一種耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的製作方法

2023-09-20 15:22:00 2

專利名稱：一種耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的製作方法
技術領域：
本發明屬於高溫工業相關測量設施的技術領域，特別涉及煉鐵高爐爐頂或焦爐及 其他高溫爐微波檢測裝置的具有耐高溫，自清潔與抗灰塵裝置的天線結構。
背景技術：
鋼鐵工業中高爐冶煉的過程是連續冶煉的過程，其中爐頂布料形狀需要連續檢 測-實時準確地獲得高爐內三維料面形狀信息和控制布料方式、高爐煤氣分布。對判斷爐 況有著十分重要的作用，同時，三維料面形狀信息和獲取，對控制爐缸活躍、保障高爐順行、 降低焦比、節約能源、穩定高產、減少爐壁侵蝕和延長高爐壽命，提高高爐煉鐵生產效益有 直接的作用。在其他焦爐，爐窯以及一些特種冶煉過程中，如富氧冶煉，COREX相關冶煉工藝，以 及其他需要高溫或者有大量粉塵以及帶有腐蝕性環境的場合，都需要特種微波天線，及其 相應的高溫保護系統。與本專利相關聯的國內外相關技術如下
高爐爐缸侵蝕監測儀(CN200420054397.4)，屬於鋼鐵工業高爐煉鐵設施技術領域。該 檢測儀包括帶顯示屏的雷達探測儀主機和探頭，其中填充隔熱材料，四周盤繞冷卻水管，朝 向向上安置在高爐爐底與爐基之間，主機和探頭的天線之間用耐高溫電纜連接。但深入高 爐部分體積較大，易被衝擊破壞，國內專利未有檢索到大於200度以上的高溫天線的應用。國外著名的工業微波測量公司，如德國VEGA公司發明專利《fluid measurement device measuring fluid level in a container at high temperatures and/or high pressures and/or in a chemically aggressive environment using microwaves)) (US06553830)，以及《Planar antenna and antenna system)) (US7030827),《Fill level sensor or pressure sensor with an anti-adhesive coating》(US7707881)等都涉及大 量天線保護專利，但與我們申請的高溫天線，其結構和應用對象完全不同。VEGA在中國申請 的專利《涉及高溫和/或高壓應用的填充高度雷達用天線》(申請號200810111234. 8)也 是極具代表性的天線結構設計，但與本高溫天線無關。德國 Siemens Milltronics Process Instruments 公司發明專利《RADAR LEVEL GAUGE》(US7821445)，美國 Rosemount Tank Radar AB 公司發明專利《RADAR LEVEL GAUGE SYSTEM WITH LEAKAGE DETECTION》(US7855676)等發明專利都涉及天線相關內容，在其發 明專利中對化工工程的天線的高溫和粘附等問題進行了發明專利的保護，可以耐200度高 溫和化學侵蝕。其他如德國ENDRESS+HAUSER，德國KROHNE等世界著名雷達物位計廠家， 也有相關專利，但其來源均是上述公司的相關改進，與本高溫天線無關。申請人:於2008年公開的發明專利，申請號200910089128. 9，名稱《一種用於高 溫含塵測量的雷達天線冷卻抗粘附裝置》，其特徵在於採用專門的高溫天線，初步起到旋轉 吹掃的作用，實際效果較好，但一般僅適用於80-280度左右的溫度範圍。通過連續三年現場改進，本發明首先提出採用更加廣泛的材料製造天線，即採用自清潔耐高溫的陶瓷材料來製造天線，並改用多層(2層及以上)的複合結構代替以往單層 結構；其次，在最關鍵的旋轉吹掃結構設計中，本發明的氣流設計為直接斜著吹隔離透波材 料板的下表面，並導流到喇叭面上，清洗效果更好，同時在隔離透波材料板的上面位置，在 內喇叭上靠近天線的位置，也打了若干小孔，平時正常工作不使用，打孔方式和我們原來申 請的發明專利2009100891 . 