CN111696315B - 高耸塔设备风振安全预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高耸塔设备风振安全预警方法，主要解决现有技术中不能满足风场下对高耸塔设备的共振及挠度过大的情况进行预警的问题。本发明通过采用一种高耸塔设备风振安全预警方法，通过高耸塔设备风振安全预警系统进行高耸塔设备风振安全预警，所述系统采用监测终端监测高耸塔顶的弯曲幅度及塔设备背风向风压随时间的波动，无线传输至远程监测中心后，利用服务器计算出塔设备所在风场的频率，并与远程监测中心的数据库服务器中的历史数据及塔设备设计参数进行对比，判断塔设备在该强度的风场下是否具有安全性的技术方案较好地解决了上述问题，可用于高耸塔设备风振安全预警中。
Description
技术领域
本发明涉及一种高耸塔设备风振安全预警方法，属于石油、化工安全工程领域，特别涉及高耸塔设备的风诱导振动安全研究领域。
背景技术
塔设备在化工及石油化工产业中占有重要地位，投资约占化工、石化项目总投资的30％-40％。塔设备作为一种大型露天放置的直立设备，对风载荷较为敏感。近几十年来，由风载荷引起的塔振动事故频发，对我国石化行业的快速发展造成严重威胁。
风吹过塔设备后，在塔设备的背风向会形成卡曼涡街，漩涡的脱落频率若与塔设备的固有频率相同，会造成塔设备的共振。另外，塔设备的振幅若超过最大许可值，会发生局部断裂或倒塌等事故。因此对高耸塔设备的风振危险进行预警，需要同时考虑塔设备的风振动频率及振幅的安全许可范围。专利CN201710368008.7发明了一种冷却塔施工全过程风振系数取值方法，利用数值模拟方法获得N个典型施工工况冷却塔结构风振系数取值，拟合给出冷却塔施工全过程风振系数数值变化的取值公式，从而获得冷却塔各施工模板层对应的风振系数。该专利虽然可以通过风振系数研究冷却塔的静风响应和风振响应，但不能对塔设备在风场下的振动情况进行实时监测和预警。专利CN201621215977.6设计了一种应用于高耸圆柱塔风振控制的形状记忆合金拉索，包括SMA丝、高密度聚酯纤维带和高密度聚乙烯护套。该拉索具有良好的减震性和防腐性，可对圆柱塔的振动进行有效控制。该专利可用于塔设备风诱导振动的提前预防，但并不是所有的塔设备都可以配备该拉索，因此不能从根本上解决塔设备的风振问题。
综上所述，目前存在的专利中对高耸塔设备的风振预警研究具有一定局限性，不能满足风场下对高耸塔设备的共振及挠度过大的情况进行预警，因此开发一种高耸塔设备风振安全预警系统是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中不能满足风场下对高耸塔设备的共振及挠度过大的情况进行预警的问题，提供一种新的高耸塔设备风振安全预警方法，具有能满足风场下对高耸塔设备的共振及挠度过大的情况进行预警的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种高耸塔设备风振安全预警方法，通过高耸塔设备风振安全预警系统进行高耸塔设备风振安全预警，所述系统采用监测终端监测高耸塔顶的弯曲幅度及塔设备背风向风压随时间的波动，无线传输至远程监测中心后，利用服务器计算出塔设备所在风场的频率，并与远程监测中心的数据库服务器中的历史数据及塔设备设计参数进行对比，判断塔设备在该强度的风场下是否具有安全性。
上述技术方案中，优选地，监测终端由压力监测终端、振幅监测终端和气象信息监测终端组成。
上述技术方案中，优选地，压力监测终端主要由压力传感器构成，安装在塔设备的背风向，并且按照一定间隔进行分布，监测塔设备背风向风压随时间的变化情况。
上述技术方案中，优选地，振幅监测终端主要由位移传感器构成，布置在塔顶位置，监测塔顶振幅。
