CN107504954A - 橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置及方法，包括信号处理设备、信号传输链路和三组活塞固定点高度检测机构，活塞固定点高度检测机构包括钢绳、配重、导轨、高度刻线、指示箭头和照相机，照相机指向指示箭头与高度刻线且通过信号传输链路将信息传给信号处理设备，信号处理设备能够识别出指示箭头所在的刻度值并根据对应的三个活塞固定点高度和活塞尺寸计算出活塞倾斜值。本发明将活塞尺寸和测得的高度变化结合空间几何知识即可求得初始活塞平面与实时活塞平面的夹角，结构简单、测量准确、免维护、不占用活塞工作空间、成本低。

Description

橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置及方法

技术领域

本发明属于煤气柜领域，具体涉及一种橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置及方法。

背景技术

橡胶膜密封干式煤气柜广泛运用于钢铁企业副产煤气的回收储存，对于橡胶膜密封干式煤气柜来说，由于该种柜型的煤气柜的活塞在运行过程中处于漂浮状态，同时其自重很大，所以在恶劣工况下易发生活塞的倾斜情况，设计有效的活塞倾斜值确定方法可以对活塞的倾斜情况进行实时预警，方便操作人员了解活塞运行的状况，并采取进一步的控制措施。

现有的橡胶膜密封干式煤气柜倾斜测量装置主要采用了液位测量法，即通常在活塞上部设有由液体箱、环管、竖向标尺组成的水平测量仪，沿活塞环梁内侧圆周均布设有若干个刻度标尺，通过读固定在标尺边的玻璃管液位的刻度，人工计算出活塞倾斜值，同时也可以通过差压变送器等装置将液位信号传输到控制室，再通过程序计算，得到活塞的倾斜值和倾斜度。

上述橡胶膜密封干式煤气柜倾斜测量装置已经广泛应用在橡胶膜密封干式煤气柜上，但是实践证明其存在以下缺陷：1)用来显示液位的介质一般为水或油，两者介质均有显著缺陷，水易挥发，长期使用会流失严重，寒冷天气下更会冻结，无法起到显示的作用，油在寒冷季节流动性不佳，显示不够准确，同时容易污染活塞表面的工作环境，且难以清理；2)因为环管饶活塞几乎一整圈，管中不可避免会产生积垢，一旦堵塞将无法起到液位显示作用，进而也就无法表达活塞倾斜情况；3)测量用的液体介质流失后补充困难，需人工带入柜内添加，费时费力；4)采用压力变送器等信号传输装置的倾斜测量装置，变送器在长期使用的情况下需要经常维护，工作量巨大。

发明内容

本发明的目的是提供一种橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置及方法，将活塞尺寸和测得的高度变化结合空间几何知识即可求得初始活塞平面与实时活塞平面的夹角，结构简单、测量准确、免维护、不占用活塞工作空间、成本低。

本发明所采用的技术方案是：

一种橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置，包括信号处理设备、信号传输链路和三组活塞固定点高度检测机构，活塞固定点高度检测机构包括一端固定在不同的活塞固定点上且另一端向上伸出柜顶板后通过导轮换向竖直向下的钢绳、固定在钢绳伸出端的配重、竖直安装在柜侧板外壁上且与配重配合的导轨、设在柜侧板外壁上且位于导轨附近的高度刻线以及安装在配重上的指示箭头和照相机，照相机指向指示箭头与高度刻线且通过信号传输链路将信息传给信号处理设备，信号处理设备能够识别出指示箭头所在的刻度值并根据对应的三个活塞固定点高度和活塞尺寸计算出活塞倾斜值。

进一步地，高度刻线的量程等于活塞行程，起点为活塞落底时配重对应的位置、起点值为零，终点为活塞刚好启动放散时配重对应的位置、终点值为活塞行程的值，高度刻线从起点到终点均匀分布。

