一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法及檢測裝置製造方法
2023-09-27 08:13:00 2
一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法及檢測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法及檢測裝置，其中檢測方法具體步驟如下：採集所述的靜電傳感器探頭上的靜電信號和壓差傳感器的壓差信號；分別對採集到的靜電信號和壓差信號進行經驗模態分解處理，得到Hurst指數H；根據分型特徵及Hurst指數H的大小，將靜電信號和壓差信號劃分為多個不同尺度；計算靜電信號的不同尺度能量比重並判斷其大小；將不同尺度能量比重及大小關係作為必要參數，進行判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態。該判斷依據適合各種輸送載氣的情況，實用性廣，同時採用靜電信號和壓力信號作為雙重判斷標準，準確性較高。本發明的信號採集裝置，包括：靜電傳感器探頭，前置電壓放大電路，壓力傳感器，數據採集卡及計算機。
【專利說明】一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法及檢測裝
【技術領域】
[0001]本發明屬於氣固兩相流流動檢測【技術領域】，尤其是高壓密相氣力輸送流動狀態的檢測技術。
【背景技術】
[0002]煤氣化技術是在常壓或加壓條件下，保持一定溫度，通過氣化劑與煤炭反應生成煤氣，煤氣中主要成分是一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃氣體。煤在氣化中可脫硫除氮，排去灰渣，因此，煤氣就成為潔淨燃料。高壓密相煤粉氣力輸送是煤氣化技術的關鍵環節之一，其輸送的穩定性以及煤粉在輸送管道內的流動特性直接影響到煤的氣化產物，因此對輸送不穩定的診斷是亟待解決的問題。所謂輸送穩定是指水平管道中的煤粉輸送連續且管道截面上的煤粉濃度分布相對均勻，此時煤粉的流動狀態為懸浮流、層流或兩者之間的過渡流態。反之，輸送不穩定時，煤粉在管道截面上濃度分布不均勻且隨時間變化劇烈，比如疏密流和沙丘流以及兩者之間的過渡流態，更嚴重時煤粉輸送間斷，導致栓塞流甚至堵管的發生。
[0003]目前有較多的學者採用多種方法對高壓密相氣力輸送流動的不穩定性進行研究，具體可以概括為採用基本方法(統計學和頻譜分析)或者非線性方法(分形，混沌，熵，小波，以及希爾伯特黃變換等)對輸送不穩定時產生的壓力信號進行分析，提取特徵參數，對流動不穩定性進行探討。這些研究結果對認識高壓密相氣力輸送流動不穩定性有很大的幫助，但尚且沒有能夠給出明確的可用於檢測流動狀態不穩定的方法或依據。目前有通過計算壓力信號的「均方根/平均值」是否在某一區間範圍內來判斷輸送是否達到臨界堵管狀態的方法，但區間範圍受輸送載氣的影響，且該方法僅給出輸送載氣為空氣和CO2時的區間範圍，因此適用範圍受限。同時隨著檢測技術的發展，靜電和聲發射檢測技術所提取的輸送系統的波動信號中也包含了非常多的與流動相關的信息，而這些信息不包含在壓力信號中，因此僅採用壓力信號的特徵值作為判斷流動不穩定的依據會影響判斷結果的準確性。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種同時檢測高壓密相氣力輸送系統的靜電信號和壓差信號，並分別通過對靜電信號和壓差信號進行處理作為判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的參數，從而提高流動狀態判斷準確性的檢測方法及檢測裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案是:
[0006]一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法，其特徵在於，具體步驟如下:
[0007]步驟一、在高壓密相氣力輸送水平管道上安裝圓環狀靜電傳感器探頭和壓差傳感器探頭，並採集所述的靜電傳感器探頭上的靜電信號和壓差傳感器的壓差信號；
[0008]步驟二、分別對採集到的靜電信號和壓差信號進行經驗模態分解處理，靜電信號得到10個本徵模態分量IMFs，壓力信號得到8個本徵模態分量IMFs，然後對每個IMF分量進行R/S分形分析得到關係曲線In [R ( τ ) /S ( τ )]~In τ，最後對關係曲線的直線段部分做線性擬合，得到擬合直線的斜率，即Hurst指數H ；
[0009]步驟三、根據分形特徵及Hurst指數H的大小，將靜電信號劃分為微尺度、介尺度和宏尺度，將壓差信號劃劃分為宏尺度和介尺度；
[0010]步驟四、計算靜電信號的微尺度能量比重和介尺度能量比重，並比較靜電信號的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小；同時計算壓差信號的宏尺度能量比重；
