粉尘的存在造成信号失真或失去；翼型板和传感器连接的结构不受监测方向的影响，竖直布置的管道或水平布置的管道均可适用；扭矩传感器、拉压力传感器相比压力传感器更为廉价，且可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属于含尘气流测量领域，具体涉及一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置。
背景技术
气固两相流具有不稳定性和非均匀性，其速度和浓度的准确测量一直以来是本领域的技术难题。有学者基于压差法、热平衡法、电学法、超声法等方式进行研究，但目前尚未形成成熟、可靠的测量产品。
实现对含尘气流流速和浓度的在线准确测量，可以掌握设备运行的实际参数，变未知为可视，为设备运行参数监测和精细化智能化运行优化调整提供有效的数据支撑。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，实现对含尘气流速度和浓度的监测，如电站煤粉锅炉的送粉管道内气流速度和煤粉浓度
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，包括翼型板、连杆、第一传感器、第二传感器外壳；连杆一端与翼型板刚性连接，另一端依次连接第一传感器和第二传感器，第一传感器为拉/压力传感器、第二传感器为扭矩传感器，外壳与管道的相对位置固定不变，第一传感器和第二传感器的另一侧与外壳连接；第一传感器和第二传感器的受力方向呈90°，第一传感器和第二传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接输出模块。
多个相同的翼型板形成翼型板组，每一个翼型板的布置方向一致，多个翼型板通过同一块连接板与连杆连接。
翼型板竖直布置或水平布置。
翼型板与管道轴线平行布置或呈设定夹角布置。
翼型板与连杆焊接固定。
外壳设置在管道支架上、管道外壁或者独立基础上。
输出模块包括通信单元，通信单元用于将控制器输出的信号发送至远程控制中心或手持终端；控制器布置在外壳上或远程控制中心。
连杆通过管道壁面的开孔引出；连杆与管道壁面的开孔之间设置柔性密封层。
翼型板和连杆采用耐磨材料加工。
还包括连接管，翼型板设置在连接管中，连接管开设一通孔，连杆的一端伸入连接管穿过所述通孔连接翼型板，连接管的形状以及横截面与待测管段的形状以及横截面分别相同；连接管的截面为圆形或矩形。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
第一传感器和第二传感器采集翼型板受到的升力和推力；第一传感器和第二传感器采用力或扭矩作为测量信号，而非压差信号，不会因为粉尘的存在造成信号失真或失去；本实用新型无转动或活动部件，易于密封；本实用新型的翼型板和传感器连接的结构不受监测方向的影响，竖直布置的管道或水平布置的管道均可适用；扭矩传感器、拉压力传感器相比压力传感器更为廉价，且可靠性高。
进一步的，采用多个翼型板可以增加升力、推力的测量值，同时提高测量值与截面平均速度的相关性，可以测量整个断面的平均值，保证测量值的代表性。
进一步的，控制器布置在外壳上还能实现本地监测，数据无需进行长程传输；将控制器布置远程控制中心有利于及时掌握每一处监测数据。
附图说明
图1为本实用新型一种可实施的结构示意图。
附图中，1-翼型板，2-连杆，3-第一传感器，4-控制器，5-输出模块，6-外壳，7-第二传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本实用新型进行详细阐述。
在流动的气流中，由于上下表面气流的速度差导致的气压差，翼型板会受到一个升力，一般可用下式计算：
ρ气流密度，v翼型板和气流的相对速度，Cs是升力系数，A翼型板的投影面积，升力系数 Cs与翼型板的形状以及翼型板与气流的夹角有关，对于特定的翼型板，当翼型板与气流的夹角一定时，可以将上式简写为：
同时，翼型板还会收到流动气流的推力，一般可用下式计算：
Cd是阻力系数，S翼型板在气流方向上的面积，同样的，对于特定的翼型板，当翼型板与气流的夹角一定时，可以将上式简写为：
将翼型板放置在流动的含尘气流中时，翼型板的受力与在纯气流状态下相似，但由于颗粒的存在，对受力产生一定的影响。
在气流的作用下，翼型板仍然受到两个力的作用，翼型板产生的升力F1与气流速度v、粉尘浓度μ和翼型板与气流的夹角(迎角)，当迎角为固定的角度时，F1仅与气流速度、粉尘浓度有关，试验表明，升力可用下式计算：
