本發(fā)明屬于燃燒器流場測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多截面聲學(xué)層析成像直流燃燒器一次風(fēng)流場測量裝置。

背景技術(shù)：

燃燒器是工業(yè)鍋爐的主要燃燒設(shè)備，其作用是保證燃料和燃燒用的空氣在進(jìn)入爐膛時(shí)能夠充分混合，及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。目前常見的燃燒器多采用四角切圓直流燃燒器或旋流燃燒器，其中直流燃燒器出口氣流為直流射流，布置在爐膛四角，使燃燒氣流在爐內(nèi)進(jìn)行切圓燃燒。工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)部燃燒狀態(tài)與煤粉的進(jìn)爐方式密切相關(guān)，而煤粉是通過燃燒器的一次風(fēng)吹入爐膛的，一次風(fēng)方向直接影響著一次風(fēng)切圓半徑的大小，當(dāng)一次風(fēng)切圓偏大時(shí)，會(huì)造成鍋爐局部超溫、高溫腐蝕、火焰中心溫度偏低以及氮氧化物超標(biāo)等問題；若一次風(fēng)切圓偏小，則會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定、低溫腐蝕等問題。一次風(fēng)切圓半徑可以通過對(duì)一次風(fēng)風(fēng)向的測量反映出來，因此針對(duì)鍋爐內(nèi)部的燃燒狀態(tài)及溫度分布，可以通過直流燃燒器一次風(fēng)出口流場特性，特別是一次風(fēng)風(fēng)向的測量間接反映出來。目前針對(duì)一次風(fēng)的風(fēng)向測量主要有兩種方式：煙花示蹤方法與飄帶法。然而這兩種方法均只能在鍋爐暫停運(yùn)行時(shí)進(jìn)行冷態(tài)測試，而無法進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與調(diào)整。為實(shí)現(xiàn)直流燃燒器一次風(fēng)非冷態(tài)測量，本發(fā)明提出采用聲學(xué)層析成像技術(shù)的方法，層析成像是通過測量數(shù)據(jù)進(jìn)行截面圖像重建的一種場測量方法，可應(yīng)用于溫度分布的測量。該方法可利用聲波或超聲波層析成像技術(shù)，通過布置多個(gè)聲學(xué)換能器測量截面聲學(xué)傳播時(shí)間數(shù)據(jù)，再利用相應(yīng)的圖像重建算法，得到截面上的溫度分布數(shù)據(jù)，通過多截面的溫度分布數(shù)據(jù)即可分析得出熱流的流動(dòng)方向，最終確定出口處的溫度分布情況與熱流流向等熱力學(xué)特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種多截面聲學(xué)層析成像直流燃燒器一次風(fēng)出口流場測量裝置，其特征在于，包括多截面聲學(xué)換能器測量環(huán)或多截面超聲換能器測量環(huán)、測量管道外套環(huán)及隔熱層、聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置、功率放大裝置、聲學(xué)層析成像上位機(jī)。所述多截面聲學(xué)換能器測量環(huán)或多截面超聲換能器測量環(huán)通過所述測量管道外套環(huán)及隔熱層加以固定，所述聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置的輸入端與所述聲學(xué)層析成像上位機(jī)的輸出端相連，所述聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置的輸出端與所述功率放大裝置的輸入端相連，所述功率放大裝置的輸出端與多截面聲學(xué)換能器測量環(huán)或多截面超聲換能器測量環(huán)相連。

所述多截面聲學(xué)換能器測量環(huán)由一定數(shù)量的聲波換能器組成，所述多截面超聲換能器測量環(huán)由一定數(shù)量的超聲波換能器組成，所述聲波換能器或超聲波換能器固定于制作的PCB電路板上并環(huán)繞被測管道口徑加以固定，通過PCB電路板的輸入端口可以接收到由聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置提供的使能信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

所述測量管道外套環(huán)及隔熱層用于固定換能器與隔熱。

所述聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置由數(shù)據(jù)采集卡組成，根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出端口提供的信號(hào)頻率來調(diào)整聲波或超聲波的發(fā)生頻率。

所述功率放大裝置由功率放大器芯片與濾波電路組成，用于完成對(duì)聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)換能器發(fā)出聲波或超聲波。

所述聲學(xué)層析成像上位機(jī)用來存放溫度分布成像算法程序與圖像結(jié)果，所述聲學(xué)層析成像上位機(jī)可以是電腦或者其他能夠運(yùn)行matlab程序并且內(nèi)存充足的手持式電子設(shè)備。

