一种旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法

申请号 CN202311304126.3 申请日 2023-10-10 公开(公告)号 CN117309058A 公开(公告)日 2023-12-29
申请人 中国矿业大学; 发明人 窦东阳; 张纯龙; 李佳伟; 魏远泽;
摘要 一种 水 力 旋流器 内壁磨损故障在线检测装置和方法,属于选 煤 设备在线检测装置和方法。包括水力旋流器本体和在线检测装置,在线检测装置包括三个振动 传感器 、一个浓度计、一个粒度仪及一个流量计。工控机计算旋流器振动传感器安装 位置 磨损故障 频率 ,同时将传入的三个振动时域 信号 转换为频域信号,分析其中频率分量,根据是否出现计算得出的故障频率以及其幅值大小判断壳体内壁是否出现磨损故障及其磨损程度。本 发明 提出了水力旋流器磨损故障频率计算模型,能够实时准确检测水力旋流器运行过程中是否出现磨损故障,结构简单,安装方便,可靠性高,解决了原来人为检修操作不便、依赖人工经验等问题。
权利要求

1.一种旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为:包括水力旋流器本体和在线检测装置,所述在线检测装置包括:三个振动传感器、浓度计、粒度仪和流量计。利用所述水力旋流器内壁磨损故障频率公式 计算所述振动传感器安装
位置壳体内壁磨损故障频率,同时将传入的三个振动时域信号转换为频域信号,分析其中频率分量,根据是否出现计算得出的故障频率fc以及其幅值大小判断壳体内壁是否出现磨损故障及其磨损程度。
2.根据权利要求1所述的一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为:假定入料泥水中颗粒为球体、分布均匀,且不可压缩;所述振动传感器安装位置处壳体直径D,入料口截面积S;分散相颗粒粒度d、体积百分比浓度C、进料口体积流量Q。
煤泥水中颗粒转速:
煤泥水中颗粒间距L:根据体积浓度C得单位体积正方体煤泥水中颗粒个数:
颗粒间距:
圆周上颗粒个数Z(由于颗粒尺寸d<<D,故有D‑d≈D):
在分级时悬浮液以较高的速度由进料管沿切线方向进入所述水力旋流器,由于受到外筒壁的限制,迫使液体做自上而下的旋转运动,所述水力旋流器内壁磨损故障频率公式类比轴承外圈
其中:α接触为0°,代入Z、fr,忽略d对D的影响,所述水力旋流器内壁磨损故障频率为:
3.根据权利要求1所述的一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为:所述振动传感器分别安装在所述水力旋流器入口环形空间、柱段以及底流口处;所述浓度计、所述粒度仪和所述流量计安装在所述水力旋流器入料口处。
4.根据权利要求1所述的一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为:所述振动传感器输出振动加速度的有效值、所述浓度计输出入料体积百分比浓度C、所述粒度仪输出分散相中颗粒粒度d、所述流量计输出进料口体积流量Q。所述振动传感器与工控机相连,保证数据能够输入在工控机中进行后续运算处理。
5.根据权利要求3所述的一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为:所述振动传感器测量其安装位置的所述水力旋流器壳体直径D;所述浓度计、所述粒度仪及所述流量计测量入料口截面积S。
6.根据权利要求2所述的一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为工控机中进行三部分运算:①对于传入的入料浓度、颗粒粒度和入料流量,以及所述水力旋流器壳体直径和入料口截面积,根据公式计算相应位置磨损故障频率;②工控机将所述振动传感器传入的时域信号转换为频域信号;③分析频域信号中是否出现故障频率以及其幅值大小判断所述振动传感器安装位置内壁是否出现磨损故障及其磨损程度。
7.根据权利要求2所述的一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,其特征为:所述水力旋流器内壁磨损故障频率公式 其中Q,C,d均为仪表实时
检测值,D和S为预先得到的固定值,其中S为所述水力旋流器入料口直径;D对应所述振动传感器安装位置处壳体直径,共三个值,对应所述振动传感器处安装直径,计算出所述振动传感器安装位置的磨损故障频率。

说明书全文

一种旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及选设备技术领域,尤其涉及一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法。

背景技术

[0002] 水力旋流器在固液分离过程中扮演着至关重要的色。它能够有效地将固体颗粒从液体中分离出来,是选煤行业领域的关键设备。然而,长期运行和固体颗粒的冲击摩擦作用会导致水力旋流器内壁磨损的问题,这不仅会降低设备的性能和效率,还可能导致设备的提前损坏和系统的不稳定运行。
[0003] 更为严重的是,内壁磨损往往不容易被发现,这给设备的安全性和可靠性带来了潜在险。传统的磨损检测方法存在一定的局限性,主要依赖经验判断,缺乏系统的理论指导。首先,目视检查和人工测量方法需要停机拆卸设备进行,操作繁琐且需要大量的人力和时间成本,无法实现实时监测。同时,经验判断缺乏量化的准确性,无法对磨损程度进行精确评估,导致维护和修复措施的选择不够科学和精细化。其次,由于水力旋流器内部结构的特殊性,传统的检测手段往往无法检测到内壁磨损的细微变化,造成磨损程度的判断不准确。加之检测不便利或代价过高,磨损问题常常被忽视,进而可能导致事故的发生。
[0004] 目前,虽然有一些磨损预测模型及在线检测装置的研究,但这些理论模型往往仅适用于特定条件下的特定材料,而一些在线检测装置操作复杂、维护困难,难以推广到水力旋流器的实际工况中。
[0005] 因此,迫切需要一种可靠、易操作且经济的在线检测装置和方法来实时、准确地监测水力旋流器内壁的磨损情况,以便及时采取相应的维护和修复措施。从而延长设备的使用寿命,提高系统的可靠性和稳定性,有助于优化运行参数,提高固液分离效率和产品质量

