用于观察鼓风炉风口区中的内部状况的光学监测系统的制作方法

本发明主要涉及一种用于观察鼓风炉风口区中的内部状况的光学监测系统。

背景技术：

众所周知，鼓风炉通常包括多个流体注入路径，从而，热气体经由吹管和风口注入鼓风炉。如果材料积聚在风口喷嘴的前面，则注入端口可能被堵塞。如果未被检测，流体可能不再离开吹管，因此不能进入鼓风炉。此外，风口经常用于将粉煤送入鼓风炉。如果注入端口被堵塞，这当然会阻止粉煤进入鼓风炉，并可能导致粉煤在风口和吹管中积聚。

为了观察风口是否被阻塞，在吹管的后端布置有通常也称为窥视孔或照门的风口观察孔。这样的照门允许操作者看入吹管和风口区，从而检查风口的状况并检测风口区域是否发生堵塞。

风口还提供到鼓风炉内部的窗口。因此，照门还允许观察鼓风炉的内部状况。因此，照门允许监测鼓风炉中心的状况和温度变化。因此，操作者可检测鼓风炉操作中的故障并相应地采取措施。

为了便于监测并提供更自动化的系统，已经开发了诸如风口摄像机的电子监测装置，其连续地监测通过照门发射的光并向操作者提供反馈。

为了允许两个监测系统同时工作，即允许用肉眼进行视觉监测和电子监测，可安装光偏转器以将入射光的一部分偏转到电子监测装置，同时允许部分光通过照门，以用于视觉监测。为了使这样的光偏转器足够地将光引导到电子监测装置和照门，光偏转器的取向是重要的。因此，光偏转器的调节机构是有益的，具体而言是因为由于鼓风炉装置的显著的温度差异而导致的各种组件之间可能存在相对移动。实际上，一般而言，当鼓风炉处于停止状态时，可安装电子监测装置、照门和光偏转器。当鼓风炉达到其工作温度时，该温度差导致各种元件之间的相对运动，并可能导致光偏转器的失配。灯偏转器的调节变得必要。此外，光偏转器的调节可能有助于补偿在监测系统的生产期间可能发生的任何构造几何误差。

在lu90610中，光学传感器垂直于从风口到照门的光路径布置。由玻璃板形成的光偏转器布置在圆柱形壳体中以将部分光偏转到光学传感器。玻璃板相对于风口与照门之间的光路径形成大约45°的角度。对于调节装置，玻璃板可独立地在圆柱形壳体内沿两个方向旋转。偏心螺钉可设置第一支撑板(围绕垂直于圆柱形壳体的后表面上的中心轴的轴可旋转地安装)的位置。第二调节螺钉允许与弹簧一起，第二支撑板(安装在第一支撑板上)使玻璃板围绕旋转轴旋转。由于lu90610需要进入布置在壳体内的两个单独的调节螺钉，所以其调节机构可能被认为是麻烦的。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的是提供一种紧凑且易于调节的光学监测系统，其能够不存在上述缺点地观察鼓风炉风口区中的内部状况。该目的通过如权利要求1所述的光学监测系统实现。

发明概述

本发明提供了一种用于监测鼓风炉风口区中的运行状况的光学监测系统。该系统包括光偏转装置，被配置为连接到吹管的后部，使得风口、吹管和光偏转装置沿公共轴定位。照门布置在光偏转装置的第一面中，以允许操作者用肉眼监测风口区中的运行状况。此外，光学传感器布置在光偏转装置的第二面中，用于电子监测风口区中的运行状况。光偏转器布置在光偏转装置内，用于将来自风口区域的入射光向照门引导并向光学传感器引导。

根据本发明，光偏转装置包括壳体，球体可旋转地布置在球体中。球体包括三个通道：第一通道，当光偏转装置连接到吹管的后部时，第一通道面向风口，允许来自风口区的入射光进入球体；面向照门的第二通道；面向光学传感器的第三通道。第一、第二和第三通道被配置为在球体内彼此相交。光偏转器被布置在球体内第一、第二和第三通道的交叉处。此外，光偏转装置包括在壳体的第三面中的开口，用于进入球体，以允许球体在壳体内旋转。

通过将光偏转器安装在布置在壳体中的球体中，可从壳体的外部容易且快速地实现壳体内的光偏转器的调节，从而不需要进入壳体的内部如例如根据lu90610要求接近系统的螺钉。

本发明的光学监测系统可通过常用的工具容易地制造。允许光通过球体的通道可容易地钻透球体。

本发明还减少了光学监测系统所需的组件的数量。这当然对制造成本有积极的影响。由各种组件之间的相互作用引起的问题也减少了。

因此，光学监测系统提供了一种特别容易和坚固的结构，其进一步伴随着制造和维护成本的降低。

球体包括面向壳体的第三面中的开口的插座，允许插入用于使球体在壳体内旋转的调节工具。插座和调节工具优选地是自锁的和/或具有能够传递扭矩的任何连接形状。插座有利地具有非圆形横截面，并且调节工具优选地是具有相应横截面的扳手。插座的横截面可以是能够围绕其轴旋转插座的任何形状，诸如例如三角形、正方形、十字形等等。最有利的是，插座具有六边形横截面，并且调节工具是六边形扳手，通常也称为艾伦扳手。使用与插座接合的调节工具允许球体的外表面的容易的平移运动。六边形插座和六边形扳手配置进一步允许球形球围绕包括插座的轴旋转。

