用於非接觸感測以便最大限度地減小空氣預熱器中的工藝流之間的洩漏的系統和方法
2023-05-11 01:41:01
專利名稱：用於非接觸感測以便最大限度地減小空氣預熱器中的工藝流之間的洩漏的系統和方法
技術領域：
所公開的主題涉及一種用於最大限度地減小空氣預熱器中的エ藝空氣洩漏的系統和方法。更具體地說，所公開的主題涉及一種通過利用非接觸式轉子位置傳感器而用於最大限度地減小空氣預熱器中的エ藝空氣洩漏的系統和方法。
背景技術：
常被稱為旋轉式空氣預熱器的空氣預熱器將熱量從熱氣流，例如，諸如離開鍋爐的煙道氣，傳遞至一個或多個較冷的氣流中，例如，諸如進入該鍋爐的燃燒空氣流。熱量通過空氣預熱器的轉子中的再生式熱傳遞表面而從熱氣流傳遞至較冷的氣流(一束或多束) 中，轉子通過熱氣流和較冷的氣流兩者而連續旋轉。在後文中，熱氣流將被稱為煙道氣流， 而較冷的氣流(一束或多束)將被稱為燃燒空氣流(一束或多束)或空氣流(一束或多束)。裝備有再生式熱傳遞表面的轉子通過若干個被稱為間壁或隔板的沿徑向延伸的板而分隔成隔艙。隔艙保持籠筐，再生式熱傳遞表面包含在籠筐中。空氣預熱器轉子通過扇形板(sector plate)而被進一步分隔成煙道氣通道和一個或多個空氣通道。從溫度的觀點來看，還可將空氣預熱器視為被分隔成描述性區域，通常被稱為熱端和冷端。對於傳統的旋轉式空氣預熱器，熱端區域描述了大體接近軸向端部的所有固定構件和旋轉構件，熱的煙道氣在熱端區域處進入空氣預熱器中。冷端指與熱端相反的軸向端部處的普通區域，冷的燃燒空氣在冷端處進入空氣預熱器中。在ー種典型的安裝好的旋轉式空氣預熱器中，剛性的或柔性的徑向密封件安裝在轉子隔板的熱端和冷端邊緣上，並且緊密接近它們的相應的熱端和冷端扇形板。徑向密封件有助於最大限度地減小空氣到煙道氣流中的洩漏，以及多個空氣流之間的洩漏。類似地，安裝在隔板的外側邊緣上的剛性的或柔性的軸向密封件緊密接近安裝在外殼的內表面上的軸向密封板，並且最大限度地減小其之間的洩漏。軸向密封件和軸向密封板定位在空氣預熱器的熱端和冷端之間的普通區域中。在典型的安裝好的空氣預熱器中，隔板的數量和扇形板及密封板的寬度使得任何時候只有一個徑向密封件和一個軸向密封件設置在相應的板附近。這些密封件是接近式密封件，且並不是設計為用以接觸扇形板或軸向密封板的密封表面。實際上，它們典型地安裝成離它們相應的密封板具有預定的隙距。在冷端徑向密封件和軸向密封件的情況下，隙距用於避免將由於轉子隔板的操作熱變形而產生的相對較大的密封接觸和磨損。在冷端徑向密封件和軸向密封件兩者處，操作熱變形趨向於使密封件移動而更靠近其相應的密封板。 因而，在安裝時的預定的密封隙距在操作期間典型地會減少，並且被動地最大限度地減小了這些密封件處的洩漏。在熱端徑向密封件的情況下，熱變形傾向於使這些密封件的外側端移動而遠離熱端扇形板。因此，熱變形可能造成穿過熱端徑向密封件的洩漏增加，其中洩漏的量依賴於空氣流和氣流之間的壓力差以及在密封件和扇形板之間被熱放大的間隙。
為了最大限度地減小熱端徑向密封件的洩漏，通常有利的是利用自動促動的熱端扇形板，其在操作期間使前述外側洩漏間隙能夠減少。這種調整是利用定位在熱端扇形板的外側端附近的機械傳動系統而實現的。為了實現恰當的在線調整，扇形板時常裝配有轉子位置傳感裝置。典型地，傳感裝置包含機械限位開關和傳感器棒，並且結合扇形板傳動系統一起工作，依賴於同轉子上的感測表面的瞬時接觸以確定轉子位置。假定在轉子感測表面和熱端徑向密封件的邊緣之間具有固定的尺寸關係，那麼該感測表面的這種檢測使扇形板傳動系統能夠將扇形板定位成接近熱端徑向密封件的邊緣。這樣，可最大限度地減小熱端徑向密封件的洩漏。隨著長期使用，與轉子的感測表面的反覆接觸最終會導致限位開關的故障或傳感器棒的磨損。限位開關的故障和傳感器棒的磨損可能導致對頻繁維修的需求。
