一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法及检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法及检测装置，其中检测方法具体步骤如下：采集所述的静电传感器探头上的静电信号和压差传感器的压差信号；分别对采集到的静电信号和压差信号进行经验模态分解处理，得到Hurst指数H；根据分型特征及Hurst指数H的大小，将静电信号和压差信号划分为多个不同尺度；计算静电信号的不同尺度能量比重并判断其大小；将不同尺度能量比重及大小关系作为必要参数，进行判断高压密相气力输送煤粉流动状态。该判断依据适合各种输送载气的情况，实用性广，同时采用静电信号和压力信号作为双重判断标准，准确性较高。本发明的信号采集装置，包括：静电传感器探头，前置电压放大电路，压力传感器，数据采集卡及计算机。
【专利说明】一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法及检测装
【技术领域】
[0001]本发明属于气固两相流流动检测【技术领域】，尤其是高压密相气力输送流动状态的检测技术。
【背景技术】
[0002]煤气化技术是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就成为洁净燃料。高压密相煤粉气力输送是煤气化技术的关键环节之一，其输送的稳定性以及煤粉在输送管道内的流动特性直接影响到煤的气化产物，因此对输送不稳定的诊断是亟待解决的问题。所谓输送稳定是指水平管道中的煤粉输送连续且管道截面上的煤粉浓度分布相对均匀，此时煤粉的流动状态为悬浮流、层流或两者之间的过渡流态。反之，输送不稳定时，煤粉在管道截面上浓度分布不均匀且随时间变化剧烈，比如疏密流和沙丘流以及两者之间的过渡流态，更严重时煤粉输送间断，导致栓塞流甚至堵管的发生。
[0003]目前有较多的学者采用多种方法对高压密相气力输送流动的不稳定性进行研究，具体可以概括为采用基本方法(统计学和频谱分析)或者非线性方法(分形，混沌，熵，小波，以及希尔伯特黄变换等)对输送不稳定时产生的压力信号进行分析，提取特征参数，对流动不稳定性进行探讨。这些研究结果对认识高压密相气力输送流动不稳定性有很大的帮助，但尚且没有能够给出明确的可用于检测流动状态不稳定的方法或依据。目前有通过计算压力信号的“均方根/平均值”是否在某一区间范围内来判断输送是否达到临界堵管状态的方法，但区间范围受输送载气的影响，且该方法仅给出输送载气为空气和CO2时的区间范围，因此适用范围受限。同时随着检测技术的发展，静电和声发射检测技术所提取的输送系统的波动信号中也包含了非常多的与流动相关的信息，而这些信息不包含在压力信号中，因此仅采用压力信号的特征值作为判断流动不稳定的依据会影响判断结果的准确性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种同时检测高压密相气力输送系统的静电信号和压差信号，并分别通过对静电信号和压差信号进行处理作为判断高压密相气力输送煤粉流动状态的参数，从而提高流动状态判断准确性的检测方法及检测装置。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案是:
[0006]一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法，其特征在于，具体步骤如下:
[0007]步骤一、在高压密相气力输送水平管道上安装圆环状静电传感器探头和压差传感器探头，并采集所述的静电传感器探头上的静电信号和压差传感器的压差信号；
[0008]步骤二、分别对采集到的静电信号和压差信号进行经验模态分解处理，静电信号得到10个本征模态分量IMFs，压力信号得到8个本征模态分量IMFs，然后对每个IMF分量进行R/S分形分析得到关系曲线In [R ( τ ) /S ( τ )]~In τ，最后对关系曲线的直线段部分做线性拟合，得到拟合直线的斜率，即Hurst指数H ；
[0009]步骤三、根据分形特征及Hurst指数H的大小，将静电信号划分为微尺度、介尺度和宏尺度，将压差信号划划分为宏尺度和介尺度；
[0010]步骤四、计算静电信号的微尺度能量比重和介尺度能量比重，并比较静电信号的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小；同时计算压差信号的宏尺度能量比重；
[0011]步骤五、将静电信号的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小关系和压差信号的宏尺度能量比重分别作为一个必要参数，进行判断高压密相气力输送煤粉流动状态。
