一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法，其采用高壓氣瓶提供流化氣體進(jìn)入供粉系統(tǒng)攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經(jīng)兩相流進(jìn)口沿旋風(fēng)分離器圓筒體內(nèi)壁切向進(jìn)入旋風(fēng)分離器內(nèi)并形成旋流，旋風(fēng)分離器內(nèi)腔導(dǎo)致氣壓驟降使得兩相流速度驟降，固體粉末沿旋風(fēng)分離器下端內(nèi)壁下滑進(jìn)入積粉筒內(nèi)，同時(shí)流化氣在壓力差和抽氣機(jī)的共同作用下穿過篩粉網(wǎng)由排氣口排出。積粉筒內(nèi)的粉末質(zhì)量由電子秤實(shí)時(shí)稱量通過數(shù)據(jù)線傳輸給數(shù)據(jù)采集電腦，由此獲得氣固兩相流中固體粉末的質(zhì)量流率。氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)供給固體粉末質(zhì)量率的測(cè)量，測(cè)量過程中旋風(fēng)分離器工作穩(wěn)定可靠，整體測(cè)量精度較高。
【專利說明】一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)領(lǐng)域中，利用氣體輸送煤粉已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但是對(duì)質(zhì)量流率的測(cè)量與控制較為粗略，通常采用時(shí)間段平均法，即單位時(shí)間內(nèi)輸送粉末的總量除以時(shí)間得出時(shí)間段內(nèi)的平均質(zhì)量流率。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，科氏流量計(jì)也常用來測(cè)量氣固兩相流質(zhì)量流率，其原理簡(jiǎn)單可以直接測(cè)量質(zhì)量流量且不受流體的溫度、壓力的影響。但是該儀器僅對(duì)于稀相輸送，即固體粉末在氣固兩相流中所占質(zhì)量比例偏低，質(zhì)量流率的測(cè)量較為準(zhǔn)確，試驗(yàn)重復(fù)性較差，實(shí)驗(yàn)裝備震動(dòng)對(duì)其影響也大。沖板質(zhì)量流量計(jì)也較為常見，其原理是物料以一定角度下落到傾斜的擋板上，其沖擊力分解為水平和垂直兩個(gè)方向，垂直力由系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)抵消而水平力引起擋板的水平位移由差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)出大小，進(jìn)而由水平力和質(zhì)量流量的近似現(xiàn)行的關(guān)系得出瞬時(shí)流量。該方法假設(shè)嚴(yán)格，即物料全部打在擋板上，物料反彈后不再落回?fù)醢?，所以測(cè)量誤差較大。現(xiàn)有技術(shù)及相關(guān)文獻(xiàn)中所涉及的內(nèi)容及方法主要是原理方面的，能夠真正應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的極少，而且部分方法對(duì)于固體推進(jìn)劑粉末的特殊性質(zhì)并不適用。而且在新型的粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末供給系統(tǒng)中應(yīng)用高壓氣源直接將固體粉末輸送到目標(biāo)高壓腔內(nèi)，由于精度要求高又屬于密相輸送，即固體顆粒在氣固兩相流中所占質(zhì)量比例偏高，最高可達(dá)90?95%，其固體粉末的質(zhì)量流率測(cè)量尚無法完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)新型粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末供給系統(tǒng)精度要求高，且屬于密相輸送，其固體粉末的質(zhì)量流率測(cè)量尚無法完成的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法；通過氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給中固體粉末質(zhì)量率的測(cè)量，在測(cè)量過程中旋風(fēng)分離器的工作穩(wěn)定可靠，整體測(cè)量結(jié)果精度較高。