根据本发明的方面，壳体的第三面中的开口是导槽，其宽度基本上与插座的直径相同，其中，插座沿导槽的线性运动导致球体围绕第一旋转轴旋转；并且其中，插座的旋转运动使球体绕第二旋转轴旋转。第一旋转轴优选地基本上垂直于第二旋转轴。当调节工具插入插座时，防止球体的外表面在除了导槽所允许的方向上的平移运动。换句话说，仅允许球体的外表面在一个方向上的平移，从而，第一旋转轴的位置由导槽的配置预先确定。六边形插座和六边形扳手配置允许围绕包括插座和球体中心的第二旋转轴旋转球形球。因此，可通过简单地插入六边形扳手并使其在导槽内旋转、滑动，从而可在所有方向上调节光偏转器。

有利地，光偏转器固定地布置在球体内，例如，通过在光偏转器和球体之间涂覆高温胶水。其他合适的固定手段可容易获得并且可作为替代使用。

光偏转装置优选地进一步包括布置在球体和壳体之间的弹簧元件，用于通过摩擦力将球体保持在适当的位置。弹簧元件可以是环形弹簧，优选地是螺旋弹簧垫圈。弹簧元件将球体推压在壳体的内表面上，从而引起摩擦力，防止球形球在壳体内移动或旋转。选择弹簧元件的力，使得除非经由调节工具施加外力，否则防止球体的任何移动。

优选地，壳体包括用于球体的插入和/或移除的可移除的安装面。可移除安装面可以是包括照门的壳体的第一面。

环形座元件优选地布置在球体和安装面之间。这样的环形座元件被配置为使得其面对球体的一侧用作球体的座。弹簧元件优选地布置在安装面和环形座元件之间，使得环形座元件被推靠在球体上。

球体可包括用于将光偏转装置收纳在其中的狭槽。

照门有利地由夹在壳体的第一面和环形座元件之间的玻璃板形成。第一环形密封件可布置在环形座元件和玻璃板之间，而第二环形密封件可布置在玻璃板和第一面之间。

附图说明

现在将参考附图通过实例的方式描述本发明的优选实施例，其中：

图1是具有吹管的鼓风炉风口的侧截面图，根据本发明的光学监测系统连接到该吹管；

图2是通过图1的光学监测系统的光偏转装置的侧截面图；

图3是从上方通过图2的光偏转装置的横截面图；

图4是图2的光偏转装置的底部的视图；

图5是根据球体的插座的另一实施例的图4的放大图；以及

图6是根据球体的插座的另一实施例的图4的放大图。

具体实施方式

图1是鼓风炉风口布置的侧截面图，根据本发明的光学监测系统连接到该鼓风炉风口布置。图1示出了具有鼓风炉壁12的鼓风炉10和热风系统14，热风系统14由风口区中的风口20、吹管18和环风管16组成。环风管16围绕鼓风炉并通过绕着炉子10的圆周等间隔开的风口20将流体，通常为热空气，分配到鼓风炉10。

吹管18在其肘部中包括延伸管24。光学监测系统26连接到延伸管24并具有与吹管18相同的轴。光学监测系统26包括照门28，允许操作者通过吹管18看入风口20。照门28通常与吹管18的中心轴轴向对准。光学传感器30还允许对吹管18进行电子监测。光学传感器30安装在横向壳体34中。

图1中还示意性地示出了布置在来自风口20的轴向光路径中的光偏转装置40。具有布置在其中的光偏转器41的光偏转装置40包括连接面42，具有连接管44，用于连接到吹管18的延伸管24。光偏转装置40进一步包括通常布置成与连接面42相对的第一面46，包括照门28；以及包括光学传感器30的第二面48。光偏转装置40还包括用于调节光偏转器41的第三面50，如下面进一步描述的。

光偏转器41布置在光学传感器30的轴与吹管18的中心轴的交叉处，并且将一部分光偏转到光学传感器30，同时还允许光的一部分到达照门28。来自炉的入射光部分地被引导到光学传感器30，在光学传感器处其接收足够的光以监测风口20。偏转的光可经由例如透镜捆扎以集中偏转光并允许光强测量。

应当理解的是，代替光学传感器30，可在光学传感器30中安装摄像机、光敏检测器、图像扫描相机等。

还应注意的是，图1中所示的光偏转装置40被示意性地表示，并且不应被解释为按比例。

玻璃窗52可布置在延伸管24和光偏转装置40的连接管44之间，以保护后者免受鼓风炉的内部恶劣环境的影响。光学滤波器(未示出)也可与照门28放置在一起或结合在照门28内，以便保护操作者的眼睛免受从炉子发出的光的亮光的伤害。

