TWI678417B - 用於觀測鼓風爐之鼓風管區域內部狀況的光學監測系統 - Google Patents

Abstract

一種用於監測鼓風爐之鼓風管區域的操作狀況的光學監測系統，包含具有窺孔之光偏轉裝置，窺孔設置於光偏轉裝置之第一面中；及光學感測器，設置於光偏轉裝置之第二面中。光偏轉器經設置於光偏轉裝置內，用於將入射光自鼓風管區域朝窺孔及朝光學感測器引導。光偏轉裝置包含具有球形體之殼體，球形體包含三個通道：第一通道，其面向鼓風管，用於允許入射光自鼓風管區域進入球形體；第二通道，其面向窺孔；第三通道，其面向光學感測器。第一通道、第二通道及第三通道經配置以在球形體內彼此相接。光偏轉器設置於球形體內，位於第一通道、第二通道及第三通道之交叉點處。光偏轉裝置包含開口，其位於殼體之第三面中，用於通向球形體，用於允許殼體內之球形體旋轉。球形體包含插座，其面向第三面中的開口。開口為引導狹槽，其寬度大致與插座的直徑相同。

Description

用於觀測鼓風爐之鼓風管區域內部狀況的光學監測系統

本發明一般係關於一種用於監測鼓風爐之鼓風管區域內部狀況的光學監測系統。

眾所周知，鼓風爐通常包含複數個流體注入路徑，藉此經由送風管及鼓風管來將熱氣體注入至鼓風爐中。若物料已聚積於鼓風管噴嘴前面，則注入口會被堵塞。若一直未偵測出，則流體會無法離開送風管，因而不能送至鼓風爐中。此外，鼓風管往往用以將煤粉送至鼓風爐中。注入口將遭堵塞，此將毫無疑問防礙煤粉進入鼓風爐，且可引起煤粉在鼓風管及送風管中聚積。

為觀測鼓風管是否遭堵塞，將鼓風管視孔設置於送風管之後端處，該鼓風管視孔往往亦稱為窺視孔(peephole)或窺孔(peep sight)。此窺孔允許操作員直接透過送風管及 鼓風管區域查看，從而檢查鼓風管狀況及偵測鼓風管區域中是否已發生堵塞。

鼓風管亦提供進入該鼓風爐內部之窗口。因而，該窺孔亦允許觀測鼓風爐之內部狀況。因此，該窺孔允許監測鼓風爐中心處的狀況及溫度發展。操作員可因而偵測鼓風爐操作中之功能異常且進行相應動作。

為便於監測及提供更加自動化之系統，已發展諸如鼓風管視訊攝影機之電子監測裝置，該電子監測裝置連續監測穿過窺孔所發射的光，且向操作員提供反饋。

為允許兩者監測系統同時運行，亦即允許用肉眼進行視覺監測及電子觀測，可安裝光偏轉器以將入射光之部分朝電子監測裝置偏轉，同時允許該光之部分傳送至窺孔，用於視覺監測。為使此光偏轉器將光適當地引導至電子監測裝置及窺孔，光偏轉器之定向非常重要。因此用於光偏轉器之調節機構係有益的，尤其因為各種部件之間由於鼓風爐安裝之大量溫差而可存在相對運動。事實上，通常當鼓風爐處於靜止時，將安裝電子監測裝置、窺孔以及光偏轉器。由於使鼓風爐達到其運行溫度，故此溫差引起各種元件之間的相對運動且可引起光偏轉器未對準。調節光偏轉器隨之變得必需。此外，調節光偏轉器可益於補償會發生於監測系統之製造期間的任何結構幾何誤差。

