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一種高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置，其中檢測(cè)方法具體步驟如下：采集所述的靜電傳感器探頭上的靜電信號(hào)和壓差傳感器的壓差信號(hào)；分別對(duì)采集到的靜電信號(hào)和壓差信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解處理，得到Hurst指數(shù)H；根據(jù)分型特征及Hurst指數(shù)H的大小，將靜電信號(hào)和壓差信號(hào)劃分為多個(gè)不同尺度；計(jì)算靜電信號(hào)的不同尺度能量比重并判斷其大小；將不同尺度能量比重及大小關(guān)系作為必要參數(shù)，進(jìn)行判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)。該判斷依據(jù)適合各種輸送載氣的情況，實(shí)用性廣，同時(shí)采用靜電信號(hào)和壓力信號(hào)作為雙重判斷標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確性較高。本發(fā)明的信號(hào)采集裝置，包括：靜電傳感器探頭，前置電壓放大電路，壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣固兩相流流動(dòng)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是高壓密相氣力輸送流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化技術(shù)是在常壓或加壓條件下，保持一定溫度，通過(guò)氣化劑與煤炭反應(yīng)生成煤氣，煤氣中主要成分是一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃?xì)怏w。煤在氣化中可脫硫除氮，排去灰渣，因此，煤氣就成為潔凈燃料。高壓密相煤粉氣力輸送是煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其輸送的穩(wěn)定性以及煤粉在輸送管道內(nèi)的流動(dòng)特性直接影響到煤的氣化產(chǎn)物，因此對(duì)輸送不穩(wěn)定的診斷是亟待解決的問(wèn)題。所謂輸送穩(wěn)定是指水平管道中的煤粉輸送連續(xù)且管道截面上的煤粉濃度分布相對(duì)均勻，此時(shí)煤粉的流動(dòng)狀態(tài)為懸浮流、層流或兩者之間的過(guò)渡流態(tài)。反之，輸送不穩(wěn)定時(shí)，煤粉在管道截面上濃度分布不均勻且隨時(shí)間變化劇烈，比如疏密流和沙丘流以及兩者之間的過(guò)渡流態(tài)，更嚴(yán)重時(shí)煤粉輸送間斷，導(dǎo)致栓塞流甚至堵管的發(fā)生。
[0003]目前有較多的學(xué)者采用多種方法對(duì)高壓密相氣力輸送流動(dòng)的不穩(wěn)定性進(jìn)行研究，具體可以概括為采用基本方法(統(tǒng)計(jì)學(xué)和頻譜分析)或者非線(xiàn)性方法(分形，混沌，熵，小波，以及希爾伯特黃變換等)對(duì)輸送不穩(wěn)定時(shí)產(chǎn)生的壓力信號(hào)進(jìn)行分析，提取特征參數(shù)，對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定性進(jìn)行探討。這些研究結(jié)果對(duì)認(rèn)識(shí)高壓密相氣力輸送流動(dòng)不穩(wěn)定性有很大的幫助，但尚且沒(méi)有能夠給出明確的可用于檢測(cè)流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定的方法或依據(jù)。目前有通過(guò)計(jì)算壓力信號(hào)的“均方根/平均值”是否在某一區(qū)間范圍內(nèi)來(lái)判斷輸送是否達(dá)到臨界堵管狀態(tài)的方法，但區(qū)間范圍受輸送載氣的影響，且該方法僅給出輸送載氣為空氣和CO2時(shí)的區(qū)間范圍，因此適用范圍受限。同時(shí)隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，靜電和聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)所提取的輸送系統(tǒng)的波動(dòng)信號(hào)中也包含了非常多的與流動(dòng)相關(guān)的信息，而這些信息不包含在壓力信號(hào)中，因此僅采用壓力信號(hào)的特征值作為判斷流動(dòng)不穩(wěn)定的依據(jù)會(huì)影響判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種同時(shí)檢測(cè)高壓密相氣力輸送系統(tǒng)的靜電信號(hào)和壓差信號(hào)，并分別通過(guò)對(duì)靜電信號(hào)和壓差信號(hào)進(jìn)行處理作為判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)，從而提高流動(dòng)狀態(tài)判斷準(zhǔn)確性的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案是:
[0006]一種高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0007]步驟一、在高壓密相氣力輸送水平管道上安裝圓環(huán)狀靜電傳感器探頭和壓差傳感器探頭，并采集所述的靜電傳感器探頭上的靜電信號(hào)和壓差傳感器的壓差信號(hào)；
[0008]步驟二、分別對(duì)采集到的靜電信號(hào)和壓差信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解處理，靜電信號(hào)得到10個(gè)本征模態(tài)分量IMFs，壓力信號(hào)得到8個(gè)本征模態(tài)分量IMFs，然后對(duì)每個(gè)IMF分量進(jìn)行R/S分形分析得到關(guān)系曲線(xiàn)In [R ( τ ) /S ( τ )]~In τ，最后對(duì)關(guān)系曲線(xiàn)的直線(xiàn)段部分做線(xiàn)性擬合，得到擬合直線(xiàn)的斜率，即Hurst指數(shù)H ；
[0009]步驟三、根據(jù)分形特征及Hurst指數(shù)H的大小，將靜電信號(hào)劃分為微尺度、介尺度和宏尺度，將壓差信號(hào)劃劃分為宏尺度和介尺度；
