用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法

2023-05-18 13:42:46

專利名稱：用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法
用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法技術領域
本發明屬於過程參數檢測技術領域，特別涉及一種用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法。技術背景
在火力發電廠中要使鍋爐安全運行在最佳工況下，其風煙系統調節、制粉系統調節、燃燒系統調節均需要可靠性高及有效性高的送風流量信號。由於大型發電鍋爐一次、 二次送風管道都為當量直徑大於2000mm的矩形管道，且允許的壓力損失較小，所以在工程中無法採用無需單獨進行標定同時又具有較高測量準確度的標準性節流裝置，而不得不採用基於動壓法的均速管風速傳感器(包括威力巴(Verabar)、威爾巴(Wellbar)、德爾塔巴 (Deltaf low)、阿紐巴(Annubar)、託巴(Torbar)等),測量送風流量將流體的全壓與靜壓之差測出，即以所謂「動壓」表徵風速，進而由速度面積法獲得送風流量。由於流通截面大，流速分布不均勻，工程實踐表明，目前廣泛使用的翼型動壓管法測量送風流量的有效性無法得到保證，因此採用基於動壓平均法的矩形截面管道送風流量測量方法包括翼型動壓管仍有局限性。發明內容
本發明的目的是針對將現有技術應用於電廠鍋爐送風流量測量中魯棒性低及有效性差的現狀，提出一種用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法，其特徵在於，所述矩形截面管道送風流量實時測量裝置是一種基於多點內錐法的鍋爐送風流量實時測量裝置；該裝置由測量管段、溫度變送器、壓力變送器、傳感器組件、微差壓變送器、A/D轉換器、I/V轉換器、可編程控制採樣開關和微機信號處理系統組成；送風流量測量管段I通過上遊側法蘭4，下遊側法蘭5與送風管道6密封相連，在送風流量測量管段I內測量管段的橫截面上正對來流布置m只結構和尺寸完全相同的內錐2，m只內錐被固定在同一管道橫截面的不同位置構成傳感器組件；相鄰的兩隻內錐2以及內錐和測量管段I的壁面之間用固定連接肋片3連接；各內錐的引壓信號管路7 穿過被測管道1，分別接入與各內錐相匹配的微差壓變送器的正負壓室，其中m只內錐配m只微差壓變送器，每隻微差壓變送器的Γ20πιΑ 電流輸出信號再經I/V轉換器、A/D轉換器、可編程控制採樣開關輸送至微機信號處理系統；在被測管道內還分別設有取壓口與壓力變送器相接、溫度傳感器與溫度變送器相接，壓力變送器和溫度變送器的Γ20πιΑ DC輸出信號經I/V轉換器、A/D轉換器、可編程控制採樣開關輸送至微機信號處理系統。
所述m為大於等於3的正整數，
所述m只內錐的每隻內錐的迎流入口面都在測量管段的截面上，m只內錐將測量截面m等分。
所述測量管段I橫截面的兩個長邊的壁面8內側壁表面9與文丘裡噴嘴延軸向縱剖面形狀相同。
—種採用矩形截面管道送風流量實時測量裝置的及送風流量測量方法，其特徵在於，該送風流量測量方法採用速度一面積法，在測量管道內共布置m (m ^ 3)只內錐，將矩形管道橫截面無形地分成m個子截面，測量截面上m(m ^ 3)個測點的流速u i的算術平均值作為該截面上的平均流速 ；，則在運行工況(壓力P，溫度t)下，送風管道送風體積流量qv 為
qv. - ViSi ( I )mI_
qy =Y /.ν = —(U1 +l/ t- .... + υπ ).ν = vs (2)；=ι m
s為送風管道測量截面的等效面積。
第i個內錐輸出差壓Api與所在點風速Vi之間關係
V1 =1-Aiy1 (3)
