CN113086444A - 热水储能罐健康监测设备 - Google Patents

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王成金
李起航
段修斌
刘晓珂
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刘伟
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Abstract

本发明提供一种热水储能罐健康监测设备，热水储能罐健康监测设备包括热水储能罐、振弦式传感器和数据采集仪，振弦式传感器的数量为多个，多个振弦式传感器固定在热水储能罐的外表面上，多个振弦式传感器中的每一者与数据采集仪连接。本发明提供的热水储能罐健康监测设备具有实时掌握热水储能罐各部分的工作状态，获得热水储能罐的关键部位的应力分布情况，及时预警损伤，保证设备的安全运行的优点。

Description

热水储能罐健康监测设备
技术领域
本发明涉及供热设备技术领域，具体涉及一种热水储能罐健康监测设备。
背景技术
在集中供热系统中采用热水蓄热技术，设置大型热水储能罐既能降低能源消耗、温室气体排放，又能保证用户用热量并进行实时调整。热水蓄热技术是在用热低谷期，把暂时不需要的热量、来自于机组或可再生能源产生的多余电能转化成的热量，利用水作为蓄热载体储存在热水储能罐中，在用热高峰期将热量释放出来再利用。蓄热技术能有效解决能量在时间和空间上的供需不匹配问题并产生较好的经济效益。
大型热水储能罐在正常使用时，会受到温度作用、地震作用、水压荷载、风荷载等诸多直接或间接的作用，荷载工况繁多，受力状态复杂。而且此类罐体的设计与施工目前未形成统一的技术标准，因此对建成项目的运行状态进行健康监测(指利用现场无损伤的监测方式获得结构内部信息，以此分析包括结构反应在内的各种特征，以便了解结构因损伤造成的变化)，获得热水储能罐的关键部位的应力分布情况，从而检验设计的合理性和运行的安全性具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种热水储能罐健康监测设备，该热水储能罐健康监测设备具有实时掌握热水储能罐各部分的工作状态，获得热水储能罐的关键部位的应力分布情况，及时预警损伤，保证设备的安全运行的优点。
根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备包括热水储能罐、振弦式传感器和数据采集仪，所述振弦式传感器的数量为多个，多个振弦式传感器固定在所述热水储能罐的外表面上；多个所述振弦式传感器中的每一者与所述数据采集仪连接。
根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备，通过在热水储能罐的外表面上设置多个用于观测热水储能罐的各部分的应力变化的振弦式传感器，以及能够采集、预处理和预存储的数据采集仪。由此使得工作人员能够得出热水储能罐的各部分的应力分布数据，实时掌握热水储能罐各部分的工作状态，进而能够及时预警损伤，保证设备的安全运行。
在一些实施例中，所述数据采集仪为振弦式采集仪。
在一些实施例中，多个所述振弦式传感器中的每一者粘接在所述热水储能罐的外表面上。
在一些实施例中，所述热水储能罐包括罐体，所述振弦式传感器包括第一振弦式传感器，所述第一振弦式传感器设在所述罐体的邻近所述罐体的底壁面的侧壁面上。
在一些实施例中，所述第一振弦式传感器的数量为八个，八个所述第一振弦式传感器中的四个所述第一振弦式传感器竖向布置并沿所述罐体的周向等间隔分布，另四个所述第一振弦式传感器横向布置并沿所述罐体的周向等间隔分布。
在一些实施例中，所述振弦式传感器还包括第二振弦式传感器，所述第二振弦式传感器的数量为多个，多个第二振弦式传感器横向布置并沿所述罐体的轴向间隔分布在所述罐体的侧壁面上。
在一些实施例中，所述热水储能罐健康监测设备还包括爬梯，所述爬梯安装于所述罐体的侧壁面上并绕所述罐体的轴线螺旋延伸，多个所述第二振弦式传感器邻近所述爬梯。
在一些实施例中，相邻两个所述第二振弦式传感器的高度差由下至上依次增加。
在一些实施例中，所述振弦式传感器还包括第三振弦式传感器，所述第三振弦式传感器竖向布置在所述罐体的侧壁面，所述第三振弦式传感器的高度为28m-32m。
在一些实施例中，所述罐体邻近底壁面的侧壁面上设有排水口，所述振弦式传感器还包括第四振弦式传感器，所述第四振弦式传感器的数量为多个，多个所述第四振弦式传感器沿所述排水口的周向间隔分布在所述罐体的侧壁面上。
在一些实施例中，所述热水储能罐还包括设在所述罐体上方的罐盖，所述振弦式传感器还包括第五振弦式传感器，所述第五振弦式传感器设在所述罐盖的顶壁面并邻近所述罐体的侧壁面。
在一些实施例中，所述第五振弦式传感器的数量为两个，在平行于所述罐体的横截面的投影面上，两个所述第五振弦式传感器的投影的长度方向与所述罐体的径向一致，两个所述第五振弦式传感器的投影的长度方向垂直。
附图说明
图1是根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备的示意图。
图2是根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备的运行图。
