CN113983818A - 工业炉设备的健康保障和预测性维护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管式加热炉技术领域,尤其涉及工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,解决了现有无法很好的为工业炉设备提供健康保障和预测性维护的缺点,包括炉体、固定在炉体的炉底和炉壁分别通过螺栓固定有底盘和轴向调位电机、安装在底盘上的燃烧器、炉体内设置有隔温仓,本工业炉通过控制装置内的通信模块构建AIOT物联网智能数字化运维平台,能够通过PLC编程实现对各部件和各传感器的实时控制,能够构建设备的历史性能退化样本,挖掘与异常、故障和性能退化相关的多源变量关联关系,识别多设备故障耦合、满足工作自适应下的异常监测、故障诊断、性能退化预警、剩余寿命预测以及健康状态评估,实现操作各部件的健康保障和预测性维护。
Description
技术领域
本发明涉及管式加热炉技术领域,尤其涉及工业炉设备的健康保障和预测性维护系统。
背景技术
管式加热炉是石油炼制、石油化工、煤化工、焦油加工、原料输送等工业装置中使用的工艺加热炉,是耗能大户,也是一个多变量耦合、多干扰、非线性和时变的系统,具有设备价值高、工艺操作复杂、危险性高,环保压力大等特征。其工艺介质出口温度、氧含量、CO等含量等受燃料低热值、热负荷变化等多方面不确定因素干扰,同时各类执行机构存在较严重非线性、灵敏度差以及面临安全生产压力大等因素,传统的 PID 控制有时不能满足先进控制与管理的要求,还会出现空燃比不匹配能源耗量较高的现象,无法很好的为工业炉设备提供健康保障和预测性维护。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有无法很好的为工业炉设备提供健康保障和预测性维护的缺点,而提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,包括炉体、固定在炉体的炉底和炉壁分别通过螺栓固定有底盘和轴向调位电机、安装在底盘上的燃烧器、炉体内设置有隔温仓,通过隔温仓固定的辐射管,通过支架固定在炉体内的对流管以及烟囱,炉体一侧还安装有控制装置,所述炉体通过底盘及与其炉身轴承安装有转盘,所述转盘的上下部分别安装有固定杆和升降调位电机,所述升降调位电机的输出轴连接有延伸至固定杆内的调节螺杆,所述调节螺杆的外部螺纹连接有连接块,所述连接块的两端均安装有高速红外探头,固定杆的端部还安装有光学影像采集探头;
所述烟囱的端部和一侧分别安装有电动液压缸和风压调节电机,所述电动液压缸的伸缩端侧设置有流量调节电机,电动液压缸的伸缩端还通过轴承连接有转杆,烟囱的内部通过支环轴承连接有流向调节盘,所述流向调节盘的中部通过轴承连接有流量调节齿轮,流向调节盘的一侧内部轴承连接有保持架,流向调节盘的顶部还盖设有盖板,所述盖板的下部通过转轴周向分布套设有挡板。
优选的,所述固定杆的端部贯穿隔温仓并弯曲向下,所述隔温仓的底部镂空,其镂空部位与所述辐射管一一对应。
优选的,所述炉体内壁通过支架架设有对流管,所述支架的上下部内壁均安装有烟气流动传感器。
优选的,所述轴向调位电机、风压调节电机的输出轴以及转盘和流向调节盘的外部分别套接有传动链轮,所述传动链轮的外侧套设有链条。
优选的,所述转杆的端部贯穿并延伸至烟囱的内部,且转杆位于烟囱内部一端套接有主动齿轮,所述流量调节齿轮的顶部开设有与主动齿轮啮合的齿槽。
优选的,所述流量调节齿轮的表面设有轮齿,所述保持架的表面开设有与其表面轮齿啮合的齿槽。
优选的,所述保持架的顶部均匀分布设置有与挡板对应的导块,所述挡板的表面开设有与导块对应的导槽。
优选的,所述控制装置包括型号为S4-400的PLC、电源以及通信模块,其分别与各部件电连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本工业炉通过控制装置内的通信模块构建AIOT物联网智能数字化运维平台,能够通过PLC编程实现对各部件和各传感器的实时控制,能够构建设备的历史性能退化样本,挖掘与异常、故障和性能退化相关的多源变量关联关系,识别多设备故障耦合、满足工作自适应下的异常监测、故障诊断、性能退化预警、剩余寿命预测以及健康状态评估,实现操作各部件的健康保障和预测性维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述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为本发明提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统的结构示意图;
