CN109813368B - 一种钢结构间冷塔风险监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型结构监测系统，针对现有钢结构间冷塔缺乏安全性监测装备的问题，提供一种钢结构间冷塔风险监测系统。系统包括数据处理器、应力应变监测单元、温度监测单元和风压监测单元；应力应变监测单元包括用于监测间冷塔钢结构应力应变变化情况的锥塔底应变传感器组、过渡应变传感器组、加强环内应变传感器组、加强环外应变传感器组；温度监测单元包括用于监测阳光照射间冷塔时，间冷塔钢结构不同部位温度变化的锥塔底温度传感器组、过渡温度传感器组、加强环内温度传感器组；风压监测单元包括用于监测间冷塔内壁、外壁风压延高度方向变化的过渡风压传感器组、柱塔顶风压传感器组、加强环内风压传感器组、加强环外风压传感器组。

Description

一种钢结构间冷塔风险监测系统

技术领域

本发明涉及一种大型结构监测系统，具体涉及一种钢结构间冷塔风险监测系统。

背景技术

传统的火电厂间冷塔为钢筋混凝土塔，烟囱为钢筋混凝土塔，为了节约基建投资，近年来国内火电厂逐渐发展为钢结构间冷塔。如图1所示，间冷塔包括钢结构塔体，塔体内部设有烟囱。钢结构塔体包括位于底部的锥形塔体和位于顶部的柱形塔体，柱形塔体的外部设置有多个加强环。这种具有排烟功能的钢结构间冷塔具有造价低、提高烟气抬升高度降低污染物浓度、施工周期短、服役完后钢材铝材可回收等优点。

在钢塔施工阶段各部件安全性有待监测，此外，与传统的混凝土塔或烟塔独立的钢结构塔相比，由于受到烟气腐蚀影响，钢结构间冷塔在30年服役期内能否一直保持安全运行有待研究。目前尚没有监测钢结构间冷塔安全性的相关监测系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有钢结构间冷塔缺乏安全性监测装备的不足，而提供一种钢结构间冷塔风险监测系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特殊之处在于，包括数据处理器和与数据处理器电连接的应力应变监测单元、温度监测单元和风压监测单元；所述应力应变监测单元包括用于监测间冷塔钢结构应力应变变化情况的锥塔底应变传感器组、过渡应变传感器组、至少一个加强环内应变传感器组、至少一个加强环外应变传感器组；所述锥塔底应变传感器组、过渡应变传感器组、加强环内应变传感器组、加强环外应变传感器组均分别包括环向均匀排布的多个光纤阵列式应变传感器；所述温度监测单元包括用于监测阳光照射间冷塔时，间冷塔钢结构不同部位温度变化的锥塔底温度传感器组、过渡温度传感器组、至少一个加强环内温度传感器组；所述锥塔底温度传感器组、过渡温度传感器组、加强环内温度传感器组均分别包括环向均匀排布的多个光纤阵列式温度传感器；所述风压监测单元包括用于监测间冷塔内壁、外壁风压延高度方向变化的过渡风压传感器组、柱塔顶风压传感器组、至少一个加强环内风压传感器组、至少一个加强环外风压传感器组；所述过渡风压传感器组、加强环内风压传感器组、加强环外风压传感器组、柱塔顶风压传感器组均分别包括环向均匀排布的多个光栅光纤传感器；所述锥塔底应变传感器组、锥塔底温度传感器组设置在间冷塔的锥形塔体底部；所述过渡应变传感器组、过渡温度传感器组、过渡风压传感器组设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；所述加强环内应变传感器组、加强环内温度传感器组、加强环内风压传感器组设置在间冷塔的柱形塔体内壁对应安装加强环处；所述加强环外应变传感器组、加强环外风压传感器组设置在间冷塔的柱形塔体外壁对应安装加强环处；所述柱塔顶风压传感器组设置在间冷塔柱形塔体的外圆周顶部。