附图标记：
热水储能罐1，罐体11，罐盖12，爬梯13，排水口14，第一振弦式传感器2，第二振弦式传感器3，第三振弦式传感器4，第四振弦式传感器5，第五振弦式传感器6，数据采集仪7，无线通讯模块8，电脑9，应力分布数据10。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1和图2描述根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备。
根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备包括热水储能罐1、振弦式传感器和数据采集仪7。振弦式传感器的数量为多个，多个振弦式传感器固定在热水储能罐1的外表面上。多个振弦式传感器中的每一者与数据采集仪7连接。
具体地，本实施例的热水储能罐1优选为非锚固热水储能罐，多个振弦式传感器分布在热水储能罐1的外表面的关键位置处，以观测热水储能罐1外表面的最大应变和最大挠度或位移。数据采集仪7能够对振弦式传感器输出的信号进行采集、预处理和预存储，并最终得出应力分布数据10。
根据本发明实施例的热水储能罐健康监测设备，通过在热水储能罐1的外表面上设置多个用于观测热水储能罐1的各部分的应力变化的振弦式传感器，以及能够采集、预处理和预存储的数据采集仪7。由此使得工作人员能够得出热水储能罐1的各部分的应力分布数据10，实时掌握热水储能罐1各部分的工作状态，进而能够及时预警损伤，保证设备的安全运行。
而且，热水储能罐健康监测设备还为研究大型热水储罐的环境作用、受力状态等提供直接的现场试验模型、试验系统和试验数据，可以积累大型热水储罐的建设经验，进而提升我国大型热水储罐的建造技术。
此外，如图2所示，振弦式传感器与数据采集仪7之间通过现场总线RS485连接，热水储能罐健康监测设备还包括无线通讯模块8，数据采集仪7通过无线通讯模块8与电脑9相连，由此将数据传输至电脑9中储存起来。同时，通过无线通讯模块8与数据采集仪7相连的电脑9还可以通过互联网将应力分布数据10传输至其他电脑9，方便了对热水储能罐1的实时监测。
在一些实施例中，数据采集仪7为振弦式采集仪。
具体地，数据采集仪7为BGK-Micro 40振弦式采集仪，无线通讯模块8为BGK-MICRO-40-WD型无线传输电台，热水储能罐健康监测设备构成BGK-Micro 40分布式网络监测系统，整个系统由监测中心计算机网络、安全监测系统软件(或G云平台)、BGK-Micro40自动化数据采集仪7、传感器和智能式仪器(可独立作为网络节点的仪器)等设备组成，可完成各类工程安全监测仪器的自动测量、数据处理、图表制作、异常测值报警等工作。由此，热水储能罐健康监测设备构成的BGK-Micro 40分布式网络监测系统对热水储能罐1的应力变化监测自动化程度更高。
在一些实施例中，多个振弦式传感器中的每一者粘接在热水储能罐1的外表面上。由此，振弦式传感器在热水储能罐1上的安装不会影响热水储能罐1本体的结构性能，而且，通过粘接的方式，振弦式传感器在热水储能罐1上的安装简单方便。
在一些实施例中，热水储能罐1包括罐体11，振弦式传感器包括第一振弦式传感器2，第一振弦式传感器2设在罐体11的邻近罐体11的底壁面的侧壁面上。
具体地，罐体11上端开口并由罐壁和罐底焊接成型，第一振弦式传感器2设在罐体11的底部焊缝附近，罐体11在焊缝位置处的应力应变较大。由此，通过设置第一振弦式传感器2，能够实时监测焊缝位置处的应力变化，保证对热水储能罐1关键位置的充分监测。
在一些实施例中，第一振弦式传感器2的数量为八个，八个第一振弦式传感器2中的四个第一振弦式传感器2竖向布置并沿罐体11的周向等间隔分布，另四个第一振弦式传感器2横向布置并沿罐体11的周向等间隔分布。
具体地，振弦式传感为长条形，竖向布置的第一振弦式传感器2代指其长度方向为竖向，该第一振弦式传感器2主要用于监测罐体11竖向载荷作用下的应变。同理，横向布置的第一振弦式传感主要用于监测罐体11周向载荷左右下的影响。由此，罐体11的焊缝所在位置的应力监测灵敏度和可靠性更高。
在一些实施例中，振弦式传感器还包括第二振弦式传感器3，第二振弦式传感器3的数量为多个，多个第二振弦式传感器3横向布置并沿罐体11的轴向间隔分布在罐体11的侧壁面上。
具体地，罐体11的罐壁主要受到周向载荷，通过在罐体11的侧壁面上由上至下设置多个横向布置的第二振弦式传感器3，能够监测罐体11周向载荷作用下的影响，保证对罐体11的罐壁的实时监测和及时预警。
在一些实施例中，热水储能罐健康监测设备还包括爬梯13，爬梯13安装于罐体11的侧壁面上并绕罐体11的轴线螺旋延伸，多个第二振弦式传感器3邻近爬梯13。由此，第二振弦式传感器3在罐体11的侧壁面上的安装拆卸简单方便，便于维护。
在一些实施例中，相邻两个第二振弦式传感器3的高度差由下至上依次增加。
具体地，罐体11的侧壁面所受的周向载荷由下至上依次增加，因此设置罐体11的侧壁面的下半部分的第二振弦式传感器3布置密集，罐体11的侧壁面的上半部分设置的第二振弦式传感器3布置稀疏，由此既能够对罐体11的侧壁面的应力监测更充分，也节省了仪器设备、减少了信息通讯量、避免人力财力浪费，同时也使得监测工作重点突出。