在含尘气流中的翼型板，还受到气流和粉尘颗粒的推力F2，同样的，当迎角为固定的角度时，F2与气流速度、粉尘浓度有关，试验表明推力可用下式计算：
K1、K2、m、n四个系数均可以通过理论计算和试验数据得到，从而确定这两个力与气流速度和粉尘浓度的关系。
在应用于实际的含尘管道测量含尘气流的速度和粉尘浓度时，通过扭矩传感器或推/拉力传感器测量得到F1和F2，联立(5)和(6)两个方程，即可计算得出测量断面处的气流速度和含尘浓度，从而实现气流速度和含尘浓度的测量。
根据所述原理，本实用新型提供一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，包括翼型板1、连杆2、第一传感器3、第二传感器7外壳6；连杆2一端与翼型板1刚性连接，另一端依次连接第一传感器3和第二传感器7，第一传感器3为拉/压力传感器、第二传感器7为扭矩传感器，外壳6与管道的相对位置固定不变，第一传感器3和第二传感器7的另一侧与外壳6连接；第一传感器3和第二传感器的受力呈90°，第一传感器3的受力方向沿着气流方向，第一传感器3和第二传感器7连接控制器4的输入端，控制器4的输出端连接输出模块5获取得到F1和F2用于计算测量含尘气流速度和浓度。
控制器4布置在外壳6上或远程控制中心。
翼型板1与连杆2焊接固定。
外壳6设置在管道支架上、管道外壁或者独立基础上。
输出模块5包括通信单元，通信单元用于将控制器4输出的信号发送至远程控制中心或手持终端。
本实用新型的一种可实施的装置如图1所示，结合图1对本实用新型的技术方案进行进一步说明：
本实用新型提供一种装置，包括翼型板1、连杆2、传感器3、控制器4、信号输出模块5、外壳6，翼型板或翼型板组1安装于待测量的含尘气流中，连杆2一端与翼型板1刚性连接，另一端依次与第一传感器3和第二传感器7相连接，第一传感器3和第二传感器7的另一侧固定于管道外壁设置的外壳6上，第一传感器3和第二传感器7的信号输出接入控制器4，控制器4测量得到F1和F2传输至计算中心。
可选的，布置在待测量的含尘气流管道内的翼型板1可以设置为单个翼形元件，也可以设置为多个相同的翼型板1组成的翼型板组；当采用多个翼型板时，各翼型板呈平行布置，即每块翼型板1的布置方向相同，采用连接件将各翼型板相连接成为翼型板组，例如所述连接件为一块连接板，翼型板1和连杆2均与连接板焊接固定；采用多个翼型板可以增加升力、推力的测量值，同时提高测量值与截面平均速度的相关性，通过合理布置设计，可以测量整个断面的平均速度，保证测量值的代表性。
当然，翼型板1与管道轴线还可以采用平行布置或呈预设的角度布置；当翼型板1与管道轴线平行布置或呈设定夹角布置时，对计算公式中引入夹角系数。
第一传感器3和第二传感器7布置在管道外部的外壳6内，外壳6为固定于管道上的密闭腔体图中仅示出部分壳体，传感器4可以是扭矩传感器或拉压力传感器，图1所示，以扭矩传感器为例。连杆2将翼型板1的受力传递到传感器，测量翼型板的升力和推力。
连杆2通过管道壁面的开孔引出。
作为一个优选的实施例，翼型板1和连杆2等暴露在粉尘中的元件采用耐磨材料制作。
在待测量管道中，翼型板1可以竖直布置或水平布置，在合适的方向测量升力和推力，均可实现气流速度和含尘浓度的有效测量。
本装置可应用于竖直或水平布置的圆形管道或矩形管道，并不限于图1中所示的水平圆形管道。
由于翼型板1升力受迎角的影响很大，因此对待测量气流的方向有较高要求，即希望待测量气流在测量断面的速度方向与管道轴线一致，即需要测量断面前具有较长的直管段；在具体实施应用中翼型板1距离管件的距离至少为管道半径的2.5倍。
粉尘应为非粘结性粉尘，避免粉尘粘结在翼型板上，导致翼型发生变化对升力和推力值产生影响，引起测量失真。因粉尘具有磨损性，翼型板、连杆等暴露在粉尘中的元件需要采用耐磨材料制作。
作为一种可选的实施例，本实用新型所述辅助测量含尘气流速度和浓度的装置还可以设置一连接管，翼型板1设置在连接管中，连接管开设一通孔，连杆2的一端伸入连接管穿过所述通孔连接翼型板1，连接管的形状以及横截面与待测含尘气流所在管段的形状以及横截面分别相同；连接管的外壁固定设置外壳6；为适应待测含尘气流所在管段的形状，连接管可以为圆形或矩形。
优先在直径在200～1000mm的含尘气流管道中使用，如电站煤粉锅炉的送粉管道。
基于以上所述，本实用新型提供一种测量含尘气流速度和浓度的方法，包括以下步骤：
将一个或一组翼型板1放置于含尘气流中，翼型板1在气流中将受到两个作用力，由于气流速度产生的升力F1和气流对翼型板1产生的推力F2，当翼型板1与气流方向的夹角一定时，升力F1和推力F2均与气流速度v和含尘浓度μ的关系如下：
K1、K2、m以及n为翼型板1所受升力、推力与气流速度和含尘浓度的关系系数；
