CN110487239B - 锅炉膨胀在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锅炉膨胀在线监测系统，包括数据采集转化模块、数据分析控制模块和数据存储模块，数据采集转化模块通过EBUS通讯与数据分析控制模块连接，数据分析控制模块通过MODBUS通讯与数据存储模块连接；所述数据采集转化模块包括膨胀检测指示器和位移传感器，用于采集膨胀点的膨胀量，并将膨胀量转化为电信号。可以及时发现点火升压不当或安装、检修不良引起的设备变形，防止膨胀不均发生裂纹和泄露，对锅炉的安全性提供了监测依据，既节省了人力物力，又能保证实时监控锅炉膨胀情况，对可能发生的危险做到及时的预判，从而及时避免设备的损坏，对锅炉的安全性有了显著的提升。

Description

锅炉膨胀在线监测系统

技术领域

本发明属于锅炉监测领域，具体涉及一种锅炉膨胀在线监测系统。

背景技术

目前，对锅炉膨胀在线检测的研究开发工作十分活跃，现有的膨胀指示器主要有以下两种：一种是通过在锅炉主要部件上设置三维膨胀指示器来监视。目前该指示器多为机械式的，需要人工爬到安装点进行参数的读取，费时费力，还容易造成数据的遗漏，无法查询历史数据进行分析且只能得到间歇的膨胀值，得不到实时连续的膨胀情况，无法实时报警等问题。另一种是基于声学原理的锅炉热膨胀监视系统，通过声波发声器发出声音信号，并由声波接收器接收后，将信号送到主机，经过计算分析处理，以图表和模拟图的形式显示在主机上。目前该监视系统理论性强，无实用业绩，声波发射，接收装置受到现场粉尘的影响，测量精度差，成本昂贵。

现有技术CN104832906A公开了一种锅炉膨胀检测监控系统，包含：位移传感模块、数据采集模块、中继模块和监控模块；所述位移传感器组设置于锅炉膨胀监测点上，用于获取锅炉膨胀数据；所述数据采集模块与所述位移传感模块相连，用于采集所述位移传感模块获得的膨胀数据并输出；所述中继模块与所述数据采集模块相连，用于将接收到的所述膨胀数据汇总后输出；所述监控模块与所述中继模块相连，用于将接收到的锅炉膨胀数据显示输出。现有技术 CN106441105A公开了一种锅炉膨胀监测系统和监测方法，系统包括：参考监测装置，所述参考监测装置包括三个相互垂直形成三维坐标；激光发射装置，所述激光发射装置包括三组激光发射源用于发射监测激光；激光接收装置包括三组激光接收端用于接收反射的激光；以及上位机用于根据三组激光接收端传递的激光接收信息进行分析并反馈。现有技术CN207215153U公开了一种基于拉线编码器的膨胀检测装置，包括位移传感器模块、微控制器和电源模块；所述位移传感器模块包括不少于3个的拉线编码器和一环型底座，所述拉线编码器均匀布设于所述环型底座上；所述环形底座布设于锅炉的膨胀监测点处，各拉线编码器的拉绳的端头均固定于膨胀监测点；所述微控制器与所述拉线编码器均相连；所述电源模块用来给所述微控制器和所述拉线编码器提供电能。该实用新型通过位移传感器模块采集各拉线编码器拉绳的直线位移，并根据各拉绳的直线位移估算膨胀监测点处的膨胀量近似值。

发明内容

本发明为解决现有技术中膨胀检测准确性低，及时性差，对环境要求高等问题，提供了锅炉膨胀在线监测系统，具体技术方案如下：

一种锅炉膨胀在线监测系统，包括数据采集转化模块、数据分析控制模块和数据存储模块，数据采集转化模块通过EBUS通讯与数据分析控制模块连接，数据分析控制模块通过MODBUS通讯与数据存储模块连接；所述数据采集转化模块包括膨胀检测指示器和位移传感器，所述数据采集转化模块用于采集膨胀点的位移量，并将位移量转化为电信号；所述数据分析控制模块用于将电信号转化为膨胀量后进行分析处理。

具体地，所述膨胀检测指示器包括底板、指针杆和支撑端，其中，指针杆垂直设置在底板上，支撑端与指针杆垂直且相交于指针杆的中间位置，支撑端与底板平行，所述膨胀检测指示器通过固定支架固定在锅炉的易膨胀点处。

具体地，所述位移传感器包括位移传感器a、位移传感器b和位移传感器c，其中，位移传感器a和位移传感器b分别设置在所述底板的相邻角上，位移传感器c设置在所述指针杆的顶端，位移传感器a、位移传感器b和位移传感器c通过拉绳设置在所述支撑端的同一点上。