图2为本发明提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统的图1中的A处局部放大结构示意图;
图3为本发明提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统的剖视结构示意图;
图4为本发明提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统的图3中的B处局部剖视结构示意图;
图5为本发明提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统的炉底结构示意图;
图6为本发明提出的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统的烟囱横剖结构示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、炉体;2、烟囱;3、底盘;4、燃烧器;5、轴向调位电机;6、风压调节电机;7、电动液压缸;8、流量调节电机;9、转杆;10、升降调位电机;11、转盘;12、固定杆;13、调节螺杆;14、连接块;15、高速红外探头;16、光学影像采集探头;17、隔温仓;18、辐射管;19、支架;20、对流管;21、烟气流动传感器;22、支环;23、主动齿轮;24、流向调节盘;25、流量调节齿轮;26、转轴;27、挡板;28、盖板;29、导块;30、保持架;31、控制装置。
具体实施方式
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。
参照图1-6,本发明的实施例一提供了工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,包括炉体1、固定在炉体1的炉底和炉壁分别通过螺栓固定有底盘3和轴向调位电机5、安装在底盘3上的燃烧器4、炉体1内设置有隔温仓17,通过隔温仓17固定的辐射管18,通过支架19固定在炉体1内的对流管20以及烟囱2,炉体1一侧还安装有控制装置31,控制装置31包括型号为S4-400的PLC、电源以及通信模块,其分别与各部件电连接,通过电源为各部件各传感器进行供电,并将指令和数据实时通过通信模块传输至终端进行分析,针对燃料、热负荷等干扰源多等问题,通过专家知识形式化建模、影像要素敏感度分析、控制参量迭代优化等技术实现管内流量均匀和各支路平衡的安全稳定运行控制,针对加热炉温度控制难度大、控制不确定性强的问题,基于高速红外、光学影像采集、炉内烟气流动传感采集,实现加热炉炉出口温度、炉膛温度场及炉管管壁温度的场分布以及烟气流动数据汇聚,通过机器视觉方法,利用数据挖掘、深度特征自学习等技术解译温度场特性、规律和复杂变化模式,构建燃烧品质敏感参数集,在此基础上,结合全要素控制手段,通过深度强化学习等技术研究炉管管壁温度控制方法,实现炉出口温度动态自适应控制,提高燃烧效率,优化空燃比,节约燃料,针对烟风控制系统投运率不足,研究压力分布、流量分布,构建烟风品质敏感参数集,通过控制参量启发式优化、控制模型在线学习等技术开发加热炉烟风智能控制系统,与加热炉温控制系统协作,满足燃烧需求和环保指标,提高投运率。
炉体1通过底盘3及与其炉身轴承安装有转盘11,转盘11的上下部分别安装有固定杆12和升降调位电机10,升降调位电机10的输出轴连接有延伸至固定杆12内的调节螺杆13,调节螺杆13的外部螺纹连接有连接块14,连接块14的两端均安装有高速红外探头15,固定杆12的端部还安装有光学影像采集探头16,固定杆12的端部贯穿隔温仓17并弯曲向下,隔温仓17的底部镂空,其镂空部位与辐射管18一一对应,轴向调位电机5与转盘11之间通过链条传动,使其能够驱动转盘11调节固定杆12位于炉腔内的方位,并且通过升降调位电机10驱动调节螺杆13转动,推动其外部螺纹连接的连接块14带动高速红外探头15在炉体1内部升降,固定杆12的端部弯曲并置于隔温仓17内,同时在固定杆12的端部安装光学影像采集探头16,以便能够对炉体1内壁和辐射管18表面进行实时监控,炉体1内壁通过支架19架设有对流管20,支架19的上下部内壁均安装有烟气流动传感器21,满足工作自适应下的异常监测、故障诊断、性能退化预警、剩余寿命预测以及健康状态评估;
