Устройство для измерения расхода твердых частиц Советский патент 1988 года по МПК G01F1/00 

Лоток

00

N3

Изобретение относится к измерительному приборостроению и может быт использовано для измерения расхода твердых частиц (пылевзвеси), транс- портируемых газовыми потоками. Такие измерения необходимы в энергетической, химической, горной, металлургической, пищевой, машиностроительной и других отраслях промышленности

Целью изобретения является повьппе ние точности.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство с установкой полусферического электрода в диффузоре измери- тельного участка; на фиг.2 - то же, с установкой стержневого электрода в канале за диффузором.

Устройство для измерения расхода твердых частиц содержит газоход 1, измерительный участок которого выполнен в виде диффузора 2, переходящего в канал 3 постоянного сечения. Измерительный участок ограничен сечениями газохода, между которыми образу- ется зона, где происходит торможение отдельных фракций частиц. В диффузор 2 или канал 3 посредством державки 4 через электрический изолятор 5 введен токосъемньй электрод 6. Ло- бовая поверхность электрода, обращенная к потоку, является рабочей. Эта поверхность открыта для контакта с частицами, транспортируемыми потоком газа. Остальные токопроводящие по- верхности электрода 6 и державка 4 защищены от непосредственного контакта с частицами изоляторами. К элетроду 6 подключен блок 7 преобразования сигнала и регистрации расхода частиц.

Устройстйо работает следующим образом.

По газоходу 1 протекает поток rj- за, транспортирующего полидисперсную пылевзвесь. В диффузоре 2 скорость газа падает и одновременно снижается скорость частиц в результате действия сил вязкого трения час тиц о газ. Мельчайшие, малоинерцйон- ные частицы движутся со скоростью газа, крупные чаахицы, имеющие большую массу, продолжают по инерции двигаться С большей скоростью, близкой к скорости в газоходе 1 перед входом потока в диффузор 2. В диффузоре 2 происходит рассогласование скоростей частиц, каждая из которых

движется со скоростью, пропорциональной своей массе и своему размеру. От скорости соударения частиц с электродом 6, установленным в диффузоре 2 или в канале 3, зависят размеры поверхности контакта каждой частицы с электродом и, следовательно, величина перетекшего на электрод 6 с частицами заряда. Величина перетекшего заряда прямо пропорциональна размеру контактной поверхности. Для достижения однозначной зависимости между расходом частиц G и выходным сигналом устройства CJ| необходимо, чтобы

„Р д.

для любого размера комплекс ---г

был равен одной и той же постоянной величине, т.е. если

W -, Э i

А; const

G,

ZlG; ,

(1) (2)

где В,В - постоянные коэффициенты G - массовый расход твердых

частиц;

(Ji - выходной сигнал устройства;г - радиус твердых частиц

шарообразной формы; Э - коэффициент, учитьшающи какая доля частиц, набе гавших на электрод, с ударилась с ним; . п - показатель степени; i - номер фракции; W - скорость частицы. Следовательно, необходимо найти такие размеры диффузора 2 и расположить электрод 6 в такой зоне измерительного участка, где выполняется наилучшим образом условие (1).

Рассмотрение зависимости (1) по- казьшает, что для сохранения А; const необходимо, чтобы с уменьшением размера частиц снижалось их скорость W. Именно это достигается при течении полидисперсного пылега- зового потока в диффузоре 2. Таким образом, видно, что предложенное устройство позволяет осуществить не прерьшную автокомпенсацшо влияния размера частиц на результат измерения расхода электроконтактным методом.

Газодинамический расчет движения частиц в .диффузоре 2, определение коэффициента и скорости соударения

частиц разных фракций с токосъемным электродом 6 могут быть выполнены на ЭВМ по известной методике. По известной скорости газового потока и частиц на измерительном участке выбирают угол раскрытия диффузора 2 (учитывая, что скорость газа в канале обратнопропорциональна площади поперечного сечения этого канала) и определяют место расположения электрода 6. Форма и размеры устройства могут быть определены также экспериментально .

Согласно изобретению, сохраняется открытой для контакта с набегающими частицами лишь лобовая рабочая поверхность токосъемного электрода. Остальные токопроводящие поверхности электрода, а также державка электрода должны быть защищены от непосредственного контакта с частицами изоляторами. Таким образом, удается предотвратить скользящий контакт частиц с электродом 6. Известно, что при скользящем контакте изменяется характер переноса заряда и возможна инверсия знака заряда.