(3)式中β i為第i個內錐節流比係數,Ci為流出係數，ε為可膨脹係數，P為運行工況下被測流體密度，β1、C1、ε、ρ均為常數，與第i個內錐相配套的差壓變送器將Api 轉化為Γ20πιΑ DC電流，經I/V、A/D、可編程控制採樣開關輸送至單片機系統，由(2)式計算得到運行工況，即溫度t，壓力P時體積流量qv。
矩形截面管道送風流量測量系統構成原理如圖3所示，測量管道中的溫度變送器及壓力變送器分別將流體溫度t和壓力ρ測出，輸出的電流信號經I/V轉換器成為1-5V DC 電壓信號，再經過A/D轉換器轉換為響應的數位訊號，經過可編程控制採樣開關送到計算機系統，計算機系統根據氣態方·程將送風流量q轉化成為標準狀況下的送風體積流量Qu ^ (/m-Λ)/；,一
Qu = (/ + 27V|5),Z (4)，Pd 為標準大氣壓力，一般取 Pd=IOl325Patj
(4)式中，q表示壓力為P (相對壓力，即表壓力)、工作溫度為t (°C)時的送風流量；Q(i表示標準狀況下即Pq=O.1MPa (絕對壓力)、Tq=293. 15K時鍋爐送風標準體積流量。
本發明的有益效果是
1.採用內錐，使測量靈敏度大幅度提高；
2.每隻內錐均配有與它配套的、一一對應的微差壓變送器，將各子截面流速測出， 使流量測量的有效性和魯棒性相比傳統送風流量測量方法有明顯提高。
3.測量管段的兩平行壁面採用文丘裡噴嘴縱剖線輪廓形收縮柱面，產生節流作用，在壓力損失很小的前提下，使測量截面上流體的雷諾數增加，有效消除低流速引起的流速分布不均勻導致流量測量的誤差，提高測量靈敏度；
4.使相同流速下對應的風速傳感器差壓輸出遠遠高於翼形動壓管法，且使測量結果的有效性顯著提高。


圖1為送風流量測量裝置測量管段縱剖(與矩形截面長邊L平行)面(剖面與風速平行)不意圖(B—B首I]面)。
圖2為送風流量測量裝置測量管段橫剖(與矩形截面短邊W平行)面(剖面與風速平行)不意圖(A —A首I]面)。
圖3為送風流量測量系統構成原理圖。
具體實施方式
本發明提供一種用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法。與現有技術相比，即使在低流速時該裝置也具有較高的靈敏度及較大的輸出差壓信號，且流量測量的有效性明顯提高，下面結合附圖及最佳實施案例對本發明作進一步說明。
設矩形送風管道橫截面長邊長為L,短邊長為W。
在圖1、2中，送風流量測量管段I通過上遊側法蘭4，下遊側法蘭5實現與送風管道6密封連接，在測量管段I內的橫截面上正對來流u ^方向上布置m只結構尺寸完全相同的內錐2，m為大於等於3的正整數，m只內錐等分測量管道的橫截面，組成傳感器組件； 相鄰兩隻內錐2以及內錐2與測量管段I的壁面之間用固定連接肋片3連接，所述傳感器組件兩端的兩隻內錐緊貼測量管道的短邊壁面安裝；測量管段I橫截面的兩個長邊的壁面 8內側壁表面9與文丘裡噴嘴延軸向縱剖面形狀相同。所述內錐的引壓管7穿過被測管道， 分別接入i為fd的各個微差壓變送器的正負壓室，其中d為1、2、3…的正整數(如圖 3所示)；微差壓變送器的輸出Γ20πιΑ DC電流信號經I/V轉換器、A/D轉換器、可編程控制採樣開關輸送至微機信號處理系統；被測流體的溫度、壓力分別由溫度變送器、壓力變送器轉換成Γ20πιΑ DC電流信號，再由各自的I/V轉換器、A/ D轉換器、可編程控制採樣開關輸送至微機信號處理系統。
所述採用矩形截面管道送風流量實時測量裝置的送風流量測量方法，該送風流量測量方法採用速度一面積法，在測量管道內共布置m (m3 3)只內錐，將矩形管道橫截面無形地分成m個子截面，測量截面上m(m>3)個測點的流速u i的算術平均值作為該截面上的平均流速J，則在運行工況(壓力P，溫度t)下，送風管道送風體積流量qv為
qyi = Vi^. ( I )mI_
qy = Yqvi = -(^ + ο, +......+ υη ).ν = vs ( 2 )!=ι m
