專利名稱：一種測量含塵氣流流量的方法及其在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測量領域，具體涉及一種測量含塵氣流流量的方法及其在線監(jiān)測裝置。
目前，在工程應用中，對于含塵氣流的速度測量尚無準確可靠的方法，其難度主要在于氣流中的粉塵極易粘污測量一次元件，造成測量過程出現(xiàn)錯誤，使得測量誤差太大，失去測量的意義。比如采用節(jié)流流量計(孔板、噴嘴、文丘里管等)或動壓管(皮托管、靠背管、笛形管等)測量，因為傳壓孔暴露在含塵氣體環(huán)境中，很快就會被堵塞，造成測量裝置輸出差壓失真，無法正常測量；一般只能采用不易堵塞的一次測量元件(如靠背管等)伸入含塵氣流中進行短時間測量，難以實現(xiàn)長時間連續(xù)監(jiān)測。盡管當粉塵濃度較小時，可以采用間歇吹掃等方法來防止堵塞，但當粉塵濃度較大時，實現(xiàn)連續(xù)的流量監(jiān)測基本不可能。
本發(fā)明的目的在于找到一種能夠適用粉塵環(huán)境的測量手段，防止傳壓孔堵塞，保證準確可靠的測量，實現(xiàn)對含塵氣流流量測量的方法及其在線監(jiān)測裝置，并且該測量裝置對被測氣流不造成額外的阻力損失。
實現(xiàn)該方法的步驟如下1)取兩支幾何形狀相同，進出口阻力系數(shù)、摩擦阻力系數(shù)相等的探針支管1組成動壓探頭，伸向含塵氣流管道內的端部制成楔形，其中迎向氣流的一支測量氣流的全壓p，背向氣流的一支測量氣流的背壓ps，探針頭部所感應到的含塵氣流動壓為Δp=p-ps；2)在兩支探針支管1的頭部附近各開有一個靜壓取壓孔5，由傳壓管將此處的靜壓傳送到壓力變送器3，測量到兩個靜壓取壓孔的靜壓差為Δp′=p1-p2；3)探針支管尾部伸入緩沖箱2內，高壓清潔氣體經過導管6進入緩沖箱2內；4)高壓清潔氣體在緩沖箱2內形成較穩(wěn)定的壓力p0，該壓力遠大于被測管道內含塵氣流的全壓p，經過兩個探針支管1噴入含塵氣流中。兩探針支管1的進口處在壓力p0相同的環(huán)境中，出口壓力分別為含塵氣流的全壓p和背壓ps，造成兩個探針支管中的氣流速度不同分別為w1和w2；5)設探針支管的長度為l，在距離探針支管1的出口l′處靜壓取壓孔5處的靜壓分別為p1、p2，探針支管的直徑為d，探針支管的入口阻力系數(shù)為ξ′，支管的磨擦阻力系數(shù)為λ，根據(jù)阻力計算公式得出靜壓差Δp′與動壓Δp呈線性關系，即Δp′=p1-p2=(1-λl′dλld+ξ′)×(p-ps)=(1-λl′dλld+ξ′)×Δp]]>因此可以采用靜壓差Δp′代替探針頭部所感應到的含塵氣流動壓Δp作為測量信號，且該信號與高壓清潔氣流的壓力無關。
6)采用等截面法標定出探針靜壓差Δp′和氣流速度的關系，得到流量系數(shù)k，標定的具體方法是利用標準測風元件——皮托管采用等截面法測量斷面上的平均氣流動壓Δpd，同時測量探針靜壓差Δp′，則k=ΔpdΔp′]]>采用下式計算氣流流量Q=k2Δp′ρ×A×3600---m3/h]]>其中A為管道面積，m3；ρ為氣流密度，kg/m3，可由氣流的溫度t、靜壓ps以及當?shù)卮髿鈮毫a計算得到ρ=1.293×273273+t×Pa+Ps101325---kg/m3]]>7)將測量到的靜壓差Δp′由差壓變送器轉換為電流信號送到流量顯示儀表4中，在流量顯示儀表中采用流量標定系數(shù)k、氣流溫度t、氣流靜壓ps等參數(shù)進行計算，顯示出測量的含塵氣流的流量Q。
