刘文欢，徐品晶，陈延信，李　辉

(西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西西安　710055)

0　引言

输送提升管是旋风预热器系统中的重要装备，不但承担着上下两级旋风筒连接和气固的输送任务，同时承担着气、固两相间的换热，物料分散、均布、锁风等任务。从旋风筒收集下来的物料进入输送提升管，充分分散的同时在极短的时间(小于0．1 s)、极短的距离[1-3](小于0．2 m)内完成与高温气流的换热过程。为进一步优化悬浮预热器系统，达到节能降耗的目的，针对预热器输送提升管内阻力损失的构成及影响进行了试验研究，为优化各部分的压力损失提供实验指导，从而达到整体上优化输送提升管阻力损失的目的。

1　基于LabVIEW虚拟仪器的采集系统

选用LabVIEWwt[4-6]作为试验中的数据采集系统。通常情况下，一个基于虚拟仪器的数据采集与分析软件主要由系统界面、应用层、测试程序层和仪器设备层组成。如图1所示：自下而上，仪器设备层由各种仪器的驱动程序组成，它主要负责对设备以及接口进行设置和控制，将用户对仪器设备的各种设置信息传输至数据采集卡，并将数据采集卡采集的数字信号输送到测试程序层进行转换。由于数据采集卡采集的数字信号是电压信号，而不是所需要的物理量的测量值(如温度、压力等)，因此测试程序层的任务是将采集的电压信号转换为所需的物理量，并将其送到用户应用层进行处理。在试验研究中，需要对信号进行各种处理(如频谱分析、数字滤波等)，并对信号进行各种计算(如求平均值、最大值、最小值等)，处理和计算好的结果再发送到虚拟仪器系统界面显示。虚拟仪器系统界面是用户用来操作仪器设备系统，与仪器设备进行通信、输入参数设置、输出结果显示的用户接口[7]。图2为数据采集系统示意图。

图1　虚拟仪器系统软件结构图

图2　LabVIEW数据采集系统

2　试验方案和装置

2．1试验内容

在理论研究的基础上，按气固运动状态和输送管道的结构特征，将输送管分为：气固加速运动段-气固匀速运动段-弯管段。采用压力测控仪器对输送提升管内不同区域的阻力损失的构成进行了研究，得到了输送提升管内的阻降分布规律，探讨了不同操作风速、不同的物料负荷率时输送提升管阻力损失的分布。

2．2试验装置

图3为试验装置系统示意图。由集风管处静压环测得静压而求出管道风速，再根据截面积比计算得到换热管的截面气流速度。本试验选做的换热管截面风速为12 m/s、15 m/s、18 m/s、21 m/s．试验用粉料为水泥生料粉，平均粒径为19.64 μm，密度为2.687 g/cm3。

1—调速电机；2—螺旋给料机；3—喂料斗；4—PV4光纤浓度测量仪；5—输送提升管；6—旋风筒；7—集料斗；8—电子秤；9—袋收尘；10—引风机；11—集风管

输送提升管设有4个压力测点(A、B、C、D)。试验装置的输送提升管道直径为150 mm。根据物料在预热器输送提升管内的运动特征，将其分为物料运动加速段(CD段)和匀速段(BC段)，将垂直向水平过渡的部分称为弯管段(AB段)。其中加速段0.63 m，匀速段0.58 m，弯管段0.64 m，如图4所示。

图4　提升管道区域划分示意图

2．3LabVIEW数据采集主程序

LabVIEW数据采集与分析程序应完成以下功能：

(1)多通道采集，通道个数、采样频率、数据采集时间Δt根据试验需要可设定。通过传感器的标定所得到的电压与对应物理量之间的线性关系，可将所测的每个通道的电压信号与其所对应的真实物理量的值实时、直观地在前面板中显示出来；

(2)可将检测的数据存储到指定文件，设置警示灯，当电压值超出正常测定范围时，将自动报警；

(3)根据分析需要，完成特定的数据分析功能。

2．4采集信号的连接方式和采集方式

一个电压信号可以分为接地和浮动2种类型。测量系统可以分为差分(Differential)、参考地单端(RSE)、无参考地单端(NRSE)3种类型。根据待测物理量的需要，本试验采用差分系统，信号为接地信号。

系统采用的是多通道采集，多数通用采集卡都有多个模入通道，但是并非每个通道配置一个A/D，而是共用一套A/D，在A/D之前的有一个多路开关(MUX)，以及放大器(AMP)、采样保持器(S/H)等。通过这个开关的扫描切换，实现多通道的采样。多通道的采样方式有3种：循环采样、同步采样和间隔采样。在一次扫描(scan)中，数据采集卡将对所有用到的通道进行一次采样，扫描速率(scan rate)是数据采集卡每秒进行扫描的次数。本试验系统采用的为间隔采样，如图5所示。

