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烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置

阅读：605发布：2020-05-12

专利汇可以提供烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，包括管式加热炉、箱式电阻炉、视窗组件、动叶叶片、耐火支座、坐标架、热电偶测温仪、流量计、高速摄像机、激光发射器、CCD相机、金属卤化物灯、图像采集分析系统，所述管式加热炉和箱式电阻炉之间通过输入管路和输出管路连接，所述箱式电阻炉的输入管路上依次安装热电偶测温仪和流量计，所述动叶叶片下端与耐火支座配合安装并放置在箱式电阻炉中，所述高速摄像机和CCD相机设置在箱式电阻炉正上方并与图像采集分析系统相连，所述激光发射器和金属卤化物灯设置在箱式电阻炉正前方。本实用新型可以实现催化剂颗粒运动轨迹的可视化，用来研究催化剂颗粒的运动及沉积规律。，下面是烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，其包括：箱式电阻炉(1)、管式加热炉(2)、视窗组件(3)、动叶叶片(4)、耐火支座(5)、热电偶测温仪(6)、流量计(7)、图像采集分析系统(8)、CCD相机(9)、激光发射器(10)、坐标架(11)、高速摄像机(12)、金属卤化物灯(13)，其特征在于：所述箱式电阻炉(1)与管式加热炉(2)通过管路相连，所述热电偶测温仪(6)和流量计(7)依次安装在箱式电阻炉(1)的输入管路上，所述动叶叶片(4)与耐火支座(5)配合安装并置于箱式电阻炉(1)炉膛内，所述视窗组件(3)分别安装在箱式电阻炉(1)的上侧面和前侧面，所述CCD相机(9)和高速摄像机(12)设置在箱式电阻炉(1)的正上方并与图像采集分析系统(8)相连，所述激光发射器(10)和金属卤化物灯(13)固定在箱式电阻炉(1)正前方的坐标架(11)上。
2.根据权利要求1所述烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，其特征在于：所述箱式电阻炉(1)与管式加热炉(2)组合形成加热系统，对箱式电阻炉(1)左右两侧开孔并连接不锈钢管，管式加热炉(2)的炉管内径与不锈钢管管径相同，使携带颗粒的高温气体保持流动状态。
3.根据权利要求1所述烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，其特征在于：所述视窗组件(3)提供可视区域，固定在耐火支座(5)的动叶叶片(4)布置在可视区域范围内，为了捕捉清晰的流场细节，将激光发射器(10)和金属卤化物灯(13)固定在可视区域正前方的坐标架(11)上提供高强度光源，CCD相机(9)和高速摄像机(12)布置在可视区域的正上方，采集颗粒的运动图像并将数据传递到图像采集分析系统(8)。
4.根据权利要求1所述烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，其特征在于：所述管式加热炉(2)和箱式电阻炉(1)的炉衬材料选用石英质耐火材料，适用于低于1800℃的高温且耐磨性好。
5.根据权利要求1所述烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，其特征在于：所述金属卤化物灯(13)选用BL-1000A型号，具有发光效率高、寿命长、显色性能好的优点。

说明书全文

烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种可视化实验装置，尤其涉及催化裂化能量回收系统中一种烟气轮机叶片表面颗粒沉积可视化实验装置。

背景技术

[0002] 可视化实验装置能够直接反映研究对象的宏观和微观过程，因此被广泛应用于多相流流动与分离领域，用于研究不同运行条件下的流场情况。

[0003] 烟气轮机是催化裂化能量回收系统的重要设备，直接关系到整个炼油厂的经济效益。由于高温烟气中的催化剂颗粒不可能完全去除，当携带颗粒的高温烟气经过第三级旋风分离器后，大部分大于10μm的催化剂颗粒被分离出去，仍有少量大于10μm的催化剂颗粒和无法被分离的小颗粒随着高温烟气流动进入烟气轮机内部。这些催化剂颗粒是烟气轮机叶片结垢的物质基础，可以导致烟气轮机结垢、振动甚至被迫停机。因此，研究催化剂颗粒的沉积特性对探索颗粒的沉积机理具有非常重要的意义，能够为烟气轮机阻垢技术的开发提供理论依据。

[0004] 为了研究催化剂颗粒在叶片表面的沉积机理，需要从催化剂颗粒的运动特性及沉积规律入手。实际烟气轮机的工作环境为高温、高压、高转速，现有的实验装置只能在实验结束后拆卸动叶叶片，才能获得动叶表面催化剂颗粒的沉积形态，但无法获得催化剂颗粒的运动轨迹以及颗粒与壁面碰撞后的黏附和反弹效果。因此，设计一种真实、直观地反映颗粒运动过程的烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置显得尤为重要。实用新型内容

[0005] 针对以上问题，本实用新型提供了一种烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，能获得催化剂颗粒运动轨迹及颗粒与壁面碰撞后的黏附反弹效果，用于研究不同颗粒性质、不同运行参数下催化剂颗粒的沉积特性，可以为烟气轮机阻垢技术的开发奠定基础。