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括抽氣機(jī)、旋風(fēng)分離器、篩粉網(wǎng)、支架、積粉筒、連接密封蓋、電子秤，數(shù)據(jù)采集電腦，抽氣機(jī)位于旋風(fēng)分離器上端部，篩粉網(wǎng)固定在旋風(fēng)分離器內(nèi)上部，兩相流進(jìn)口位于旋風(fēng)分離器圓筒段外側(cè)壁上，支架安裝在旋風(fēng)分離器下部通過螺栓連接，積粉筒位于旋風(fēng)分離器下端放置在電子秤上面，電子秤與數(shù)據(jù)采集電腦相連接；連接密封蓋位于積粉筒上端；抽氣機(jī)與旋風(fēng)分離器同軸。
[0005]一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量的方法，其特點(diǎn)在于包括以下步驟:
[0006]步驟1.提供氣固兩相流；通過粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給系統(tǒng)，由高壓氣瓶提供流化氣體進(jìn)入供粉系統(tǒng)攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經(jīng)軟管與連接法蘭通過兩相流進(jìn)口進(jìn)入旋風(fēng)分離器；[0007]步驟2.分離氣固兩相流；氣固兩相流進(jìn)入旋風(fēng)分離器，沿旋風(fēng)分離器圓筒段內(nèi)壁切向進(jìn)入并在旋風(fēng)分離器內(nèi)形成旋流，旋風(fēng)分離器內(nèi)腔導(dǎo)致氣壓驟降進(jìn)而使得兩相流速度驟降，固體粉末在重力、離心力和內(nèi)壁摩擦力的作用下沿旋風(fēng)分離器圓錐段向下沉降，沿內(nèi)壁下滑經(jīng)出粉口流出，同時(shí)流化氣在壓力差和旋風(fēng)分離器上方抽氣機(jī)的共同作用下上升穿過篩粉網(wǎng)由排氣口排出；
[0008]步驟3.收集固體粉末；固體粉末粉經(jīng)由出粉口流入由連接密封蓋連接的積粉筒內(nèi)，完成粉末收集；
[0009]步驟4.稱量固體粉末；使用電子秤實(shí)時(shí)稱量積粉筒內(nèi)的粉末質(zhì)量，并將質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集電腦；數(shù)據(jù)采集頻率為1Ηζ-5Ηζ，粉末燃料質(zhì)量流量在0.005?0.250kg/s的范圍進(jìn)行測(cè)量；
[0010]步驟5.輸出測(cè)量數(shù)據(jù)；所測(cè)得數(shù)據(jù)為每個(gè)時(shí)間測(cè)量點(diǎn)的粉末總質(zhì)量值，利用差分.Am
法依據(jù)公式Δ?即由內(nèi)部程序自動(dòng)獲得氣固兩相流中固體顆粒的實(shí)時(shí)質(zhì)量流率。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法，其采用高壓氣瓶提供流化氣體進(jìn)入供粉系統(tǒng)攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經(jīng)兩相流進(jìn)口沿旋風(fēng)分離器圓筒段內(nèi)壁切向進(jìn)入并在旋風(fēng)分離器內(nèi)形成旋流，旋風(fēng)分離器內(nèi)腔導(dǎo)致氣壓驟降使得兩相流速度驟降，固體粉末沿旋風(fēng)分離器圓錐段內(nèi)壁下滑進(jìn)入積粉筒內(nèi)，同時(shí)流化氣在壓力差和抽氣機(jī)的共同作用下穿過篩粉網(wǎng)由排氣口排出。積粉筒內(nèi)的粉末質(zhì)量由電子秤實(shí)時(shí)稱量通過數(shù)據(jù)線傳輸給數(shù)據(jù)采集電腦，由此獲得氣固兩相流中固體粉末的質(zhì)量流率。氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給氣固兩相流中固體粉末質(zhì)量率的測(cè)量，在測(cè)量過程中旋風(fēng)分離器的工作穩(wěn)定可靠，整體測(cè)量結(jié)果精度較高，回收率高達(dá)98.6%以上，數(shù)據(jù)采集頻率高達(dá)5Hz。