在LU 90 610中，光學感測器係垂直於自鼓風管至窺孔之光路徑而設置。藉由玻璃板而形成的光偏轉器經設置於圓柱形殼體中，以將光之部分偏轉至光學感測器。玻璃板關於鼓風管與窺孔之間的光路徑而形成約45°之角度。針對調節構件，玻璃板可在圓柱形殼體內部在兩個方向上獨立旋轉。偏心螺絲可固定第一支撐板之位置，該第一支撐板圍繞一軸可旋轉地安裝，該軸垂直於圓柱形殼體之背面上的中心軸。第二調節螺絲允許與第二支撐板上的彈簧一同使玻璃板繞轉動軸而轉動，該第二支撐板安裝於第一支撐板上。由於LU 90 610要求觸及設置於殼體內的兩個單獨調節螺絲，故一些人士會認為LU 90 610之調節機構係繁複的。

本發明之目標為提供一種緊湊及可容易調節之光學監測系統，該光學監測系統能夠觀測鼓風爐之鼓風管區域的內部狀況，該鼓風爐未表現出以上所描述之缺陷。此目標係藉由如請求項1中所主張之光學監測系統而達成。

本發明提供一種用於監測鼓風爐之鼓風管區域的操作狀況的光學監測系統。此光學監測系統包含光偏轉裝置， 該光偏轉裝置配置用於連接至送風管之後部，以使得鼓風管、送風管以及光偏轉裝置沿共用軸定位。窺孔經設置於光偏轉裝置之第一面中，用於允許操作員用肉眼監測鼓風管區域的操作狀況。此外，光學感測器設置於光偏轉裝置之第二面中，用於電子監測鼓風管區域的操作狀況。光偏轉器設置於光偏轉裝置內，用於將入射光自鼓風管區域朝窺孔及朝光學感測器引導。

根據本發明，該光偏轉裝置包含殼體，該殼體具有可旋轉地設置於其中的球形體。該球形體包含三個通道：第一通道，當光偏轉裝置連接至送風管之後部時，該第一通道面向鼓風管，用於允許入射光自鼓風管區域進入球形體；第二通道，其面向窺孔；第三通道，其面向光學感測器。第一通道、第二通道以及第三通道經配置以便在球形體內彼此相接。光偏轉器設置於球形體內，位於第一通道、第二通道以及第三通道之交叉點處。此外，光偏轉裝置包含殼體之第三面中的開口，用於通向球形體，用於允許殼體內之球形體旋轉。

藉由將光偏轉器安裝在設置於殼體中的球形體中，可自殼體外部容易及迅速地達成殼體內之光偏轉器之調節，因而無需進入殼體內部，如將例如需要觸及根據LU 90 610之系統的螺絲。

本發明之光學監測系統係藉由常見工具而容易地製造。可將用於允許光穿過球形體之通道容易地穿過主體而鑽孔。

本發明亦減少為該光學監測系統所需之部件的數目。此舉毫無疑問對製造成本具有積極影響。亦減少起因於各種部件之間的交互作用的難題。

因此，該光學監測系統提供尤其容易及穩固的構造，此外該構造伴隨所降低之製造及維護成本。

球形體包含插座，該插座面向殼體之第三面中的開口，該插座允許調節工具之插入，用於旋轉殼體內的球形體。該插座及該調節工具較佳地為自鎖的及/或具有能夠傳遞扭矩之任何連接形狀。該插座有利地具有非圓形橫截面，且該調節工具較佳地為具有對應橫截面的鍵。插座之橫截面可為能夠使插座繞該橫截面之軸而旋轉的任何形狀，諸如三角形、正方形、十字形以及其他更多。最有利而言，該插座具有六角形橫截面且該調節工具為六角形鍵，通常亦稱為艾倫鍵(A。嚙合插座之調節工具的使用允許球形體之外表面容易平移運動。此外，六角形插座及六角形鍵配置允許包含插座的球形球繞軸旋轉。

