專利名稱：氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冷軋金屬板帶熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及熱處理工藝中的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著各產(chǎn)業(yè)對高質(zhì)量產(chǎn)品的需求不斷增加，對金屬板熱處理的工藝要求越來越嚴(yán)格，在熱處理過程中，為了得到一定機(jī)械性能和良好表面特性的金屬板帶產(chǎn)品，需要將金屬板加熱到臨界溫度以上，然后用氣體噴吹冷卻方法，并嚴(yán)格控制冷卻速率在工藝許可的范圍內(nèi)。因此，為了開發(fā)適應(yīng)這種精細(xì)的熱處理工藝的冷卻設(shè)備，需要對氣體噴吹冷卻裝置的性能進(jìn)行測試和檢驗，確保適應(yīng)熱處理工藝的需要。但由于熱處理往往在特殊氣氛(如純氮?dú)?、氮?dú)馀c氫氣混合氣、純氫氣、氮?dú)馀c氨氣混合氣等)中進(jìn)行，這些氣體十分危險或無法通過實(shí)驗裝置直接測量，因此需要用安全的空氣替代，并將測量到的空氣的數(shù)據(jù)，換算成工程原型中真實(shí)的工作氣氛狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對氣體噴嘴冷卻性能進(jìn)行離線測量，且操作簡便，安全性好。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、第一蝶閥、流量孔板、風(fēng)箱；風(fēng)箱的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥和流量孔板；風(fēng)箱的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組；電加熱系統(tǒng)由變壓器、可控硅調(diào)壓器、銅排線纜和電加熱平板組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器，可控硅調(diào)壓器的輸出端由銅排線纜與電加熱平板相連；電加熱平板位于氣體噴嘴組與測量系統(tǒng)的測量黑箱的開口端之間；測量系統(tǒng)由測量黑箱與紅外熱像儀組成；測量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板，測量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測孔，熱像儀觀測孔外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀。所述的風(fēng)箱內(nèi)安裝有均流板，均流板位于風(fēng)箱的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板為多孔板或格柵板，可使通入氣體噴嘴的空氣流動更加均勻。所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴為窄縫噴嘴時，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于 3個；若氣體噴嘴組的氣體噴嘴為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個。所述的熱像儀觀測孔為1-4個。在第一蝶閥與風(fēng)機(jī)的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器相連通，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的主要有益效果1.該系統(tǒng)可在工程施工調(diào)試前，對金屬平板材料熱處理機(jī)組中采用的氣體噴嘴冷卻性能進(jìn)行離線測量；因不直接在工程原型所采用的特殊氣氛(如純氮?dú)狻⒌獨(dú)馀c氫氣混合氣、純氫氣、氮?dú)馀c氨氣混合氣等) 下進(jìn)行測試，操作簡便，安全性好。2.在設(shè)備正式運(yùn)行前，通過該系統(tǒng)，可測試(測量)氣體噴嘴的參數(shù)設(shè)計是否滿足冷卻工藝需求，降低工程設(shè)計和建設(shè)風(fēng)險；3.測量噴嘴冷卻特性曲線，可用于二級控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)計算，有利于一級控制系統(tǒng)以最優(yōu)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行，提高設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；4.用于開發(fā)更高性能的氣體冷卻噴嘴，并進(jìn)行可靠的實(shí)驗測試。


圖1是氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)的原理圖。圖2是多臺熱像儀同時測量時的設(shè)備安裝圖。圖3是單臺熱像儀測量時的設(shè)備安裝圖。圖4是直接電加熱的接線示意圖。圖5是金屬絲/箔繞線式電加熱的接線示意圖。圖中1-風(fēng)機(jī)消音器；2-風(fēng)機(jī)；3-第一蝶閥(手動蝶閥)；4-流量孔板；5-風(fēng)箱；6-均流板；7-氣體噴嘴；8-測量黑箱；9-熱像儀觀測孔；10-紅外熱像儀；11-交流電源；12-變壓器；13-可控硅調(diào)壓器；14-銅排線纜；15-電加熱平板；16-放散器；17-電極； 18-觀測孔盲板；19-標(biāo)記用細(xì)金屬絲；20-蛇形金屬箔/絲；21-第二蝶閥。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)2、第一蝶閥3、流量孔板4、風(fēng)箱5 ；風(fēng)箱5的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)2的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥3和流量孔板4 ；風(fēng)箱5的出風(fēng)端(出風(fēng)端面)設(shè)有氣體噴嘴組，在第一蝶閥3與風(fēng)機(jī)2的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器16相連通，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥21 ；電加熱系統(tǒng)由變壓器12、可控硅調(diào)壓器13、銅排線纜14和電加熱平板15組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源11相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器13，可控硅調(diào)壓器13的輸出端由銅排線纜14與電加熱平板15相連；電加熱平板15位于氣體噴嘴組與測量系統(tǒng)的測量黑箱的開口端之間；測量系統(tǒng)由測量黑箱與紅外熱像儀10組成；測量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板15，測量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測孔9，熱像儀觀測孔9外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀10。所述的風(fēng)箱5內(nèi)安裝有均流板6，均流板6位于風(fēng)箱5的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板6為多孔板或格柵板，可使通入氣體噴嘴7的空氣流動更加均勻。所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴為窄縫噴嘴時，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于 3個(一般采用3-20個)；若氣體噴嘴組的氣體噴嘴為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個(一般采用7-30個)。