Устройство для измерения скорости газа в шахте доменной печи Советский патент 1977 года по МПК G01P5/10 G01F15/00 

1

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть исиользовано для измереиия скорости газа в шахтных слоевых нечах, особенно доменных.

Известны устройства термоанемометрического типа, предназначенные для измерения скорости газового потока в шахте доменной печи по значению конвективной теплоотдачи, содержащие термочувствительный элемент в виде термопары, нагреватель косвенного нагрева, корпус, источник постоянного тока, компенсационные термосопротнвления, измерительный мост, индикатор 1, 2, 3.

Недостатками этих устройств являются большая погрешность и низкая надел ность измерения скорости с переменными векторами в неизотермнческих турбулентных потоках высокой температуры в условиях нестационарного теплообмена между чувствительным элементом и окружаюшей газовой средой.

Известно также устройство 4 для измерения скорости доменного газа, содержащее термопару, включенную в последовательно соединенные измерительные схемы индикаторов температуры и скорости, сварочный трансформатор, коммутатор, состоящий из шагового искателя, реле времени, магнитного пускателя, источник питания и блок управления, периодически создающий нагрев и охлажденне термодатчика в процессе измереиия скорости запыленного доменного газа.

Однако указанное устройство имеет малую точность измерения скоростей газового потока в движущемся слое доменных печей, определяемую недостаточной компенсацией возмущающего влпяния опускающихся частпц и кусков щихты, возникающего при переменном контактном теплообмене датчика с кусками твердой дисперсной фазы, на результаты измерений.

Для повышения точности измерения скорости циркуляции ломенного газа в условиях непосредственного соприкосновения термочувствптельного элемента с кусками движупдегося материала в предлагаемое устройство введен модулятор темпа охлаждения термодатчика, выполненный в виде дополнительной обмотки с девятью отводами, соединенной последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора н запитанной через подвил-сный контакт и переключатель рода работы от источника тока нагрева.

При этом модулятор темпа охлаждения реалпзует компенсацпониый принцип измерения, при котором теплоотвод от спая термопары к кускам доменной шихты компенсируется периодически изменяемым теплоподводом через термоизолированные электроды, причем такая

компенсация осуществляется в режиме нестационарного теплообмена датчика с окружающей средой.

На чертеже показана функциональная схема описываемого устройства, содержащего чувствительный элемент 1, который выполнен Б виде конусообразного термопарного наконечника, образованного сваркой трех термоэлектродов 2. Два одинаковых термоэлектрода (например, хромелевых), обладающих более высоким удельным электросоиротивлением в сравнении с третьим (алюмелевым), подключены с помощью соединительной линии из медных ироводов 3 через контакты 4i магнитного пускателя 4 к вторичной обмотке сварочного трансформатора 5. С помощью компенсационных проводов 6 через контакты 7i шагового искателя 7 пололчительный и от|5ицательный термоэлектроды термопары иодключены к входу нотенциометрической измерительной схемы инднкатора температуры, а через перекидные коптакты 72 подключены к входу электродного усилителя 8 индикатора 9 и к входу схемы индикатора 10 скорости, иа вход которой подается также постоянное иапряжение от постороннего источника через контакт 7з щагового искателя и коитакт IB пускателя. Пускатель также имеет свои контакты 2В ц ЗВ в цепях управляющих обмоток реверсивных двигателей 11 и 12 соответственно индикаторов 9 и 10.

Реохорд R индикатора скорости зашунтирован резисторами Ri и Rz через контакт 7 шагового искателя. При иомощи )езисторов Ri и 2 изменяются пределы измерения термоэ.д.с. индикатором 10, который может фиксировать значение одной и той же скорости потока при различных темпах охлал деиия соответственно по двум шкалам прпбора. Совпадение результатов замера скорости потока по этим шкалам будет соответствовать минимальному тепловому возмущению, оказываемому кусками доменной шнхты.

Схема коммутации 13 содержит шаговый искатель 7, реле времени 14 с часовым механизмом и магнитный пускатель 4. Обмотка пускателя 4 заиитана от источиика тока через контакт 75 щагового искателя. Обмотка реле времени запитана от этого же источника тока через перекидной коитакт ПК, иереключаемый кареткой индикатора 10, и через подвижный контакт 7б, имеющий три положения. Обмотка искателя 7 запитана через подвижиый контакт 7т, лараллельно соедииенные контакты реле времени 14i, замыкаемый без задержки времени, 142 и 14з, замыкаемые с регулируемыми задержками, и нормально замкнутый контакт 7s щагового искателя.

Модулятор 15 темна охлаждения содержит также основную 1а и дополнительную 16 (с отводами в количестве девяти) первичные обмотки сварочного трансформатора 5, включенные иоследовательно. Основная обмотка заиитана от источиика тока нагрева через движок 16 установки тока нагрева. Величииа этого тока устанавливается движком 16 так, чтобы в процессе измерения при нулевом значеиии скорости потока показания индикатора 10 соответствовали нулю по каждой щкале. При этом положение переключателя 17, имеющего два положения: «установка нуля и «работа модулятора темпа охлаждения, должно соответствовать иоложению «установка нуля. Обмотка 16 также заиитывается от источника тока через переключатель 17 и подвижный контакт 7д, имеющий девять положений.