發明內容
根據本文所示的方面，提供了一種旋轉式空氣預熱器，其包括固定的外売，外殼具有可旋轉的轉子。轉子包括相反的端部，從而容許氣體的流入和流出。轉子被沿徑向延伸的隔板分隔成多個部段。預熱器包括多個扇形板，其中ー個扇形板相對於轉子的相反的端部的其中ー個端部處於密封關係。凸緣固定地連接在轉子上，並沿周向圍繞著轉子的相反的端部中的至少ー個端部而延伸。預熱器還包括聯接在所述扇形板中的至少ー個上的傳感裝置。傳感裝置感測該至少ー個扇形板和該凸緣之間的距離。傳感裝置包括壓縮空氣導管， 其用於將壓縮空氣的射流引導至所述凸緣上，並且還包括第一傳感器和第二傳感器。第一傳感器感測傳感裝置內部某點處的壓力。第二傳感器感測傳感裝置外部某點處的壓力。扇形板和凸緣之間的距離通過第一傳感器和第二傳感器的壓カ測量結果差異來確定。在一個實施例中，第一傳感器和第二傳感器設置成遠離傳感裝置，並從多個壓カ 接頭(pressure tap)上接收靜壓力信號。該多個壓カ接頭包括設置在外部空氣導管中的第一壓カ接頭，外部空氣導管將壓縮空氣從壓縮空氣源傳送至傳感裝置。第二壓カ接頭設置在傳感裝置的壓縮空氣導管上，靠近將射流輸出到凸緣所處的點處。第三壓カ接頭設置在管道的壁上，以用於測量內部管道壓力。在一個實施例中，傳感裝置還包括設置在第一壓カ接頭附近的溫度傳感器。第一壓カ接頭的輸出提供給第二傳感器。溫度傳感器和第二傳感器的輸出提供給用於計算壓縮空氣流速的控制器。第二壓カ接頭和第三壓カ接頭的輸出提供給第一傳感器。第一傳感器感測在傳感裝置的空氣導管中的壓縮空氣和管道中的壓カ之間的壓力差。第一傳感器的輸出提供給控制器，以用於基於在傳感裝置的壓縮空氣導管中的壓縮空氣和管道中的壓カ之間的壓力差而計算轉子的位置。在一個實施例中，傳感裝置還包括聯接在壓縮空氣導管上的噴嘴。第二壓カ接頭設置在噴嘴附近，用於感測壓縮空氣導管中的背壓。在一個實施例中，第一傳感器由差壓變送器組成，並且第二傳感器由絕對壓力變送器組成。一方面，提供了一種用於確定旋轉式空氣預熱器中的兩點之間的距離的方法。該方法包括將壓縮空氣的射流引導至固定地連接在轉子上的凸緣之上。該凸緣沿周向圍繞著轉子的至少ー個相反的端部而延伸。該方法還包括測量傳感裝置內部某點處的第一壓力， 測量傳感裝置外部某點處的第二壓力，並確定在凸緣和旋轉式空氣預熱器的多個扇形板中的至少一個扇形板之間的距離。在扇形板和凸緣之間的距離通過第一壓力測量結果和第二壓力測量結果中的差異來確定。應該懂得，上述特徵以及其它特徵由以下圖紙和詳細描述進行舉例說明。
現在參照圖紙，它們是示例性的實施例，且其中相似的元件類似地編號圖1是根據一個特定實施例而修改的空氣預熱器的局部剖面透視圖2是圖1的空氣預熱器的一個實施例的示意性簡圖，其顯示了非接觸式位置傳感
器；
圖3是圖2的被標為「詳圖3」的部分的局部詳細正視圖，其顯示了非接觸式位置傳感器的一個實施例；且
圖4是圖2的非接觸式傳感器的局部詳圖。圖4A是圖4的一部分的放大圖。