根據本發明的態樣，殼體之第三面中的開口為引導狹 槽，該引導狹槽的寬度大致與插座的直徑相同，其中插座沿引導狹槽之線性運動引起球形體繞第一旋轉軸旋轉；且其中插座之旋轉運動引起球形體繞第二旋轉軸旋轉。該第一旋轉軸較佳地大致垂直於第二旋轉軸。當將調節工具插入插座中時，防止球形體之外表面在藉由引導狹槽所允許之方向以外的方向上的平移運動。換言之，僅允許球形體之外表面在一個方向上平移，藉此藉由引導狹槽之配置來預界定第一旋轉軸之位置。六角形插座及六角形鍵配置允許球形球繞第二旋轉軸旋轉，該球形球包含插座及球形體之中心。因而，可藉由簡單地插入六角形鍵及旋轉該六角形鍵以及在引導狹槽內滑動該六角形鍵，以在所有方向調節光偏轉器。

有利而言，例如經由在光偏轉器與球形體之間塗覆高溫膠而將該光偏轉器固定地設置於球形體內。其他適當的固定構件可經容易利用及可經用作替代物。

光偏轉裝置較佳地進一步包含設置於球形體與殼體之間的彈簧元件，用於經由磨擦而將球形體保持於適當位置。該彈簧元件可為環形彈簧，較佳為螺旋彈簧墊圈。該彈簧元件抵靠殼體之內部表面推壓球形體，因而引起磨擦，該磨擦防止球形球在殼體內移動或旋轉。選擇彈簧元件的力以使得防止球形體之任何移動，除非經由調節工具施加外力。

較佳地，殼體包含可移除安裝面，用於插入及/或移除球形體。該可移除安裝面可為殼體之包含窺孔的第一面。

環狀底座元件較佳地設置於球形體與安裝面之間。此環狀底座元件經配置以使其面向球形體之側面用作用於球形體的底座。彈簧元件較佳地設置於安裝面與環狀底座元件之間，以使得抵靠球形體推壓環狀底座元件。

球形體可包含狹槽，用於接收該狹槽中的光偏轉裝置。

窺孔有利地藉由玻璃板而形成，該玻璃板夾置在殼體之第一面與環狀底座元件之間。第一環形密封可設置於環狀底座元件與玻璃板之間，而第二環形密封可設置於玻璃板與第一面之間。

10‧‧‧鼓風爐

12‧‧‧鼓風爐壁

14‧‧‧熱鼓風系統

16‧‧‧圓風管

18‧‧‧送風管

20‧‧‧鼓風管

24‧‧‧延伸管

26‧‧‧光學監測系統

28‧‧‧窺孔

30‧‧‧光學感測器

34‧‧‧側殼體

40‧‧‧光偏轉裝置

41‧‧‧光偏轉器

42‧‧‧連接面

44‧‧‧連接管

46‧‧‧第一面

48‧‧‧第二面

50‧‧‧第三面

52‧‧‧玻璃窗口

54‧‧‧關閉閥

56‧‧‧殼體

60‧‧‧球形體

62‧‧‧第一通道

64‧‧‧第一孔隙

66‧‧‧中心區域

68‧‧‧第二通道

70‧‧‧第二孔隙

72‧‧‧第三通道

74‧‧‧第三孔隙

76‧‧‧開口

78‧‧‧插座

80‧‧‧彈簧元件

82‧‧‧第一旋轉軸

84‧‧‧第二旋轉軸

86‧‧‧引導狹槽

88‧‧‧空腔

90‧‧‧孔

92‧‧‧環狀底座元件

94‧‧‧端板

96‧‧‧螺絲

98‧‧‧玻璃板

100‧‧‧第一環形密封

102‧‧‧第二環形密封

110‧‧‧定心銷

現在將藉助於舉例，參照隨附圖式來描述本發明之較佳實施例。

圖1為具有送風管的鼓風爐鼓風管之側面橫截面視圖，根據本發明之光學監測系統連接至該鼓風爐鼓風管。

圖2為穿過圖1之光學監測系統的光偏轉裝置的側面橫截面視圖。

圖3為穿過圖2之光偏轉裝置的自上方的橫截面視 圖。

圖4為圖2之光偏轉裝置底部的視圖。

圖5為圖4之根據球形體之插座的另一實施例的放大視圖。

圖6為圖4之根據球形體之插座的另一實施例的放大視圖。

圖1為鼓風爐鼓風管設置之側面橫截面視圖，其中根據本發明的光學監測系統連接至該鼓風爐鼓風管設置。圖1顯示具有鼓風爐壁12的鼓風爐10、以及由鼓風管區域中的鼓風管20、送風管18以及圓風管16組成的熱鼓風系統14。圓風管16環繞鼓風爐且使通常為熱空氣的流體穿過鼓風管20分散至鼓風爐10中，該鼓風管等間隔圍繞鼓風爐10的圓周。