进一步地，上述应力应变监测单元还包括至少一个柱塔外应变传感器组；上述柱塔外应变传感器组设置在相邻两个加强环外应变传感器组之间的柱形塔体外壁。

进一步地，上述应力应变监测单元还包括一个锥塔外应变传感器组，所述锥塔外应变传感器组设置在锥形塔体外壁中部。

进一步地，上述温度监测单元还包括多个柱塔内温度传感器组，柱塔内温度传感器组设置在相邻两个加强环内温度传感器组之间的柱形塔体内壁。

进一步地，上述温度监测单元还包括一个锥塔外温度传感器组，上述锥塔外温度传感器组设置在锥形塔体外壁中部。

进一步地，上述锥塔底应变传感器组、锥塔外应变传感器组、过渡应变传感器组、加强环外应变传感器组和柱塔外应变传感器组均分别包括环向均匀排布的12个光纤阵列式应变传感器；加强环内应变传感器组包括环向均匀排布的4个光纤阵列式应变传感器；所述锥塔底温度传感器组、锥塔外温度传感器组和过渡温度传感器组均分别包括环向均匀排布的12个光纤阵列式温度传感器；加强环内温度传感器组和柱塔内温度传感器组均分别包括环向均匀排布的4个光纤阵列式温度传感器；所述过渡风压传感器组、加强环外风压传感器组和柱塔顶风压传感器组均分别包括环向均匀排布的12个光栅光纤传感器；加强环内风压传感器组包括环向均匀排布的4个光栅光纤传感器。

进一步地，还包括形变监测单元；形变监测单元与数据处理器电连接，形变监测单元包括设置在间冷塔上的塔身测点组和设置在间冷塔塔基周围的一个基准测点；所述塔身测点组包括锥塔外测点组、过渡测点组、柱塔顶测点组、至少一个加强环外测点组和至少一个柱塔外测点组；锥塔外测点组、过渡测点组、柱塔顶测点组、加强环外测点组和柱塔外测点组均分别包括环向均匀排布的多个测点；锥塔外测点组设置在锥形塔体外壁中部。过渡测点组设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；加强环外测点组设置在间冷塔的柱形塔体外壁对应安装加强环处；柱塔外测点组设置在相邻两个加强环外测点组之间的柱形塔体外壁；柱塔顶测点组设置在间冷塔的柱形塔体顶部圆周外壁；各测点接收卫星导航数据并将自身定位信息发送给数据处理器，数据处理器通过计算各测点相对于基准测点的位置变化信息，监测间冷塔钢结构的形变。

进一步地，还包括设置在间冷塔塔顶的小型气象站；小型气象站与数据处理器电连接，用于监测间冷塔塔顶环境温度、风速和风向。

进一步地，上述光纤阵列式应变传感器采用钢结构表面式GBC-1116型光纤光栅应变传感器。该传感器具有精度高，响应速度快；可靠性高，使用寿命长等优点。上述光纤阵列式温度传感器采用GWC-1105型光纤光栅式温度器适用于钢结构表面温度测试。该传感器具有精度高，响应速度快，布设简单，可靠性好等优点。

进一步地，上述加强环外测点组、过渡测点组、柱塔顶测点组均分别包括环向均匀排布的4个测点。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明在钢结构间冷塔具有代表性的各位置设置风速风压监测、温度监测、应力监测、变形监测单元，采用各实时监测系统以掌握钢结构冷却塔的应力、变形情况，并监测塔体在极端温度、风速和地震作用下的响应，确定各监测位置应力应变特性及其在结构服役期间的变化，能够及时把握结构的安全状态。从而分析钢塔健康性，对钢塔存在潜在风险及时作出预控。

2、本发明采用光纤阵列式应变传感器实时采集钢结构间冷塔应力应变数据，具有抗电磁干扰、尺寸小、重量轻、耐温性好、复用能力强、传输距离远、耐腐蚀、高灵敏度等特点，可获得准确性高、肉眼无法辨别的微变形量数据。