[0012]所述静电信号的划分为:对于静电信号，将具有单分形特征，即Hurst指数H小于
0.5的MF分量划入微尺度；将具有双分形特征，即在小的时间延迟τ下Hurst指数H大于0.5小于I而大的时间延迟τ下的Hurst指数H小于0.5的MF分量划入介尺度；将具有单分形特征，即Hurst指数H大于0.95小于I的IMF划入宏尺度；
[0013]所述压差信号的划分为:对于压差信号，将具有单分形特征，即Hurst指数H大于
0.95小于I的IMF分量划入宏尺度，将其余的IMF量划入介尺度。
[0014]一种高压密相气力输送煤粉流动状态检测的检测装置，包括设置在输送管道中的静电传感器、设置在输送管道上的压差传感器探头、数据采集卡以及计算机，所述的静电传感器和压差传感器探头经数据采集卡连接所述计算机，在所述的静电传感器与数据采集卡之间还连接有一前置电压放大电路。
[0015]所述静电传感器包括金属屏蔽罩、绝缘管道以及电极片，所述的电极片设置在绝缘管道的内壁上，所述电极片的 宽度为绝缘管道内径的1/3-2/3，在所述的绝缘管道外设置所述的金属屏蔽罩。
[0016]本发明检测方法中静电信号和压差信号各尺度的能量比重计算方法为:
[0017]静电信号被分解成10个IMF分量，假设其中微尺度占有M个IMF分量，分别是IMF1, IMF2...，MFm。一个MF分量为一组时间序列U1, X2，…xH}，其能量Eimf的计算公式为:
[0018]Eimf=X1^X22+...+Xh2
[0019]利用上述公式分别计算每个MF分量的能量，则静电信号微尺度的能量比重R..emicr0.D = E 勝'+EYEimfu
【权利要求】
1.一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤一、在高压密相气力输送水平管道上安装圆环状静电传感器探头和压差传感器探头，并采集所述的静电传感器探头上的静电信号和压差传感器的压差信号； 步骤二、分别对采集到的静电信号和压差信号进行经验模态分解处理，静电信号得到10个本征模态分量IMFs，压力信号得到8个本征模态分量IMFs ;然后对每个IMF分量进行R/S分形分析得到关系曲线，最后对关系曲线的直线段部分做线性拟合，得到拟合直线的斜率，即Hurst指数H ； 步骤三、根据分型特征及Hurst指数H的大小，将静电信号划分为微尺度、介尺度和宏尺度，将压差信号划划分为宏尺度和介尺度； 步骤四、计算静电信号的微尺度能量比重和介尺度能量比重，并比较静电信号的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小；同时计算压差信号的宏尺度能量比重； 步骤五、将静电信号的微尺度能量比重和介尺度能量比重的大小关系和压差信号的宏尺度能量比重分别作为一个必要参数，进行判断高压密相气力输送煤粉流动状态。
2.根据权利要求1所述的高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法，其特征在于，所述静电信号的划分为:对于静电信号，将具有单分形特征，即Hurst指数H小于0.5的IMF分量划入微尺度；将具有双分形特征，即在小的时间延迟τ下Hurst指数H大于0.5小于I而大的时间延迟r下的Hurst指数H小于0.5的IMF分量划入介尺度；将Hurst指数H大于0.95小于I的IMF划入宏尺度； 对于压差信号，将具有单分形特征，即Hurst指数H大于0.95小于I的MF分量划入宏尺度，将其余的IMF量划入介尺度。
3.一种用于权利要求1所述高压密相气力输送煤粉流动状态检测方法的检测装置，其特征在于，包括设置在输送管道内的静电传感器、设置在输送管道两端的压差传感器探头、数据采集卡以及计算机，所述的静电传感器和压差传感器探头静数据采集卡连接所述计算机，在所述的静电传感器与数据采集卡之间还连接有一前置电压放大电路。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于:所述静电传感器包括金属屏蔽罩、绝缘管道以及电极片，所述的电极片设置在绝缘管道的内壁上，所述电极片的宽度为绝缘管道内径的1/3-2/3，在所述的绝缘管道外设置所述的金属屏蔽罩。
【文档编号】G01N11/00GK103499516SQ201310500850
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】许传龙, 付飞飞, 李健, 宋飞虎 申请人:东南大学