在一些实施例中，振弦式传感器还包括第三振弦式传感器4，第三振弦式传感器4竖向布置在罐体11的侧壁面，第三振弦式传感器4的高度为28m-32m。
具体地，如图1所示，罐体11在高度为28m-32m之间的区域为抗风圈，是应力和应变较大的位置，通过在高度为30m位置设有竖向布置的第三振弦式传感器4，结合设在抗风圈处的横向布置的第二振弦式传感器3，由此实现对抗风圈处竖向载荷和周向载荷作用下的应变的监测，抗风圈处的监测可靠性高。
在一些实施例中，罐体11邻近底壁面的侧壁面上设有排水口14，振弦式传感器还包括第四振弦式传感器5，第四振弦式传感器5的数量为多个，多个第四振弦式传感器5沿排水口14的周向间隔分布在罐体11的侧壁面上。
具体地，第四振弦式传感器5的数量为四个，四个第四振弦式传感沿排水口14的周向等间隔分布，第四振弦式传感器5的长度方向与排水口14的径向一致。第四振弦式传感器5邻近排水口14并能够监测罐体11的外侧壁面的沿排水口14周向载荷下的应变，保证对排水口14附近的可靠监测。
在一些实施例中，热水储能罐1还包括设在罐体11上方的罐盖12，振弦式传感器还包括第五振弦式传感器6，第五振弦式传感器6设在罐盖12的顶壁面并邻近罐体11的侧壁面。
具体地，如图1所示，第五振弦式传感器6的数量为两个，在平行于罐体11的横截面的投影面上，两个第五振弦式传感器6的投影的长度方向与罐体11的径向一致，两个第五振弦式传感器6的投影的长度方向垂直。罐体11与罐盖12的交界处在风载荷作用下应力应变最大，通过在两者的交界处附近额外设置第五振弦式传感器6，保证对该位置的可靠监测。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种热水储能罐健康监测设备，其特征在于，包括：
热水储能罐；
振弦式传感器，所述振弦式传感器的数量为多个，多个振弦式传感器固定在所述热水储能罐的外表面上；和
数据采集仪，多个所述振弦式传感器中的每一者与所述数据采集仪连接。
2.根据权利要求1所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述数据采集仪为振弦式采集仪。
3.根据权利要求1所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，多个所述振弦式传感器中的每一者粘接在所述热水储能罐的外表面上。
4.根据权利要求1所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述热水储能罐包括罐体，所述振弦式传感器包括第一振弦式传感器，所述第一振弦式传感器设在所述罐体的邻近所述罐体的底壁面的侧壁面上。
5.根据权利要求4所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述第一振弦式传感器的数量为八个，八个所述第一振弦式传感器中的四个所述第一振弦式传感器竖向布置并沿所述罐体的周向等间隔分布，另四个所述第一振弦式传感器横向布置并沿所述罐体的周向等间隔分布。
6.根据权利要求4所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述振弦式传感器还包括第二振弦式传感器，所述第二振弦式传感器的数量为多个，多个第二振弦式传感器横向布置并沿所述罐体的轴向间隔分布在所述罐体的侧壁面上。
7.根据权利要求6所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述热水储能罐健康监测设备还包括爬梯，所述爬梯安装于所述罐体的侧壁面上并绕所述罐体的轴线螺旋延伸，多个所述第二振弦式传感器邻近所述爬梯。
8.根据权利要求6所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，相邻两个所述第二振弦式传感器的高度差由下至上依次增加。
9.根据权利要求4所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述振弦式传感器还包括第三振弦式传感器，所述第三振弦式传感器竖向布置在所述罐体的侧壁面，所述第三振弦式传感器的高度为28m-32m。
10.根据权利要求4所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述罐体邻近底壁面的侧壁面上设有排水口，所述振弦式传感器还包括第四振弦式传感器，所述第四振弦式传感器的数量为多个，多个所述第四振弦式传感器沿所述排水口的周向间隔分布在所述罐体的侧壁面上。
11.根据权利要求4所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述热水储能罐还包括设在所述罐体上方的罐盖，所述振弦式传感器还包括第五振弦式传感器，所述第五振弦式传感器设在所述罐盖的顶壁面并邻近所述罐体的侧壁面。
12.根据权利要求11所述的热水储能罐健康监测设备，其特征在于，所述第五振弦式传感器的数量为两个，在平行于所述罐体的横截面的投影面上，两个所述第五振弦式传感器的投影的长度方向与所述罐体的径向一致，两个所述第五振弦式传感器的投影的长度方向垂直。
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