附图说明

图1是本发明风险检测系统应力应变监测单元的传感器布设示意图；

图2是本发明风险检测系统温度监测单元的传感器布设示意图；

图3是本发明风险检测系统风压监测单元的传感器布设示意图；

图4是图3中过渡风压传感器组、加强环外风压传感器组和柱塔顶风压传感器组的传感器在间冷塔的截面布置示意图；

图5是图3中加强环内风压传感器组的传感器在间冷塔的截面布置示意图；

图6是本发明风险检测系统形变监测单元的测点布设示意图；

图7是图6中形变监测单元的测点在间冷塔的截面布置示意图。

图中各标号的说明如下：

11—锥塔底应变传感器组、12—锥塔外应变传感器组、13—过渡应变传感器组、14—加强环内应变传感器组、15—加强环外应变传感器组、16—柱塔外应变传感器组；

21—锥塔底温度传感器组、22—锥塔外温度传感器组、23—过渡温度传感器组、24—柱塔内温度传感器组、25—加强环内温度传感器组；

31—过渡风压传感器组、32—柱塔顶风压传感器组、33—加强环内风压传感器组、34—加强环外风压传感器组；

41—锥塔外测点组、42—过渡测点组、43—柱塔顶测点组、44—加强环外测点组、45—柱塔外测点组；

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详细说明。

本实施例提供一种钢结构间冷塔风险监测系统，包括数据处理器和与数据处理器电连接的应力应变监测单元、温度监测单元、风压监测单元、形变监测单元，以及设置在间冷塔塔顶的小型气象站。

数据处理器接收应力应变监测单元传来的信息，用于监测间冷塔钢结构应力应变变化情况；接收温度监测单元传来的信息，用于监测阳光照射间冷塔时，间冷塔钢结构不同部位温度变化；接收风压监测单元传来的信息，用于监测间冷塔内壁、外壁风压延高度方向变化；接收形变监测单元传来的信息，用于监测间冷塔钢结构的形变情况；接收小型气象站传来的信息，用于监测间冷塔塔顶环境温度、风速和风向。

如图1所示，应力应变监测单元包括锥塔底应变传感器组11、锥塔外应变传感器组12、过渡应变传感器组13、三个加强环内应变传感器组14、三个加强环外应变传感器组15和两个柱塔外应变传感器组16。

锥塔底应变传感器组11设置在间冷塔的锥形塔体底部；锥塔外应变传感器组12设置在锥形塔体外壁中部；过渡应变传感器组13设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；三个加强环内应变传感器组14和三个加强环外应变传感器组15分别设置在对应的间冷塔柱形塔体三个加强环处；两个柱塔外应变传感器组16分别设置在相邻两个加强环外应变传感器组15之间的柱形塔体外壁。

锥塔底应变传感器组11、锥塔外应变传感器组12、过渡应变传感器组13、加强环外应变传感器组15和柱塔外应变传感器组16均分别包括环向均匀排布的12个光纤阵列式应变传感器；加强环内应变传感器组14包括环向均匀排布的4个光纤阵列式应变传感器；光纤阵列式应变传感器采用钢结构表面式GBC-1116型光纤光栅应变传感器。

如图2所示，温度监测单元包括锥塔底温度传感器组21、锥塔外温度传感器组22、过渡温度传感器组23和三个加强环内温度传感器组25和两个柱塔内温度传感器组24。

锥塔底温度传感器组21设置在间冷塔的锥形塔体底部；锥塔外温度传感器组22设置在锥形塔体外壁中部。过渡温度传感器组23设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；加强环内温度传感器组25设置在对应的间冷塔柱形塔体三个加强环处；柱塔内温度传感器组24设置在相邻两个加强环内温度传感器组25之间的柱形塔体内壁。

锥塔底温度传感器组21、锥塔外温度传感器组22、过渡温度传感器组23均分别包括环向均匀排布的12个光纤阵列式温度传感器；加强环内温度传感器组25和柱塔内温度传感器组24均分别包括环向均匀排布的4个光纤阵列式温度传感器；光纤阵列式温度传感器采用GWC-1105型光纤光栅式温度器。

