RU2006827C1

RU2006827C1 - Device for measuring bulk concentration of solid particles in flows

Info

Publication number: RU2006827C1
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Бурляев; В.Я. Сизых
Original assignee: Сибирский филиал Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им.Б.Е.Веденеева
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has inlet port, intermediate ports with mirrors, and outlet port, all arranged in same sectional area of piping insert so that flow is exposed to light primarily in its bottom part. EFFECT: improved measurement accuracy. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерениям концентрации частиц в потоках и может быть использовано для исследования золовоздушных потоков в пневмотранспортных системах ТЭС. The invention relates to measurements of particle concentration in streams and can be used to study ash-air flows in pneumatic transport systems of thermal power plants.

Известно техническое решение, используемое для исследования содержания частиц в пульпе, текущей в прозрачной измерительной секции, встроенной в трубопровод, и включающее просвечивание всего сечения потока светом лазерных излучателей перпендикулярно направлению потока, измерение прошедшего излучения, по которому судят о распределении частиц во всем сечении потока (патент США, кл. G 01 N15/02, 1978). Это техническое решение является наиболее близким к заявленному устройству. A technical solution is known that is used to study the content of particles in the pulp flowing in a transparent measuring section built into the pipeline, and including transillumination of the entire flow cross section with the light of laser emitters perpendicular to the flow direction, measurement of transmitted radiation, which is used to judge the distribution of particles in the entire flow cross section ( U.S. Pat. Cl. G 01 N15 / 02, 1978). This technical solution is the closest to the claimed device.

Цель изобретения - повышение точности измерения истинной объемной концентрации, расширение диапазона и функциональных возможностей измерения, обеспечив пневмотранспортные системы золоудаления способом и устройством активного контроля, не влияющими на режим транспорта, не зависящими как от влажности и температуры - внешних условий транспорта, так и от химического состава золы. The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring true volumetric concentration, expanding the range and functionality of measurements, providing pneumatic conveying systems of ash removal by the method and device of active control that do not affect the mode of transport, not depending on humidity and temperature - the external conditions of transport, and on the chemical composition ashes.

Цель достигается тем, что интенсивное, направленное излучение оптического квантового генератора через световод и окно прозрачной вставки трубопровода последовательно и неоднократно зондирует исследуемый двухфазный золовоздушный поток в перпендикулярной движению плоскости, после взаимодействия попадает на фотодиод, преобразуется в электрический сигнал, который интегрируется по заданной программе, учитывающей случайный характер распределения концентрации во времени, физико-химические свойства золы и внешние условия транспорта на вычислительной машине, и регистрируется на цифровом табло проградуированного в единицах истинной объемной концентрации контрольного устройства. The goal is achieved by the fact that the intense directed radiation of the optical quantum generator through the optical fiber and the window of the transparent insert of the pipeline sequentially and repeatedly probes the studied two-phase ash-air flow in the plane perpendicular to the plane, after the interaction it enters the photodiode, is converted into an electrical signal, which is integrated according to a given program that takes into account the random nature of the concentration distribution over time, the physicochemical properties of the ash, and the external transport conditions computer, and is recorded on a digital display calibrated in units of true volume concentration of the control device.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ измерения отличается многоканальным в различных направлениях по сечению исследуемого потока просвечиванием оптическим излучением, математической обработкой выделенного электрического сигнала по специальной программе с учетом вероятностно-временных характеристик, физико-химических свойств и внешних условий двухфазного золовоздушного потока. Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the proposed measurement method is multichannel in various directions along the cross section of the stream under study by transmission by optical radiation, mathematical processing of the selected electrical signal according to a special program taking into account the probability-time characteristics, physico-chemical properties and external conditions of the two-phase ash-air flow .

В науке и технике известны используемые в заявляемом устройстве приборы, но предлагаемое соединение этих элементов схемы устройства обеспечивает ему новые функциональные качества. In science and technology, the devices used in the claimed device are known, but the proposed combination of these elements of the device circuit provides him with new functional qualities.

Например, использованное для измерения интенсивное поле взаимодействия с веществом прошедшее излучение оптического квантового генератора существенно расширяет диапазон измеряемых концентраций; принименяемый световод делает измерения дистанционными; а с широкими возможностями вычислительная машина и цифровое контрольное устройство повышают точность измерений, делают процесс измерения непрерывным и удобным. For example, the transmitted radiation field of an optical quantum generator used for measuring the intense field of interaction with a substance significantly expands the range of measured concentrations; the received fiber makes measurements remote; and with great capabilities, a computer and a digital control device increase the accuracy of measurements, make the measurement process continuous and convenient.