烟囱2的端部和一侧分别安装有电动液压缸7和风压调节电机6,电动液压缸7的伸缩端侧设置有流量调节电机8,电动液压缸7的伸缩端还通过轴承连接有转杆9,转杆9的端部贯穿并延伸至烟囱2的内部,且转杆9位于烟囱2内部一端套接有主动齿轮23,流量调节齿轮25的顶部开设有与主动齿轮23啮合的齿槽,烟囱2的内部通过支环22轴承连接有流向调节盘24,流向调节盘24的中部通过轴承连接有流量调节齿轮25,流向调节盘24的一侧内部轴承连接有保持架30,流向调节盘24的顶部还盖设有盖板28,盖板28的下部通过转轴26周向分布套设有挡板27,流量调节齿轮25的表面设有轮齿,保持架30的表面开设有与其表面轮齿啮合的齿槽,保持架30的顶部均匀分布设置有与挡板27对应的导块29,挡板27的表面开设有与导块29对应的导槽,风压调节电机6和流向调节盘24之间通过链条传动,从而能够调节流向调节盘24上挡板27的方位,从而实现改变烟囱2内烟气的流向,通过电动液压缸7伸缩,将其伸缩端安装在转杆9端部的主动齿轮23作用在流量调节齿轮25上,并通过流量调节电机8带动顶部开设有齿槽的流量调节齿轮25转动,使其利用表面轮齿带动表面设有齿槽的保持架30转动,从而通过保持架30上设置的导块29推动挡板27沿盖板28的转轴26实现转动,从而实现挡板27的开合(相机光圈工作原理),以便能够实现调节烟气流量的功能,实用性强。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”、“设置”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
Claims (8)
1.工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,包括炉体(1)、固定在炉体(1)的炉底和炉壁分别通过螺栓固定有底盘(3)和轴向调位电机(5)、安装在底盘(3)上的燃烧器(4)、炉体(1)内设置有隔温仓(17),通过隔温仓(17)固定的辐射管(18),通过支架(19)固定在炉体(1)内的对流管(20)以及烟囱(2),炉体(1)一侧还安装有控制装置(31),其特征在于,所述炉体(1)通过底盘(3)及与其炉身轴承安装有转盘(11),所述转盘(11)的上下部分别安装有固定杆(12)和升降调位电机(10),所述升降调位电机(10)的输出轴连接有延伸至固定杆(12)内的调节螺杆(13),所述调节螺杆(13)的外部螺纹连接有连接块(14),所述连接块(14)的两端均安装有高速红外探头(15),固定杆(12)的端部还安装有光学影像采集探头(16);
所述烟囱(2)的端部和一侧分别安装有电动液压缸(7)和风压调节电机(6),所述电动液压缸(7)的伸缩端侧设置有流量调节电机(8),电动液压缸(7)的伸缩端还通过轴承连接有转杆(9),烟囱(2)的内部通过支环(22)轴承连接有流向调节盘(24),所述流向调节盘(24)的中部通过轴承连接有流量调节齿轮(25),流向调节盘(24)的一侧内部轴承连接有保持架(30),流向调节盘(24)的顶部还盖设有盖板(28),所述盖板(28)的下部通过转轴(26)周向分布套设有挡板(27)。
2.根据权利要求1所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述固定杆(12)的端部贯穿隔温仓(17)并弯曲向下,所述隔温仓(17)的底部镂空,其镂空部位与所述辐射管(18)一一对应。
3.根据权利要求1所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述炉体(1)内壁通过支架(19)架设有对流管(20),支架(19)的上下部内壁均安装有烟气流动传感器(21)。
4.根据权利要求1所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述轴向调位电机(5)、风压调节电机(6)的输出轴以及转盘(11)和流向调节盘(24)的外部分别套接有传动链轮,所述传动链轮的外侧套设有链条。
5.根据权利要求1所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述转杆(9)的端部贯穿并延伸至烟囱(2)的内部,且转杆(9)位于烟囱(2)内部一端套接有主动齿轮(23),所述流量调节齿轮(25)的顶部开设有与主动齿轮(23)啮合的齿槽。
6.根据权利要求5所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述流量调节齿轮(25)的表面设有轮齿,所述保持架(30)的表面开设有与其表面轮齿啮合的齿槽。
7.根据权利要求6所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述保持架(30)的顶部均匀分布设置有与挡板(27)对应的导块(29),所述挡板(27)的表面开设有与导块(29)对应的导槽。
8.根据权利要求1所述的工业炉设备的健康保障和预测性维护系统,其特征在于,所述控制装置(31)包括型号为S4-400的PLC、电源以及通信模块,其分别与各部件电连接。
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