[發明專利]一種氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201310400980.X
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103438947A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 胡馨博;張虎;何曉興;胡春波;鄧哲;武冠峰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01F1/78
• 分類號: G01F1/78
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于測量技術領域，具體地說，涉及一種氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置及方法。

背景技術

在工業領域中，利用氣體輸送煤粉已經被廣泛應用，但是對質量流率的測量與控制較為粗略，通常采用時間段平均法，即單位時間內輸送粉末的總量除以時間得出時間段內的平均質量流率。在科學實驗中，科氏流量計也常用來測量氣固兩相流質量流率，其原理簡單可以直接測量質量流量且不受流體的溫度、壓力的影響。但是該儀器僅對于稀相輸送，即固體粉末在氣固兩相流中所占質量比例偏低，質量流率的測量較為準確，試驗重復性較差，實驗裝備震動對其影響也大。沖板質量流量計也較為常見，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方向，垂直力由系統機械結構抵消而水平力引起擋板的水平位移由差動變壓器式傳感器檢測出大小，進而由水平力和質量流量的近似現行的關系得出瞬時流量。該方法假設嚴格，即物料全部打在擋板上，物料反彈后不再落回擋板，所以測量誤差較大。現有技術及相關文獻中所涉及的內容及方法主要是原理方面的，能夠真正應用于工業生產及科學實驗中的極少，而且部分方法對于固體推進劑粉末的特殊性質并不適用。而且在新型的粉末火箭發動機粉末供給系統中應用高壓氣源直接將固體粉末輸送到目標高壓腔內，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量比例偏高，最高可達90～95%，其固體粉末的質量流率測量尚無法完成。

發明內容

針對新型粉末火箭發動機粉末供給系統精度要求高，且屬于密相輸送，其固體粉末的質量流率測量尚無法完成的現狀，本發明提出一種氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置及方法；通過氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置，實現對粉末火箭發動機粉末燃料供給中固體粉末質量率的測量，在測量過程中旋風分離器的工作穩定可靠，整體測量結果精度較高。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括抽氣機、旋風分離器、篩粉網、支架、積粉筒、連接密封蓋、電子秤，數據采集電腦，抽氣機位于旋風分離器上端部，篩粉網固定在旋風分離器內上部，兩相流進口位于旋風分離器圓筒段外側壁上，支架安裝在旋風分離器下部通過螺栓連接，積粉筒位于旋風分離器下端放置在電子秤上面，電子秤與數據采集電腦相連接；連接密封蓋位于積粉筒上端；抽氣機與旋風分離器同軸。

一種根據權利要求1所述的氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置進行測量的方法，其特點在于包括以下步驟：

步驟1.提供氣固兩相流；通過粉末火箭發動機粉末燃料供給系統，由高壓氣瓶提供流化氣體進入供粉系統攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經軟管與連接法蘭通過兩相流進口進入旋風分離器；

步驟2.分離氣固兩相流；氣固兩相流進入旋風分離器，沿旋風分離器圓筒段內壁切向進入并在旋風分離器內形成旋流，旋風分離器內腔導致氣壓驟降進而使得兩相流速度驟降，固體粉末在重力、離心力和內壁摩擦力的作用下沿旋風分離器圓錐段向下沉降，沿內壁下滑經出粉口流出，同時流化氣在壓力差和旋風分離器上方抽氣機的共同作用下上升穿過篩粉網由排氣口排出；

步驟3.收集固體粉末；固體粉末粉經由出粉口流入由連接密封蓋連接的積粉筒內，完成粉末收集；

步驟4.稱量固體粉末；使用電子秤實時稱量積粉筒內的粉末質量，并將質量數據傳輸給數據采集電腦；數據采集頻率為1Hz-5Hz，粉末燃料質量流量在0.005～0.250kg/s的范圍進行測量；

步驟5.輸出測量數據；所測得數據為每個時間測量點的粉末總質量值，利用差分法依據公式即由內部程序自動獲得氣固兩相流中固體顆粒的實時質量流率。

有益效果

本發明提出的一種氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置及方法，其采用高壓氣瓶提供流化氣體進入供粉系統攜帶固體粉末形成氣固兩相流，經兩相流進口沿旋風分離器圓筒段內壁切向進入并在旋風分離器內形成旋流，旋風分離器內腔導致氣壓驟降使得兩相流速度驟降，固體粉末沿旋風分離器圓錐段內壁下滑進入積粉筒內，同時流化氣在壓力差和抽氣機的共同作用下穿過篩粉網由排氣口排出。積粉筒內的粉末質量由電子秤實時稱量通過數據線傳輸給數據采集電腦，由此獲得氣固兩相流中固體粉末的質量流率。氣固兩相流中固體顆粒質量流率測量裝置及方法，實現對粉末火箭發動機粉末燃料供給氣固兩相流中固體粉末質量率的測量，在測量過程中旋風分離器的工作穩定可靠，整體測量結果精度較高，回收率高達98.6%以上，數據采集頻率高達5Hz。

本發明的另外一個作用是收集粉末顆粒，實驗證明回收率可達98.6%以上。既做到了回收利用又做到了保護環境，同時確保了實驗的安全性。