[0006] 本实用新型所述的烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置，包括管式加热炉、箱式电阻炉、视窗组件、动叶叶片、耐火支座、坐标架、热电偶测温仪、流量计、高速摄像机、激光发射器、CCD相机、金属卤化物灯、图像采集分析系统，所述管式加热炉和箱式电阻炉之间通过输入管路和输出管路连接，所述箱式电阻炉的输入管路上依次安装热电偶测温仪和流量计，所述动叶叶片下端与耐火支座配合安装并放置在箱式电阻炉中，所述高速摄像机和CCD相机设置在箱式电阻炉正上方并与图像采集分析系统相连，所述激光发射器和金属卤化物灯设置在箱式电阻炉正前方。

[0007] 作为本实用新型的一种优选技术方案，所述箱式电阻炉的前侧面和上侧面设置两个视窗组件，便于激光照射动叶叶片及采集图像，所述视窗组件材料选用耐高温视窗玻璃。

[0008] 作为本实用新型的一种优选技术方案，所述激光发射器和金属卤化物灯固定在坐标架上，可灵活移动，便于照射到动叶叶展方向上的任意截面，所述金属卤化物灯选用BL-1000A型号，具有发光效率高、寿命长、显色性能好的优点。

[0009] 作为本实用新型的一种优选技术方案，所述箱式电阻炉的左、右两个侧面开孔，连接有输入管路和输出管路，使高温气体以流动状态冲击所述动叶叶片。

[0010] 作为本实用新型的一种优选技术方案，所述管式加热炉和箱式电阻炉的炉衬材料选用石英质耐火材料，适用于低于1800℃的高温且耐磨性好。

[0011] 作为本实用新型的一种优选技术方案，所述管式加热炉的炉管内径与输入管路、输出管路的直径相同，保证高温气体稳定流动。

[0012] 本实用新型与现有技术相比所具有的的有益效果是：烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置实现催化剂颗粒在运动过程中黏附和反弹行为的可视化，在不同流量、温度条件下观测不同粒径、形状的颗粒运动过程，并获取颗粒运动过程中的图像；利用高速摄像机和金属卤化物灯可以捕捉单个颗粒运动的动态过程，利用CCD相机和激光发射器可以捕捉颗粒运动的瞬态图像，据此可对催化剂颗粒的流动及沉积特性进行研究，确定运行参数和颗粒性质对催化剂颗粒在动叶表面沉积规律的影响，为烟气轮机阻垢技术的开发提供理论依据。附图说明

[0013] 图1是本实用新型结构示意图。

[0014] 图2是本实用新型箱式电阻炉俯视图。

[0015] 图3是本实用新型动叶叶片与耐火支座结构示意图。

[0016] 图中：1、箱式电阻炉；2、管式加热炉；3、视窗组件；4、动叶叶片；5、耐火支座；6、热电偶测温仪；7、流量计；8、图像采集分析系统；9、CCD相机；10、激光发射器；11、坐标架；12、高速摄像机；13、金属卤化物灯。

具体实施方式

[0017] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0018] 实施例：

[0019] 如图1所示，烟气轮机动叶表面颗粒沉积可视化实验装置包括：箱式电阻炉1、管式加热炉2、视窗组件3、动叶叶片4、耐火支座5、热电偶测温仪6、流量计7、图像采集分析系统8、CCD相机9、激光发射器10、坐标架11、高速摄像机12、金属卤化物灯13，所述箱式电阻炉1与管式加热炉2通过管路相连，所述热电偶测温仪6和流量计7依次安装在箱式电阻炉1的输入管路上，所述动叶叶片4与耐火支座5配合安装并置于箱式电阻炉1炉膛内，所述视窗组件
3分别安装在箱式电阻炉1的上侧面和前侧面，所述CCD相机9和高速摄像机12设置在箱式电阻炉1的正上方并与图像采集分析系统8相连，所述激光发射器10和金属卤化物灯13固定在箱式电阻炉1正前方的坐标架11上。

[0020] 如图2所示，通过所述视窗组件3可以观察到完整的动叶叶片4，CCD相机9和高速摄像机12可以采集动叶叶片4近壁面处的图像并传递数据至图像采集分析系统8。

[0021] 如图3所示，所述动叶叶片4的底部嵌入耐火支座5的凹槽，便于固定和拆卸动叶叶片4。

[0022] 本实用新型的工作原理：携带催化剂颗粒的气体先进入管式加热炉2，加热至实验温度，然后流入箱式电阻炉1，高温气体绕过箱式电阻炉1炉膛内的动叶叶片4，最后通过输出管路流出。将CCD相机9固定在箱式电阻炉1的正上方，激光发射器10布置在箱式电阻炉1正前方的坐标架11上，发射出的片光源厚度仅为1mm且强度高，因此拍摄的二维平面可以代表该位置处的瞬态流场，采集到的数据被传递到图像采集分析系统8中，对每组图片进行剔除背景及参数设置、运算处理后即可得到催化剂颗粒的瞬时速度场。拆除激光发射器10和CCD相机9，将高速摄像机12固定在箱式电阻炉1的正上方，设置快门时间为1μs，金属卤化物灯13布置在坐标架11上作为动叶叶片4的高强度表面光源，实验过程中高速摄像机12将高速运动的颗粒运动轨迹以及颗粒与动叶叶片4碰撞后的黏附、反弹行为通过连续高速拍摄捕捉下来，并将数据传递到图像采集分析系统8进行处理。

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