送風管18在其彎頭部分包含延伸管24。光學監測系統26連接至延伸管24且與送風管18具有同一軸。光學監測系統26包含窺孔28，該窺孔允許操作員透過送風管18查看鼓風管20內部。窺孔28通常與送風管18的中心軸軸向對準。光學感測器30亦允許送風管18之電子監測。光學感測器30經安裝於側殼體34中。

圖1中亦示意性地例示光偏轉裝置40，該光偏轉裝置 以自鼓風管20出現之軸向光路徑設置。具有設置於其中之光偏轉器41的光偏轉裝置40包含帶有連接管44的連接面42，該連接管用於連接至送風管18的延伸管24。光偏轉裝置40進一步包含第一面46，該第一面通常相對於連接面42來設置，該第一面包含窺孔28；以及包含光學感測器30的第二面48。光偏轉裝置40亦包含第三面50，用於如以下進一步描述來調節光偏轉器41。

光偏轉器41經設置於光學感測器30之軸與送風管18之中心軸的交叉點處，且將光之一部分朝光學感測器30偏轉，同時亦允許光之一部分到達窺孔28。因而，來自爐的入射光經部分導向光學感測器30，在該光學感測器中接收足夠的光以監測鼓風管20。偏轉光可經由例如透鏡而經收集，以便集中偏轉光且允許光強度量測。

應瞭解，可將視訊攝影機、光敏偵測器、影像掃描攝影機或類似物安裝至光學感測器30中，以代替光學感測器30。

亦注意，圖1中所顯示之光偏轉裝置40經示意性地表示且不應按比例解釋。

玻璃窗口52可設置於延伸管24與光偏轉裝置40的連接管44之間，以便保護該連接管免受鼓風爐內部惡劣 環境損害。濾光器(未顯示)亦可共同配置或併入窺孔28內，以便保護操作員的眼免受自爐所發射之光的亮度之損害。

圖1亦顯示關閉閥54，該關閉閥設置於光學監測系統26與送風管18的延伸管24之間。關閉閥54允許例如當進行維護工作時光學監測系統26與送風管18之隔離。

本發明可藉由參看圖2而更仔細地描述，圖2更詳細地顯示光偏轉裝置40。光偏轉裝置40係藉由殼體56而形成，該殼體包含六個面，包括前述連接面42以及第一面46、第二面48以及第三面50。

球形體60可旋轉地設置於殼體56內且包含通道，該通道用於允許光穿過球形體60。第一通道62用以允許將光送至球形體60的中心區域66，該第一通道與殼體56之連接面42中的第一孔隙64對準。第二通道68用以允許將光自中心區域66送至窺孔28，該第二通道與殼體56之第一面46中的第二孔隙70對準。第三通道72用以允許將光自中心區域66送至光學感測器30，該第三通道與殼體56之第二面48中的第三孔隙74對準。

在球形體60的中心區域66中，光偏轉器41經設置以使得自鼓風管區域之入射光朝窺孔28以及朝光學感測 器30導向。事實上，光偏轉器41允許入射光之一部分朝窺孔28穿過光偏轉器41，同時朝光學感測器30反射入射光之一部分，該光偏轉器可為半透明玻璃、鍍膜玻璃、有色玻璃板、半透明鏡、稜鏡或極化元件。

