УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ПОТОКАХ Российский патент 1994 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерениям концентрации частиц в потоках и может быть использовано для исследования золовоздушных потоков в пневмотранспортных системах ТЭС.

Известно техническое решение, используемое для исследования содержания частиц в пульпе, текущей в прозрачной измерительной секции, встроенной в трубопровод, и включающее просвечивание всего сечения потока светом лазерных излучателей перпендикулярно направлению потока, измерение прошедшего излучения, по которому судят о распределении частиц во всем сечении потока (патент США, кл. G 01 N15/02, 1978). Это техническое решение является наиболее близким к заявленному устройству.

Цель изобретения - повышение точности измерения истинной объемной концентрации, расширение диапазона и функциональных возможностей измерения, обеспечив пневмотранспортные системы золоудаления способом и устройством активного контроля, не влияющими на режим транспорта, не зависящими как от влажности и температуры - внешних условий транспорта, так и от химического состава золы.

Цель достигается тем, что интенсивное, направленное излучение оптического квантового генератора через световод и окно прозрачной вставки трубопровода последовательно и неоднократно зондирует исследуемый двухфазный золовоздушный поток в перпендикулярной движению плоскости, после взаимодействия попадает на фотодиод, преобразуется в электрический сигнал, который интегрируется по заданной программе, учитывающей случайный характер распределения концентрации во времени, физико-химические свойства золы и внешние условия транспорта на вычислительной машине, и регистрируется на цифровом табло проградуированного в единицах истинной объемной концентрации контрольного устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ измерения отличается многоканальным в различных направлениях по сечению исследуемого потока просвечиванием оптическим излучением, математической обработкой выделенного электрического сигнала по специальной программе с учетом вероятностно-временных характеристик, физико-химических свойств и внешних условий двухфазного золовоздушного потока.

В науке и технике известны используемые в заявляемом устройстве приборы, но предлагаемое соединение этих элементов схемы устройства обеспечивает ему новые функциональные качества.

Например, использованное для измерения интенсивное поле взаимодействия с веществом прошедшее излучение оптического квантового генератора существенно расширяет диапазон измеряемых концентраций; принименяемый световод делает измерения дистанционными; а с широкими возможностями вычислительная машина и цифровое контрольное устройство повышают точность измерений, делают процесс измерения непрерывным и удобным.

По сравнению с прототипом данное техническое решение позволяет за счет наиболее полного учета гидродинамики двухфазных золовоздушных потоков измерять один из основных параметров - истинную объемную концентрацию, а следовательно, учесть его при разработке и проектировании наиболее экономичных и производительных, менее энергопотребляемых пневмотранспортных систем ТЭС, контролировать эти системы в период эксплуатации, следовательно, соответствует критерию "Положительный эффект".

На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ определения истинной объемной концентрации в трубопроводе золовоздушного транспорта.

Устройство содержит оптический квантовый генератор 1 и фокусирующие линзы 2 и 4; световод 3, подающий зондирующий луч в любое место на трубопроводе; оптический зонд 5 из специального кварцевого стекла является частью трубопровода и выдерживает высокие давления; защитные окна 6 и зеркала 7 расположены в стенках зонда под заданными углами, обеспечивают прохождение и отражение света с малыми потерями; фотодиод 8; программируемую вычислительную машину 9, позволяющую менять программу во время измерений; контрольное цифровое устройство 10.

Сущность способа и работа устройства, реализующего предлагаемый способ, заключаются в следующем.

В находящийся на значительном расстоянии от оптического квантового генератора 1 и вторичной аппаратуры 9 и 10 через линзы 2, 4, согласующие элементы оптической схемы, через транспортирующий излучение световод 3 и входное окно 6 оптического зонда 5 в исследуемый золовоздушный поток вводят световой пучок достаточно интенсивного, монохроматического, направленного излучения и просвечивают таким образом, что в результате многократного отражения от зеркал 7 световой пучок последовательно зондирует различные по концентрации участки потока, а электрический сигнал на выходе фотодиода 8 пропорционален интенсивности прошедшего светового пучка и содержит в своем составе как постоянную составляющую, пропорциональную пространственно усредненному значению концентрации, так и переменную составляющую с вероятностно-временным распределением концентрации.

Полученный с выхода фотодиода 8 электрический сигнал обрабатывают интегрированием по специальной программе, учитывающей вероятностно-временные характеристики золовоздушного потока, по формуле
S= a/g<τ>S(t)dt , где <τ>- средний, определяемый внешними условиями транспорта интервал интегрирования;
S(t) - функция распределения концентрации в сечении золовоздушного потока, учитывающая вероятностный закон распределения концентрации частиц во времени;
а - безразмерный поправочный коэффициент - определяется градуировкой прибора;
g - безразмерный коэффициент, зависящий от числа каналов зондирования.

В программу расчетов на вычислительной машине 9 при градуировании контрольного устройства 10 можно ввести параметры (а и g), учитывающие химический состав, влажность и температуру золы, внешние условия транспорта.

Таким образом на табло регистрирующего устройства 10 считывают сигнал в соответствующей размерности, равный значению истинной объемной концентрации.

Основные преимущества предлагаемых способа и устройства, заключающиеся в точности, широком диапазоне измерения истинной объемной концентрации в сравнении с известными, связаны с учетом в них гидродинамики поведения двухфазных золовоздушных потоков. Вследствие того, что золовоздушный поток в горизонтальном трубопроводе имеет сложный характер распределения концентрации, в предлагаемой для измерения модели, описывающей распределение взвешенных частиц золы в несущем воздушном потоке, можно выделить две основные части, в которой первая часть описывает наблюдаемое регулярное пространственное распределение частиц, по которой их концентрация возрастает с уменьшением высоты сечения, а вторая часть модели описывает вероятностно-временной характер поведения золовоздушного потока, так как при ближайшем рассмотрении потока наблюдается пульсирующий мечущийся золовоздушный жгут повышенной плотности, поведение которого в большой степени зависит от внешних условий транспорта.

К достоинствам предлагаемых способа и устройства следует отнести отсутствие в транспортном потоке влияющих на его поведение механических узлов, автономность, возможность учета химических и физических свойств различных сортов золы, условий транспорта. (56) Патент США N 4066492, кл. G 01 N 15/02, 1978.

Сущность изобретения: устройство содержит входное окно, промежуточные окна с зеркалами и выходное окно, расположенные в одной плоскости сечения вставки трубопровода таким образом, что поток просвечивается преимущественно в нижней его части. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ПОТОКАХ, содержащее измерительную прозрачную вставку трубопровода с потоком, источник света, просвечивающий поток в плоскости сечения, перпендикулярной направлению его движения, фотоприемник прошедшего излучения, соединенный с вычислительным блоком и регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения истинной среднеинтегральной объемной концентарции за счет учета неравномерности распределения частиц, возникающей в случае горизонтального расположения трубопровода, в стенке вставки, выполненной в виде отрезка трубы, вмонтированы входное окно, первое, второе и третье промежуточные окна с зеркалами и выходное окно, расположенные по ходу света в плоскости сечения, причем входное и выходное окна расположены с противоположных сторон сечения в горизонтальной плоскости, проходящей через центр сечения, первое по ходу света промежуточное окно расположено в нижней части сечения ближе к выходному окну, второе по ходу света промежуточное окно расположено в верхней части сечения симметрично относительно входного и выходного окон, а третье расположено в нижней части сечения по ходу света ближе к входному окну. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник света выполнен в виде оптического генератора, оптически связанного с входным окном посредством двух фокусирующих линз, между которыми расположен световод.