.[0013]本發(fā)明的另外一個(gè)作用是收集粉末顆粒，實(shí)驗(yàn)證明回收率可達(dá)98.6%以上。既做到了回收利用又做到了保護(hù)環(huán)境，同時(shí)確保了實(shí)驗(yàn)的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]圖1為本發(fā)明氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為氣固兩相流切向入口示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置示意圖。
[0018]圖4為工作穩(wěn)定段采集的質(zhì)量變化原始數(shù)據(jù)曲線圖。
[0019]圖5為對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流率變化曲線圖。
[0020]圖中:
[0021]1.抽氣機(jī)出氣口 2.抽氣機(jī)3.抽氣機(jī)進(jìn)氣口 4.排氣口 5.上蓋體6.篩粉網(wǎng)7.圓筒段 8.兩相流進(jìn)口 9.圓錐段 10.出粉口 11.連接密封蓋12.積粉筒13.固體粉末14.電子秤15.數(shù)據(jù)線16.數(shù)據(jù)采集電腦17.氣體流線18.法蘭
19.螺栓20.支架21.固定孔22.凸臺(tái)【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例是一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法。
[0023]參閱圖1、圖2、圖3，本發(fā)明氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置，由抽氣機(jī)
2、旋風(fēng)分離器、篩粉網(wǎng)6、支架20、積粉筒12、連接密封蓋11、電子秤14、數(shù)據(jù)線15、數(shù)據(jù)采集電腦16、法蘭18、螺栓19、固定孔21、凸臺(tái)22組成，抽氣機(jī)2安裝在旋風(fēng)分離器排氣口的上端部，篩粉網(wǎng)6固定在旋風(fēng)分離器內(nèi)上部，兩相流進(jìn)口 8位于旋風(fēng)分離器圓筒段7外側(cè)壁上，支架20安裝在旋風(fēng)分離器下部通過螺栓連接，積粉筒12位于旋風(fēng)分離器下端放置在電子秤14上面，電子秤14與數(shù)據(jù)采集電腦16通過數(shù)據(jù)線15相連接；連接密封蓋11安裝在積粉筒12上端；抽氣機(jī)2與旋風(fēng)分離器同軸安裝。
[0024]如圖1所示，固定在旋風(fēng)分離器內(nèi)上部的篩粉網(wǎng)6主要是用來阻止尚未充分分離的固體粉末隨同流化氣一起從排氣口 4排出，進(jìn)而影響裝置整體的測(cè)量精度。篩分網(wǎng)6可以制作不同目數(shù)，以滿足不同的實(shí)驗(yàn)需要，更換時(shí)操作簡(jiǎn)易。
[0025]參見圖2，兩相流進(jìn)口 8為切向進(jìn)入旋風(fēng)分離器圓筒段7，主要是為了讓兩相流在旋風(fēng)分離器內(nèi)部沿氣體流線17旋轉(zhuǎn)起來，進(jìn)而充分利用離心力和摩擦力進(jìn)行氣固分離。連接密封蓋11采用可承受一定張力的柔軟橡膠膜制成，主要是密封性好，能夠在積粉筒12內(nèi)形成死區(qū)進(jìn)而減少氣體旋流對(duì)粉筒12的沖擊積，從而影響電子秤14的稱量結(jié)果；第二就是軟連接，采用柔軟橡膠膜可以保證旋風(fēng)分離器的任何抖動(dòng)都不會(huì)傳力于積粉筒12，使得電子秤14僅僅稱量積粉筒12和固體粉末13的質(zhì)量。
[0026]旋風(fēng)分離器的工作過程:首先由高壓氣瓶提供流化氣體進(jìn)入供粉系統(tǒng)攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經(jīng)過軟管與法蘭18聯(lián)通，再經(jīng)過兩相流進(jìn)口 8沿旋風(fēng)分離器圓筒段7內(nèi)壁切向進(jìn)入旋風(fēng)分離器內(nèi)并形成旋流，氣固兩相流進(jìn)入旋風(fēng)分離器后由于旋風(fēng)分離器內(nèi)腔體積大導(dǎo)致氣壓驟降進(jìn)而使得兩相流速度驟降，此時(shí)固體粉末在重力、離心力和內(nèi)壁摩擦力的綜合作用下向下沉降沿旋風(fēng)分離器下端蓋9內(nèi)壁下滑經(jīng)過出粉口 10進(jìn)入由軟連接密封蓋連接的積粉筒12內(nèi)，與此同時(shí)流化氣在壓力差和旋風(fēng)分離器上方抽氣機(jī)2的共同作用下穿過篩粉網(wǎng)6由排氣口 4排出。