根據(jù)上述方法而設計的裝置，包括探針支管1、緩沖容器2、差壓變送器3、流量顯示儀表4、高壓清潔氣體管道6、傳壓管7，其特征在于兩個探針支管1組成動壓探頭，伸向含塵氣流管道內的端部制作成楔形，一支探針支管迎向含塵氣流，另一支背向氣流，兩個探針支管1的尾部與緩沖箱2連通，在兩個探針支管1伸向含塵氣流的端部分別開有靜壓取壓孔5，通過傳壓管7分別與差壓變送器3連接，差壓變送器3與流量顯示儀表4電連接；高壓清潔氣體經高壓清潔氣體管道6進入緩沖容器內，再經過探針支管噴入含塵氣流中。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)本方法的原理在于采用與含塵氣流流量相關的清潔氣體的壓差來代替普通探針所測量的壓差，所測量的替代壓差與含塵氣流動壓的關系穩(wěn)定，不受氣流速度、高壓清潔氣體壓力等因素的影響，測量的準確性高，避免了一般探針傳壓孔堵塞的缺陷，實現(xiàn)了含塵氣流的在線監(jiān)測，保證了流量的連續(xù)測量和測量值的可靠性；2)整個測量系統(tǒng)結構簡單，制造成本低，安裝方便，運行可靠；3)即使在濃度較大的含塵氣流中，傳壓孔也不會堵塞；正常運行時，可以實現(xiàn)免維護；4)測量裝置對被測氣流不造成額外的阻力損失。
本發(fā)明的實施例參見下列各圖。


圖1為該方法的系統(tǒng)原理2為該方法用探針支管中的壓力分布3為采用該方法測量含塵氣流流量時的系統(tǒng)框圖如附圖1、3所示，所述的裝置包括探針支管1、差壓變送器3、流量顯示儀表4，兩個探針支管1并在一起組成動壓探頭，伸向含塵氣流管道內的端部制作成楔形，一支探針支管迎向含塵氣流，另一支背向氣流，兩個探針支管1的尾部伸向緩沖箱內與緩沖箱2連通，在兩個探針支管1伸向含塵氣流的端部分別開有靜壓取壓孔5，通過傳壓管7分別與差壓變送器3連接，差壓變送器3與流量顯示儀表4電連接。
所述的流量顯示儀表4為市售產品。
本發(fā)明的原理是采用與被測氣流動壓相關的高壓清潔氣體的靜壓差代替?zhèn)鹘y(tǒng)探針的動壓，從而避免了傳統(tǒng)探針測量含塵氣流時容易堵塞的缺點，該方法稱之為差壓替代法。
提出了一種采用差壓替代法設計的用于含塵氣流流量測量的探針，很好地解決了傳壓管堵塞、信號失真的問題，主要包括以下部分1)兩支探針支管1，其幾何條件完全相同，進出口阻力系數(shù)、摩擦阻力系數(shù)相等，探針的兩個支管組成動壓探頭，迎向氣流的一支測量氣流的全壓，背向氣流的一支測量氣流的背壓；2)探針尾部設有緩沖箱，壓力遠高于被測管道內氣流全壓的高壓清潔氣體經過高壓清潔氣體管進入緩沖箱內，再以相同的壓力進入探針的兩個支管，經過探針支管連續(xù)噴入含塵氣流中；3)在探針兩個支管的頭部分別設有靜壓取壓孔5，來感應此處高壓清潔氣體的靜壓，采用傳壓管7將靜壓取壓孔的差壓引至差壓變送器3，該差壓與被測含塵氣流在當?shù)氐膭訅合嚓P，經過標定后由該差壓即可計算出含塵氣流流量；本方法的特征在于1)高壓清潔氣體進入緩沖箱后，使得緩沖箱中的壓力提高，該壓力遠大于被測管道內的全壓；高壓清潔氣體經過探針支管進入含塵氣流中，采用探針支管上的靜壓取壓孔的靜壓差來代替探針的動壓；2)所述的方法通過如下計算得出的設防堵探針支管的直徑為d，長度為l，靜壓取壓孔與出口的距離為l′，兩個支管中，出口端的靜壓分別為p和ps，靜壓取壓孔的靜壓分別為p1、p2，入口端的靜壓分別為p3和p4，兩個支管中的速度分別為w1和w2，緩沖箱中的壓力為p0，則根據(jù)阻力計算公式可以得到以下各式設支管的入口阻力系數(shù)為ξ’，則兩個支管的入口損失分別為Δp1′=p0-p3=ξ′(ρw122)---(1)]]>Δp2′=p0-p4=ξ′(ρw222)---(2)]]>設支管的磨擦阻力系數(shù)為λ，則兩個支管的磨擦阻力損失分別為p3-p=λρw122×ld---(3)]]>p4-ps=λρw222×ld---(4)]]>同樣，取壓點的靜壓與出口靜壓有如下關系p1-p=λρw122×l′d---(5)]]>p2-ps=λρw222×l′d---(6)]]>由入口阻力損失(2)、(1)兩式相減可以計算得到p3-p4=ξ′×ρ2(w22-w12)---(7)]]>(3)減去(4)可得(p3-p4)-(p-ps)=λ×ld×ρ2(w12-w22)---(8)]]>同樣式(5)減去(6)可得(p1-p2)-(p-ps)=λ×l′d×ρ2(w12-w22)---(9)]]>式(7)代入(8)得出w22-w12=p-psp2(λld+ξ′)---(10)]]>將(10)代入(9)可以得到Δp′=p1-p2=(1-λl′dλld+ξ′)×(p-ps)=(1-λl′dλld+ξ′)×Δp---(11)]]>差壓Δp′與探針頭部所感應到的氣流動壓Δp成正比的關系，且與緩沖箱中的壓力無關，該比例關系僅取決于系統(tǒng)本身的結構及相關阻力系數(shù)，圖2中表示了沿探針長度方向靜壓的變化，可以直觀地看出Δp′與Δp的關系。