具體實施例方式圖1顯示了通過傳遞來自熱氣流(例如煙道氣流)的熱量而用於對冷氣流一例如燃燒空氣一進行預加熱的空氣預熱器10。空氣預熱器10包括固定外殼12，轉子14安裝在固定外殼12中。轉子14包括可熱再生質量(未顯示)，其使熱量能夠從煙道氣傳遞至燃燒空氣中。轉子14典型地以連續方式圍繞中心軸線一例如中心柱16而旋轉。在一個實施例中，轉子14的旋轉大約為每分鐘一轉(1 r. p. m.)。轉子14的旋轉使熱量能夠從煙道氣傳遞至燃燒空氣中。轉子14的旋轉如箭頭18所示。雖然箭頭18指向圖1中的順時針方向，但是構想了轉子14可在逆時針方向上旋轉。從溫度觀點來看，空氣預熱器10可被視為分隔成通常被稱為熱端M和冷端20的描述性區域。如這裡所述，熱端M區域描述了大體靠近空氣預熱器10的軸向端部的所有固定構件和旋轉構件，其中熱的煙道氣進入(如箭頭38所示)氣體入口管道沈，並且預熱空氣離開(如箭頭36所示)空氣出口管道34。冷端20區域描述了大體靠近與熱端M相反的空氣預熱器10的軸向端部的所有固定構件和旋轉構件，其中冷的燃燒空氣於空氣入口管道22處進入(如箭頭32所示)空氣預熱器10中，並且冷卻的煙道氣離開(如箭頭42所示)煙道氣出口管道40。在轉子14的熱端M和冷端20軸向面的近側高度處，固定外殼12通過固定的限流扇形板觀進行分隔。如圖1中所示，扇形板觀定位在轉子14的熱端表面30處。表面30代表一個平面，其包含所有熱端徑向密封件43的密封邊緣。按照相似的方式，冷端表面44代表一個平面，其包含所有冷端徑向密封件(未顯示)的密封邊緣。因此，來自鍋爐的熱的氣體，例如煙道氣，通過氣體管道沈而進入空氣預熱器10 (箭頭38)，流過轉子14，其中熱量從氣體傳遞給轉子14中的可熱再生質量，並且然後冷卻氣體通過氣體出口管道40而離開(箭頭42)。逆流流動的較冷卻的氣流，例如，諸如燃燒空氣，通過入口管道22進入(箭頭32)，流過轉子14，其中空氣流從轉子14中吸收熱量，並變熱。被加熱的空氣通過出口管道34離開(箭頭36)。熱端扇形板觀安裝在轉子14的熱端表面30附近。另一扇形板(未顯示)安裝在轉子14的相似的冷端表面44附近。雖然轉子14的相反的端部，例如熱端表面30和冷端表面44，容許煙道氣和燃燒空氣的流入和流出，但是扇形板洲利用轉子隔板48、熱端徑向密封件43和冷端徑向密封件而在轉子中產生了用於煙道氣和燃燒空氣的單獨通道。假定在扇形板觀和熱端表面30及冷端表面44之間的間隔可保持較低，扇形板觀會成功地減少燃燒空氣至煙道氣流的洩漏。如圖1和圖2中所示，轉子14被沿徑向延伸的隔板48和徑向密封件43分隔成部段或扇形46，在圖2中標出了隔板48和徑向密封件43的邊緣。扇形板的外端由傳感裝置49進行引導。在一個實施例中，如圖2中所示，扇形板觀的外端由多個傳感裝置49 (例如所示的兩個傳感裝置)進行引導。如圖2中所示，傳感裝置49定位在熱端扇形板觀的外側端上，大體如標號28a所示。在一個實施例中，這裡所述的扇形板傳動系統使扇形板觀的整個外側端28a移動，同時將扇形板觀保持在基本水平面上。雖然圖2顯示了兩個(2)傳感裝置49，但是構想了可利用任意數量的傳感裝置，包括但不局限於單個傳感裝置。傳感裝置的數量可基於其中安裝了空氣預熱器10的應用而變化。還應該懂得，雖然顯示為位於扇形板觀的外側端28a上，但是傳感裝置49可定位在扇形板觀的內側端上。如圖3中所示，在一個實施例中，傳感裝置49包括套筒或管50，其具有相反的端部，例如第一端50a和第二端50b。在一個示例中，傳感裝置49包括聯接在傳感裝置49的第一端50a上的空氣源51。空氣源51可以是任何能夠產生高壓空氣流的裝置。空氣源51的示例包括但不局限於空氣壓縮機等等。在一個實施例中，空氣源51存在於其中安裝了空氣預熱器10的設施處的現場。因此，導管，例如管路、軟管等等，將空氣源51聯接到傳感裝置49上。在一個實施例中，壓縮空氣的流速通過使其以聲速穿過小的固定直徑的孔(下述控制孔80)而受到控制。這樣，流速受到控制，因為離開固定孔的空氣的速度不能超過空氣中的聲音速度(例如阻塞的流)。達到這種條件所需要的最小的孔空氣壓力比大約為