積粉筒12內(nèi)的粉末質(zhì)量由電子秤14進(jìn)行實(shí)時(shí)稱量進(jìn)而通過數(shù)據(jù)線15傳送給數(shù)據(jù)采集電腦16，由此可以獲得氣固兩相流中固體粉末的質(zhì)量流率。旋風(fēng)分離器整體置于支架20之上，由螺栓19固定，另外為防止支架20晃動(dòng)在支架20一側(cè)加工固定孔21用螺栓與試車臺(tái)相連接，以此確保旋風(fēng)分離器工作時(shí)是穩(wěn)定的。
[0027]本發(fā)明質(zhì)量流率測(cè)量裝置應(yīng)用在某型號(hào)粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給氣固兩相流中固體粉末質(zhì)量流率的研究過程中，采集頻率為IHz，即一秒采集一次數(shù)據(jù)，可通過調(diào)整程序來改變頻率值；粉末燃料質(zhì)量流量在0.005?0.250kg/s的范圍內(nèi)均可進(jìn)行測(cè)量。圖4為工作穩(wěn)定段采集的質(zhì)量變化原始數(shù)據(jù)曲線；圖5為對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流率變化曲線。從數(shù)據(jù)曲線可以看出，粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給過程中，固體粉末質(zhì)量流率較為穩(wěn)定為23g/s，由此可知，質(zhì)量流率測(cè)量裝置可以對(duì)氣固兩相流中固體粉末質(zhì)量流率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；具體步驟如下:
[0028]第一步，提供氣固兩相流；使用粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給系統(tǒng)，由高壓氣瓶提供流化氣體進(jìn)入供粉系統(tǒng)攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經(jīng)過軟管與法蘭18聯(lián)通，進(jìn)入兩相流進(jìn)口 8 ；[0029]第二步，分離氣固兩相流；使用旋風(fēng)分離器，氣固兩相流經(jīng)過兩相流進(jìn)口 8沿旋風(fēng)分離器圓筒段7內(nèi)壁切向進(jìn)入并在旋風(fēng)分離器內(nèi)形成旋流，氣固兩相流進(jìn)入旋風(fēng)分離器后由于旋風(fēng)分離器內(nèi)腔體積大導(dǎo)致氣壓驟降進(jìn)而使得兩相流速度驟降，此時(shí)固體粉末在重力、離心力和內(nèi)壁摩擦力的綜合作用下向下沉降沿旋風(fēng)分離器下端蓋9內(nèi)壁下滑經(jīng)過出粉口 10流出，與此同時(shí)流化氣在壓力差和旋風(fēng)分離器上方抽氣機(jī)的共同作用下上升穿過篩粉網(wǎng)6由排氣口 4排出；
[0030]第三步，收集固體粉末；使用積粉筒12，固體粉末經(jīng)由出粉口 10進(jìn)入由軟連接密封蓋連接的積粉筒12內(nèi)完成粉末收集；
[0031]第四步，稱量固體粉末；使用電子秤14，積粉筒12內(nèi)的粉末質(zhì)量由電子秤14進(jìn)行實(shí)時(shí)稱量并將質(zhì)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線15傳送給數(shù)據(jù)采集電腦16 ；
[0032]第五步，輸出測(cè)量數(shù)據(jù)；所測(cè)得數(shù)據(jù)為每個(gè)時(shí)間測(cè)量點(diǎn)的粉末總質(zhì)量值，利用差分法依據(jù)公式A=I即由內(nèi)部程序自動(dòng)獲得氣固兩相流中固體顆粒的實(shí)時(shí)質(zhì)量流率。