По сравнению с прототипом данное техническое решение позволяет за счет наиболее полного учета гидродинамики двухфазных золовоздушных потоков измерять один из основных параметров - истинную объемную концентрацию, а следовательно, учесть его при разработке и проектировании наиболее экономичных и производительных, менее энергопотребляемых пневмотранспортных систем ТЭС, контролировать эти системы в период эксплуатации, следовательно, соответствует критерию "Положительный эффект". Compared with the prototype, this technical solution allows, due to the most comprehensive consideration of the hydrodynamics of two-phase ash-air flows, to measure one of the main parameters - the true volume concentration, and therefore, take it into account when developing and designing the most economical and efficient, less energy-consuming pneumatic conveying systems of thermal power plants, to control these systems during operation, therefore, meets the criterion of "Positive effect".

На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ определения истинной объемной концентрации в трубопроводе золовоздушного транспорта. The drawing shows a diagram of a device that implements a method for determining the true volumetric concentration in the pipeline air traffic.

Устройство содержит оптический квантовый генератор 1 и фокусирующие линзы 2 и 4; световод 3, подающий зондирующий луч в любое место на трубопроводе; оптический зонд 5 из специального кварцевого стекла является частью трубопровода и выдерживает высокие давления; защитные окна 6 и зеркала 7 расположены в стенках зонда под заданными углами, обеспечивают прохождение и отражение света с малыми потерями; фотодиод 8; программируемую вычислительную машину 9, позволяющую менять программу во время измерений; контрольное цифровое устройство 10. The device comprises an optical quantum generator 1 and focusing lenses 2 and 4; a light guide 3 supplying a probe beam to any place on the pipeline; optical probe 5 made of special quartz glass is part of the pipeline and can withstand high pressures; protective windows 6 and mirrors 7 are located in the walls of the probe at predetermined angles, ensure the passage and reflection of light with low losses; photodiode 8; programmable computer 9, which allows you to change the program during measurements; digital control device 10.

Сущность способа и работа устройства, реализующего предлагаемый способ, заключаются в следующем. The essence of the method and the operation of the device that implements the proposed method are as follows.

В находящийся на значительном расстоянии от оптического квантового генератора 1 и вторичной аппаратуры 9 и 10 через линзы 2, 4, согласующие элементы оптической схемы, через транспортирующий излучение световод 3 и входное окно 6 оптического зонда 5 в исследуемый золовоздушный поток вводят световой пучок достаточно интенсивного, монохроматического, направленного излучения и просвечивают таким образом, что в результате многократного отражения от зеркал 7 световой пучок последовательно зондирует различные по концентрации участки потока, а электрический сигнал на выходе фотодиода 8 пропорционален интенсивности прошедшего светового пучка и содержит в своем составе как постоянную составляющую, пропорциональную пространственно усредненному значению концентрации, так и переменную составляющую с вероятностно-временным распределением концентрации. At a considerable distance from the optical quantum generator 1 and secondary equipment 9 and 10 through the lenses 2, 4, matching elements of the optical circuit, through the radiation-transporting optical fiber 3 and the input window 6 of the optical probe 5, a sufficiently intense, monochromatic light beam is introduced into the studied air-air stream directional radiation and shine through in such a way that as a result of multiple reflection from mirrors 7, the light beam sequentially probes sections of the stream with different concentrations, and ktrichesky signal at the output of the photodiode 8 is proportional to the intensity of the transmitted light beam and contains in its composition as a DC component proportional to the spatially averaged concentration value and a variable component with a probabilistic and temporal distribution of concentration.

Полученный с выхода фотодиода 8 электрический сигнал обрабатывают интегрированием по специальной программе, учитывающей вероятностно-временные характеристики золовоздушного потока, по формуле
S= a/g<τ>

S(t)dt , где <τ>- средний, определяемый внешними условиями транспорта интервал интегрирования;
S(t) - функция распределения концентрации в сечении золовоздушного потока, учитывающая вероятностный закон распределения концентрации частиц во времени;
а - безразмерный поправочный коэффициент - определяется градуировкой прибора;
g - безразмерный коэффициент, зависящий от числа каналов зондирования.Received from the output of photodiode 8, the electrical signal is processed by integration according to a special program that takes into account the probability-time characteristics of the ash-air flow, according to the formula
S = a / g <τ>

S (t) dt, where <τ> is the average integration interval determined by the external conditions of the transport;
S (t) is the concentration distribution function in the ash flow section, taking into account the probabilistic law of the distribution of particle concentration over time;
a - dimensionless correction factor - is determined by the calibration of the device;
g is a dimensionless coefficient depending on the number of sounding channels.

