CN111256979A - 一种膨胀监测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀监测装置及系统，膨胀监测装置包括检测组件以及安装在被检测物上的若干变动组件，检测组件可获取变动组件的位移量；检测组件包括主体框架、安装在主体框架上的探头支架以及安装在探头支架上的位移传感器；位移传感器的个数为至少三个，分别获取变动组件在X、Y、Z方向上的位移量；主体框架至少包括两两垂直的三块板体，每个板体上至少安装有一个探头支架，探头支架的一端位置可调的设置在板体上，位移传感器安装在探头支架的另一端。本发明所提供的膨胀监测装置，利用检测组件和变动组通过获取每个变动组件在X、Y、Z方向上的位移量，来准确获取被检测物在不同方向上的膨胀量，提高膨胀监测精度。
Description
技术领域
本发明涉及试条检测设备领域，特别是涉及一种膨胀监测装置。此外，本发明还涉及一种包括上述膨胀监测装置的膨胀监测系统。
背景技术
当前锅炉膨胀监测仍然以记录机械式膨胀装置数据为主，未实现真正意义上的计算机远程监视。究其原因，有几个方面：
一是测量问题未根本解决。当前对锅炉膨胀的多维度测量方案较多，但多数实现起来都存在原理简单，安装实施却不便，成本高，推广存在困难。
二是以往发电厂锅炉负荷较为稳定，因此锅炉膨胀次数及膨胀幅度较小，对锅炉膨胀监测及分析的迫切性不高。但随着电网结构的变化，火力发电厂锅炉负荷从30％至100％频繁变化，甚至需要经常性地进行启动、停止操作，这样锅炉膨胀的频次、幅度就大幅增加。这种情况下，就迫切需要对发电厂锅炉膨胀进行连续监测及分析，掌握锅炉运行状况，分析金属寿命及健康状况，从而为优化锅炉检修频次及重点检查部位提供数据支撑。
三是大型锅炉膨胀监测点数量较多，这就造成数据采集点数量大，所需耗费的电缆及I/O卡件较多，成本无法有效降低。
另外，现有技术中，锅炉膨胀可以用超声波位移传感器、激光位移传感器测量膨胀量，也可以用LVDT测量位移传感器。当使用普通LVDT传感器时，LVDT的拉杆需要一端固定于位移变动构件上，另一端通过万向节固定于相对固定的构件上。当移动构件位置变化时，LVDT拉杆伸缩，同时拉杆带动LVDT整体进行位置移动，以保证LVDT始终与位移变动构件垂直。万向节的作用是保证LVDT固定端能够在垂直于位移变动构件的平面上水平移动，从而能够准确测量垂直距离。但拉杆要带动LVDT进行横向移动，就会产生横向力，导致拉杆长期使用后发生弯曲变形，并且现有的万向节虽可以多方向移动，但很难保证始终动作灵活，且使LVDT与位移变动构件始终保持垂直。还有一种方式是使用回弹式LVDT测量位移，但现有回弹式LVDT头部为硬接触方式，会在测量过程中产生横向摩擦，从而导致测量杆磨损、弯曲变形，影响测量准确性。
因此，如何提高膨胀监测装置的检测精度及安装便利性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种膨胀监测装置，该膨胀监测装置能够准确获取测量点的膨胀量，提高检测精度。本发明的另一目的是提供一种包括上述膨胀监测装置的膨胀监测系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种膨胀监测装置，包括检测组件以及安装在所述被检测物上的若干变动组件，所述检测组件可获取所述变动组件的位移量；所述检测组件包括主体框架、安装在所述主体框架上的探头支架以及安装在所述探头支架上的位移传感器；所述位移传感器的个数为至少三个，分别获取所述变动组件在X、Y、Z方向上的位移量；所述主体框架至少包括两两垂直的三块板体，每个所述板体上至少安装有一个探头支架，所述探头支架的一端位置可调的设置在所述板体上，所述位移传感器安装在所述探头支架的另一端。
优选的，所述板体上开设有弧形槽，所述探头支架上设有条形槽，所述条形槽的长度大于所述弧形槽的半径；所述探头支架可沿所述弧形槽摆动，且所述弧形槽与所述条形槽的相交处可沿所述条形槽的延伸方向移动。
优选的，所述板体上位于所述弧形槽的圆心处设有圆心孔，所述圆心孔与所述探头支架的条形槽的相交处可转动连接。
优选的，所述条形槽与所述圆心孔之间通过第一连接件连接，所述条形槽与所述弧形槽的相交处通过第二连接件连接。
优选的，所述板体为直角三角形板体，各所述直角三角形板体的直角边依次连接；所述主体框架上连接有框架固定杆；所述主体框架的板体交汇处设有三角形平面，所述框架固定杆安装在所述三角形平面上；或者，所述框架固定杆安装在两个直角三角形板体的连接处，所述框架固定杆的延伸方向与连接边平行