[0010]步驟四、計(jì)算靜電信號(hào)的微尺度能量比重和介尺度能量比重，并比較靜電信號(hào)的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小；同時(shí)計(jì)算壓差信號(hào)的宏尺度能量比重；
[0011]步驟五、將靜電信號(hào)的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小關(guān)系和壓差信號(hào)的宏尺度能量比重分別作為一個(gè)必要參數(shù)，進(jìn)行判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)。
[0012]所述靜電信號(hào)的劃分為:對(duì)于靜電信號(hào)，將具有單分形特征，即Hurst指數(shù)H小于
0.5的MF分量劃入微尺度；將具有雙分形特征，即在小的時(shí)間延遲τ下Hurst指數(shù)H大于0.5小于I而大的時(shí)間延遲τ下的Hurst指數(shù)H小于0.5的MF分量劃入介尺度；將具有單分形特征，即Hurst指數(shù)H大于0.95小于I的IMF劃入宏尺度；
[0013]所述壓差信號(hào)的劃分為:對(duì)于壓差信號(hào)，將具有單分形特征，即Hurst指數(shù)H大于
0.95小于I的IMF分量劃入宏尺度，將其余的IMF量劃入介尺度。
[0014]一種高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)的檢測(cè)裝置，包括設(shè)置在輸送管道中的靜電傳感器、設(shè)置在輸送管道上的壓差傳感器探頭、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)，所述的靜電傳感器和壓差傳感器探頭經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡連接所述計(jì)算機(jī)，在所述的靜電傳感器與數(shù)據(jù)采集卡之間還連接有一前置電壓放大電路。
[0015]所述靜電傳感器包括金屬屏蔽罩、絕緣管道以及電極片，所述的電極片設(shè)置在絕緣管道的內(nèi)壁上，所述電極片的 寬度為絕緣管道內(nèi)徑的1/3-2/3，在所述的絕緣管道外設(shè)置所述的金屬屏蔽罩。
[0016]本發(fā)明檢測(cè)方法中靜電信號(hào)和壓差信號(hào)各尺度的能量比重計(jì)算方法為:
[0017]靜電信號(hào)被分解成10個(gè)IMF分量，假設(shè)其中微尺度占有M個(gè)IMF分量，分別是IMF1, IMF2...，MFm。一個(gè)MF分量為一組時(shí)間序列U1, X2，…xH}，其能量Eimf的計(jì)算公式為:
[0018]Eimf=X1^X22+...+Xh2
[0019]利用上述公式分別計(jì)算每個(gè)MF分量的能量，則靜電信號(hào)微尺度的能量比重R..emicr0.D = E 勝'+EYEimfu
【權(quán)利要求】
1.一種高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、在高壓密相氣力輸送水平管道上安裝圓環(huán)狀靜電傳感器探頭和壓差傳感器探頭，并采集所述的靜電傳感器探頭上的靜電信號(hào)和壓差傳感器的壓差信號(hào)； 步驟二、分別對(duì)采集到的靜電信號(hào)和壓差信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解處理，靜電信號(hào)得到10個(gè)本征模態(tài)分量IMFs，壓力信號(hào)得到8個(gè)本征模態(tài)分量IMFs ;然后對(duì)每個(gè)IMF分量進(jìn)行R/S分形分析得到關(guān)系曲線(xiàn)，最后對(duì)關(guān)系曲線(xiàn)的直線(xiàn)段部分做線(xiàn)性擬合，得到擬合直線(xiàn)的斜率，即Hurst指數(shù)H ； 步驟三、根據(jù)分型特征及Hurst指數(shù)H的大小，將靜電信號(hào)劃分為微尺度、介尺度和宏尺度，將壓差信號(hào)劃劃分為宏尺度和介尺度； 步驟四、計(jì)算靜電信號(hào)的微尺度能量比重和介尺度能量比重，并比較靜電信號(hào)的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小；同時(shí)計(jì)算壓差信號(hào)的宏尺度能量比重； 步驟五、將靜電信號(hào)的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小關(guān)系和壓差信號(hào)的宏尺度能量比重分別作為一個(gè)必要參數(shù)，進(jìn)行判斷高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述靜電信號(hào)的劃分為:對(duì)于靜電信號(hào)，將具有單分形特征，即Hurst指數(shù)H小于0.5的IMF分量劃入微尺度；將具有雙分形特征，即在小的時(shí)間延遲τ下Hurst指數(shù)H大于0.5小于I而大的時(shí)間延遲r下的Hurst指數(shù)H小于0.5的IMF分量劃入介尺度；將Hurst指數(shù)H大于0.95小于I的IMF劃入宏尺度； 對(duì)于壓差信號(hào)，將具有單分形特征，即Hurst指數(shù)H大于0.95小于I的MF分量劃入宏尺度，將其余的IMF量劃入介尺度。
3.一種用于權(quán)利要求1所述高壓密相氣力輸送煤粉流動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)方法的檢測(cè)裝置，其特征在于，包括設(shè)置在輸送管道內(nèi)的靜電傳感器、設(shè)置在輸送管道兩端的壓差傳感器探頭、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)，所述的靜電傳感器和壓差傳感器探頭靜數(shù)據(jù)采集卡連接所述計(jì)算機(jī)，在所述的靜電傳感器與數(shù)據(jù)采集卡之間還連接有一前置電壓放大電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述靜電傳感器包括金屬屏蔽罩、絕緣管道以及電極片，所述的電極片設(shè)置在絕緣管道的內(nèi)壁上，所述電極片的寬度為絕緣管道內(nèi)徑的1/3-2/3，在所述的絕緣管道外設(shè)置所述的金屬屏蔽罩。
【文檔編號(hào)】G01N11/00GK103499516SQ201310500850
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】許傳龍, 付飛飛, 李健, 宋飛虎 申請(qǐng)人:東南大學(xué)