В программу расчетов на вычислительной машине 9 при градуировании контрольного устройства 10 можно ввести параметры (а и g), учитывающие химический состав, влажность и температуру золы, внешние условия транспорта. When calibrating the control device 10, it is possible to introduce parameters (a and g) into the calculation program on a computing machine 9, taking into account the chemical composition, moisture and temperature of the ash, and external transport conditions.

Таким образом на табло регистрирующего устройства 10 считывают сигнал в соответствующей размерности, равный значению истинной объемной концентрации. Thus, the signal in the corresponding dimension equal to the value of the true volume concentration is read on the board of the recording device 10.

Основные преимущества предлагаемых способа и устройства, заключающиеся в точности, широком диапазоне измерения истинной объемной концентрации в сравнении с известными, связаны с учетом в них гидродинамики поведения двухфазных золовоздушных потоков. Вследствие того, что золовоздушный поток в горизонтальном трубопроводе имеет сложный характер распределения концентрации, в предлагаемой для измерения модели, описывающей распределение взвешенных частиц золы в несущем воздушном потоке, можно выделить две основные части, в которой первая часть описывает наблюдаемое регулярное пространственное распределение частиц, по которой их концентрация возрастает с уменьшением высоты сечения, а вторая часть модели описывает вероятностно-временной характер поведения золовоздушного потока, так как при ближайшем рассмотрении потока наблюдается пульсирующий мечущийся золовоздушный жгут повышенной плотности, поведение которого в большой степени зависит от внешних условий транспорта. The main advantages of the proposed method and device, which consists in accuracy, a wide range of measurements of true volume concentration in comparison with the known ones, are related to the hydrodynamics of the behavior of two-phase ash-air flows in them. Due to the fact that the ash-air flow in a horizontal pipeline has a complex character of concentration distribution, in the model proposed for measuring the distribution of suspended ash particles in a carrier air flow, two main parts can be distinguished, in which the first part describes the observed regular spatial distribution of particles, according to which their concentration increases with decreasing section height, and the second part of the model describes the probabilistic-temporal behavior of the ash-air flow, so ak on closer inspection there is a pulsating stream hopping zolovozdushny harness high-density, whose behavior is heavily dependent on external transport conditions.

К достоинствам предлагаемых способа и устройства следует отнести отсутствие в транспортном потоке влияющих на его поведение механических узлов, автономность, возможность учета химических и физических свойств различных сортов золы, условий транспорта. (56) Патент США N 4066492, кл. G 01 N 15/02, 1978. The advantages of the proposed method and device include the absence in the traffic stream of mechanical components affecting its behavior, autonomy, the ability to take into account the chemical and physical properties of various grades of ash, and transport conditions. (56) U.S. Patent No. 4,066,492, cl. G 01 N 15/02, 1978.

Claims

1. DEVICE FOR MEASURING VOLUME CONCENTRATION OF SOLID PARTICLES IN FLOWS, containing a measuring transparent insert of a pipeline with a stream, a light source, a translucent stream in a section plane perpendicular to the direction of its movement, a photodetector of transmitted radiation connected to a computing unit and a recorder, characterized in that in order to increase the accuracy of measuring the true average integral volume concentration by taking into account the uneven distribution of particles that occurs in the case of horizontal the position of the pipeline, in the wall of the insert, made in the form of a pipe segment, an input window, a first, second and third intermediate window with mirrors and an output window located along the direction of the light in the section plane are mounted, and the input and output windows are located on opposite sides of the section in horizontal the plane passing through the center of the section, the first intermediate window in the direction of light is located in the lower part of the section closer to the output window, the second intermediate window in the direction of light is located in the upper part of the section Normally the relative input and output windows, and the third is disposed at the bottom of the cross section along the beam closer to the inlet box.

2. The device according to p. 1, characterized in that the light source is made in the form of an optical generator optically coupled to the input window by means of two focusing lenses, between which there is a light guide.