s為送風管道測量截面的等效面積。
第i個內錐輸出差壓Api與所在點風速Vi之間關係
V1 = ~β= CtS1-Apt (3 )
(3)式中β i第i個內錐節流比係數,Ci為流出係數，ε為可膨脹係數，P為運行工況下被測流體密度，ε、P均為常數，與第i個內錐相配套的差壓變送器將Api 轉化為Γ20πιΑ DC電流，經I/V、A/D、可編程控制採樣開關輸送至單片機系統，由(2)式計算得到運行工況，即溫度t，壓力P時體積流量qv。
矩形截面管道送風流量測量系統構成原理如圖3所示，測量管道中的溫度變送器及壓力變送器分別將流體溫度t和壓力ρ測出，輸出的電流信號經I/V轉換器成為1-5V DC 電壓信號，再經過A/D轉換器轉換為響應的數位訊號，經過可編程控制採樣開關送到計算機系統，計算機系統根據氣態方程將送風流量q轉化成為標準狀況下的送風體積流量Qu
權利要求
1.一種矩形截面管道送風流量實時測量裝置，其特徵在於，該矩形截面管道送風流量實時測量裝置是一種基於多點內錐法的鍋爐送風流量實時測量裝置；該實時測量裝置由測量管段、傳感器組件、微差壓變送器、Ι/ν轉換器、A/D轉換器、溫度變送器、壓力變送器、可編程控制採樣開關及微機信號處理系統構成，其特徵在於送風流量測量管段(I)通過上遊側法蘭(4 )和下遊側法蘭(5 )與送風管道(6 )密封連接，在測量管段(I)內，測量管段(I)橫截面上正對來流的方向上布置m只結構尺寸完全相同的內錐(2)，m只內錐(2)構成傳感器組件；相鄰兩隻內錐(2)以及內錐(2)與測量管段(I)壁面之間用固定連接肋片(3)連接，固定在測量管段(I)內；各內錐的引壓管(7)穿過被測管道，分別接入與之匹配的微差壓變送器正負壓室，每隻內錐配備一個微差壓變送器，m只內錐共配m只微差壓變送器，微差壓變送器再與I/V轉換器、A/D轉換器、可編程控制採樣開關以及微機信號處理系統串聯。
2.根據權利要求1所述矩形截面管道送風流量實時測量裝置，其特徵在於所述m為大於等於3的正整數。
3.根據權利要求1所述矩形截面管道送風流量實時測量裝置，其特徵在於所述m只內錐的每隻內錐的迎流入口面都在測量管段的同一橫截面上，m只內錐將測量截面m等分。
4.根據權利要求1所述矩形截面管道送風流量實時測量裝置，其特徵在於所述傳感器組件兩端的兩隻內錐緊貼測量管道的短邊壁面安裝。
5.根據權利要求1所述矩形截面管道送風流量實時測量裝置，其特徵在於，所述測量管段(I)橫截面的兩個長邊的壁面(8)內側壁表面(9)與文丘裡噴嘴延軸向縱剖面形狀相同。
6.一種採用矩形截面管道送風流量實時測量裝置的及送風流量測量方法，其特徵在於，該送風流量測量方法採用速度一面積法，在測量管道內共布置m只內錐，其m > 3 ;將矩形管道橫截面無形地分成m個子截面，測量截面上m > 3個測點的流速Ui的算術平均值作為該截面上的平均流速J，則在壓力為P，溫度為t的運行工況下，送風管道送風體積流量qv為
全文摘要
本發明公開了屬於過程參數檢測領域的涉及一種用於矩形截面管道送風流量實時測量裝置及方法。該實時測量裝置由測量管段、傳感器組件、微差壓變送器、I/V轉換器、A/D轉換器、溫度變送器、壓力變送器、可編程控制採樣開關以及微機信號處理系統構成，測量管段通過上下遊側法蘭實現與送風管道之間的密封連接；本發明採用在測量管段的矩形截面管道的橫截面上布置m只結構尺寸完全相同的內錐，等分測量管道的橫截面組成的傳感器組件，設計出了多點內錐法的流速—面積流量測量方案，克服了內錐法通常適用於圓形截面管道的不足，充分發揮內錐法的優點。經過可行實踐，為發電鍋爐送風流量提供了一種高有效性、高魯棒性的解決方案。
文檔編號G01F1/34GK102997967SQ20121037134
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者段泉聖, 馬佳偉, 楊國田, 趙慶 申請人:華北電力大學