CN112326505B - 一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，包括浮动传感器平台、测距定位系统及数据采集控制系统；浮动传感器平台包括淋水密度测量模块、集水测温模块、测距模块、动力模块、控制模块以及相应的信号连接线和浮体；测距定位系统包括两台测距仪和距离位置坐标换算软件；数据采集控制系统通过无线信号收发装置与测距定位系统及浮动传感器平台连接；该系统可同时对冷却塔群的集水池上方淋水密度分布和冷却后水温分布进行测量，在减小试验操作难度的情况下，获得更准确的试验测量结果，节省试验时间。

Description

一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统

技术领域

本发明属于电站冷却塔性能试验领域，具体涉及一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统。

背景技术

在燃气蒸汽联合循环电站中，冷却塔的冷却能力会对凝汽器的排汽压力产生较大影响，从而影响蒸汽轮机的出力，最终影响燃气蒸汽联合循环电站的整体性能。根据国家发展和改革委员会发布的电力行业标准之一的《工业冷却塔测试规程》，电站冷却塔热力性能测试的选测项目中包括淋水密度和冷却后水温分布，且这两项参数应在集水池水面上采用集水容器进行测定。虽然这两项参数的测定不影响冷却塔最终热力性能的计算，但可以根据温度和淋水密度分布的测量结果对冷却塔的性能进行优化，对提升电厂的发电效益具有重要意义。

在机械通风冷却塔以“田”字形塔群布置时，4台冷却塔形成一组，其纵深可达20米甚至更大。而电厂运行时，不允许试验人员进入冷却塔底部，雨量计及温度传感器等设备难以准确布置在指定位置。现有的测量方法是将热电阻等温度传感器通过防水胶带固定在游泳圈或塑料瓶等浮体上，一端系上牵引绳，借助集水池的水流将浮体冲入冷却塔底部进行测量，位置坐标则是目测浮体相对冷却塔支撑柱的位置进行确定，为了集水测温，还需要在温度传感器前端捆绑开口杯等集水容器，需要的准备工作繁多且误差较大。此外，在更换测点位置时，集水容器中盛满了前一个测点的淋水，温度响应时间较大。而冷却塔集水池水面上淋水密度分布的系统性测量试验尚未见到，基本都是试验人员根据经验目视观察，存在很大的误差。

另一方面，传统的试验方法借住水流和牵引绳对浮体进行定位，而冷却塔底部的水流方向是固定的，这使得测量点难以均匀的分布在集水池水面上，使得远离测量点位置的温度分布误差增大。针对上述问题，迫切需要一套有效、精确的试验系统对冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布进行测量，为冷却塔内部冷却结构的设计提供更加真实的测试数据。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，可对冷却塔群集水池水面上淋水密度及冷却后水温分布进行精确测量，能够同时测量并获得测量点处的淋水密度温度数据及位置坐标，在获得更高精度实验数据的同时提高了测试效率，节约了测试时间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，包括浮动传感器平台、测距定位系统及数据采集控制系统；其中，浮动传感器平台包括淋水密度测量模块、集水测温模块、测距模块、动力模块、控制模块以及相应的信号连接线和浮体；测距定位系统包括测距仪A、测距仪B和距离位置坐标换算软件，测距定位系统实时采集浮动传感器平台、测距仪A和测距仪B的距离；数据采集控制系统通过无线信号收发装置与测距定位系统及浮动传感器平台连接；

淋水密度测量模块包括翻斗式雨量计，其排水通过漏斗装置流经集水测温模块的温度传感器测量点，最后流出浮动传感器平台进入冷却塔集水池；淋水密度测量模块和集水测温模块得到的雨量及温度数值传入控制模块，控制模块根据雨量数值调节集水测温模块的温度传感器测量点下方管径的大小；测距模块通过无线信号收发装置将距离信息发送给数据采集控制系统；控制模块接收数据采集控制系统传回的定位信息，并对动力模块进行控制，从而调整浮动传感器平台的位置，控制模块还将采集到的淋水密度、温度信息通过无线信号收发装置发送给数据采集控制系统；

数据采集控制系统接收浮动传感器平台传递的淋水密度、温度和位置坐标，根据克里金算法绘制淋水密度和温度分布图。

本发明进一步的改进在于，淋水密度测量模块的排水通过漏斗装置与集水测温模块连接。

本发明进一步的改进在于，淋水密度测量模块得到的雨量数据实时传入控制模块，控制模块根据雨量值h通过管径控制结构调节集水测温模块的温度传感器测量点下方管径d大小，且管径的大小通过下式计算：

其中A是翻斗式雨量计承水口的面积，g是当地的重力加速度，H为集水测温模块中漏斗装置的高度。

本发明进一步的改进在于，测距定位系统按照下式计算得到浮动传感器平台的位置坐标：

其中s₁、和s₂分别为浮动传感器平台距离测距仪A和测距仪B的距离，s_ab是测距仪A和测距仪B之间的距离，h₁和h₂分别是测距仪A和测距仪B的高度，l是测距仪距离集水池边缘的距离。