Устройство работает следующим образом.

Переключатель 17 устанавливается в положение «работа модулятора темпа охлаждения. При включении пускателя размыкается контакт 2В,. обесточивая управляющую обмотку двнгателя 11, происходит запоминание показаний индикатора 9 на время иродолжительности процесса измереиий скорости потока. Одновременно замыкаются контакты 1В и ЗВ, запитывается обмотка двигателя 12 и иа вход индикатора 10 подается 1аиряжение, ириводящее в движение каретку индикатора 10. При своем движении каретка доходит вираво до уиора и перебрасывает контакт ПК, который запитывает обмотку реле времени 14. Замыкается контакт HI, запитывается обмотка шагового пускателя 7, схема переключается в режим нагрева датчика: размыкаются контакты 7i и замыкается коитакт 7$ в цепи обмотки магнитиого иускателя, который через нормально замкнутые контакты 4 подключает термопару к вторичной обмотке трансформатора 5. Происходит нагрев датчика градуировочным током. Одновременно искатель 7 переключает контакты 7б и 7 в среднее иоложеиие, и начинает работать часовой механизм реле времени, отсчитывая время задержки при замыкании коитакта Ид и определяя длительность режима нагрева. При замыкании коитакта 142 снова заиитывается обмотка искателя 7, который переводит контакты 7б и 7 в иоложение, разрывает контакт 7, обесточивая обмотку нускателя и подключает термопару через контакты 7i к индикатору 9, а также включает через контакты 72 схемы индикаторов 9 и 10. Одновременно размыкается коитакт 7з, отключая наиряжение, приводящее в движение каретку индикатора 10. При этом иоложение контактов коммутатора соответствует измерения скорости потока в процессе охлаждения спая термопары. Термо-э.д.с. дагчика уменьшается, и в момент начала хода каретки индикатора 10 контакт ПК перебрасывается и запитывает реле времени. Через интервал времени, определяемый настройкой контакта 14з, срабатывает искатель, возвращая свои контакты в исходное положение, и каретка инднкатора 10 останавливается. Расстояние, пройденное ею, определяется темпом охлаждеиия термоиары, зависяОлим от скорости потока. Поэтому щкалы индикатора 10, соответствующие шунтам i и RS, градуируются в единицах скорости газового потока. По окончании измерения скорости

замыкается контакт 7з, и каретка индикатора 10 приходит снова в движение, двигается внраво до упора и иерекидывает контакт ПК. В рез)льтате режим нагрева термоиары градуировочным током новторяется.

Работа контактов коммутатора в повторном режиме измерения аналогична описанной. При этом лишь отсчет скорости нроизводится по второй шкале индикатора 10. После этих операций далее изменяется положение контакта Уд, который уменьшает на единицу занитычаемое число отводов обмотки (16) трансформатора В результате термопара нагревается большим током по сравнению с его градуировочным значением. При новом токе нагрева происходит определение скорости по двум шкалам индикатора 10. После совпадения показаний индикатора 10 по обеим шкалам, соответствующим истинной скорости газа, выключают пускатель схемы, замыкая контакт 2В и размыкая контакты 1В и ЗВ. Устройство возвращается в режим измерения темнературы газового потока.

При практической реализации устройства на доменной печи появляется возможность непосредственного контроля газораспределения и оптимизации процессов теплообмена и восстановления во всем объеме нечи, что приводит к сокращению расхода кокса примерно на 6%.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости газа в щахте доменной нечи, содержащее термодатчик в виде термопары из грех термоизолированных электродов, подключенных к вторичной обмотке сварочного трансформатора, последовательно соединенные измерительные

схемы индикаторов температуры и скорости, схему коммутации, шаговый искатель, реле времени, магнитный пускатель и источник тока нагрева термодатчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности .измеренпя скорости циркуляции доменного газа, оно содержит модулятор темпа охлаждения термодатчика, выполненный в виде дополнительной обмотки с девятью отводами, последовательно соединенной с первичной обмоткой сварочного трансформатора и занитанной через нодвижный контакт и переключатель рода работы от источника тока.

Источники информации, лринятые во внимание нри экспертизе;

1.Патент Японии N° 48-32152, кл. 111А 131, 1970.

2.Журнал «Termotechnica. Термопарные анемометры, Италия, № 8, т. 19, 1965,

с. 435-445.

3.Короткой П. А., Лондон Г. Е. «Динамические контактные измерения тепловых величин, М., «Мащиностроение, с. 121-124.

4. «Устройство для наладки систем газораспределения. Реферативная информация о передовом опыте, серия 8, «Монтаж и наладка средств автоматизации и связи, М., № 9, вып. 47, 1972, с. 20-23 (прототип).