在殼體56的第三面50中，開口76經設置用於自外部觸及球形體60，以便在需要時調節球形體60之位置。為調節之目的，球形體60在面向開口76的區域中包含六角形的插座78，該六角形的插座可藉由諸如六角形鍵(未顯示)之調節工具來嚙合。圖4亦顯示開口76及六角形的插座78，該開口較佳地呈引導狹槽之形式。圖5及圖6中已顯示替代插座形狀。圖5顯示具有三角形橫截面的插座，而圖6顯示具有正方形橫截面的插座。可設想許多替代形狀。

儘管圖4中已顯示開口76為大致矩形引導狹槽，但應注意，不應排斥不同形狀及大小；這些形狀及大小可提供不同調節可能性。然而，本案發明人已選擇引導狹槽作為較佳解決方案，因其允許尤其有利之球形體60調節。為此，引導狹槽具有大致對應於六角形的插座78之直徑的寬度。隨著調節工具插入六角形的插座78，六角形的插座78之平移運動遭限制於藉由引導狹槽86所限定之方向。事實上，此平移運動允許球形體60繞第一旋轉軸82旋轉，如圖2中所指示。另一方面，調節工具以及六角形 的插座78之旋轉運動允許球形體60繞第二旋轉軸84旋轉，如圖2中所顯示。由於繞第一旋轉軸82及第二旋轉軸84之旋轉可彼此獨立進行，故平移運動與旋轉運動之選擇允許使用者在調節過程中進行良好控制。

殼體56之第一面46可經配置為可移除安裝面，用於允許球形體60插入至殼體56中及自殼體56移除。藉由參看圖3可更仔細地描述安裝面之配置以及安裝製程，圖3顯示穿過殼體56之自上方的橫截面視圖。

首先，球形體60具備外側的引導狹槽86，該外側的引導狹槽允許光偏轉器41插入至球形體60中，而該球形體未處於殼體內。插入後，藉由例如像高溫膠之適當固定構件將光偏轉器41固化於球形體60內。其他適當的固定構件可經容易利用及可經用作替代物。

球形體60及光偏轉器41經組裝後，可將球形體60穿過第一面46中的孔90而插入至殼體56內的空腔88中；孔90及空腔88具有基本對應於球形體60之直徑的橫截面。

球形體60插入後，調節該球形體以使得第一通道62、第二通道68以及第三通道72與各別之第一孔隙64、第二孔隙70以及第三孔隙74對準。為關閉孔90及使球 形體60保持於殼體56內，將環狀底座元件92放置入孔90。環狀底座元件92經配置以使其面向球形體60之側面用作用於球形體60的底座。環狀底座元件92係藉由端板94而固持於適當位置，該端板藉由例如像螺絲96之合適固定構件而連接至殼體56。

在連接端板94之前，彈簧元件80經設置於環狀底座元件92與端板94之間。此彈簧元件80抵靠球形體60推壓環狀底座元件92，從而固化該球形體，該彈簧元件較佳為環形彈簧，最佳為螺旋彈簧墊圈。然而，彈簧元件80足夠有彈性，以在經由調節工具施加外力時允許球形體60之旋轉。

窺孔28可為末端處具有玻璃板之管道件，如例如在圖1中所顯示。然而較佳地，窺孔28經整合於安裝面內，如圖3中所顯示。為此，玻璃板98夾置在環狀底座元件92與端板94之間。第一環形密封100與第二環形密封102分別設置於玻璃板98與環狀底座元件92或端板94之間。

定心銷110(如圖3及圖4上可見)經設置於連接面42上，用於嚙合延伸管24上的對應孔。此定心銷110允許確保光偏轉裝置40關於延伸管24之正確定位。

Claims (16)

