專利名稱：電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在線監(jiān)測(cè)電站鍋爐承壓部件熱膨脹量的裝置，屬鍋爐技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電站鍋爐承壓部件溫度升高后會(huì)膨脹，為了不使膨脹受阻，在承壓部件內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，通常對(duì)承壓部件采取各種各樣的熱膨脹補(bǔ)償措施。一種常用的補(bǔ)償方式是將承壓部件一端固定，另一端受熱后可以自由膨脹，汽包和水冷壁管等部件常采用這種補(bǔ)償方式。為此，電站鍋爐本體均采用全懸吊結(jié)構(gòu)，使鍋爐本體的每個(gè)部分能夠比較充分地?zé)崤?脹，大大減小了由于熱膨脹受阻而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。鍋爐在啟動(dòng)和停爐過(guò)程中，汽包壁內(nèi)的溫度場(chǎng)和傳熱條件不斷變化。當(dāng)汽包內(nèi)溫度變化時(shí)，汽包筒體存在內(nèi)外壁溫差、上下壁溫差和縱向溫差，使得汽包本體因外在約束及內(nèi)部各部分之間的約束，不能自由膨脹而產(chǎn)生熱應(yīng)力。鍋爐水冷壁上端固定在汽包上，由于水冷壁彎曲較小膨脹量較大，本身補(bǔ)償膨脹的能力較小，故下端是可以自由膨脹的。水冷壁向下的膨脹量可事先根據(jù)溫度和材質(zhì)及高度計(jì)算出來(lái)。如果升火過(guò)程中水冷壁向下的膨脹值與設(shè)計(jì)不符，可能是向下膨脹受阻或水冷壁受熱不均，應(yīng)設(shè)法消除，否則會(huì)在水冷壁管內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力。集箱內(nèi)工質(zhì)溫度不均勻常會(huì)導(dǎo)致集箱沿軸向兩端的膨脹不均勻，從而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使集箱變形或受熱面管子損壞。另外，某些管子或集箱在通過(guò)磚襯或護(hù)板時(shí)膨脹受阻，或者被導(dǎo)架、支吊架及其它雜物阻礙，也會(huì)導(dǎo)致膨脹不均勻。針對(duì)上述鍋爐運(yùn)行中承壓部件的熱膨脹問(wèn)題，電廠普遍采用在鍋爐本體特定位置安裝膨脹指示器的方法來(lái)記錄相應(yīng)位置在各個(gè)膨脹方向上的膨脹量，然后用于分析設(shè)備熱應(yīng)力產(chǎn)生的原因，判斷各種管道、集箱和容器受熱膨脹時(shí)是否受阻，分布是否均勻，是否按要求膨脹。所用膨脹指示器均為接觸式機(jī)械指示器，其原理是用一塊金屬面板刻畫上尺寸線，然后用帶尖的圓鋼作為指針與之配合，面板和指針套筒一個(gè)固定在設(shè)備上，另一個(gè)固定在鍋爐平臺(tái)上，設(shè)備受熱膨脹產(chǎn)生位移后，指針會(huì)沿套筒軸向移動(dòng)一段距離，根據(jù)指針桿上的刻度讀取沿指針和套筒軸向的位移量；與此同時(shí)，指針的頭部會(huì)在面板上移動(dòng)位置，根據(jù)面板上的二維刻度讀取與指針軸向相垂直平面上兩個(gè)垂直方向上的位移量，從而獲得設(shè)備的三向膨脹量。然而這類膨脹指示器冷態(tài)時(shí)面板與指針存在很長(zhǎng)距離，無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)零，如果面板與指針的距離不夠大，熱態(tài)時(shí)面板又很容易被指針劃傷。而且由于膨脹指示器安裝位置多處于溫度較高的環(huán)境(鍋爐本體上部可達(dá)40 50°C )，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員只能定期觀察記錄各個(gè)膨脹指示器指示的膨脹數(shù)據(jù)，用這些代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行鍋爐管道整體應(yīng)力分析，判斷各種管道、集箱和容器受熱膨脹時(shí)是否受阻，分布是否均勻，是否按要求膨脹。因此這類膨脹指示器無(wú)法在承壓部件膨脹量偏離設(shè)計(jì)值較大時(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋信息，因而也就無(wú)法避免因設(shè)備膨脹不暢而導(dǎo)致的各種安全事故的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種運(yùn)行可靠、監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的電站承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置。本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，由數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)和安裝在電站鍋爐承壓部件不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多個(gè)三向膨脹量檢測(cè)單元組成，每個(gè)三向膨脹量檢測(cè)單元由方體金屬面板和三個(gè)非接觸式位移傳感器組成，所述方體金屬面板固定在承壓部件上；所述三個(gè)非接觸式位移傳感器固定在鍋爐平臺(tái)上，它們的感應(yīng)端分別與方體金屬面板的三個(gè)相互正交的平面相對(duì)應(yīng)，非接觸式位移傳感器的信號(hào)輸出端分別接數(shù)據(jù)采集模塊的不同輸入通道；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)通訊接口與計(jì)算機(jī)連接。