本发明进一步的改进在于，控制系统根据浮动传感器平台的位置坐标和试验计划的位置坐标控制动力模块；由于测距定位系统会获得准确的位置坐标，动力模块将浮动传感器平台移动到计划位置坐标附近误差为0.5m以内的任意点即可，每个传感器平台测点负担的淋水面积小于4m²。

本发明进一步的改进在于，在进行淋水密度及冷却后水温分布测量试验时，以依次设置不同的浮动传感器平台位置坐标，待测点数据稳定后记录对应的淋水密度和温度值；或者布置多个浮动传感器平台，同时记录不同坐标处的淋水密度和温度值；在此基础上，使用克里金算法实时拟合并绘制冷却塔群或单格冷却塔的淋水密度和温度分布图。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，能够对冷却塔群淋水密度和冷后却水温分布进行精确测量，能够同时测量冷却塔群淋水密度和淋水温度，获得更加贴近实际运行工况的性能参数，可以为冷却塔性能的优化提供重要的数据支撑；该试验测量系统相对于现有试验系统，所需准备时间减少，操作更加容易，获得的数据更加精确。结合计算机终端的数据实时采集处理软件，实现了对试验系统的智能控制和数据的自动化处理。

进一步，本发明提供了一种淋水密度测量模块通过集水漏斗与集水测温模块的连接方式。淋水密度测量模块得到的雨量数据实时传入控制模块，控制模块根据雨量值h调节集水测温模块的温度传感器测量点下方管径d大小。既可以保证集水测温模块中温度传感器测点完全被水淹没，又可以使得在浮动传感器平台更换位置时，温度传感器测点处的积水可以及时替换，减小系统的温度响应时间。

进一步，本发明通过在集水池一侧布置两台测距仪，结合浮动传感器平台上的测距模块确定浮动传感器平台所在的位置坐标，减小了浮动传感器平台位置控制的要求，即无需将浮动传感器平台准确移动到指定坐标处，降低了试验过程中定位的难度。

进一步，本发明在减小浮动传感器平台位置控制要求的情况下，配备动力模块，使得浮动传感器平台可以移动到逆水流和水面静止的区域，优化了试验的测点分布。

进一步，模块化的设计方式，使得浮动传感器平台中控制模块、测距模块等设备的防水问题更容易处理，降低了浮动传感器平台长时间浸水导致仪表损坏的可能性。

综上所述，本发明提供的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，可同时测量冷却塔群的集水池上方淋水密度分布和冷却后水温分布，在减小试验操作难度的情况下，更准确的获得试验测量结果，节省试验时间。

附图说明

图1为一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统的整体布置示意图；

图2为浮动传感器平台结构示意图；

图3为淋水密度测量模块排水结构示意图；图3(a)为正视图，图3(b)为左视图；

图4为浮动传感器平台各模块连接示意图；其中小箭头表示了数字信号传递的方向；

图5是数据采集控制系统中温度分布拟合界面示意图；该系统从浏览器中连接后端平台完成温度分布图的拟合及显示。

图中：1-冷却塔群，2-风筒，3-隔离墙，4-计算机，5-信号接收器，6-中继设备，7-测距仪B，8-浮动传感器平台，9-测距仪A，10-集水池，11-支撑柱，801-翻斗式雨量计，802-温度传感器，803-控制模块，804-测距模块，805-动力模块，806-管径控制结构。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

参照图1，本发明提供的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，包括浮动传感器平台8、测距定位系统及数据采集控制系统。冷却塔群1包括背靠背布置的四台冷却塔，冷却空气由冷却塔群1四周流过集水池10水面上方，经风筒2最后从塔顶排向大气中；冷却空气向上流动过程中和从上向下滴落的循环水形成对流及蒸发换热，最终降低循环水的温度。冷却塔群对角布置了两面隔离墙3，将淋水区域分割为4个区域，单格冷却塔对应的集水池10位于风筒下的矩形区域，试验中分别测量每个冷却塔集水池的淋水密度和冷却后水温分布。81根支撑柱11承担整个冷却塔群顶部结构，其位置在冷却塔设计时即确定，可用于测点位置的估算。

参照图1和图2，浮动传感器平台8包括淋水密度测量模块、集水测温模块、测距模块804、动力模块805、控制模块803以及相应的信号连接线和浮体；测距定位系统包括两台测距仪B7、测距仪A9和距离位置坐标换算软件；数据采集控制系统通过无线信号收发装置与测距定位系统及浮动传感器平台8连接；计算机4作为数据采集控制系统的主要模块之一，其通过串口连接线与信号接收器5连接，考虑到待测冷却塔群距离计算机4较远，无线信号传递衰减问题，在10米间隔位置增加中继设备6延长信号传输距离。