如图3、图4、图5所示，风压监测单元包括过渡风压传感器组31、柱塔顶风压传感器组32、三个加强环内风压传感器组33、三个加强环外风压传感器组34；

过渡风压传感器组31设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；加强环内风压传感器组33、加强环外风压传感器组34设置在间冷塔的柱形塔体外壁对应安装加强环处；柱塔顶风压传感器组32设置在间冷塔柱形塔体的外圆周顶部。

如图4所示，过渡风压传感器组31、加强环外风压传感器组34和柱塔顶风压传感器组32均分别包括环向均匀排布的12个光栅光纤传感器；如图5所示，加强环内风压传感器组33包括环向均匀排布的4个光栅光纤传感器。

形变监测单元包括设置在间冷塔上的塔身测点组和设置在间冷塔塔基周围的一个基准测点；

如图6、图7所示，塔身测点组包括锥塔外测点组41、过渡测点组42、柱塔顶测点组43、三个加强环外测点组44和两个柱塔外测点组45；

锥塔外测点组41设置在锥形塔体外壁中部；过渡测点组42设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；加强环外测点组44设置在间冷塔的柱形塔体外壁对应安装加强环处；柱塔外测点组45设置在相邻两个加强环外测点组44之间的柱形塔体外壁；柱塔顶测点组43设置在间冷塔的柱形塔体顶部圆周外壁。

如图7所示，锥塔外测点组41、过渡测点组42、柱塔顶测点组43、加强环外测点组44和柱塔外测点组45均分别包括环向均匀排布的四个测点；每个测点可监测X、Y、Z三个方向位移。各测点接收卫星导航数据并将自身定位信息发送给数据处理器，数据处理器通过计算各测点相对于基准测点的位置变化信息，监测间冷塔钢结构的形变。

本实施例在钢结构间冷塔具有代表性的各位置设置风速风压监测、温度监测、应力监测、变形监测单元，采用各实时监测系统以掌握钢结构冷却塔的应力、变形情况，并监测塔体在极端温度、风速和地震作用下的响应，确定各监测位置应力应变特性及其在结构服役期间的变化，能够及时把握结构的安全状态。从而分析钢塔健康性，对钢塔存在潜在风险及时作出预控。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：包括数据处理器和与数据处理器电连接的应力应变监测单元、温度监测单元和风压监测单元；

所述应力应变监测单元包括用于监测间冷塔钢结构应力应变变化情况的锥塔底应变传感器组(11)、过渡应变传感器组(13)、至少一个加强环内应变传感器组(14)、至少一个加强环外应变传感器组(15)；

所述锥塔底应变传感器组(11)、过渡应变传感器组(13)、加强环内应变传感器组(14)、加强环外应变传感器组(15)均分别包括环向均匀排布的多个光纤阵列式应变传感器；

所述温度监测单元包括用于监测阳光照射间冷塔时，间冷塔钢结构不同部位温度变化的锥塔底温度传感器组(21)、过渡温度传感器组(23)、至少一个加强环内温度传感器组(25)；

所述锥塔底温度传感器组(21)、过渡温度传感器组(23)、加强环内温度传感器组(25)均分别包括环向均匀排布的多个光纤阵列式温度传感器；

所述风压监测单元包括用于监测间冷塔内壁、外壁风压延高度方向变化的过渡风压传感器组(31)、柱塔顶风压传感器组(32)、至少一个加强环内风压传感器组(33)以及至少一个加强环外风压传感器组(34)；

所述过渡风压传感器组(31)、柱塔顶风压传感器组(32)、加强环内风压传感器组(33)和加强环外风压传感器组(34)均分别包括环向均匀排布的多个光栅光纤传感器；

所述锥塔底应变传感器组(11)、锥塔底温度传感器组(21)设置在间冷塔的锥形塔体底部；

所述过渡应变传感器组(13)、过渡温度传感器组(23)、过渡风压传感器组(31)设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；