优选的，所述变动组件包括位移变动块和变动块固定杆，所述变动块固定杆安装在所述被检测物上；所述位移变动块呈长方体型或者由三块长方形板两两垂直焊接而成，所述检测组件位于所述位移变动块的边角处，所述位移变动块的边角处的三个表面对应有至少一个所述位移传感器。
优选的，所述位移传感器为激光位移传感器或超声波位移传感器；
或者，所述位移传感器为回弹式直线位移传感器，所述回弹式直线位移传感器的端部设有滚珠，所述滚珠抵接于所述变动组件上。
一种膨胀监测系统，包括膨胀监测装置，所述膨胀监测装置为上述的膨胀监测装置。
优选的，还包括用于传输和显示膨胀数据的膨胀监测仪表，所述膨胀监测仪表可向所述位移传感器供电，并在所述位移传感器故障时，发出报警信号。
优选的，还包括服务器以及控制器，所述膨胀监测仪表与所述膨胀监测装置、所述服务器以及所述控制器均连接，所述服务器用于将所述位移量换算为所述被检测物的膨胀量，所述控制器用于获取和存储所述被检测物中各监测点的温度和压力信息并存储所述位移量。
本发明还提供一种膨胀监测系统，包括上述任意一项所述的膨胀监测装置。
本发明所提供的膨胀监测装置，包括检测组件以及安装在所述被检测物上的若干变动组件，所述检测组件可获取所述变动组件的位移量；所述检测组件包括主体框架、安装在所述主体框架上的探头支架以及安装在所述探头支架上的位移传感器；所述位移传感器的个数为至少三个，分别获取所述变动组件在X、Y、Z方向上的位移量；所述主体框架至少包括两两垂直的三块板体，每个所述板体上至少安装有一个探头支架，所述探头支架的一端位置可调的设置在所述板体上，所述位移传感器安装在所述探头支架的另一端。本发明所提供的膨胀监测装置，所述变动组件跟随所述被检测物的膨胀而移动，所述检测组件通过获取所述变动组件的位移量来获取所述被检测物的膨胀量，同时，通过获取每个所述变动组件在X、Y、Z方向上的位移量，来准确获取所述被检测物在不同方向上的膨胀量，提高膨胀监测精度。
在一种优选实施方式中，所述变动组件包括位移变动块和变动块固定杆，所述变动块固定杆安装在所述被检测物上；所述位移变动块呈长方体型或者由三块长方形板两两垂直焊接而成，所述检测组件位于所述位移变动块的边角处，所述位移变动块的边角处的三个表面对应有至少一个所述位移传感器。上述设置，通过所述位移变动块的设置，仅需将所述检测组件设置在所述位移变动块的边角处，便可以准确高效的获取所述位移变动块在X、Y、Z方向上的位移量，便于安装所述检测组件。
本发明所提供的膨胀监测系统设有上述膨胀监测装置，由于所述膨胀监测装置具有上述技术效果，因此，设有该膨胀监测装置的膨胀监测系统也应当具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的膨胀监测装置一种具体实施方式的装配结构示意图；
图2-1为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的外部结构示意图；
图2-2为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的内部结构示意图；
图2-3为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的顶端结构示意图；
图2-4为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件另一种具体实施方式的主视结构示意图；
图2-5为本发明所提供的膨胀监测装置中变动组件另一种具体实施方式的结构示意图；
图3为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的探头支架的结构示意图；
图4为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的回弹式直线位移传感器的结构示意图；
图5为本发明所提供的膨胀监测系统的结构示意图；