上述電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，所述非接觸式位移傳感器為激光 位移傳感器、超聲波位移傳感器或電感式位移傳感器。上述電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，所述承壓部件監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于前后水冷壁下集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、下部水冷壁左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)、中部水冷壁左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)、折焰角后左右側(cè)墻后部測(cè)點(diǎn)、尾部煙道主蒸汽出口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、再熱器出口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、再熱器入口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、省煤器入口集箱右側(cè)測(cè)點(diǎn)、尾部左右側(cè)包墻前后部測(cè)點(diǎn)及爐頂大包左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)。本發(fā)明采用非接觸式位移傳感器測(cè)量承壓部件各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三向熱膨脹位移，不存在磨損問(wèn)題，大大提高了測(cè)量裝置的可靠性。本裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐各承壓部件特定位置的三向熱膨脹量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠在承壓部件膨脹量偏離設(shè)計(jì)值較大時(shí)及時(shí)反饋信息，有效避免因膨脹不暢而造成的各種安全事故的發(fā)生。使用本裝置對(duì)鍋爐承壓部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，工作人員無(wú)需到溫度較高的環(huán)境中讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，操作非常方便。此外，通過(guò)提取熱膨脹位移信號(hào)的頻率域特征參數(shù)，本發(fā)明還可分析熱膨脹位移量是否存在波動(dòng)及其波動(dòng)的幅度和頻率，從而判斷承壓部件是否有振動(dòng)發(fā)生及振動(dòng)的劇烈程度。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是熱膨脹量激光位移檢測(cè)示意 圖2是熱膨脹量超聲波位移檢測(cè)示意 圖3是熱膨脹量電感式位移檢測(cè)示意 圖4是電站鍋爐承壓部件熱膨脹位移測(cè)點(diǎn)布置 圖5是圖4的左視 圖6是尾部煙道集箱俯視 圖7是尾部包墻膨脹圖。圖中各標(biāo)號(hào)為1_1、X方向激光位移傳感器；1_2、y方向激光位移傳感器；1_3、z方向激光位移傳感器；2-1、X方向超聲波位移傳感器；2-2、y方向超聲波位移傳感器；2-3、z方向超聲波位移傳感器；3-1、X方向電感式位移傳感器；3-2、y方向電感式位移傳感器；3-3、z方向電感式位移傳感器；4、方體金屬面板；5、傳感器輸出信號(hào)線；6、數(shù)據(jù)米集模塊；7、計(jì)算機(jī)；8、燃燒器；9、省煤器入口集箱；10、再熱器入口集箱；11、再熱器出口集箱；12、主蒸汽出口集箱；13、尾部左側(cè)包墻；14、尾部右側(cè)包墻；A、前、后水冷壁下集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)；B、下部水冷壁左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)；C、中部水冷壁左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)；D、折焰角后左右側(cè)墻后部測(cè)點(diǎn)；E、爐頂大包左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)；F、尾部煙道主蒸汽出口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)；G、再熱器出口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、再熱器入口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)；1、省煤器入口集箱右側(cè)測(cè)點(diǎn)；J、尾部左右側(cè)包墻前后部測(cè)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用現(xiàn)代信號(hào)測(cè)量技術(shù)，測(cè)量電站鍋爐各承壓部件特定位置的三向熱膨脹位移信號(hào)，以進(jìn)行鍋爐管道整體應(yīng)力分析，判斷各承壓部件受熱膨脹時(shí)是否受阻，分布是否均勻，是否按要求膨脹，預(yù)判、避免設(shè)備因膨脹不暢產(chǎn)生附加應(yīng)力超限而拉裂管墻等安全事故的發(fā)生；利用現(xiàn)代信號(hào)處理方法，提取各承壓部件特定位置三向熱膨脹位移信號(hào)的特征參數(shù)，判斷各承壓部件熱膨脹位移量是否存在波動(dòng)及其波動(dòng)的幅度和頻率，從而判斷承壓部件是否有振動(dòng)發(fā)生及振動(dòng)的劇烈程度。