ρ孔前/^孔後=ι·90。高於1. 90以上的比率不會導致超過聲音速度的孔速。因此，如本領域中的技術人員可以理解的，壓縮空氣在容許該比率被超過合適的安全裕量的壓力下供給孔空氣。如圖3中所示，傳感裝置49的套筒50包括壓縮空氣導管M。壓縮空氣導管M在套筒50的內部從第一端50a延伸至第二端50b，並穿過聯接在第二端50b上的噴嘴52。壓縮空氣導管M將空氣射流或空氣流從位於傳感裝置49的第一端50a處的空氣源51引導至傳感裝置49的第二端50b上。如圖3中所示，空氣射流通過噴嘴52而被引導至凸緣56上。在一個實施例中，空氣射流以恆定的連續的速率通過壓縮空氣導管M進行引導。在另一實施例中，空氣射流可以是間歇的。在一個實施例中，在感測時穿過導管的空氣流速大約為大致每分鐘五十標準立方英尺空氣(50 scfm)。在一個實施例中，提供了 50 scfm的連續的空氣供給。在另一實施例中，提供了間歇的或連續的壓力接頭的吹掃，使得噴嘴52和壓縮空氣導管M保持免於被汙染物一例如，諸如飛塵一所阻塞。如圖2和圖3中所示，傳感裝置49與凸緣56相互作用，以便如這裡所述提供非接觸式位置感測。凸緣56圍繞轉子14在其頂部和底部處沿周向延伸，例如分別沿著熱端表面30和冷端表面44而延伸。在圖3和圖4中更詳細地顯示了在凸緣56、扇形板觀、轉子14和傳感裝置49之間的關係。如圖3和圖4A中所示，傳感裝置49通過例如傳感器安裝託架58而固定地安裝在扇形板觀上。傳感裝置49不與凸緣56或扇形46或隔板48的任何部分相接觸。可以看出，在傳感裝置49和凸緣56之間的接觸的減少或消除降低或極大地消除了空氣預熱器10的這個部分中所經歷的磨損與撕裂，並因此降低了空氣預熱器10所需要的維修量。在一個實施例中，傳感裝置49包括第一傳感器60和第二傳感器70。傳感器的示例包括，但不局限於壓力變送器等等，例如，諸如差壓變送器(DPT)和絕對壓力變送器(APT)。如圖4中所示，第一傳感器60和第二傳感器70可定位成遠離傳感裝置49的套筒50和噴嘴52，以保護傳感器，並支撐下述硬體免於惡劣的操作條件一諸如，例如高溫和/或諸如飛塵的汙染物一的影響。如圖4中所示，第一傳感器60和第二傳感器70接收來自多個壓力接頭的靜壓力信號。第一壓力接頭72設置在傳送來自壓縮空氣源51的壓縮空氣的導管中。第一壓力接頭72定位在流控制孔80的上遊。如上面提到的那樣，流控制孔80控制著壓縮空氣在其從壓縮空氣源51傳送至傳感裝置49時的流速(例如保持上述最小的孔空氣壓力比)。第一壓力接頭72的輸出提供給第二傳感器70。溫度傳感器(TE) 74設置在第一壓力接頭72的附近。來自第二傳感器70和溫度傳感器74的輸出信號提供給控制器90，例如，諸如可編程序邏輯控制器(PLC)。PLC90從第二傳感器70和溫度傳感器74的輸出計算壓縮空氣流速。第二壓力接頭76定位在傳感器套筒50上，靠近端部50b處的噴嘴52，以便測量壓縮空氣導管M中的壓力。第三壓力接頭78定位在管道一例如，諸如空氣出口管道(圖1的34)-的外壁上，以便測量與傳感裝置49同一側(例如熱側或冷側)上的內部管道壓力。來自第二壓力接頭76和第三壓力接頭78的輸出信號提供給第一傳感器60。第一傳感器60感測在傳感器套筒50的空氣導管M中的壓縮空氣和空氣出口管道(圖1的34)中的壓力之間的壓力差。