其中：检测组件-100、主体框架-101、探头支架-102、框架固定杆-103、第一连接件-104、第二连接件-105；变动组件-200、位移变动块-201、变动块固定杆-202；位移传感器-300、滚珠-301、服务器-400、控制器-500。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种膨胀监测装置，该膨胀监测装置能够准确获取测量点的膨胀量，提高检测精度。本发明的另一核心是提供一种包括上述膨胀监测装置的膨胀监测系统。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1至图5，图1为本发明所提供的膨胀监测装置一种具体实施方式的装配结构示意图；图2-1为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的外部结构示意图；图2-2为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的内部结构示意图；图2-3为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的顶端结构示意图；图2-4为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件另一种具体实施方式的主视结构示意图；图2-5为本发明所提供的膨胀监测装置中变动组件另一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的探头支架的结构示意图；图4为本发明所提供的膨胀监测装置中检测组件的回弹式直线位移传感器的结构示意图；图5为本发明所提供的膨胀监测系统的结构示意图。
在该实施方式中，膨胀监测装置包括检测组件100和变动组件200。
其中，变动组件200安装在被检测物上，被检测物上设置若干膨胀测量点，每个膨胀测量点上均安装变动组件200，当被检测物的膨胀测量点发生膨胀时，变动组件200的位置会随之发生变化，检测组件100则通过获取变动组件200的位移量，来获取被检测物的膨胀情况。
具体的，检测组件100包括主体框架101、探头支架102和位移传感器300。其中，主体框架101用于安装探头支架102，探头支架102用于安装位移传感器300，主体框架101的位移应当固定，例如，主体框架101可以直接焊接到锅炉钢架上，也可作为现有机械式锅炉膨胀监视器固定部分的延伸构件，并与之连接；位移传感器300的个数为至少三个，分别获取变动组件200在X、Y、Z方向上的位移量，使得该检测组件100成为多维度位移检测组件100，提高检测精度。
进一步，变动组件200可以直接焊接到锅炉膨胀构件上，也可作为原机械式锅炉膨胀监视器活动指针部分的延伸构件，并与之连接。
具体的，被检测物可以为锅炉，或者与锅炉相关的蒸汽管道、给水管道及相关联箱等附属设备。
进一步，主体框架101至少包括两两垂直的三块板体，每个板体上至少铰接有一个探头支架102，探头支架102的一端位置可调的设置在板体上，位移传感器300安装在探头支架102的另一端，探头支架102在调整至最佳位置后，应当与主体框架101进行固定。
本发明所提供的膨胀监测装置，变动组件200跟随被检测物的膨胀而移动，检测组件100通过获取变动组件200的位移量来获取被检测物的膨胀量，同时，通过获取每个变动组件200在X、Y、Z方向上的位移量，来准确获取被检测物在不同方向上的膨胀量，提高膨胀监测精度。
在上述各实施方式的基础上，板体上开设有弧形槽，探头支架102上设有条形槽，条形槽的长度大于弧形槽的半径；探头支架102可沿弧形槽摆动，且弧形槽与条形槽的相交处可沿条形槽的延伸方向移动。
如此设置，可以实现探头支架102的角度调整以及与主体框架101相对位移的调整，进而实现位移传感器300位置的调整，使得位移传感器300处于最佳检测位置。
进一步，板体上位于弧形槽的圆心处设有圆心孔，圆心孔与探头支架102的条形槽的相交处可转动连接，方便探头支架102的摆动，以实现角度调整。
优选的，条形槽与圆心孔之间通过第一连接件104固定，条形槽与弧形槽的相交处通过第二连接件105固定。优选的，第一连接件104和第二连接件105均为螺钉和螺母的配合件。
在上述各实施方式的基础上，板体为直角三角形板体，各直角三角形板体的直角边依次连接；主体框架101的板体交汇处设有三角形平面，三角形平面上设有框架固定杆103。
或者，框架固定杆103安装在两个直角三角形板体的连接处，框架固定杆103的延伸方向与连接边平行，如图2-4所示。当然，框架固定杆103也可以安装在其他位置，在该实施方式中，主体框架101的板体交汇处则无需设置三角形平面。