[0011]步驟五、將靜電信號的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小關係和壓差信號的宏尺度能量比重分別作為一個必要參數，進行判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態。
[0012]所述靜電信號的劃分為:對於靜電信號，將具有單分形特徵，即Hurst指數H小於
0.5的MF分量劃入微尺度；將具有雙分形特徵，即在小的時間延遲τ下Hurst指數H大於0.5小於I而大的時間延遲τ下的Hurst指數H小於0.5的MF分量劃入介尺度；將具有單分形特徵，即Hurst指數H大於0.95小於I的IMF劃入宏尺度；
[0013]所述壓差信號的劃分為:對於壓差信號，將具有單分形特徵，即Hurst指數H大於
0.95小於I的IMF分量劃入宏尺度，將其餘的IMF量劃入介尺度。
[0014]一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態檢測的檢測裝置，包括設置在輸送管道中的靜電傳感器、設置在輸送管道上的壓差傳感器探頭、數據採集卡以及計算機，所述的靜電傳感器和壓差傳感器探頭經數據採集卡連接所述計算機，在所述的靜電傳感器與數據採集卡之間還連接有一前置電壓放大電路。
[0015]所述靜電傳感器包括金屬屏蔽罩、絕緣管道以及電極片，所述的電極片設置在絕緣管道的內壁上，所述電極片的 寬度為絕緣管道內徑的1/3-2/3，在所述的絕緣管道外設置所述的金屬屏蔽罩。
[0016]本發明檢測方法中靜電信號和壓差信號各尺度的能量比重計算方法為:
[0017]靜電信號被分解成10個IMF分量，假設其中微尺度佔有M個IMF分量，分別是IMF1, IMF2...，MFm。一個MF分量為一組時間序列U1, X2，…xH}，其能量Eimf的計算公式為:
[0018]Eimf=X1^X22+...+Xh2
[0019]利用上述公式分別計算每個MF分量的能量，則靜電信號微尺度的能量比重R..emicr0.D = E 勝'+EYEimfu
【權利要求】
1.一種高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法，其特徵在於，具體步驟如下: 步驟一、在高壓密相氣力輸送水平管道上安裝圓環狀靜電傳感器探頭和壓差傳感器探頭，並採集所述的靜電傳感器探頭上的靜電信號和壓差傳感器的壓差信號； 步驟二、分別對採集到的靜電信號和壓差信號進行經驗模態分解處理，靜電信號得到10個本徵模態分量IMFs，壓力信號得到8個本徵模態分量IMFs ;然後對每個IMF分量進行R/S分形分析得到關係曲線，最後對關係曲線的直線段部分做線性擬合，得到擬合直線的斜率，即Hurst指數H ； 步驟三、根據分型特徵及Hurst指數H的大小，將靜電信號劃分為微尺度、介尺度和宏尺度，將壓差信號劃劃分為宏尺度和介尺度； 步驟四、計算靜電信號的微尺度能量比重和介尺度能量比重，並比較靜電信號的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小；同時計算壓差信號的宏尺度能量比重； 步驟五、將靜電信號的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小關係和壓差信號的宏尺度能量比重分別作為一個必要參數，進行判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態。
2.根據權利要求1所述的高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態的檢測方法，其特徵在於，所述靜電信號的劃分為:對於靜電信號，將具有單分形特徵，即Hurst指數H小於0.5的IMF分量劃入微尺度；將具有雙分形特徵，即在小的時間延遲τ下Hurst指數H大於0.5小於I而大的時間延遲r下的Hurst指數H小於0.5的IMF分量劃入介尺度；將Hurst指數H大於0.95小於I的IMF劃入宏尺度； 對於壓差信號，將具有單分形特徵，即Hurst指數H大於0.95小於I的MF分量劃入宏尺度，將其餘的IMF量劃入介尺度。
3.一種用於權利要求1所述高壓密相氣力輸送煤粉流動狀態檢測方法的檢測裝置，其特徵在於，包括設置在輸送管道內的靜電傳感器、設置在輸送管道兩端的壓差傳感器探頭、數據採集卡以及計算機，所述的靜電傳感器和壓差傳感器探頭靜數據採集卡連接所述計算機，在所述的靜電傳感器與數據採集卡之間還連接有一前置電壓放大電路。
4.根據權利要求3所述的檢測裝置，其特徵在於:所述靜電傳感器包括金屬屏蔽罩、絕緣管道以及電極片，所述的電極片設置在絕緣管道的內壁上，所述電極片的寬度為絕緣管道內徑的1/3-2/3，在所述的絕緣管道外設置所述的金屬屏蔽罩。
【文檔編號】G01N11/00GK103499516SQ201310500850
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】許傳龍, 付飛飛, 李健, 宋飛虎 申請人:東南大學