Токосъемньш электрод 6 может быть установлен как в диффузоре 2, так и в канале 3 постоянного сечения за диффузором. Точное место установки электрода определяется расчетным путем. Однако во всех случаях электрод 6 должен располагаться на измерительном участке, ограниченном сечениями, между которыми отдель- . ные фракции частиц движутся с отрицательным ускорением (т.е. с замедлением) так как только в этом случае достигается эффект компенсации влия-

ния фракционного состава на результат измерения расхода. Электрод 6 дожен вводиться в газоход 1 через электрический изолятор 5, предупреждающий утечку заряда с токосъемного электрода 6 на стенки газохода 1, который обычно заземляется.

На практике выполнения условия (1) следует добиваться для фракций тех частиц, общая масса которых с заданной точностью определяет расход взвеси при различных вариантах фракционного состава и плотностей частиц на измерительном з астке газохода. При этом для самых мелких, пусть многочисленных частиц, и для

очень крупных, но весьма редко;,. встречающихся в конкретной смеси.

можно условие (1) соблюдать с невысокой точностью или не соблюдать вовсе.

В связи с этим для оптимизации

предложенного устройства предвари- ; тельно выявляют фракционный состав и плотность вещества частиц в конкретном, технологическом процессе, а

также выявляют диапазоны возможного изменения этих параметров во времени. Такой анализ выполняют на основании опыта эксплуатации контролируемого или аналогичных объектов (техно/1огцческих процессов) либо при отсутствии опыта эксплуатации путем известных методов отбора и инструментального исследования проб взвеси под микроскопом с помощью весов и

других приборов. Все частицы, расход которых подлежит,измерению, условно разделяют по размерам и плотности вещества на N отдельных фракций. Каждая фракция определяется характерной частицей, имеющей определенные параметры Г; и р; . Теоретически увеличение числа фракций ведет к повышению точности ( р; плотность материала частицы i-й фракции). Однако на практике вьщеление большого . количества узких фракций затруднительно из-за сложности рассеивания частиц по размерам. Рассеивание может вьшолняться, например, на центрифугах или с помощью набора сит, каждое из которых имеет ячейки определенного размера, или другими известными методами. Обычно достаточно выделить 5- 10 фракций. При числе фракций более 10 повышение точности расчета расходомерного устройства становится незначительным по сравнению с погрешностями, вызванными другими причинами,

В качестве характерной частицы данной фракции следует принимать часг тицу, имеющую среднюю для данной ; фракций массу.

После разделения всех частиц на фракции выявляют из числа N; те N фракции частиц, доля которых с заданной точностью определяет измеряемый расход частиц. При этом мельчайшие частицы,массовая доля которых мала, а суммарная площадь контакта с элек- тродом 6 в случае их соударения с ним велика, будут следовать за струй-: ками тока газа, обтекающего щ епятствие (электрод), не соударяясь с ним, и на точность измерения не повлияют, В связи с этим нет необходимости учи- тывать эти частицы в расчете. Равным , образом нет необходимости учитывать крупные, но весьма редко встречаю щиеся в данной полвдисперсной взвеси частицы.

Далее задаются геометрическими Ю размерами устройства (углом раскрытия И длиной диффузора 2, формой, разме рами и местом расположения токосъем- ного электрода 6) и для- характерной частицы каждой фракции вычисляют ве- jj личину А по формуле (1). Величина А;, для каждой характерной частицы по . длине измерительного участка устройства непрерывно изменяется в связи с тем, что.скорость частицы изменяет- 20 ся от скорости, близкой к скорости газа в газоходе, до скорости, характерной для той или иной зоны диффузора 2 (с учетом влияния локального препятствия, каковым является то- -25 косъемный электрод 6). Скорость характерных частиц каждой фракции и величины критерия в каждой точке измерительного участка устройства вычисляют на ЭВМ, учитывая при этом ЗО действие на частицы аэродинмических и гравитационных сил, сил трения, а при высоких концентрациях частиц - сил взаимодействия между ними. В том случае, если в результате расчета, величины А; для характерных частиц различных фракций отличаются на величину,, превосходящую некоторую заранее заданную, обеспечивающую установ- леннзта точность измерения расхода 40 частиц, задаются новыми размерами устройства и повторяют расчет до получения удовлетворительной точности , измерения.