1. 一種光學監測系統，係用於監測鼓風爐之鼓風管區域的操作狀況，前述光學監測系統包含：一光偏轉裝置，其配置用於連接至一送風管之一後部，以使得前述鼓風管、前述送風管以及前述光偏轉裝置沿一共用軸定位；一窺孔，其設置於前述光偏轉裝置之一第一面，用於允許一操作員用肉眼監測前述鼓風管區域的前述操作狀況；一光學感測器，其設置於前述光偏轉裝置之一第二面，用於前述鼓風管區域的前述操作狀況之電子監測；以及一光偏轉器，其設置於前述光偏轉裝置內，用於將入射光自前述鼓風管區域朝前述窺孔及朝前述光學感測器引導；前述光偏轉裝置包含一殼體，前述殼體具有一球形體，前述球形體可旋轉地設置於前述殼體中；前述球形體包含：一第一通道，當前述光偏轉裝置連接至前述送風管之前述後部時，前述第一通道面向前述鼓風管，用於允許入射光自前述鼓風管區域進入前述球形體；一第二通道，其面向前述窺孔；一第三通道，其面向前述光學感測器；前述第一通道、前述第二通道以及前述第三通道經配置以便在前述球形體內彼此相接；前述光偏轉器設置於前述球形體內，位於前述第一通道、前述第二通道以及前述第三通道之交叉點處；前述光偏轉裝置進一步包含其第三面中的一開口，用於通向前述球形體以及允許前述殼體內的前述球形體之旋轉；前述球形體包含一插座，前述插座面向前述光偏轉裝置之前述第三面中的前述開口，前述插座允許一調節工具之插入，用於旋轉前述殼體內的前述球形體；前述光偏轉裝置之前述第三面中的前述開口為一引導狹槽，前述引導狹槽的寬度大致與前述插座之一直徑相同；前述插座沿前述引導狹槽之一線性運動引起前述球形體繞一第一旋轉軸旋轉；前述插座之一旋轉運動引起前述球形體繞一第二旋轉軸旋轉。
2. 如請求項1所記載之光學監測系統，其中前述插座及前述調節工具為自鎖的及/或具有能夠傳遞一扭矩的任何連接形狀。
3. 如請求項1或2所記載之光學監測系統，其中前述插座具有非圓形橫截面且前述調節工具為一鍵，前述鍵具有對應橫截面。
4. 如請求項3所記載之光學監測系統，其中前述插座具有六角形橫截面且前述調節工具為一六角形鍵。
5. 如請求項1所記載之光學監測系統，其中前述第一旋轉軸大致垂直於前述第二旋轉軸。
6. 如請求項1所記載之光學監測系統，其中前述光偏轉器經固定設置於前述球形體內。
7. 如請求項1所記載之光學監測系統，其進一步包含一彈簧元件，前述彈簧元件設置於前述球形體與前述殼體之間，用於經由磨擦來將前述球形體保持於適當位置。
8. 如請求項7所記載之光學監測系統，其中前述彈簧元件為一環形彈簧。
9. 如請求項8所記載之光學監測系統，其中前述環形彈簧為一螺旋彈簧墊圈。
10. 如請求項1所記載之光學監測系統，其中前述光偏轉裝置包含一可移除安裝面，用於插入及/或移除前述球形體。
11. 如請求項10所記載之光學監測系統，其中前述可移除安裝面為前述光偏轉裝置之前述第一面，前述第一面包含前述窺孔。
12. 如請求項10或11所記載之光學監測系統，其中一環狀底座元件經設置於前述球形體與前述可移除安裝面之間。
13. 如請求項7所記載之光學監測系統，其中一環狀底座元件經設置於前述球形體與前述可移除安裝面之間；前述彈簧元件經設置於前述安裝面與前述環狀底座元件之間。
14. 如請求項1所記載之光學監測系統，其中前述球形體包含一狹槽，用於接收前述狹槽中的前述光偏轉器。
15. 如請求項12所記載之光學監測系統，其中前述窺孔係藉由一玻璃板而形成，前述玻璃板夾置在前述光偏轉裝置之前述第一面與前述環狀底座元件之間。
16. 如請求項15所記載之光學監測系統，其中一第一環形密封係設置於前述環狀底座元件與前述玻璃板之間；以及一第二環形密封係設置於前述玻璃板與前述第一面之間。