所述多截面聲學(xué)層析成像直流燃燒器一次風(fēng)流場測量裝置包含的換能器的安裝方式，采用多截面測量結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可根據(jù)管道直徑的變化進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也能根據(jù)管道的直徑增加或減少換能器的數(shù)量。

所述多截面聲學(xué)層析成像直流燃燒器一次風(fēng)流場測量裝置的工作方法，包括以下步驟：

1)聲學(xué)層析成像上位機(jī)控制端發(fā)出測量信號(hào)；

2)聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置在接收到測量信號(hào)后，針對(duì)各個(gè)測量截面，同時(shí)向各截面第一個(gè)發(fā)射端的聲波或超聲波換能器發(fā)出一定頻率的方波信號(hào)；

3)各方波信號(hào)經(jīng)過功率放大器后，驅(qū)動(dòng)聲波或超聲波換能器；

4)測量接收端的聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置在接收到聲波或超聲波信號(hào)后，將信號(hào)傳輸至聲學(xué)層析成像上位機(jī)；聲學(xué)層析成像上位機(jī)通過多路開關(guān)，選擇切換發(fā)射端換能器，重復(fù)步驟2)-3)；

5)所有測量截面接收到全部接收數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)后，將全部數(shù)據(jù)導(dǎo)入聲學(xué)層析成像上位機(jī)，進(jìn)行多截面圖像重建，得到各截面溫度分布圖象；

6)分析各圖像高溫區(qū)域后，由聲學(xué)層析成像上位機(jī)得出一次風(fēng)流向測量結(jié)論。

本發(fā)明的有益效果在于，針對(duì)目前一次風(fēng)的主要測量方法大多為冷態(tài)測量，無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，本發(fā)明提出了一種多截面聲學(xué)層析成像直流燃燒器一次風(fēng)流場測量裝置，本裝置采用多截面測量結(jié)構(gòu)，利用聲學(xué)層析成像法，并根據(jù)實(shí)際情況選取聲波或超聲波進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流燃燒器一次風(fēng)出口非冷態(tài)測量；本專利利用直流燃燒器一次風(fēng)具備溫度分布不均這一熱力學(xué)特性，可針對(duì)氣體介質(zhì)進(jìn)行測量，能夠?qū)邆錅囟确植疾痪臒崃鬟M(jìn)行測量；同時(shí)，本裝置通過分析多截面的溫度分布測量數(shù)據(jù)，可定位每個(gè)截面的高溫區(qū)域，并通過多截面逐步確定一次風(fēng)熱流的出口流向，實(shí)現(xiàn)熱流流向的測量。

附圖說明

附圖1是直流燃燒器一次風(fēng)流向測量裝置系統(tǒng)框圖

附圖2是多截面溫度分布測量結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

附圖1是直流燃燒器一次風(fēng)流向測量裝置系統(tǒng)框圖，如圖1所示，本裝置包括多截面聲學(xué)換能器(或超聲換能器)測量環(huán)、測量管道外套環(huán)及隔熱層、聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置、功率放大裝置、溫度分布層析成像算法程序和聲學(xué)層析成像上位機(jī)。所述多截面聲學(xué)換能器或超聲換能器測量環(huán)環(huán)繞被測管道口徑并固定在PCB電路板上，通過所述測量管道外套環(huán)及隔熱層加以固定，所述聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置輸入端與所述聲學(xué)成像上位機(jī)輸出端相連，其輸出端與所述功率放大裝置的輸入端相連，所述功率放大裝置的輸出端與多截面聲學(xué)換能器或超聲換能器測量環(huán)相連，所述多截面聲學(xué)換能器或超聲換能器測量環(huán)通過所述溫度分布層析成像算法對(duì)一次風(fēng)出口流場進(jìn)行分析，定位熱流流向，并將結(jié)果反饋給聲學(xué)層析成像上位機(jī)。所述多截面聲學(xué)換能器(或超聲換能器)測量環(huán)由一定數(shù)量的聲波換能器或超聲波換能器環(huán)繞被測管道口徑，并制作PCB電路版將換能器固定與電路板上，通過電路板上的輸入端口就收信號(hào)發(fā)生裝置提供的使能信號(hào)驅(qū)動(dòng)；所述測量管道外套環(huán)及隔熱層是為了安裝聲波或超聲波換能器制作的隔熱套管，其作用在于固定換能器與隔熱，保證換能器安裝的穩(wěn)定性，同時(shí)減輕高溫對(duì)換能器帶來的影響；所述聲學(xué)換能器信號(hào)發(fā)生裝置由數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出端口提供，并根據(jù)信號(hào)的頻率調(diào)整聲波或超聲波的發(fā)生頻率；所述功率放大裝置由功率放大器芯片與濾波電路共同組成，用以完成對(duì)數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)換能器發(fā)出聲波或超聲波；所述溫度分布層析成像算法用于定位熱流流向。所述聲學(xué)層析成像上位機(jī)是存放溫度分布成像算法程序與圖像結(jié)果的設(shè)備，可以是電腦或者其他手持式電子設(shè)備，原則上只要能夠運(yùn)行matlab程序，并具備足夠內(nèi)存的電子設(shè)備均可。