第一傳感器的輸出提供給PLC90。PLC90基於在傳感器套筒50的壓縮空氣導管54中的壓縮空氣和空氣出口管道34中的壓力之間的壓力差而確定轉子14的位置。應該懂得，從壓縮空氣導管M和噴嘴52引導至凸緣56之上的空氣流的一部分在其撞擊凸緣56的一部分之後被偏壓回壓縮空氣導管M中(通常被稱為「背壓」)。隨著在扇形板觀和凸緣56之間的距離變化(例如增加或減少)，從凸緣56偏壓回壓縮空氣導管M中的空氣的量發生變化。例如，隨著在凸緣56和扇形板28之間的距離增加，通過第二壓力接頭76所測量的背壓減少。類似地，隨著在凸緣56和扇形板觀之間的距離減少，通過第二壓力接頭76所測量的背壓增加。因此，在扇形板觀和凸緣56之間的距離與傳感器套筒50的壓縮空氣導管M的壓力測量結果和管道34中的壓力的差異相關聯。如這裡所述，壓力測量被用作非接觸式傳感器，以用於確定扇形板觀相對於凸緣56的位置。例如，在一個實施例中，PLC90解釋壓力差以確定位置信息，並為扇形板傳動系統(未顯示)提供合適的命令以便調整洩漏間隙和/或轉子密封角度100，以最大限度地減小徑向密封洩漏。雖然已經參照各種示例性實施例描述了本發明，但是本領域中的技術人員應該懂得，在不脫離本發明的範圍的情況下，可做出各種變化，並且等效物可替代其元件。另外，在不脫離本發明的本質範圍的情況下，可做出許多修改，以使特殊的情形或材料適應本發明的教導。因此，意圖本發明並不局限於作為被認為是實現本發明的最佳模式而公開的特殊的實施例，相反，本發明將包括落在所附的權利要求的範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種旋轉式空氣預熱器，包括固定外売，具有設置在該固定外殼中的可旋轉的轉子，所述轉子具有容許氣體流入和流出的相反的端部，其中所述轉子被沿徑向延伸的隔板分隔成多個部段；多個扇形板，其中，ー個扇形板相對於所述轉子的所述相反的端部中的ー個端部成密封關係；凸緣，固定地連接在所述轉子上，並沿周向圍繞所述轉子的所述相反的端部中的至少 ー個端部而延伸；和聯接在所述扇形板中的至少ー個上的傳感裝置，所述傳感裝置用於感測在所述至少一個扇形板和所述凸緣之間的距離，其中所述傳感裝置包括壓縮空氣導管，用於將壓縮空氣的射流引導至所述凸緣上；第一傳感器，用於感測所述傳感裝置內的某點處的壓力；和第二傳感器，用於感測所述傳感裝置外的某點處的壓力；其中，在所述至少ー個扇形板和所述凸緣之間的所述距離由所述第一傳感器和所述第 ニ傳感器的壓カ測量結果的差異來確定。
2.根據權利要求1所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述第一傳感器和所述第 ニ傳感器設置成遠離所述傳感裝置，並接收來自多個壓カ接頭的靜壓カ信號。
3.根據權利要求2所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述多個壓カ接頭包括第 ー壓カ接頭、第二壓カ接頭和第三壓カ接頭，所述第一壓カ接頭設置在將壓縮空氣從壓縮空氣源傳送至所述傳感裝置的外部空氣導管中，所述第二壓カ接頭設置在所述傳感裝置的所述壓縮空氣導管上，接近將所述射流輸出到所述凸緣上所處的點，並且所述第三壓カ接頭設置在管道的壁上，用於測量內部管道壓力。
4.根據權利要求3所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，還包括設置在所述第一壓 カ接頭附近的溫度傳感器，其中所述第一壓カ接頭的輸出提供給所述第二傳感器，並且其中，所述溫度傳感器和所述第二傳感器的輸出提供給控制器，以用於計算壓縮空氣流速。