上述技术方案中，优选地，气象信息监测终端主要包括风速仪、温度传感器、风向传感器，安装在塔设备的迎风向附近，监测塔设备所处的风场信息。
上述技术方案中，优选地，监测终端内置可更换的蓄电池，用以数据监测和发送监测数据至远程监测中心。
上述技术方案中，优选地，远程监测中心主要用于接收和处理监测终端发送过来的监测数据信息，通过专业软件或算法计算风场的频率，并与数据库服务器中的历史数据相对比，判断塔设备的安全性。
上述技术方案中，优选地，风吹过塔设备时，监测终端开始工作，压力监测终端开始记录塔设备背风向的压力随时间的变化情况，振幅监测终端实时记录塔顶振幅，而气象信息监测终端实时记录风速、风向和温度；监测终端将监测信息无线传输至远程监测中心，远程监测中心接收数据后，将塔设备背风向的风压随时间的数据通过专业软件进行傅里叶变换，将时域谱图转变为频域谱图，确定风的频率，并与塔设备的固有频率进行对比，判断是否会发生共振；塔顶振幅监测数据会与塔设备的设计许可挠度进行对比，判断是否超过许可挠度有断裂危险，另外塔顶振幅监测数据和气象信息监测数据会导入数据库服务器中，与历史数据进行对比分析，判断发生疲劳断裂的可能性。
本专利提供一种高耸塔设备风振安全预警系统，采用监测终端监测塔顶的弯曲幅度及塔设备背风向风压随时间的波动，无线传输至远程监测中心后利用服务器计算出塔设备所在风场的振动频率，并与远程监测中心的数据库服务器中的历史数据及塔设备设计参数进行对比，判断塔设备在该强度的风场下是否具有安全性，避免发生风振事故。可实时监测塔设备的风振频率和振幅，并能够对塔设备的风振事故进行预警。与现有技术相比，具有可操作性高、安全性高、数据全面、技术先进等特点，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
本发明公开了一种高耸塔设备风振安全预警系统，如图1所示，主要采用监测终端监测塔顶的弯曲幅度及塔设备背风向风压随时间的波动，无线传输至远程监测中心后利用服务器计算出塔设备所在风场的频率，并与远程监测中心的数据库服务器中的历史数据及塔设备设计参数进行对比，判断塔设备在该强度的风场下是否具有安全性。该预警系统包括监测终端和远程监测中心两个部分。
监测终端由压力监测终端、振幅监测终端和气象信息监测终端组成。压力监测终端主要由压力传感器构成，安装在塔设备的背风向，并且按照一定间隔进行分布，监测塔设备背风向风压随时间的变化情况。振幅监测终端主要由位移传感器构成，布置在塔顶位置，监测塔顶振幅。气象信息监测终端主要由风速仪、温度传感器、风向传感器等组成，安装在塔设备的迎风向附近，监测塔设备所处的风场信息。监测终端1内置可更换的蓄电池，用以数据监测和发送监测数据至远程监测中心。远程监测中心主要用于接收和处理监测终端发送过来的监测数据信息，通过专业软件或算法计算风场的频率，并与数据库服务器中的历史数据相对比，判断塔设备的安全性。
该预警系统的工作原理如下：风吹过塔设备时，监测终端开始工作，压力监测终端开始记录塔设备背风向的压力随时间的变化情况，振幅监测终端实时记录塔顶振幅，而气象信息监测终端实时记录风速、风向和温度。监测终端将监测信息无线传输至远程监测中心。远程监测中心接收数据后，将塔设备背风向的风压随时间的数据通过专业软件如MATLAB软件进行傅里叶变换，将时域谱图转变为频域谱图，确定风的频率，并与塔设备的固有频率进行对比，判断是否会发生共振。塔顶振幅监测数据会与塔设备的设计许可挠度进行对比，判断是否超过许可挠度有断裂危险。另外塔顶振幅监测数据和气象信息监测数据会导入数据库服务器中，与历史数据进行对比分析，判断发生疲劳断裂的可能性。
【实施例2】