9相同，其差別在於僅僅當隔離透波材料全部高溫損壞後， 還可以再堅持上下孔共同吹掃一段時間，直到天線的下一個檢修周期，拆開更換和維護，該 特殊結構設計的天線有效地在惡劣環境下保護了天線棒，比專利申請2009100891 . 9的 天線設計更加延長了檢修期，按目前高爐雷達高溫天線的工作時間計算，新專利比原專利 有效工作時間從3-4個月延長到2年免維護；再次，深入到高溫高壓和極端惡劣環境的天 線，其製造材料的耐溫耐惡劣環境的能力更強，滿足從280度至1800度高溫之間任何溫度 範圍，尤其在800度左右，其雙層保護結構的設計應用場合更多，效果更好。

發明內容
針對上述問題，本發明目的是提供一種製造材料的耐溫耐惡劣環境的能力更強， 滿足從280度至1800度高溫之間任何溫度範圍，尤其在800度左右的含塵惡劣環境測量的 耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線。本發明的技術方案一種耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線，包括用於安裝外套筒、天 線內罩、法蘭片、散熱片、PTFE天線棒、水冷罩、氣冷卻腔體和透波材料板組成；
其中，所述法蘭片上設置設有進水接頭、出水接頭和進氣接頭； 所述水冷罩由兩層鋼筒焊接在一起構成，兩層鋼筒之間設有水冷管，所述水冷管一端 與所述進水接頭，另一端與所述出水接頭固接；
所述外套筒的上端與所述法蘭片焊接；所述天線內罩置於外套筒內，上端與法蘭片螺 紋連接，所述天線內罩的內表面塗有高溫防護塗層，側壁上設有進氣孔，內部焊接透波材料 板；所述散熱片內設置微波通道，所述PTFE天線棒置於所述微波通道內；所述散熱片與所 述天線內罩的上端螺紋連接，所述微波通道與所述天線內罩聯通；所述水冷罩一端與所述 法蘭片焊接，另一端與所述天線內罩的底端焊接，所述天線內罩、所述法蘭片和所述水冷罩 組成所述氣冷卻腔體，所述氣體冷卻腔體與設置在所述法蘭片上的進氣接頭聯通。進一步，該裝置還包括流量檢查裝置和氣體流量計，所述流量檢查裝置分別安裝 在所述進水接頭和所述出水接頭上，用於記錄流量大小，以及監控冷卻管是否洩漏；所述氣 體流量計安裝在所述進氣接頭上，用於觀察氮氣用量。進一步，所述高溫防護塗層為二氧化矽或三氧化二鋁。進一步，所述透波材料的材質為高溫玻璃片，石英片、陶瓷片或複合透波材料。本發明的有益效果是由於採用上述技術方案，本發明具有以下特點
1.整體天線的喇叭或者微波反射面均採用耐高溫自清洗陶瓷材料製造，天線棒採用普 通低溫透波材料設計，或者高溫陶瓷透波片設計，整體耐溫性強。天線內反射面的耐高溫自 清洗陶瓷需要採用非透波材料製造，因此該非透波材料的選擇特徵在於幾乎不透波或透波 的程度非常低，如果陶瓷透波，則需增加非透波塗層材料塗覆內表面，起微波反射作用
2.天線的結構採用單層，雙層或多層嵌套式冷卻結構設計思想，根據冷卻總量的需求， 分別設計出相互隔離的採用水氣共冷密閉結構，分別形成了水冷腔和氣冷腔。水冷腔是一
4種密閉式循環結構，包括冷卻水主迴路，該結構置採用直流式冷卻，除了具有良好的散熱效 率從而可以滿足不同設備冷卻的要求外，與其他冷卻方式相比還具有節能，和沒有汙染的 優點。氣冷腔設計在冷卻的同時起吹掃作用，主要是形成旋轉氣流去除雷達內表面的積 灰，保證了透波材料板表面的清潔度，起到一定的抗粘附作用；綜合運用多層結構設計，在 滿足總的冷卻量的前提下，並考慮氮氣冷卻費用和水冷費用的平衡，冷卻量在水冷和氣冷 中獲得熱平衡，以水冷節約氮氣，體積大，降溫快。3.在喇叭口選用不透波耐高溫材料，不僅僅是傳統的金屬材料做天線，還可以採 用其它特種材料做天線，如陶瓷材料，複合有機或無機材料等，一切能夠耐高溫防粘接，或 者能夠自清洗抗高溫，不透波的材料，都可以作為微波天線使用。不僅可以是喇叭天線，對 拋物面天線也是同樣適用，從而大大增加了可用天線材料的來源，並且深入高溫環境的探 頭，可以直接依材料特性，耐觀0-1800度以內的高溫。