5.根據權利要求4所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述第二壓カ接頭和所述第三壓カ接頭的輸出提供給所述第一傳感器，所述第一傳感器感測在所述傳感裝置的所述空氣導管中的所述壓縮空氣和所述管道中的所述壓カ之間的壓力差，且其中，所述第一傳感器的所述輸出提供給所述控制器，以便基於在所述傳感裝置的所述壓縮空氣導管中的所述壓縮空氣和所述管道中的所述壓カ之間的壓力差而計算所述轉子的位置。
6.根據權利要求1所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述傳感裝置還包括聯接在所述壓縮空氣導管上的噴嘴。
7.根據權利要求6所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述第二壓カ接頭設置在所述噴嘴附近，以用於感測所述壓縮空氣導管中的背壓。
8.根據權利要求1所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述第一傳感器由差壓變送器組成。
9.根據權利要求1所述的旋轉式空氣預熱器，其特徵在幹，所述第二傳感器由絕對壓力變送器組成。
10.一種用於確定旋轉式空氣預熱器中的兩點之間的距離的方法，所述方法包括將壓縮空氣的射流引導至固定地連接在轉子上的凸緣上，所述凸緣沿周向圍繞所述轉子的至少ー個相反的端部而延伸；測量傳感裝置內的某點處的第一壓カ；測量所述傳感裝置外的某點處的第二壓カ；以及確定在所述凸緣和所述旋轉式空氣預熱器的多個扇形板中的至少ー個扇形板之間的距離，其中在所述扇形板和所述凸緣之間的距離由所述第一壓カ測量結果和所述第二壓カ 測量結果的差異來確定。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在幹，所述壓縮空氣的射流以恆定的速率被引導至所述凸緣上。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵在幹，所述壓縮空氣的射流以間歇的速率被引導至所述凸緣上。
13.根據權利要求10所述的方法，其特徵在幹，所述第一壓カ至少包括所述傳感裝置中所測量的背壓。
全文摘要
一種旋轉式空氣預熱器10包括外殼12，其具有轉子14。轉子14具有相反的端部20,24，並且被隔板48分隔成部段。扇形板28包括一個扇形板28，其與轉子14的相反的端部20,24中的一個成密封關係。空氣預熱器10包括凸緣56和聯接在扇形板28中的至少一個上的傳感裝置49。傳感裝置49提供了對扇形板28和凸緣56之間的距離的非接觸式感測。傳感裝置49包括導管54、第一壓力傳感器60和第二壓力傳感器70，導管54將壓縮空氣的射流引導至凸緣56上。第一壓力傳感器60感測傳感裝置49內的壓力，並且第二壓力傳感器70感測傳感裝置49外部的壓力。在扇形板和凸緣之間的距離是由第一壓力傳感器60和第二壓力傳感器70所測量的壓力差。在一個實施例中，第一壓力傳感器60感測傳感裝置49中的背壓。
文檔編號F28D19/04GK102597682SQ201080051262
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月3日 優先權日2009年9月11日
發明者J.D.普羅克託爾, K.奧博伊爾, W.C.科克斯 申請人:阿爾斯通技術有限公司