按照实施例1所述的方法和步骤，应用于二甲苯塔(高129米)。压力监测终端测量的塔设备背风向的压力随时间变化(截取14s-26s)，获得压力随时间变化关系图，然后对关系图中的数据进行傅里叶变换，将时域谱图转变为频域谱图(截选了频率峰值处的密度曲线)，根据压力功率谱密度曲线得到：峰值处对应的频率为1.6Hz，该频率为塔设备所受横风向风的频率。查找塔设备的设计参数计算塔设备的自振频率，如表1所示。对比横风向频率，可以看出该塔设备在此风场下无共振风险。
表1塔设备自振频率
塔设备塔顶弯曲幅度的许用值一般不超过H/200，在监测塔顶弯曲幅度时若超过该许用值，则立即发出报警信号。塔顶振幅监测数据和气象信息监测数据会导入数据库服务器中，与历史数据进行对比分析，判断发生疲劳断裂的可能性。
【实施例3】
按照实施例1所述的方法和步骤，应用于丙烯精馏塔(高110米)。压力监测终端测量的塔设备背风向的压力随时间变化(截取14s-26s)，获得压力随时间变化关系图，然后对关系图中的数据进行傅里叶变换，将时域谱图转变为频域谱图(截选了频率峰值处的密度曲线)，根据压力功率谱密度曲线得到：峰值处对应的频率为1.5Hz，该频率为塔设备所受横风向风的频率。查找塔设备的设计参数计算塔设备的自振频率，如表1所示。对比横风向频率，可以看出该塔设备在此风场下无共振风险。
表1塔设备自振频率
塔设备塔顶弯曲幅度的许用值一般不超过H/200，在监测塔顶弯曲幅度时若超过该许用值，则立即发出报警信号。塔顶振幅监测数据和气象信息监测数据会导入数据库服务器中，与历史数据进行对比分析，判断发生疲劳断裂的可能性。
Claims (5)
1.一种高耸塔设备风振安全预警方法，通过高耸塔设备风振安全预警系统进行高耸塔设备风振安全预警，所述系统采用振幅监测终端监测高耸塔顶的弯曲幅度、采用压力监测终端监测塔设备背风向风压随时间的波动、以及采用气象信息监测终端监测塔设备迎风处所处的风场信息，并由各类检测终端将监测信息无线传输至远程监测中心后，利用服务器先将塔设备背风向的风压随时间的数据进行傅里叶变换，并将时域谱图转变为频域谱图，从而将频率谱图中的峰值频率作为塔设备所在风场的频率，并与远程监测中心的数据库服务器中的历史数据及塔设备设计参数进行对比，判断塔设备在该强度的风场下是否具有安全性，其中，
将计算用风场频率与塔设备的固有频率进行对比，判断是否会发生共振；
将塔顶振幅监测数据与塔设备的设计许可挠度进行对比，判断是否超过许可挠度有断裂危险；
把塔顶振幅监测数据和气象信息监测数据导入数据库服务器中，将当前所导入的数据与历史数据进行对比分析，判断发生疲劳断裂的可能性，其中，所述压力监测终端主要由压力传感器构成，安装在塔设备的背风向，并且按照一定间隔进行分布，以监测塔设备背风向风压随时间的变化情况，所述振幅监测终端由位移传感器构成，布置在塔顶位置，以监测塔顶振幅，所述气象信息监测终端主要包括风速仪、温度传感器、风向传感器，安装在塔设备的迎风向附近，以监测塔设备所处的风场信息。
2.根据权利要求1所述高耸塔设备风振安全预警方法，其特征在于监测终端由压力监测终端、振幅监测终端和气象信息监测终端组成。
3.根据权利要求1所述高耸塔设备风振安全预警方法，其特征在于监测终端内置可更换的蓄电池，用以数据监测和发送监测数据至远程监测中心。
4.根据权利要求1所述高耸塔设备风振安全预警方法，其特征在于远程监测中心主要用于接收和处理监测终端发送过来的监测数据信息，通过专业软件或算法计算风场的频率，并与数据库服务器中的历史数据相对比，判断塔设备的安全性。
5.根据权利要求1所述高耸塔设备风振安全预警方法，其特征在于风吹过塔设备时，监测终端开始工作，压力监测终端开始记录塔设备背风向的压力随时间的变化情况，振幅监测终端实时记录塔顶振幅，而气象信息监测终端实时记录风速、风向和温度。
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