具体地，所述数据分析控制模块采用DCS控制系统。

具体地，所述DCS控制系统还包括报警模块，报警模块中设置有报警阈值，当膨胀量超过报警阈值时，所述DCS控制系统显示测点变色同时发出报警声音。

具体地，所述位移量为易膨胀点到各个位移传感器安装点的距离，记为A、 B、C，所述位移传感器将位移量转化为电信号发送到所述数据分析控制模块。

具体地，所述数据分析控制模块将所述电信号转化为膨胀矢量，在三维坐标系中，各膨胀矢量用以下公式表示：

A²＝(XA)²+(YA)²+(ZA)²；

B²＝(XB)²+(YB)²+(ZB)²；

C＝YC，

式中，XA、YA和ZA分别为A在X、Y和Z轴方向上的分量，XB、YB 和ZB分别为B在X、Y和Z轴方向上的分量，YC为C在Y轴方向上的分量。

具体地，在所述数据分析控制模块中，根据空间几何学，将上述膨胀量转化为以下公式表示：

其中，D表示为X轴向上两个位移传感器安装点的距离。

具体地，所述数据分析控制模块计算膨胀量的过程如下：

A²＝(XA)²+C²+(ZA)² (1)

B²＝(D-XA)²+C²+(ZA)² (2)

公式(2)变换得出：

B²-C²-D²+2*D*XA＝(XA)²+(ZA)² (3)

公式(1)变换得出：

(XA)²+(ZA)²＝A²-C² (4)

将公式(4)代入公式(3)中得出：

XA＝(A²-B²+C²)/(2*D) (5)

将公式(5)代入公式(1)中可得出ZA的值，到此A的三个分量XA，YA，ZA求得解。

具体地，将XA，YA，ZA代入公式(0)可求得B的分量值XB、YB和ZB，其中，XB＝D-XA，YB＝YA，ZB＝ZA。C已知。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明可以提高对数据采集传输的准确性并且大大降低了巡检人员的工作量并可调出历史报警数据报表，大大提高了膨胀监测的准确性和及时性；

二、本发明装置成本低，结构简单，防尘、防水耐用性强，对环境要求低：

三、本发明的检测系统可以及时发现点火升压不当或安装、检修不良引起的设备变形，防止膨胀不均发生裂纹和泄露，对锅炉的安全性提供了监测依据，既节省了人力物力，又能保证实时监控锅炉膨胀情况，对可能发生的危险做到及时的预判，从而及时避免设备的损坏，对锅炉的安全性有了显著的提升。

附图说明

图1为本发明锅炉膨胀在线监测系统组成部分示意图；

图2为本发明中膨胀点与位移传感器的位置示意图。

具体实施例

实施例1

一种锅炉膨胀在线监测系统，包括数据采集转化模块、数据分析控制模块和数据存储模块，数据采集转化模块通过EBUS通讯与数据分析控制模块连接，数据分析控制模块通过MODBUS通讯与数据存储模块连接；所述数据采集转化模块包括膨胀检测指示器和位移传感器，用于采集膨胀点的膨胀量，并将膨胀量转化为电信号。所述数据分析控制模块采用DCS控制系统，接收并分析所述数据采集转化模块传递的电信号，所述DCS控制系统还包括报警模块，报警模块中设置有报警阈值，当DCS控制系统将接收到的电信号转化为膨胀量，然后将膨胀量与报警阈值进行比较，当膨胀量超过报警阈值时，所述DCS控制系统显示测点变色同时发出报警声音。

本实施例中所述膨胀检测指示器包括底板、指针杆和支撑端，其中，指针杆垂直设置在底板上，支撑端与指针杆垂直且相交于指针杆的中间位置，支撑端与底板平行，所述膨胀检测指示器通过固定支架固定在锅炉的易膨胀点处。所述位移传感器包括位移传感器a、位移传感器b和位移传感器c，其中，位移传感器a和位移传感器b分别设置在所述底板的相邻角上，位移传感器c设置在所述指针杆的顶端，位移传感器a、位移传感器b和位移传感器c通过拉绳设置在所述支撑端的同一点上。

所述位移量为膨胀点到各个位移传感器安装点的距离，如图2所示，空间点 W1就是膨胀位置的实际坐标，假设平面O-W3在Y轴方向的投影区域就是膨胀记录点活动范围，不得超出此范围。其中O、W2、W3点为位移传感器安装点， W1点(实际膨胀点)对于位移传感器安装点的长度分别是A、B、C。

作为三维坐标点表示，长度A、B、C三个矢量可表示为：

A²＝(XA)²+(YA)²+(ZA)²；

B²＝(XB)²+(YB)²+(ZB)²；

C＝YC，

式中，XA、YA和ZA分别为A在X、Y和Z轴方向上的分量，XB、YB 和ZB分别为B在X、Y和Z轴方向上的分量，YC为C在Y轴方向上的分量。

通过空间几何学和推理可得如下公式：

其中，D表示为X轴向上两个位移传感器安装点的距离。

几个对等式求解XA、ZA，得出公式：

A²＝(XA)²+C²+(ZA)² (1)