所述測量裝置利用聲學(xué)層析成像技術(shù)，層析成像是通過測量數(shù)據(jù)進(jìn)行截面圖像重建的一種場測量方法，可應(yīng)用于溫度分布的測量。該技術(shù)可采用聲波或超聲波層析成像技術(shù)，具體選擇聲波或超聲波要根據(jù)實(shí)際測量尺度、溫度、環(huán)境等具體要求，如果選用超聲波可有效降低環(huán)境噪聲對(duì)測量的影響，但是超聲換能器對(duì)耐高溫特性的要求比較高；如果選用聲波則對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更好，但是對(duì)于后期的誤差分析要求更高。由于燃燒器的一次風(fēng)是經(jīng)過預(yù)熱的熱氣流混合著煤粉的兩相流，并且由于煤粉顆粒直徑一般只有幾十微米，因此并不影響聲學(xué)測量方法的應(yīng)用，通過布置多個(gè)聲學(xué)換能器，可測量截面聲學(xué)發(fā)射端至接收端的傳播時(shí)間數(shù)據(jù)，通過聲學(xué)傳播時(shí)間數(shù)據(jù)在利用相應(yīng)的圖像重建算法，便可得到截面上的溫度分布數(shù)據(jù)；又由于一次風(fēng)是具有一定溫度分布的熱氣流，通過多截面的溫度分布數(shù)據(jù)即可分析得出熱流的流動(dòng)方向，最終確定出口處的溫度分布情況與熱流流向等熱力學(xué)特性。

所述測量裝置包括的各個(gè)組成部分為一整體，只有全部裝置在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)才能完成測量，缺一不可。其中測量裝置的換能器安裝方式采用多截面測量結(jié)構(gòu)，如附圖2所示，由于該裝置采用多截面溫度分布測量結(jié)果對(duì)燃燒器一次風(fēng)管道出口熱流進(jìn)行流場測量，并且這種結(jié)構(gòu)可根據(jù)管道直徑的變化進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也能根據(jù)管道的直徑增加或減少換能器的數(shù)量。本裝置在安裝完成后，按照上位機(jī)指令，可隨時(shí)進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)直流燃燒器一次風(fēng)非冷態(tài)測量。

該裝置的具體工作流程如下所述：

聲學(xué)層析成像上位機(jī)的控制端向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出測量起始信號(hào)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡接收到測量信號(hào)后，同時(shí)向各個(gè)測量截面的第一個(gè)發(fā)射端換能器發(fā)出一定頻率的方波信號(hào)，經(jīng)過功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)聲波或超聲波換能器，當(dāng)各個(gè)測量截面的測量接收端在接收到聲波或超聲波信號(hào)后，將信號(hào)傳輸至上位機(jī)成像算法程序中等待處理，上位機(jī)通過多路開關(guān)，選擇切換發(fā)射端換能器，然后繼續(xù)進(jìn)行信號(hào)采集，并根據(jù)信號(hào)的頻率調(diào)整聲波或超聲波的發(fā)生頻率，驅(qū)動(dòng)聲波或超聲波換能器，當(dāng)所有測量截面接收到的全部數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)后將全部數(shù)據(jù)導(dǎo)入成像算法，進(jìn)行多截面圖像重建，并得到各測量截面的溫度分布圖像，通過分析各圖像高溫區(qū)域后，上位機(jī)將給出一次風(fēng)流向的測量結(jié)論。由于燃燒器的一次風(fēng)是經(jīng)過預(yù)熱的熱氣流混合著煤粉的兩相流，同時(shí)具備溫度分布不均的熱力學(xué)特性，從原理上分析，聲波或超聲波在溫度不均的氣體介質(zhì)上傳播速度不同這一特性，可針對(duì)于氣體介質(zhì)進(jìn)行測量。同時(shí)由于一次風(fēng)混合的煤粉顆粒微小，直徑一般只有幾十微米，并不影響氣體介質(zhì)測量的本質(zhì)。通過分析多截面的溫度分布測量數(shù)據(jù)，可定位每個(gè)截面的高溫區(qū)域，并通過多截面逐步確定一次風(fēng)熱流的出口流向。

此實(shí)施例僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。