第一传感器3和第二传感器7测量翼型板所受的升力F1和推力F2；通过理论计算和试验测定K1、K2、m以及n；
根据所述升力F1和推力F2得到含尘气流的平均速度和含尘浓度；将所述平均速度和含尘浓度输出。
Claims (10)
1.一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，包括翼型板(1)、连杆(2)、第一传感器(3)、第二传感器(7)外壳(6)；连杆(2)一端与翼型板(1)刚性连接，另一端依次连接第一传感器(3)和第二传感器(7)，第一传感器(3)为拉/压力传感器、第二传感器(7)为扭矩传感器，外壳(6)与管道的相对位置固定不变，第一传感器(3)和第二传感器(7)的另一侧与外壳(6)连接；第一传感器(3)和第二传感器的受力方向呈90°，第一传感器(3)和第二传感器(7)连接控制器(4)的输入端，控制器(4)的输出端连接输出模块(5)。
2.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，多个相同的翼型板(1)形成翼型板组，每一个翼型板(1)的布置方向一致，多个翼型板(1)通过同一块连接板与连杆(2)连接。
3.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，翼型板(1)竖直布置或水平布置。
4.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，翼型板(1)与管道轴线平行布置或呈设定夹角布置。
5.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，翼型板(1)与连杆(2)焊接固定。
6.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，外壳(6)设置在管道支架上、管道外壁或者独立基础上。
7.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，输出模块(5)包括通信单元，通信单元用于将控制器(4)输出的信号发送至远程控制中心或手持终端；控制器(4)布置在外壳(6)上或远程控制中心。
8.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，连杆(2)通过管道壁面的开孔引出；连杆(2)与管道壁面的开孔之间设置柔性密封层。
9.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，翼型板(1)和连杆(2)采用耐磨材料加工。
10.根据权利要求1所述的辅助测量含尘气流速度和浓度的装置，其特征在于，还包括连接管，翼型板(1)设置在连接管中，连接管开设一通孔，连杆(2)的一端伸入连接管穿过所述通孔连接翼型板(1)，连接管的形状以及横截面与待测管段的形状以及横截面分别相同；连接管的截面为圆形或矩形。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202022613803.8U CN213397575U (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置 |
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Publications (1)
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| CN213397575U true CN213397575U (zh) | 2021-06-08 |
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| CN202022613803.8U Active CN213397575U (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种辅助测量含尘气流速度和浓度的装置 |
Country Status (1)
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2020
- 2020-11-12 CN CN202022613803.8U patent/CN213397575U/zh active Active
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