进一步地，高度刻线的最小刻度为0.1米以上1米以下的0.1米的任意整倍数。

进一步地，三个活塞固定点将活塞三等分。

一种基于上述橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置的活塞倾斜值确定方法，包括如下步骤：

1)以活塞落底时活塞环梁所在的水平面为基准面、以活塞环梁的中心为原点建立几何坐标系，确定三个活塞固定点的初始坐标；

2)活塞移动后，根据照相机拍摄的信息得到三个活塞固定点的实时坐标，实时坐标相对于初始坐标只有高度值发生改变；

3)通过三点式平面方程和三个活塞固定点的初始坐标表示出初始活塞平面的一般方程，通过三点式平面方程和三个活塞固定点的实时坐标表示出实时活塞平面的一般方程；

4)通过两个平面的夹角公式得到初始活塞平面和实时活塞平面的夹角，夹角值为活塞倾斜值。

本发明的有益效果是：

三个活塞固定点可以确定活塞平面，将活塞尺寸和测得的高度变化结合空间几何知识即可求得初始活塞平面与实时活塞平面的夹角，本发明与现有橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜测量装置相比有以下优点：1)整个系统简单、测量准确，在正确安装的情况下，几乎可以免维护；2)不需要使用如何介质，不需要占用活塞工作空间；3)即使信号处理设备、信号传输链路或照相机出现故障，通过现场读取配重的高度，依然可以手动计算出活塞倾斜情况；4)成本低廉，几乎没用运行费用，可以在新建气柜上使用，已建成的气柜也方便独立添加使用。

附图说明

图1是现有橡胶膜密封干式煤气柜的示意图。

图2是本发明实施例的示意图。

图3是本发明实施例的原理图。

图4是本发明实施例中配重、导轨、高度刻线、指示箭头和照相机的安装示意图。

图5是本发明实施例选取的作为对比平面的初始活塞平面和实时活塞平面的示意图。

图中：1-柜底板；2-T挡板托架；3-柜侧板；4-配重；5-T挡板；6-活塞固定点；7-活塞；8-钢绳；9-柜顶板；10-导轨；11-刻度值；12-高度刻线；13-照相机；14-指示箭头；15-初始活塞平面；16-原点；17-实时活塞平面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是现有橡胶膜密封干式煤气柜的示意图，这种柜型的煤气柜由柜底板1、柜侧板3、柜顶板9以及柜内可以上下移动的活塞7和T挡板5构成，在煤气柜的运行过程中，通过活塞7和T挡板5的上下移动来实现煤气的出入。

图2是本发明实施例的示意图，与传统的橡胶膜密封干式煤气柜相比，其最大不同之处在于，一个活塞固定点6对应一组活塞固定点高度检测机构，具体来说就是，一种橡胶膜密封干式煤气柜活塞7倾斜值确定装置，包括信号处理设备、信号传输链路和三组活塞固定点高度检测机构，活塞固定点高度检测机构包括一端固定在不同的活塞固定点6上且另一端向上伸出柜顶板9后通过导轮换向竖直向下的钢绳8、固定在钢绳8伸出端的配重4、竖直安装在柜侧板3外壁上且与配重4配合的导轨10、设在柜侧板3外壁上且位于导轨10附近的高度刻线12以及安装在配重4上的指示箭头14和照相机13，照相机13指向指示箭头14与高度刻线12且通过信号传输链路将信息传给信号处理设备，信号处理设备能够识别出指示箭头14所在的刻度值11(信号处理设备能够识别照相机13所拍图像中指示箭头14指向的刻度值11)并根据对应的三个活塞固定点6高度(由于配重4的高度与对应活塞固定点6的高度之和为定值，因此获知配重4的高度，即可知道对应活塞固定点6的高度)和活塞7尺寸计算出活塞7倾斜值。

三个活塞固定点6可以确定活塞7平面，将活塞7尺寸和测得的高度变化结合空间几何知识即可求得初始活塞平面15与实时活塞平面17的夹角，本发明与现有橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜测量装置相比有以下优点：1)整个系统简单、测量准确，在正确安装的情况下，几乎可以免维护；2)不需要使用如何介质，不需要占用活塞7工作空间；3)即使信号处理设备、信号传输链路或照相机13出现故障，通过现场读取配重4的高度，依然可以手动计算出活塞7倾斜情况；4)成本低廉，几乎没用运行费用，可以在新建气柜上使用，已建成的气柜也方便独立添加使用。

在本实施例中，高度刻线12的量程等于活塞7行程，起点为活塞7落底时配重4对应的位置、起点值为零，终点为活塞7刚好启动放散时配重4对应的位置、终点值为活塞7行程的值，高度刻线12从起点到终点均匀分布，高度刻线12对应的刻度值11直接为活塞固定点6的实时高度。高度刻线12的最小刻度为0.1米以上1米以下的0.1米的任意整倍数，取决于倾斜度的精度要求。