所述的熱像儀觀測孔9為1-4個(具體個數(shù)根據(jù)需要確定)。由于風(fēng)機(jī)2在低負(fù)荷時容易發(fā)生喘振，因此在啟動風(fēng)機(jī)以及低流量時(流量^ 10 20%風(fēng)機(jī)額定流量時)，需要打開旁路的第二蝶閥21 ；當(dāng)風(fēng)機(jī)流量增大至其額定流量(風(fēng)機(jī)的額定流量，應(yīng)為氣體噴嘴在最大實(shí)驗流速下，氣體管道總流量的110 150% ) 的三分之一以上后(或參考風(fēng)機(jī)廠家提供的P-V曲線，確定風(fēng)機(jī)不會發(fā)生喘振的流量值)， 關(guān)閉旁路的第二蝶閥21。本發(fā)明以熱平衡法為基本原則，將空氣鼓入待測量的氣體噴嘴，對電加熱的平板進(jìn)行冷卻。待平板溫度穩(wěn)定，即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后，測量加熱電流和電壓，作為此時氣體噴嘴的冷卻功率，并通過傳熱學(xué)Nu/Re11相似原則，換算為噴嘴在其他氣體冷卻介質(zhì)或工況時的冷卻功率。本發(fā)明提供的氣體噴嘴冷卻性能的測量方法，具體是以室溫空氣為冷卻介質(zhì)，通過一組噴嘴對電加熱平板進(jìn)行冷卻熱平衡實(shí)驗，測得平板表面平均溫度達(dá)到某個穩(wěn)定值時的電加熱功率，以此功率作為噴嘴在此狀態(tài)下的冷卻功率，并運(yùn)用氣體射流換熱問題中較為公認(rèn)的Martin理論作為不同工況間的基本相似準(zhǔn)則，換算成實(shí)際工程應(yīng)用中的工況下噴嘴的冷卻能力。本發(fā)明所基于的Martin理論認(rèn)為，針對垂直射流的圓形噴嘴陣列dW +)6]—。。5-V7 卜0.2277 廠W
Pr0'420.6/^/1 + 0.2(///1)-6)7/2000 彡 Re 彡 100，000，0. 004 彡 f 彡 0. 042 彡 H/D 彡 12式中，Nu為平板上氣體的平均努賽爾數(shù)，Pr為氣體的普朗特數(shù)，Re表示雷諾數(shù)， (衾滅稱歹丨撤一例棚寺難，f力-_車另勵(輕循和 粘-嘴陣列總面積之比值)。若為出口處直接開圓孔的噴箱形式，需要用截面收縮系數(shù)ε來修正w，D，f:w' =w/s;D' =D/^;/ = fs式中，W'表示收縮后的噴嘴處氣流速度，D'表示收縮后的噴口直徑，Γ表示收縮后的噴嘴陣列系數(shù)。對于平行狹縫陣列
P00O71 r ^u Λ -2 f 3/4, 2Re 2/3f0 (H/S) = [60+4(H/S_2)2r1/21500 彡 Re 彡 40，000，0. 008 彡 f 彡 2. 5f0 (H/S)1 彡 H/D 彡 40式中，f0表示窄縫噴嘴的陣列特征系數(shù)兩種噴嘴的計算式中，雷諾數(shù)Re =WS/ν，普朗特數(shù)ft· = ν/α其中H為噴嘴到固體表面的垂直距離(m)，D為圓噴嘴直徑(m)，B為狹縫噴嘴寬度 (m)，S為流動特征尺寸(圓噴嘴S = D，狹縫噴嘴S = 2B)，w為噴射速度(m/s)，ν為運(yùn)動學(xué)粘度(m2/s)，α為氣體的熱擴(kuò)散率(m2/s)，f為噴嘴陣列系數(shù)(即噴嘴的開口面積與噴
權(quán)利要求
1.氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)O)、第一蝶閥(3)、流量孔板、風(fēng)箱(5)；風(fēng)箱(5)的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)⑵的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥⑶和流量孔板 (4)；風(fēng)箱(5)的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組；電加熱系統(tǒng)由變壓器(12)、可控硅調(diào)壓器(13)、銅排線纜(14)和電加熱平板(15) 組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源(11)相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器 (13)，可控硅調(diào)壓器(1 的輸出端由銅排線纜(14)與電加熱平板(1 相連；電加熱平板 (15)位于氣體噴嘴組與測量系統(tǒng)的測量黑箱的開口端之間；測量系統(tǒng)由測量黑箱與紅外熱像儀(10)組成；測量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板(15)，測量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測孔(9)，熱像儀觀測孔(9)外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的風(fēng)箱(5) 內(nèi)安裝有均流板(6)，均流板(6)位于風(fēng)箱(5)的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板(6)為多孔板或格柵板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴為窄縫噴嘴時，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于3個；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于氣體噴嘴組的氣體噴嘴為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的熱像儀觀測孔(9)為1-4個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于在第一蝶閥(3) 與風(fēng)機(jī)O)的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器(16)相連通，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥01)。
全文摘要
本發(fā)明屬于冷軋金屬板帶熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及熱處理工藝中的氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)。氣體噴嘴冷卻性能的測量系統(tǒng)，其特征在于它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、第一蝶閥、流量孔板、風(fēng)箱；風(fēng)箱的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組；電加熱系統(tǒng)由變壓器、可控硅調(diào)壓器、銅排線纜和電加熱平板組成；電加熱平板位于氣體噴嘴組與測量系統(tǒng)的測量黑箱的開口端之間；測量系統(tǒng)由測量黑箱與紅外熱像儀組成；測量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板，測量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測孔，熱像儀觀測孔外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀。該系統(tǒng)可對各種形式的氣體噴嘴冷卻性能進(jìn)行離線測量，且操作簡便，安全性好。
文檔編號G01M13/00GK102426094SQ201110255198
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者伍成波, 廖慧 申請人:中冶南方(武漢)威仕工業(yè)爐有限公司