B²＝(D-XA)²+C²+(ZA)² (2)

公式(2)变换得出：

B²-C²-D²+2*D*XA＝(XA)²+(ZA)² (3)

公式(1)变换得出：

(XA)²+(ZA)²＝A²-C² (4)

将公式(4)代入公式(3)中得出：

XA＝(A²-B²+C²)/(2*D) (5)

将公式(5)代入公式(1)中可得出ZA的值，到此A的三个分量XA，YA，ZA求得解；再将XA，YA，ZA代入公式(0)可求得B的分量值XB、YB和 ZB，其中，XB＝D-XA，YB＝YA，ZB＝ZA。C已知。

本实施例中锅炉膨胀检测系统的工作过程为：首先位移传感器采集膨胀点的膨胀位移量，并利用三角形射影定理转化为X、Y、Z坐标数值，转化为电信号并实时传输至锅炉运行DCS控制系统或者上位机上，再通过解耦公式计算出膨胀量；当膨胀量超过警戒值及时报警通知运行人员。所述数据库可以将该膨胀点的膨胀量的历史趋势反馈到DCS控制系统中，与实时膨胀量进行比较，实现实时报警，提醒运行人员注意。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种锅炉膨胀在线监测系统，其特征在于，包括数据采集转化模块、数据分析控制模块和数据存储模块，数据采集转化模块通过EBUS通讯与数据分析控制模块连接，数据分析控制模块通过MODBUS通讯与数据存储模块连接；所述数据采集转化模块包括膨胀检测指示器和位移传感器，所述数据采集转化模块用于采集膨胀点的位移量，并将位移量转化为电信号；所述数据分析控制模块用于将电信号转化为膨胀量后进行分析处理；所述数据分析控制模块采用DCS控制系统；所述DCS控制系统还包括报警模块，报警模块中设置有报警阈值，当膨胀量超过报警阈值时，所述DCS控制系统显示测点变色同时发出报警声音；所述数据存储模块为数据库，所述数据库将所述膨胀点的膨胀量的历史趋势反馈到所述DCS控制系统中，与实时膨胀量进行比较，实现实时报警；

所述膨胀检测指示器包括底板、指针杆和支撑端，其中，指针杆垂直设置在底板上，支撑端与指针杆垂直且相交于指针杆的中间位置，支撑端与底板平行，所述膨胀检测指示器通过固定支架固定在锅炉的易膨胀点处；所述位移传感器包括位移传感器a、位移传感器b和位移传感器c，其中，位移传感器a和位移传感器b分别设置在所述底板的相邻角上，位移传感器c设置在所述指针杆的顶端，位移传感器a、位移传感器b和位移传感器c通过拉绳设置在所述支撑端的同一点上；

所述位移量为易膨胀点到各个位移传感器安装点的距离，记为A、B、C，所述位移传感器将位移量转化为电信号发送到所述数据分析控制模块；

所述数据分析控制模块将所述电信号转化为膨胀矢量，在三维坐标系中，各膨胀矢量用以下公式表示：

A²=（XA）²+（YA）²+（ZA）²；

B²=（XB）²+（YB）²+（ZB）²；

C=YC，

式中，XA、YA和ZA分别为A在X、Y和Z轴方向上的分量，XB、YB和ZB分别为B在X、Y和Z轴方向上的分量，YC为C在Y轴方向上的分量。

2.根据权利要求1所述的锅炉膨胀在线监测系统，其特征在于，在所述数据分析控制模块中根据空间几何学，将上述膨胀矢量转化为以下公式表示：

其中，D表示为X轴向上两个位移传感器安装点的距离。

3.根据权利要求2所述的锅炉膨胀在线监测系统，其特征在于，所述数据分析控制模块计算膨胀矢量的过程如下：

A²=(XA)²+C²+(ZA)²（1）

B²=(D-XA)²+C²+(ZA)²（2）

公式（2）变换得出：

B²-C²-D²+2*D*XA=(XA)²+(ZA)² （3）

公式（1）变换得出：

(XA)²+(ZA)²=A²-C²（4）

将公式（4）代入公式（3）中得出：

XA=（A²-B²+C²）/（2*D）（5）

将公式（5）代入公式（1）中可得出ZA的值，到此A的三个分量XA，YA，ZA求得解。

4.根据权利要求3所述的锅炉膨胀在线监测系统，其特征在于，所述B的分量计算过程为：将XA，YA，ZA代入公式（0），其中，XB=D-XA，YB=YA，ZB=ZA。

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