權利要求
1一種測量含塵氣流流量的方法，其步驟如下1)取兩支幾何形狀相同，進出口阻力系數(shù)、摩擦阻力系數(shù)相等的探針支管(1)組成動壓探頭，伸向含塵氣流管道內的端部制成楔形，其中迎向氣流的一支測量氣流的全壓p，背向氣流的一支測量氣流的背壓ps，探針頭部所感應到的含塵氣流動壓為Δp=p-ps；2)在兩支探針支管(1)的頭部附近各開有一個靜壓取壓孔5，靜壓分別為p1、p2，由傳壓管(7)將此處的靜壓傳送到壓力變送器(3)，測量到兩個靜壓取壓孔的靜壓差為Δp′=p1-p2；3)探針支管尾部伸入緩沖箱(2)內，高壓清潔氣體經過導管(6)進入緩沖箱(2)內；4)高壓清潔氣體在緩沖箱(2)內形成較穩(wěn)定的壓力p0，該壓力遠大于被測管道內含塵氣流的全壓p，經過兩個探針支管(1)噴入含塵氣流中，兩探針支管(1)的進口處在壓力p0相同的環(huán)境中，出口壓力分別為含塵氣流的全壓p和背壓ps，造成兩個探針支管中的氣流速度不同分別為w1和w2；5)設探針支管的長度為l，在距離探針支管(1)的出口為l′處靜壓取壓孔(5)，探針支管的直徑為d，探針支管的入口阻力系數(shù)為ξ′，支管的磨擦阻力系數(shù)為λ，根據(jù)阻力計算公式得出靜壓差Δp′與動壓Δp呈線性關系，即Δp′=p1-p2=(1-λl′dλld+ξ′)×(p-ps)=(1-λl′dλld+ξ′)×Δp]]>因此可以采用靜壓差Δp′代替探針頭部所感應到的含塵氣流動壓Δp作為測量信號，且該信號與高壓清潔氣流的壓力、探針支管中的速度無關；6)采用等截面法標定出探針靜壓差Δp′和氣流速度的關系，得到流量系數(shù)k，標定的具體方法是利用標準測風元件——皮托管采用等截面法測量斷面上的平均氣流動壓Δpd，同時測量探針靜壓差Δp′，則流量系數(shù)k為k=ΔPdΔP′]]>采用下式計算氣流流量Q=k2Δp′ρ×A×3600---m3/h]]>其中A為管道面積，m3；ρ為氣流密度，kg/m3，可由氣流的溫度t、靜壓ps以及當?shù)卮髿鈮毫a計算得到ρ=1.293×273273+t×Pa+Ps101325---kg/m3]]>7)將測量到的靜壓差Δp′由差壓變送器轉換為電流信號送到流量顯示儀表(4)中，在流量顯示儀表(4)中顯示出測量的含塵氣流的流量Q。
2．一種根據(jù)上述方法而設計的在線監(jiān)測裝置，包括探針支管(1)、差壓變送器(3)、流量顯示儀表(4)，其特征在于兩個探針支管(1)組成動壓探頭，伸向含塵氣流管道內的端部制作成楔形，一支探針支管迎向含塵氣流，另一支背向氣流，兩個探針支管(1)的尾部與緩沖箱(2)連通，在兩個探針支管(1)伸向含塵氣流的端部分別開有靜壓取壓孔(5)，通過傳壓管(7)分別與差壓變送器(3)連接，差壓變送器(3)與流量顯示儀表(4)電連接。
3．根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于高壓清潔氣體經高壓清潔氣體管道(6)進入緩沖容器內，再經過探針支管噴入含塵氣流中。
全文摘要
一種測量含塵氣流流量的方法及其在線監(jiān)測裝置,通過測量探針支管上的靜壓差來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的探針的差壓,由于探針支管中流動的是清潔流體,探針支管與靜壓取壓孔不會發(fā)生堵塞,實現(xiàn)含塵氣流流量的在線監(jiān)測。本方法簡單易行,測量準確可靠。整個測量裝置結構簡單,制造成本低,安裝維護方便,運行可靠。
文檔編號G01F1/34GK1303000SQ0110419
公開日2001年7月11日 申請日期2001年2月26日 優(yōu)先權日2001年2月26日
發(fā)明者王月明, 晉中華 申請人:電站鍋爐煤清潔燃燒國家工程研究中心