圖1為本發明的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的剖面示意圖。圖2為本發明的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的外形示意圖。圖3為本發明的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的氣冷卻腔體的結構示意圖。圖4為本發明的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的水冷罩的結構示意圖。圖5為本發明的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線的流量檢測裝置和氣體流量計的 安裝示意圖。
圖中
權利要求
1.一種耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線，其特徵在於，該天線包括用於安裝外套筒(1)、 天線內罩(2)、法蘭片(3)、散熱片(4)、PTFE天線棒(7)、水冷罩(9)、氣冷卻腔體(11)和透 波材料板(13)組成；其中，所述法蘭片(3)上設置設有進水接頭(5)、出水接頭(6)和進氣接頭(14);所述水冷罩(9)由兩層鋼筒焊接在一起構成，兩層鋼筒之間設有水冷管(0)，所述水冷 管(10) —端與所述進水接頭(5)連通，另一端與所述出水接頭(6)連通；所述外套筒(1)的上端與所述法蘭片(3)焊接；所述天線內罩(2)置於所述外套筒(1) 內，上端與所述法蘭片(3)螺紋連接，所述天線內罩(2)的內表面塗有高溫防護塗層(8)，側 壁上設有進氣孔(15)，內部焊接透波材料板(13);所述散熱片(4)內設置微波通道(12)，所 述PTFE天線棒(7)置於所述微波通道(12)內；所述散熱片(4)與所述天線內罩(2)的上端 螺紋連接，所述微波通道(12)與所述天線內罩(2 )聯通；所述水冷罩(9 ) 一端與所述法蘭片 (3)焊接，另一端與所述天線內罩(2)的底端焊接，所述天線內罩(2)、所述法蘭片(3)和所 述水冷罩(9)組成所述氣冷卻腔體(11)，所述氣體冷卻腔體(11)與設置在所述法蘭片(3) 上的所述進氣接頭(14)聯通。
2.根據權利要求1所述的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線，其特徵在於，該天線還包括 流量檢查裝置(16)和氣體流量計(17)，所述流量檢查裝置(16)分別安裝在所述進水接頭 (5)和所述出水接頭(6)上，用於記錄流量大小，以及監控冷卻管是否洩漏；所述氣體流量 計(17)安裝在所述進氣接頭(15)上，用於觀察氮氣用量。
3.根據權利要求1或2所述的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線，其特徵在於，所述高溫防 護塗層(8)為二氧化矽或三氧化二鋁。
4.根據權利要求1或2所述的耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線，其特徵在於，所述透波材 料(13)的材質為高溫玻璃片，石英片、陶瓷片或複合透波材料。
全文摘要
本發明屬於高溫工業相關測量設施的技術領域，特別涉及一種耐高溫自清潔抗腐蝕微波天線，包括用於安裝外套筒、天線內罩、法蘭片、散熱片、PTFE天線棒、水冷罩、氣冷卻腔體和透波材料板等組成；本發明的有益效果是整體天線的喇叭或者微波反射面均採用耐高溫自清洗陶瓷材料，整體耐溫性強；天線的結構採用單層，雙層或多層嵌套式冷卻結構，根據冷卻總量的需求，採用水氣相互隔離共冷密閉結構，氣冷腔在冷卻的同時起吹掃作用,形成旋轉氣流去除雷達內表面的積灰，保證透波材料板表面的清潔度，並起到抗粘附作用；在滿足總的冷卻量的前提下，並考慮氮氣冷卻費用和水冷費用的平衡，冷卻量在水冷和氣冷中獲得熱平衡，以水冷節約氮氣，體積大，降溫快。
文檔編號C21B7/24GK102142590SQ20111006914
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月22日 優先權日2011年3月22日
發明者陳先中 申請人:北京科技大學