所述加强环内应变传感器组(14)、加强环内温度传感器组(25)、加强环内风压传感器组(33)设置在间冷塔的柱形塔体内壁对应安装加强环处；

所述加强环外应变传感器组(15)、加强环外风压传感器组(34)设置在间冷塔的柱形塔体外壁对应安装加强环处；

所述柱塔顶风压传感器组(32)设置在间冷塔柱形塔体的外圆周顶部。

2.根据权利要求1所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述应力应变监测单元还包括至少一个柱塔外应变传感器组(16)；

所述柱塔外应变传感器组(16)设置在相邻两个加强环外应变传感器组(15)之间的柱形塔体外壁。

3.根据权利要求2所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述应力应变监测单元还包括一个锥塔外应变传感器组(12)，所述锥塔外应变传感器组(12)设置在锥形塔体外壁中部。

4.根据权利要求3所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述温度监测单元还包括多个柱塔内温度传感器组(24)，柱塔内温度传感器组(24)设置在相邻两个加强环内温度传感器组(25)之间的柱形塔体内壁。

5.根据权利要求4所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述温度监测单元还包括一个锥塔外温度传感器组(22)，所述锥塔外温度传感器组(22)设置在锥形塔体外壁中部。

6.根据权利要求5所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述锥塔底应变传感器组(11)、锥塔外应变传感器组(12)、过渡应变传感器组(13)、加强环外应变传感器组(15)和柱塔外应变传感器组(16)均分别包括环向均匀排布的12个光纤阵列式应变传感器；加强环内应变传感器组(14)包括环向均匀排布的4个光纤阵列式应变传感器；

所述锥塔底温度传感器组(21)、锥塔外温度传感器组(22)和过渡温度传感器组(23)均分别包括环向均匀排布的12个光纤阵列式温度传感器；加强环内温度传感器组(25)和柱塔内温度传感器组(24)均分别包括环向均匀排布的4个光纤阵列式温度传感器；

所述过渡风压传感器组(31)、加强环外风压传感器组(34)和柱塔顶风压传感器组(32)均分别包括环向均匀排布的12个光栅光纤传感器；加强环内风压传感器组(33)包括环向均匀排布的4个光栅光纤传感器。

7.根据权利要求1至6任一所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：还包括形变监测单元，所述形变监测单元与数据处理器电连接，用于监测间冷塔钢结构形变情况；

形变监测单元包括设置在间冷塔上的塔身测点组和设置在间冷塔塔基周围的一个基准测点；

所述塔身测点组包括锥塔外测点组(41)、过渡测点组(42)、柱塔顶测点组(43)、至少一个加强环外测点组(44)和至少一个柱塔外测点组(45)；

锥塔外测点组(41)、过渡测点组(42)、柱塔顶测点组(43)、加强环外测点组(44)和柱塔外测点组(45)均分别包括环向均匀排布的多个测点；

锥塔外测点组(41)设置在锥形塔体外壁中部；过渡测点组(42)设置在间冷塔的锥形塔体与柱形塔体连接过渡部外壁；加强环外测点组(44)设置在间冷塔的柱形塔体外壁对应安装加强环处；柱塔外测点组(45)设置在相邻两个加强环外测点组(44)之间的柱形塔体外壁；柱塔顶测点组(43)设置在间冷塔的柱形塔体顶部圆周外壁；

各测点接收卫星导航数据并将自身定位信息发送给数据处理器，数据处理器通过计算各测点相对于基准测点的位置变化信息，监测间冷塔钢结构的形变。

8.根据权利要求7所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：还包括设置在间冷塔塔顶的小型气象站；所述小型气象站与数据处理器电连接，用于监测间冷塔塔顶环境温度、风速和风向。

9.根据权利要求8所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述光纤阵列式应变传感器采用钢结构表面式GBC-1116型光纤光栅应变传感器；所述光纤阵列式温度传感器采用GWC-1105型光纤光栅式温度器适用于钢结构表面温度测试。

10.根据权利要求9所述的一种钢结构间冷塔风险监测系统，其特征在于：所述加强环外测点组(44)、过渡测点组(42)、柱塔顶测点组(43)均分别包括环向均匀排布的4个测点。

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