发明内容

[0006] 本发明的目的是要提供一种结构简单,检测准确的水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,解决传统方法缺乏理论指导、不精细化、操作繁琐的问题。
[0007] 为了解决上述问题,本发明采取的技术方案是:一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,包括水力旋流器本体和检测装置;
[0008] 所述水力旋流器包括入料口、锥形壳体(进口环形空间、柱段、锥段)、底流口三部分构成。
[0009] 所述检测装置包括振动传感器、浓度计、粒度仪及流量计。
[0010] 所述振动传感器共三个分别安装在旋流器锥形壳体的进口环形空间、柱段以及底流口处,采集设备运行过程中振动时域信号;振动传感器安装完毕后,测量各自安装位置的壳体直径。
[0011] 所述浓度计、所述粒度仪、所述流量计均安装在水力旋流器入料口处,分别采集入料浓度、入料粒度和入料流量;上述装置安装完毕后,测量旋流器入料口截面积。
[0012] 工控机通过数据传输线缆与所述振动传感器、浓度计、粒度仪和流量计相连,保证数据能够输入在工控机中进行后续运算处理。
[0013] 在线检测方法:对不同的水力旋流器在投入使用前首先需要测量其安装参数,安装参数包括三个振动传感器安装位置的壳体直径D和旋流器入料口截面积S。当水力旋流器正常运转时,振动传感器输出加速度信号(时域信号)、浓度计输出入料体积百分比浓度信号C、粒度仪输出入料分散相粒度信号d、流量计输出入料口体积流量信号Q;所有信号及安装参数输入到工控机中。工控机中计算水力旋流器振动传感器安装位置磨损故障频率,同时将传入的三个振动时域信号转换为频域信号,分析其中频率分量,根据是否出现计算得出的故障频率以及其幅值大小判断振动传感器安装位置内壁是否出现磨损故障及其磨损程度。
[0014] 所述水力旋流器内壁磨损故障频率计算公式为 其中Q,C,d均为仪表实时检测值,D和S为预先得到的固定值。
[0015] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0016] 本发明利用了水力旋流器内壁磨损故障频率与壳体振动加速度、入料浓度、入料流量、入料粒度和安装参数的关系,推导出旋流器内壁磨损故障频率计算公式。与现有技术相比,本发明能够实时准确地检测水力旋流器是否出现内壁磨损故障,方便对其工作状态进行实时监控,结构简单、安装难度小,具有较好的可靠性,解决了现有选矿厂对于设备定期检修方式所导致的维修过剩或者维修不足的弊端。附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置的控制流程图
[0019] 图2为一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置的结构示意图。
[0020] 图中:1、水力旋流器;2、入料口;31、第一振动传感器;32、第二振动传感器;33、第三振动传感器;4、浓度计;5、粒度仪;6、流量计。

具体实施方式

[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通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,都应当属于本发明的保护的范围。
[0022] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023] 其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0024] 本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0025] 同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0026] 一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置和方法,在线检测装置包括:第一振动传感器31、第二振动传感器32、第三振动传感器33、浓度计4、粒度仪5、流量计6;第一振动传感器31安装在水力旋流器1进口环形空间处,第二振动传感器32安装在柱段,第三振动传感器33安装在底流口处;浓度计4、粒度仪5和流量计6并排安装在入料口2处。
[0027] 首先对水力旋流器1进行故障实验研究,收集水力旋流器1器壁磨损和正常的数据,建立磨损故障程度与故障频率幅值区间之间的对应关系。
[0028] 第三振动传感器33输出振动加速度的有效值,浓度计4输出入料体积百分比浓度、粒度仪5输出分散相中颗粒粒度、流量计6输出进料口体积流量。第一振动传感器31、第二振动传感器32、第三振动传感器33与工控机相连,保证数据能够输入工控机中进行后续运算处理。
[0029] 本发明针对不同的水力旋流器1在投入使用前首先需要获得其安装参数,上述装置安装完毕后,分别测量第三振动传感器33安装位置处的壳体直径D以及入料口2处的截面积S。
[0030] 水力旋流器1工作时,按照公式 计算第一振动传感器31、第二振动传感器32、第三振动传感器33安装位置处水力旋流器1的壳体内壁磨损故障频率,其中Q,C,d均为仪表实时检测值,D和S为预先测量的安装参数,同时将传入的三个振动时域信号转换为频域信号,分析其中频率分量,根据是否出现计算得出的故障频率以及其幅值大小判断第一振动传感器31、第二振动传感器32、第三振动传感器33安装位置处壳体内壁是否出现磨损故障及其磨损程度。
[0031] 如图1所示为一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置的控制流程图,当水力旋流器1正常运转时,悬浮液以较高的速度由进料口沿切线方向进入,由于受到外筒壁的限制,迫使液体做自上而下的旋转运动。振动传感器、浓度计、粒度仪、流量计、工控机正常工作。根据传感器实时检测参数、安装参数,结合故障频率计算公式,工控机能够实时监测旋流器是否出现内壁磨损故障。
[0032] 如图2所示为一种水力旋流器内壁磨损故障在线检测装置的结构示意图,第一振动传感器31安装在入料口2环形空间,第二振动传感器32安装在柱段,第三振动传感器33安装在底流口;浓度计4、粒度仪5和流量计6并排靠近安装在入料口2处。
[0033] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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