一种基于上述橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置的活塞倾斜值确定方法，包括如下步骤：

1)以活塞7落底时活塞环梁所在的水平面为基准面、以活塞环梁的中心为原点16建立几何坐标系，确定三个活塞固定点6的初始坐标；

设置三个活塞固定点6将活塞7三等分(便于计算)，设柜体直径为D、活塞行程为H，三个活塞固定点6的初始坐标分别为(D，0，0)、(-0.5D，0.866D，0)、(-0.5D，0.866D，0)。

2)活塞移动后，根据照相机13拍摄的信息得到三个活塞固定点6的实时坐标，实时坐标相对于初始坐标只有高度值发生改变；

假设三个照相机13读取的刻度值分别为a、b、c，则三个活塞固定点6的实时坐标分别为(D，0，a)、(-0.5D，0.866D，b)、(-0.5D，0.866D，c)。

3)通过三点式平面方程和三个活塞固定点的初始坐标表示出初始活塞平面15的一般方程，通过三点式平面方程和三个活塞固定点6的实时坐标表示出实时活塞平面17的一般方程；

初始活塞平面15的一般方程为：z＝0；

实时活塞平面17的三点式行列式方程为：

将以上方程转化为一般方程，实时活塞平面17的一般方程为：

(2a+b+c)x+(1.5cD-1.5bD)y+(2.598D²)z+(0.866b-0.866c-1.732a)D²＝0。

4)通过两个平面的夹角公式得到初始活塞平面15和实时活塞平面17的夹角，夹角值为活塞7倾斜值；

初始活塞平面15与实时活塞平面17之间的夹角的余弦值为：

cosθ＝(1.5cD-1.5bD)/[(2a+b+c)²+(1.5cD-1.5bD)²+(2.598D²)²]^0.5；

活塞7倾斜角为：θ＝arc cos{(1.5cD-1.5bD)/[(2a+b+c)²+(1.5cD-1.5bD)²+(2.598D²)²]^0.5}；

活塞7倾斜值为：L＝D×sinθ＝D×sin﹝arc cos{(1.5cD-1.5bD)/[(2a+b+c)²+(1.5cD-1.5bD)²+(2.598D²)²]^0.5}﹞。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置，其特征在于：包括信号处理设备、信号传输链路和三组活塞固定点高度检测机构，活塞固定点高度检测机构包括一端固定在不同的活塞固定点上且另一端向上伸出柜顶板后通过导轮换向竖直向下的钢绳、固定在钢绳伸出端的配重、竖直安装在柜侧板外壁上且与配重配合的导轨、设在柜侧板外壁上且位于导轨附近的高度刻线以及安装在配重上的指示箭头和照相机，照相机指向指示箭头与高度刻线且通过信号传输链路将信息传给信号处理设备，信号处理设备能够识别出指示箭头所在的刻度值并根据对应的三个活塞固定点高度和活塞尺寸计算出活塞倾斜值。

2.如权利要求1所述的橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置，其特征在于：高度刻线的量程等于活塞行程，起点为活塞落底时配重对应的位置、起点值为零，终点为活塞刚好启动放散时配重对应的位置、终点值为活塞行程的值，高度刻线从起点到终点均匀分布。

3.如权利要求1所述的橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置，其特征在于：高度刻线的最小刻度为0.1米以上1米以下的0.1米的任意整倍数。

4.如权利要求1所述的橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置，其特征在于：三个活塞固定点将活塞三等分。

5.一种基于上述橡胶膜密封干式煤气柜活塞倾斜值确定装置的活塞倾斜值确定方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)以活塞落底时活塞环梁所在的水平面为基准面、以活塞环梁的中心为原点建立几何坐标系，确定三个活塞固定点的初始坐标；

2)活塞移动后，根据照相机拍摄的信息得到三个活塞固定点的实时坐标，实时坐标相对于初始坐标只有高度值发生改变；

3)通过三点式平面方程和三个活塞固定点的初始坐标表示出初始活塞平面的一般方程，通过三点式平面方程和三个活塞固定点的实时坐标表示出实时活塞平面的一般方程；

4)通过两个平面的夹角公式得到初始活塞平面和实时活塞平面的夹角，夹角值为活塞倾斜值。