[0033]基于粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的密相輸送中對(duì)測(cè)量氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確性高的要求，應(yīng)用上述步驟的測(cè)量方法，經(jīng)對(duì)某型號(hào)供粉系統(tǒng)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了質(zhì)量流率測(cè)量裝置及方法完全能夠保證質(zhì)量流率的測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量。試驗(yàn)裝置:
1.粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給系統(tǒng)；2.氣固兩相流質(zhì)量流率測(cè)量裝置；采集頻率為IHz ；驅(qū)動(dòng)壓強(qiáng)為2.5MPa ;流化壓強(qiáng)為2.0MPa ;氣體流量為1.2g/s ;粉末流量為23g/s ;工作時(shí)間為20s ;粉末總量為457.5g ;收集質(zhì)量為451.2g ;回收率為98.623%。
[0034]原始數(shù)據(jù):
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置，其特征在于:包括抽氣機(jī)、旋風(fēng)分離器、篩粉網(wǎng)、支架、積粉筒、連接密封蓋、電子秤，數(shù)據(jù)采集電腦，抽氣機(jī)位于旋風(fēng)分離器上端部，篩粉網(wǎng)固定在旋風(fēng)分離器內(nèi)上部，兩相流進(jìn)口位于旋風(fēng)分離器圓筒段外側(cè)壁上，支架安裝在旋風(fēng)分離器下部通過螺栓連接，積粉筒位于旋風(fēng)分離器下端放置在電子秤上面，電子秤與數(shù)據(jù)采集電腦相連接；連接密封蓋位于積粉筒上端；抽氣機(jī)與旋風(fēng)分離器同軸。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣固兩相流中固體顆粒質(zhì)量流率測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1.提供氣固兩相流；通過粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粉末燃料供給系統(tǒng)，由高壓氣瓶提供流化氣體進(jìn)入供粉系統(tǒng)攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經(jīng)軟管與連接法蘭通過兩相流進(jìn)口進(jìn)入旋風(fēng)分離器； 步驟2.分離氣固兩相流；氣固兩相流進(jìn)入旋風(fēng)分離器，沿旋風(fēng)分離器圓筒段內(nèi)壁切向進(jìn)入并在旋風(fēng)分離器內(nèi)形成旋流，旋風(fēng)分離器內(nèi)腔導(dǎo)致氣壓驟降進(jìn)而使得兩相流速度驟降，固體粉末在重力、離心力和內(nèi)壁摩擦力的作用下沿旋風(fēng)分離器圓錐段向下沉降，沿內(nèi)壁下滑經(jīng)出粉口流出，同時(shí)流化氣在壓力差和旋風(fēng)分離器上方抽氣機(jī)的共同作用下上升穿過篩粉網(wǎng)由排氣口排出； 步驟3.收集固體粉末；固體粉末粉經(jīng)由出粉口流入由連接密封蓋連接的積粉筒內(nèi)，完成粉末收集； 步驟4.稱量固體粉末；使用電子秤實(shí)時(shí)稱量積粉筒內(nèi)的粉末質(zhì)量，并將質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集電腦；數(shù)據(jù)采集頻率為1Ηζ-5Ηζ，粉末燃料質(zhì)量流量在0.005?0.250kg/s的范圍進(jìn)行測(cè)量； 步驟5.輸出測(cè)量數(shù)據(jù)；所測(cè)得數(shù)據(jù)為每個(gè)時(shí)間測(cè)量點(diǎn)的粉末總質(zhì)量值，利用差分法依 ? Am據(jù)公式= I即由內(nèi)部程序自 動(dòng) 獲得氣固兩相流中固體顆粒的實(shí)時(shí)質(zhì)量流率。

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【文檔編號(hào)】G01F1/78GK103438947SQ201310400980
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】胡馨博, 張虎, 何曉興, 胡春波, 鄧哲, 武冠峰 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)