具體方法是在電站鍋爐各承壓部件特定位置布置三向熱膨脹位移測(cè)點(diǎn)，即在承壓部件壁面焊接方體金屬面板，在承壓部件附近鍋爐平臺(tái)上安裝用于測(cè)量豎直、前后、左右三個(gè)方向上與對(duì)應(yīng)金屬面板間距離的位移傳感器(激光位移傳感器、超聲波位移傳感器或電感式位移傳感器)，將測(cè)得的特定方向上傳感器感應(yīng)端與 對(duì)應(yīng)金屬面板間距離的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，最后存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)中。圖4 圖7為熱膨脹位移測(cè)點(diǎn)布置圖。以某600MW超臨界直流鍋爐為例，由爐前方向看過(guò)去，爐膛和后煙道左右對(duì)稱，爐膛前、后墻及后煙道前、后墻的膨脹中心設(shè)置在鍋爐對(duì)稱中心線，水冷壁側(cè)墻膨脹中心設(shè)置在距爐膛后墻中心線1204mm處，前、后水冷壁下集箱向下膨脹量設(shè)計(jì)值為356. 9mm ;其承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置于前、后水冷壁下集箱兩側(cè)；下部水冷壁左右側(cè)墻前后部；中部水冷壁左右側(cè)墻前后部；折焰角后左右側(cè)墻后部；爐頂大包左右側(cè)墻前后部；尾部煙道主蒸汽出口集箱兩側(cè)；再熱器出口集箱兩側(cè)；再熱器入口集箱兩側(cè)；省煤器入口集箱右側(cè)；尾部左右側(cè)包墻前后部。圖I為熱膨脹量激光位移檢測(cè)示意圖。所示方體金屬面板4的背面焊接于某鍋爐承壓部件特定位置的壁面上，X方向激光位移傳感器1-1、y方向激光位移傳感器1-2、Z方向激光位移傳感器1-3均安裝于承壓部件該位置附近的鍋爐平臺(tái)上，傳感器發(fā)射光被聚焦到相應(yīng)被測(cè)金屬面板上，反射光被內(nèi)部鏡片收集，投射到CMOS陣列上，通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算陣列上的光點(diǎn)位置得到各自在X、I、z方向上距對(duì)應(yīng)金屬面板的距離(安裝時(shí)使激光位移傳感器在鍋爐滿負(fù)荷下與對(duì)應(yīng)金屬面板仍存在一定距離)，繼而根據(jù)鍋爐啟動(dòng)前所測(cè)得各自在X、y、z方向上與對(duì)應(yīng)金屬面板間的距離得到該承壓部件該位置在X、I、z方向上熱膨脹量。將測(cè)得的x、y、z方向上傳感器與對(duì)應(yīng)金屬面板間距離的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，最后存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)中，便可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該承壓部件該位置在X、I、z方向上熱膨脹量。圖2為熱膨脹量超聲波位移檢測(cè)示意圖。所示方體金屬面板4的背面焊接于某鍋爐承壓部件特定位置的壁面上，X方向超聲波位移傳感器2-1、y方向超聲波位移傳感器
2-2、z方向超聲波位移傳感器2-3均安裝于承壓部件該位置附近的鍋爐平臺(tái)上，傳感器內(nèi)部處理單元對(duì)超聲換能器加以電壓激勵(lì)，受激后以脈沖形式發(fā)出超聲波，然后超聲換能器轉(zhuǎn)入接受狀態(tài)，處理單元對(duì)接收到的超聲波脈沖進(jìn)行分析，確定收到信號(hào)為所發(fā)出的超聲波回聲后，測(cè)量超聲波行程時(shí)間，根據(jù)測(cè)量的時(shí)間換算為行程，除以2得到各自在X、y、z方向上距反射超聲波的對(duì)應(yīng)金屬面板的距離(安裝時(shí)使超聲波位移傳感器在鍋爐滿負(fù)荷下與對(duì)應(yīng)金屬面板仍存在一定距離)，繼而根據(jù)鍋爐啟動(dòng)前所測(cè)得各自在x、y、z方向上與對(duì)應(yīng)金屬面板間的距離得到該承壓部件該位置在X、I、z方向上熱膨脹量。將測(cè)得的X、y、z方向上傳感器與對(duì)應(yīng)金屬面板間距離的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，最后存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)中，便可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該承壓部件該位置在X、I、z方向上熱膨脹量。圖3為熱膨脹量電感式位移檢測(cè)示意圖。所示方體金屬面板4的背面焊接于某鍋爐承壓部件特定位置的壁面上，X方向電感式位移傳感器3-1、y方向電感式位移傳感器
3-2、z方向電感式位移傳感器3-3均安裝于承壓部件該位置附近的鍋爐平臺(tái)上，傳感器接通電源后，在開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬面板接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來(lái)完 成無(wú)接觸檢測(cè)各自在X、I、z方向上距對(duì)應(yīng)金屬面板距離的目的(安裝時(shí)使電感式位移傳感器在鍋爐滿負(fù)荷下與對(duì)應(yīng)金屬面板仍存在一定距離)，繼而根據(jù)鍋爐啟動(dòng)前所測(cè)得各自在X、I、z方向上與對(duì)應(yīng)金屬面板間的距離得到該承壓部件該位置在X、I、z方向上熱膨脹量。將測(cè)得的x、y、z方向上傳感器與對(duì)應(yīng)金屬面板間距離的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，最后存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)中，便可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該承壓部件該位置在x、y、z方向上熱膨脹量。信號(hào)處理方法采用小波分析、Wigner譜分析實(shí)現(xiàn)位移信號(hào)的局部化時(shí)頻分析，得到不同頻率段位移信號(hào)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)以及不同時(shí)刻位移量波動(dòng)幅度的頻率域分布，結(jié)合時(shí)域標(biāo)準(zhǔn)差，評(píng)估不同頻率段的位移量波動(dòng)幅度，結(jié)合局部頻峰加權(quán)平均頻率