图1还示出了布置在光学监测系统26和吹管18的延伸管24之间的截止阀54。截止阀54允许将光学监测系统26与吹管18隔离，例如当进行维护工作时。

通过参考图2可更详细地描述本发明，图2更详细地示出了光偏转装置40。光偏转装置40由包括六个面(包括上述连接面42和第一、第二和第三面46，48，50)的壳体56形成。

球体60可旋转地布置在壳体56内并且包括用于允许光通过球体60的通道。与壳体56的连接面42中的第一孔64对准的第一通道62用于允许光被馈送到球体60的中心区域66。与壳体56的第一面46中的第二孔70对准的第二通道68用于允许光从中心区域66被馈送到照门28。与壳体56的第二面48中的第三孔74对准的第三通道72用于允许光从中心区域66被馈送到光学传感器30。

在球体60的中心区域66中，光偏转器41被布置成使得将来自风口区的入射光被引导朝向照门28并朝向光学传感器30。实际上，光偏转器41(可以是半透明玻璃、涂覆玻璃、彩色玻璃板、半透明反射镜、玻璃棱镜或偏振元件)，允许入射光的一部分穿过光偏转器41朝向照门28，而将一部分入射光朝向光学传感器30反射。

在壳体56的第三面50中，布置有开口76以用于从外部进入(access，操作)球体60，以便如果需要的话调节球体60的位置。出于调节的目的，球体60在与开口76相对的区域中包括六边形插座78，六边形插座78可由诸如六边形扳手(未示出)的调节工具接合。优选为导槽形式的开口76和六边形插座78也示于图4中。替代的插座形状如图5和图6所示。图5示出了具有三角形横截面的插座，而图6示出了具有正方形横截面的插座。可以设想许多替代形状。

虽然开口76在图4中被示出为基本上矩形的导槽，但是应当注意，不应该排除不同的形状和尺寸；这些可能提供不同的调节可能性。然而，本发明人选择了导槽作为优选解决方案，因为它允许对球体60的特别有利的调节。为此，导槽的宽度基本上对应于六边形插座78的直径。随着调节工具插入在六边形插座78中，六边形插座78的平移运动被限制在由导槽76限定的方向上。实际上，这样的平移运动允许球体60围绕第一旋转轴82旋转，如图2所示。另一方面，调节工具以及因此的六边形插座78的旋转运动允许球体60围绕第二旋转轴84旋转，如图2所示。平移和旋转运动之间的选择允许用户对调节过程进行良好的控制，因为围绕第一和第二旋转轴82，84的旋转可以彼此独立地执行。

壳体56的第一面46可被配置为可移除的安装面，用于允许球体60插入壳体56中和从壳体56移除。安装面的配置和安装过程可通过参照图3更加详细地描述，图3示出了从上方通过壳体56的横截面图。

首先，球体60设置有横向狭槽86，其允许光偏转器41在球体60不在壳体内时插入球体60中。一旦插入，通过适当的固定装置，诸如高温胶，将光偏转器41固定在球体60内。其他合适的固定装置可容易获得并且可作为替代使用。

一旦球体60和光偏转器41被组装，球体60可通过第一面46中的孔90插入壳体56中的空腔88中；孔90和空腔88具有基本上对应于球体60的直径的横截面。

在插入球体60之后，调节球体60使得第一、第二和第三通道62，68，72与相应的第一、第二和第三孔径64，70，74对准。为了关闭孔90并将球体60保持在壳体56内，将环形座元件92放置在孔90中。座元件92被配置为使得其面向球体60的一侧用作球体60的底座。环形座元件92由通过适当的固定装置，诸如例如螺钉96连接到壳体56的端板94保持在适当的位置。

在连接端板94之前，弹簧元件80布置在环形座元件92和端板94之间。这样的弹簧元件80优选地是环形弹簧，最优选地是螺旋弹簧垫圈，推动环形座元件92抵靠球体60，从而固定球体60。然而，弹簧元件80具有足够的弹性，以便在经由调节工具施加外力时允许球体60旋转。

照门28可以是在端部处具有玻璃板的管道，如图1所示。然而，优选地，照门28集成在安装面内，如图3所示。为此，玻璃板98被夹在环形座元件92和端板94之间。第一和第二环形密封件100，102分别布置在玻璃板98和环形座元件92之间或玻璃板98与端板94之间。

定心销110(在图3和图4上可见)布置在连接面42上，用于接合延伸管24上的对应的孔。这样的定心销110允许确保光偏转装置40相对于延伸管24的正确定位。

参考标号：

10鼓风炉

12鼓风炉壁

14热风系统

20风口

18吹管

16环风管

24延伸管

26光学监测系统

28照门

30光学传感器

34横向壳体

40光偏转装置

41光偏转器

42连接面

44连接管

46第一面

48第二面

50第三面

52玻璃窗

54截止阀

56壳体

60球体

62第一通道

64第一孔

66中心区域

68第二通道

70第二孔

72第三通道

74第三孔

76开口

78插座

80弹簧元件

82第一旋转轴

84第二旋转轴

86狭槽

88空腔

90孔

92环形座元件

94端板

96螺钉

98玻璃板

100第一环形密封件

102第二环形密封件

110定心销。