参照图2、图3和图4，淋水密度测量模块包括翻斗式雨量计801，其排水通过漏斗装置流经集水测温模块的温度传感器802测量点，最后流出浮动传感器平台8进入冷却塔集水池；淋水密度测量模块和集水测温模块得到的雨量及温度数值传入控制模块803，控制模块803根据雨量数值通过管径控制结构806调节集水测温模块的温度传感器802测量点下方管径的大小；测距模块804通过无线信号收发装置将距离信息发送给数据采集计算机4，经数据采集控制系统处理后，控制模块803接收数据采集控制系统传回的定位信息，并对动力模块805进行控制，从而调整浮动传感器平台8的位置。控制模块803还将采集到的淋水密度、温度信息通过无线信号收发装置发送给数据采集控制系统。

参照图4，数据采集控制系统接收浮动传感器平台8传递的淋水密度、温度和位置坐标，根据克里金算法绘制淋水密度和温度分布图。

参照图1和图5，在进行淋水密度及冷却后水温分布试验时，升高集水池水位至最高限度，此时集水池溢流管有连续性水流流出。按照图1所示布置冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，确保测距仪A9和测距仪B7所在直线与集水池一侧平行，并确保测量系统中各子系统连接正常。然后将8个浮动传感器平台8一端系上牵引绳后置入水中。通过计算机终端的数据采集控制系统设置浮动传感器平台8至试验计划中的测量点位置。等待浮动传感器平台8淋水密度和温度数据稳定5分钟后，记录当前数据，然后调整传感器平台位置，进行下一组测点的数据采集。在试验过程中，数据采集控制系统可以根据当前采集的淋水密度和温度数据实时显示对应的分布图，如图5所示，当有新的测试数据确定后，该软件自动更新测点数据及温度分布图，也可手动输入测点数据进行系统调试。最后，在试验结束后，依次回收浮动传感器平台8，拆除测距仪B7、测距仪A9等设备。

Claims (6)

1.一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，其特征在于，包括浮动传感器平台(8)、测距定位系统及数据采集控制系统；其中，

浮动传感器平台(8)包括淋水密度测量模块、集水测温模块、测距模块(804)、动力模块(805)、控制模块(803)以及相应的信号连接线和浮体；测距定位系统包括测距仪A(9)、测距仪B(7)和距离位置坐标换算软件，测距定位系统实时采集浮动传感器平台(8)与测距仪A(9)的距离以及浮动传感器平台(8)与测距仪B(7)的距离；数据采集控制系统通过无线信号收发装置与测距定位系统及浮动传感器平台(8)连接；

淋水密度测量模块包括翻斗式雨量计(801)，其排水通过漏斗装置流经集水测温模块的温度传感器(802)测量点，最后流出浮动传感器平台(8)进入冷却塔集水池；淋水密度测量模块和集水测温模块得到的雨量及温度数值传入控制模块(803)，控制模块(803)根据雨量数值调节集水测温模块的温度传感器(802)测量点下方管径的大小；测距模块(804)通过无线信号收发装置将距离信息发送给数据采集控制系统；控制模块(803)接收数据采集控制系统传回的定位信息，并对动力模块(805)进行控制，从而调整浮动传感器平台(8)的位置，控制模块(803)还将采集到的淋水密度、温度信息通过无线信号收发装置发送给数据采集控制系统；

数据采集控制系统接收浮动传感器平台(8)传递的淋水密度、温度和位置坐标，根据克里金算法绘制淋水密度和温度分布图。

2.根据权利要求1所述的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，其特征在于，淋水密度测量模块的排水通过漏斗装置与集水测温模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，其特征在于，淋水密度测量模块得到的雨量数据实时传入控制模块(803)，控制模块(803)根据雨量值h通过管径控制结构(806)调节集水测温模块的温度传感器(802)测量点下方管径d大小，且管径的大小通过下式计算：

其中A是翻斗式雨量计(801)承水口的面积，g是当地的重力加速度，H为集水测温模块中漏斗装置的高度。

4.根据权利要求1所述的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，其特征在于，测距定位系统按照下式计算得到浮动传感器平台(8)的位置坐标：

其中s₁、和s₂分别为浮动传感器平台(8)距离测距仪A(9)和测距仪B(7)的距离，s_ab是测距仪A(9)和测距仪B(7)之间的距离，h₁和h₂分别是测距仪A(9)和测距仪B(7)的高度，l是测距仪距离集水池边缘的距离。

5.根据权利要求4所述的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，其特征在于，控制系统根据浮动传感器平台(8)的位置坐标和试验计划的位置坐标控制动力模块(805)；由于测距定位系统会获得准确的位置坐标，动力模块(805)将浮动传感器平台(8)移动到计划位置坐标附近误差为0.5m以内的任意点即可，每个浮动传感器平台测点负担的淋水面积小于4m²。

6.根据权利要求5所述的一种冷却塔群淋水密度及冷却后水温分布测量系统，其特征在于，在进行淋水密度及冷却后水温分布测量试验时，以依次设置不同的浮动传感器平台(8)位置坐标，待测点数据稳定后记录对应的淋水密度和温度值；或者布置多个浮动传感器平台(8)，同时记录不同坐标处的淋水密度和温度值；在此基础上，使用克里金算法实时拟合并绘制冷却塔群或单格冷却塔的淋水密度和温度分布图。

Images