具体的，主体框架101作为多维度位移传感器300固定支架，包括三块相互垂直的直角金属板组成主体框架101，三块金属板刚性焊接，即将三个直角三角形焊接在一起。每块金属板上设计一道弧形槽，在弧形槽的圆心位置开一个圆心孔，分别安装一块探头支架102。探头支架102用于将位移传感器300安装于其上，具体的，位移传感器300可以通过螺丝固定于其上，也可以以其它方式固定于其上，根据位移传感器300的结构确定，但位移传感器300应是垂直于位移变动块201相应的表面。在探头支架102的固定端设计有矩形槽，主体框架101的三块金属板的交汇处设计为如图2-3所示的三角形平面，并在其上焊接金属杆，即框架固定杆103，用于将主体框架101固定在目标构件上。探头支架102除可以以中心孔为中心旋转外，还可调整前后位置。当探头支架102的位置确定好后，可以通过第一连接件104和第一连接件104将探头支架102与主体框架101固定；具体方法是：将一个螺丝穿入主体框架101的圆心孔与探头支架102的矩形槽交叉处，将另一个螺丝穿入探头支架102的矩形槽与主体框架101弧形槽交叉点处，并分别使用连个螺母上紧两个螺丝。在需要调整探头支架102的位置时，松开两个螺母即可。
在上述各实施方式的基础上，变动组件200包括位移变动块201和变动块固定杆202，变动块固定杆202安装在被检测物上；位移变动块201呈长方体型，如图1所示，或者由三块长方形板两两垂直焊接而成，如图2-5所示，检测组件100位于位移变动块201的边角处，位移变动块201的边角处的三个表面对应有至少一个位移传感器300。
优选的，多维度的位移变动块201为长方体或正方体空心金属块，当然，也可以其他形式能够形成三个相互垂直的表面的结构；位移变动块201的一个平面中心处焊接金属杆，用于将位移变动块201固定在目标构件上，当位移变动块201由三块长方形板两两垂直焊接而成时，可以在其中的一个连接处焊接金属杆。
上述设置，通过位移变动块201的设置，仅需将检测组件100设置在位移变动块201的边角处，便可以准确高效的获取位移变动块201在X、Y、Z方向上的位移量，便于安装检测组件100。
在上述各实施方式的基础上，位移传感器300为激光位移传感器或超声波位移传感器等非接触式传感器，当然，位移传感器300也可以为回弹式直线位移传感器，回弹式直线位移传感器的端部设有滚珠，滚珠抵接于变动组件200上。
具体的，位移传感器300安装于主体框架101的探头支架102上，位移传感器300可以为回弹式LVDT。本实施例所提供的回弹式LVDT，其固定端固定探头支架102上，位置固定不变，回弹式拉杆紧靠位移变动块201的一面，且保持垂直，由于在锅炉膨胀过程中，膨胀变动块一般安装于锅炉四角，该处的膨胀不存在旋转位移，因此其始终与位移测量装置的探头支架102保持垂直。当锅炉膨胀不均时，膨胀块会发生旋转位移量，但该位移量非常小，探头支架102预期仍然可近似为垂直状态，因此对测量结果影响很小，可忽略。为了保证拉杆与位移变动块201的接触面不产生硬性破坏性摩擦，在拉杆头部增加一个滚珠301，满足位移变动块201存在横向移动的要求，将探杆头部设计为滚珠301形式，避免强烈地横向摩擦造成拉杆变形。此时位移变动块201虽然发生了横向位移，但拉杆始终与其平面相垂直，从而消除水平位置变化时硬性摩擦产生的设备磨损及拉杆变形；上述设置，不仅安装简便，结构简单，且能始终保持LVDT与位移变动块201的表面垂直，确保测量精度。
本实施例所提供的多维度膨胀监测装置，安装简便，可以简便地进行信号调试，同时信号传输实现了多样性，便于进行大量膨胀测点监视信号的集成；并且，利用就地多维度膨胀监测仪表及现场总线技术，大幅降低了电缆数量，并同时减少了施工成本，从而使锅炉膨胀监测系统的建设成本得到大幅降低，为该项技术的实际应用创造了条件。
除了上述膨胀监测装置以外，本发明还提供了一种包括上述膨胀监测装置的膨胀监测系统。
进一步，该膨胀监测系统还包括用于传输和显示膨胀数据的膨胀监测仪表，膨胀数据为位移传感器300检测到的膨胀数据，膨胀监测仪表可向位移传感器300供电，并在位移传感器300故障时，发出报警信号，便于对位移传感器300及时进行维修和更换，提高检测精度。
进一步，该膨胀监测系统还包括服务器400以及控制器500，膨胀监测仪表与膨胀监测装置、服务器400以及控制器500均连接，服务器400用于将位移量换算为被检测物的膨胀量，控制器500用于获取和存储被检测物中各监测点的温度和压力信息并存储位移量。
具体的，膨胀监测仪表作为位移采集、显示、通讯仪表，可以为对应膨胀监测点的三路位移传感器300提供电源，并将各位移传感器300测得的位移向量信号采集至膨胀监测仪表内。该膨胀监测仪表可实现以下功能：