图5　间隔采样

3　试验结果与分析

试验结果如图6～图10所示。

图6　空载态下不同风速时输送提升管各部分阻力

图7　风速12 m/s时不同固气比提升管各部分阻力损失对比

图8　风速15 m/s时提升管各部分阻力损失对比

图9　风速18 m/s时提升管各部分阻力损失对比

图10　风速21 m/s时提升管各部分阻力损失对比

(1)由图6得出，空载状态下，提升管各部分阻力损失均随着断面风速的增大而增大，此时提升管的总阻力损失主要来自于弯管段。这主要与弯管段的结构形式有关，弯管段为流体进入旋风器时，提升管由垂直向水平入口段的过渡段，气流在此处改变流向，因固壁边界形状不合流线而导致的大区域涡旋运动造成能量损失，有着相对较大的局部阻力损失。

(2)由图7～图10得出，当风速一定时，随着固气比的增大，输送提升管加速段、匀速段、弯管段的阻降在测量范围内随固气比的增大而增大，加速段的阻降的增长幅度最大，其次为弯管段，匀速段幅度增长最缓。

(3)由图7～图10得出，无论在低风速还是高风速下固气比一定时，匀速段的阻力损失都是最小的。弯管段阻力损失次之，加速段的阻力损失最大。加速段阻力损失远大于匀速段和弯管段，这种差别在高固气比条件下尤其明显，加速段压降占整个输送提升管道阻力损失的最大比重，超过了60%。由试验结果得出，提升管的阻力损失主要取决于加速段的阻力损失。分析原因[8-10]，主要是由于在物料运动加速段，当粉料未被气流打散时，粉团直径较大，流体拽力小于重力时，粉料加速下沉；打散后，粉团直径减小，流体拽力超过重力，粉料由低速下沉转为向上随气流运动，而向上运动初始时气固相对速度较大，粉料处于向上加速运动阶段。因此，由于气流要瞬间改变物料的运动状态，使物料同流向上运动，且气固间存在着较大的相对运动速度，会导致气流湍流强度增大，气体做功较大，产生较大的局部阻力损失。

4　结论

(1)设计了一套基于LabVIEW数据采集和分析软件的用于测量预热器换热管阻力损失的检测系统。实践证明，在预热器输送提升管阻力损的研究中，该系统能实时、高效地进行数据采集和分析，保证了研究工作的顺利开展。

(2)空载状态下，提升管加速段、匀速段和弯管段的阻力损失均随着断面风速的增大而增大，此时弯管段阻力损失所占比重最大。

(3)无论在低风速还是高风速下，固气比z一定时，匀速段的阻力损失都是最小的。弯管段阻力损失次之，加速段的阻力损失最大，这种差别在高固气比条件下尤其明显，加速段压降占整个输送提升管道阻力损失的最大比重，超过了60%，因此，输送提升管的阻力损失主要取决于加速段的阻力损失。

(4)通过分析预热器提升管内的阻力损失构成及影响比重，可以有针对性地提出优化预热器提升管阻降的措施：首先，加速区域的阻力损失在整个提升管的阻力损失中所占的比重最大。主要是由于气流要瞬间改变物料的运动状态，同时气固两相间存在较大的相对运动速度使能量损失较大而产生的。可通过安装合适的撒料装置，使物料粉团在进入换热提升管内以前便提前分散，达到优化提升管加速区域的阻力损失的目的。同时，弯管段的阻力损失主要由其结构形式所决定。因此在条件允许的情况下，应尽可能地将弯管段做成平滑的圆弧过渡。

参考文献：

[1]COMAS M，COMAS J，CHETRIT C，et al．Cyclone pressure drop and efficiency with and without an inlet vane．Powder Technology，1991，66：143-148．

[2]徐德龙．水泥悬浮预热预分解窑的理论研究与实践：[学位论文]．沈阳：东北大学，1996．

[3]周兵，陈德新，陈乃祥．基于虚拟仪器的测量分析系统．仪表技术与传感器，2004(12)：18-20．

[4]王稳稳，程明霄，顾雪梅，等．基于新型数字传感器的智能在线分析仪设计．仪表技术与传感器，2013(4)：107-110．

[5]AHMAD S．Testing electric streetlight components with LabVIWE con-trolled virtual instrumentaton．National Instruments http：//www．ni．com/pdf/csma/us/361018al．pdf，2006，02-15．

[6]李敏等．不同进出风方式对旋风筒主要性能参数的影响，水泥，2001(1)：20-22．