來(lái)分析位移信號(hào)的頻率特征；利用AR模型譜估計(jì)法對(duì)不同位移信號(hào)進(jìn)行功率譜估計(jì)，
獲得信號(hào)的位移能量頻率域分布，結(jié)合能量加權(quán)平均頻率天來(lái)評(píng)估位移量波動(dòng)頻率的整體性變化。相關(guān)定義如下
_ M-IIM-A
/t= ΣΑ (O Λ (O / Σ4ι (1),
a-O/ i-0
式中/d(0 , Λ(0分別為局部時(shí)刻的主頻和相對(duì)應(yīng)的幅值大小，分子對(duì)應(yīng)于局部時(shí)刻
主頻幅度能量的頻率加權(quán)之和，用幅值能量之和作為分母進(jìn)行幅值歸一化，以保證}^和位移信號(hào)的時(shí)域強(qiáng)度無(wú)關(guān)。λ= ^2 ο/ο) Zza2U),
J-O/ J-O
式中/U), ^{j)分別為頻域內(nèi)局部頻率和局部頻率對(duì)應(yīng)的幅值，分子對(duì)應(yīng)于局部頻
率幅值能量的頻率加權(quán)之和，用幅值能量之和作為分母以進(jìn)行幅值歸一化，以保證天和位移信號(hào)的頻域強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，它由數(shù)據(jù)采集模塊(6)、計(jì)算機(jī)(7)和安裝在電站鍋爐承壓部件不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多個(gè)三向膨脹量檢測(cè)單元組成，每個(gè)三向膨脹量檢測(cè)單元由方體金屬面板(4)和三個(gè)非接觸式位移傳感器組成，所述方體金屬面板(4)固定在承壓部件上；所述三個(gè)非接觸式位移傳感器固定在鍋爐平臺(tái)上，它們的感應(yīng)端分別與方體金屬面板(4)的三個(gè)相互正交的平面相對(duì)應(yīng)，非接觸式位移傳感器的信號(hào)輸出端分別接數(shù)據(jù)采集模塊(6)的不同輸入通道；所述數(shù)據(jù)采集模塊(6)通過(guò)通訊接口與計(jì)算機(jī)(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述非接觸式位移傳感器為激光位移傳感器、超聲波位移傳感器或電感式位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述承壓部件監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于前后水冷壁下集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、下部水冷壁左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)、中部水冷壁左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)、折焰角后左右側(cè)墻后部測(cè)點(diǎn)、尾部煙道主蒸汽出口集箱兩偵_點(diǎn)、再熱器出口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、再熱器入口集箱兩側(cè)測(cè)點(diǎn)、省煤器入口集箱右側(cè)測(cè)點(diǎn)、尾部左右側(cè)包墻前后部測(cè)點(diǎn)及爐頂大包左右側(cè)墻前后部測(cè)點(diǎn)。
全文摘要
一種電站鍋爐承壓部件熱膨脹量在線監(jiān)測(cè)裝置，它由數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)和安裝在電站鍋爐承壓部件不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多個(gè)三向膨脹量檢測(cè)單元組成，每個(gè)三向膨脹量檢測(cè)單元由方體金屬面板和三個(gè)非接觸式位移傳感器組成，所述方體金屬面板固定在承壓部件上；所述三個(gè)非接觸式位移傳感器固定在鍋爐平臺(tái)上，它們的感應(yīng)端分別與方體金屬面板的三個(gè)相互正交的平面相對(duì)應(yīng)，非接觸式位移傳感器的信號(hào)輸出端分別接數(shù)據(jù)采集模塊的不同輸入通道；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)通訊接口與計(jì)算機(jī)連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐各承壓部件特定位置的三向熱膨脹量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有運(yùn)行可靠、監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B21/32GK102706317SQ20121020737
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者姜華偉, 陳鴻偉 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)