45

Фракционный состав и плотность вещества частиц в течение того или иного контролируемого процесса могут не сохраняться постоянными во времени. Поэтому для типичных вариантов состава, полидисперсной взвеси вычисляют мае- совую долю частиц каждой фракций от общей массы частиц, определяющих с заданной точностью расход частиц. Например, при контроле расхода летучей золы, выбрасываемой с дымовыми 55 газами котельных агрегатов, оборудованных электрофильтрами, фракционный состав золы изменяется при отключе- ;

35

, 50

,

j 0 5 О 0

5

5

5

0

НИИ отдельных ступеней электрофильтра. Могут быть выделены в отдельные варианты случаи, когда работают 100, 75 и 50% ступеней электрофильтра.При этом оценивают весовой коэффициент каждого варианта фракционного состава частиц, принимая его продолжительность по среднестатистическим данным за йредьщущий период, например за год работы электрофильтра. В результате такой оценки может оказаться, например, что продолжительность работы 100% ступеней фильтра относится к продолжительности работы фильтра с 75% ступеней как 5-1. В отдельных случаях весовой коэффициент может учитывать не только продолжительность варианта, но и его важность для кон- . тролируемого процесса. При отсутствии другого критерия оценки важности варианта она может быть оценена по пятибальной шкале,

На измерительном участке устройства Выявляют сечение, в котором должен быть установлен токосьемньй электрод 6. В этом селении для фракций частиц, масса которых с заданной точностью определяет их расход, достигается минимум.

Указанный минимум находят, например, численным Методом путем дифференцирования функции по координатам (x,y,z) и определения площадки в сечении измерительного участка, где ,

Эр Зр Зр f. (

: О (р - отношение I Эх Эу 3z

Мийёлево сечения электрода к сечению измеряемого потока). При совмещении рабочей поверхности токосъемного электрода 6 с указанной площадкой достигается наилучшая компенсация влияния фракционного состава и плотности вещества частиц. Обеспечение минимума соответствует максимальной эффективности компенсации, так как при этом получается наименьшее суммарное отклонение А; для характерных частиц всех фракций от среднего значения этого параметра

1 f N

N jz;

А; --; (3)

- , :§к де oi; - массовая доАй частиц каждой фракции от общей массы частиц, определяющих с за- , данной точностью их расход;

К - количество типичных вариантов фракционного состава частиц в потоке газа К, 1,2,3,...,

g - весовой коэффициент каждог варианта фракционного состава, определенного с учетом массовой доли каждой фракции и весового коэффи- циента каждого варианта фракционного состава. Размеры предложенного устройства, обеспечивающие максимальную автокомпенсацию влияния фракционного соста- ва частиц, могут быть найдены не только расчетным путем, рассмотренным выше, но и экспериментально.

В последнем случае при различных типовых вариантах фракционного сое- тава и плотности вещества частиц на измерительном участке газохода фиксируют показания измерительного уст- рюйства, перемещая токосъемный электрод 6 вдоль измерительного участка. Затем, рассматривая полученные результаты, выбирают такое положение электрода 6, при котором на всех режимах работы контролируемого объекта (с учетом их весовых коэффициентов)

278

показания устройства при постоянном расходе частиц претерпевают наименьшие изменения. При необходимости повторяют эксперимент при другом угле раскрытия диффузора.

Для сокращения объема эксперимента можно вначале найти положение электрода рассмотренным расчетным методом, а затем экспериментально уточнить его положение в окрестностях зоны, выявленной путем расчета.

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода твердых частиц, содержащее измерительный участок и установленный в нем токосъемный электрод,.о т л и - чающе е с я тем, что, с целью повьшения точности, измерительный участок вьтолнен в виде диффузора и сопряженного с ним канала постоянного сечения, а токосъемный электрод установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси измерительного участка и имеет неизолированную рабочую поверхностью, обращенную навстречу потоку.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения расхода. Измерительный участок газохода 1 выполнен в виде диффузора 2, сопряженного с каналом 3 постоянного сечения. В диффузоре 2 происходит рассогласование скоростей частиц,соударяющихся с токосъемным электродом 6, установленным с возможностью перемещения вдоль продольной оси измерительного участка. Рабочая неизолированная поверхность электрода 6 обращена к потоку. Защита изоляторами остальной токопро- водящей поверхности электрода 6 и державки 4 предотвращает скользящий контакт транспортируемых потоком газа частиц с электродом 6. Электрод 6 подключен к блоку 7 преобразования сигнала и регистрации расхода частиц. 2 ил. (Л

Поток