[发明专利]确定通过横截面流动的介质特性的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定通过横截面流动的介质特性的设备。

背景技术

在许多工业设备中，借助介质通过管道或软管的流动进行输送起着重要的作用。在这里，要输送的介质往往涉及一种多相混合物，它由例如液态或气态的载体介质和要附加输送的介质组成。例如，由包含小和最小固体和/或液体粒子以及用空气做为气态载体介质组成的粉尘流，如其在燃煤电厂内出现的那样。在那里，来自例如煤磨碎机的煤粉，通过许多煤粉管道分配给多个燃烧器。

越精确地知道流动多相混合物确定的特性，例如在煤粉管道内的煤粉特性，便能越好地影响并因而也能优化以其为基础的过程。因此始终需要已经能使用的那些测量方法，并允许确定混合物的过程参数，如质量流量、流动速度或粒子速度、粒度分布、湿度和成分。

尤其在确定小和最小的粒子的流动特性时产生的疑难问题是，不仅沿流动方向，而且在流动横截面内的不均匀性和不规则分布。例如在通常设计为管道或通道的煤粉管道内煤粉量的分布，受成绺()的影响，由个别的测量不能有足够分辨率地检测这种成绺。

为了说明管道内部的成绺，在图1A中示意表示直管段2的侧视图。在左侧的箭头表示混合物的流动方向。在管段2内部表示了由煤粉组成的绺S()。典型的测量布置由多个排列在管段侧面的测量传感器组成。在位置x1、x2、x3和xN，测量装置M1、M2、M3和MN伸入管道内部，在这里，这些传感器可以设置在管段外，或也可以设置在管段内，以借助规定的测量原理提供例如有关成绺的两相流浓度(Beladung)的信息。在图1B中表示管段2透视图。图中示意表示在管段的位置x1至x3的三个成120度在空间错开定位的传感器。在此图中可以清楚看出，通过测量传感器沿管道纵向固定地设置，以及从每个传感器都发射出一个锥形辐射的前提条件下，在规定区域内的信号探测是不能满足要求的。例如测量传感器M2没有提供信号，因为用SQ标示的绺横截面并没有处于M2用剖面线表示的测量锥内部。尽管有大量传感器，但只有很少部分的成绺并且不是能被所有传感器都识别。在这种配置的情况下，更好的分辨率并因而更好的结果，只能借助附加的传感器达到。在欧洲专利文件EP1459055中公开了一种按图1A所示原理构成的测量装置。

这种测量方法的缺点是，它们大多在外部，从固定的测量位置出发，在测量容积内或通过测量容积测量，以及传感器只有一个有限的测量范围，这既涉及在测量容积内的侵入深度，也涉及视角(参见图1B)。由此限制空间分辨率并因而限制精确度。应记录的流动介质信息越多，设备布置消耗越高，这又与提高的成本相关联。

发明内容

本发明的目的是，提供一种克服这些缺点的设备。尤其应提供一种简单的结构，用于定量和空间检测横向于介质尤其是多相混和物流动方向上的不均匀性。

通过独立权利要求1的特征所述达到此目的。在从属权利要求中分别说明有利的设计。

按权利要求1所述用于确定通过横截面流动的介质特性的设备，有至少一个传感器，它包括至少一个用于将电磁和/或声辐射输入介质内的发射装置，以及至少一个用于根据在介质内反射或通过介质传送的辐射产生测量信号的接收装置。此外还设置评估装置，它根据测量信号确定介质的特性。按本发明，所述至少一个发射装置和所述至少一个接收装置设计为，使辐射基本上在横截面中心输入介质内或从介质输出。这可以采取下述措施达到，亦即将一个测量头可旋转地设置在至少接近横截面中心，并设计为，使发射的辐射方向相对于基本上平行于介质流动方向延伸的轴线倾斜一个角度，以及辐射方向围绕轴线的旋转位置是变化的。

通过将测量设备或至少其部分置入测量容积内，有利地在测量容积中心(例如在管道中心)，有利地提高测量精度。测量距离减小(在管道内当设置在中心的情况下测量距离减半)，从而能实施更有效的测量。测量头(天线)、一个传感器或多个传感器可旋转地设置，能有利地检测流动介质的不均匀性。根据辐射相对于流动方向的角度，尤其可以探测横向于流动方向的不均匀性。此外，有利地可以通过空间配位，推断例如流动分布的不均匀性。通过旋转测量传感器，可靠地检测不均匀性。类似于雷达，可借助辐射扫描整个测量容积，由此确定介质的特性，尤其混合物特性，例如质量流量或粒子浓度。在煤粉绺的情况下，借助在管道中心的测量装置，可以准确检测煤粉绺的空间位置。这种装置一个突出的优点是，取代多个围绕管道圆周安置的传感器，只须在管道中心安装单个传感器，这意味着减少设备配置，降低成本和减少维护费用。