1、各路位移向量信号的数字显示的功能。可同时显示，也可循环显示；
2、将各路位移向量信号综合为总位移量信号的功能，并进行显示；
3、将各路位移向量信号以4-20mA电流信号分别输出的功能；
4、以多种现场总线协议，如基金会现场总线协议FF，HART协议等，与计算机、DCS控制系统、PLC控制系统等进行通讯的功能。
5、具有传感器故障报警功能。在仪表特定位置进行传感器故障报警，并将报警信号通过通讯网络发送给检测系统。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的膨胀监测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种膨胀监测装置，其特征在于，包括检测组件(100)以及安装在被检测物上的若干变动组件(200)，所述检测组件(100)可获取所述变动组件(200)的位移量；所述检测组件(100)包括主体框架(101)、安装在所述主体框架(101)上的探头支架(102)以及安装在所述探头支架(102)上的位移传感器(300)；所述位移传感器(300)的个数为至少三个，分别获取所述变动组件(200)在X、Y、Z方向上的位移量；所述主体框架(101)至少包括两两垂直的三块板体，每个所述板体上至少安装有一个探头支架(102)，所述探头支架(102)的一端位置可调的设置在所述板体上，所述位移传感器(300)安装在所述探头支架(102)的另一端。
2.根据权利要求1所述的膨胀监测装置，其特征在于，所述板体上开设有弧形槽，所述探头支架(102)上设有条形槽，所述条形槽的长度大于所述弧形槽的半径；所述探头支架(102)可沿所述弧形槽摆动，且所述弧形槽与所述条形槽的相交处可沿所述条形槽的延伸方向移动。
3.根据权利要求2所述的膨胀监测装置，其特征在于，所述板体上位于所述弧形槽的圆心处设有圆心孔，所述圆心孔与所述探头支架(102)的条形槽的相交处可转动连接。
4.根据权利要求2所述的膨胀监测装置，其特征在于，所述条形槽与所述圆心孔之间通过第一连接件(104)连接，所述条形槽与所述弧形槽的相交处通过第二连接件(105)连接。
5.根据权利要求1所述的膨胀监测装置，其特征在于，所述板体为直角三角形板体，各所述直角三角形板体的直角边依次连接；所述主体框架上连接有框架固定杆(103)；所述主体框架(101)的板体交汇处设有三角形平面，所述框架固定杆(103)安装在所述三角形平面上；或者，所述框架固定杆(103)安装在两个直角三角形板体的连接处，所述框架固定杆(103)的延伸方向与连接边平行。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的膨胀监测装置，其特征在于，所述变动组件(200)包括位移变动块(201)和变动块固定杆(202)，所述变动块固定杆(202)安装在所述被检测物上；所述位移变动块(201)呈长方体型或者由三块长方形板两两垂直焊接而成，所述检测组件(100)位于所述位移变动块(201)的边角处，所述位移变动块(201)的边角处的三个表面对应有至少一个所述位移传感器(300)。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的膨胀监测装置，其特征在于，所述位移传感器(300)为激光位移传感器或超声波位移传感器；
或者，所述位移传感器(300)为回弹式直线位移传感器，所述回弹式直线位移传感器的端部设有滚珠，所述滚珠抵接于所述变动组件(200)上。
8.一种膨胀监测系统，包括膨胀监测装置，其特征在于，所述膨胀监测装置为权利要求1至7任意一项所述的膨胀监测装置。
9.根据权利要求8所述的膨胀监测系统，其特征在于，还包括用于传输和显示膨胀数据的膨胀监测仪表，所述膨胀监测仪表可向所述位移传感器(300)供电，并在所述位移传感器(300)故障时，发出报警信号。
10.根据权利要求9所述的膨胀监测系统，其特征在于，还包括服务器(400)以及控制器(500)，所述膨胀监测仪表与所述膨胀监测装置、所述服务器(400)以及所述控制器(500)均连接，所述服务器(400)用于将位移量换算为所述被检测物的膨胀量，所述控制器(500)用于获取和存储所述被检测物中各监测点的温度和压力信息并存储所述位移量。
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