CN1143979C - 锅炉膨胀监测显示管理系统 - Google Patents

Abstract

一种锅炉膨胀监测显示管理系统，能实时远程监测锅炉重要部位膨胀量。该系统由三维膨胀位移传感指示器、数据采集系统、计算机处理系统三部分组成。该系统用膨胀位移传感指示器，将锅炉部件的三维膨胀位移量转换成电信号，通过数据采集系统采集后，输入到计算机中，经过计算分析处理，以图表和模拟图的形式显示在主控室的CRT上，清晰直观，方便运行人员实时地了解锅炉设备的膨胀情况。减轻运行人员的工作强度，降低了危险性，提高火电机组的运行水平。

Description

锅炉膨胀监测显示管理系统

本发明涉及一种锅炉运行参数测量装置，更准确地说，涉及一种锅炉设备膨胀量的测量装置。

锅炉是由各种复杂的管系和钢结构组成的整体，受热后将产生膨胀。由于各部位材质不同，受热温度不同，产生的膨胀量也不同。在热态运行时，冷态安装协调的锅炉要膨胀变形，由于炉内受热面的结构和热负荷不同，汽水管道、烟风管道、煤粉管道结构及内部工质热力参数不同，炉内外固定结构和连接方式等多种多样，因此各个部位的膨胀值和方向也是多样的。如何协调这些膨胀的相互关系，是保证锅炉部件自由膨胀，不受损伤，以及锅炉热态运行时安全性和严密性的关键。

因此在锅炉的一些重要部位都要求安装能指示该部位膨胀量的指示器。目前国内外锅炉的膨胀指示器都是机械式的，这种膨胀指示器是用焊接在膨胀部件上的一根钢针在一块画有坐标网格的铁板上指示膨胀量，只能指示二维方向，精度低不准确，损坏不易察觉，不利于及时检修。锅炉上膨胀指示器安装位置分散，工作条件恶劣，运行人员观察时须上下奔波，很不方便，且很危险，这样就要求有在集控室就能观察锅炉关键部位膨胀情况的设备。

本发明的目的是提供一种能实时远程监测锅炉重要部位膨胀量的监测管理系统。该系统可将锅炉部件现场的膨胀位移量直观地反映在控制室内，供运行人员随时查看，形象直观，运行人员也不必再去锅炉现场观察锅炉部件膨胀情况，免除运行人员为观察锅炉的膨胀而上下奔波，减轻运行人员的工作强度，降低了危险性，提高了火电机组的运行水平。

为达到上述目的，本发明由将膨胀位移转为电信号的三维膨胀位移传感指示器、数据采集系统和计算机组成。该系统利用高灵敏度的膨胀位移传感指示器，将锅炉部件的三维膨胀位移量转换成电信号，通过数据采集系统采集后，输入到计算机中，经过计算分析处理，以图表和模拟图的形式显示在主控室的CRT上。清晰直观，极大地方便了运行人员实时地了解锅炉的膨胀情况。

该系统有锅炉各部位正常启动和停炉时的膨胀量与理论膨胀量对比图，供运行人员将现有状态下的锅炉膨胀量与正常值进行比较，并可接入到锅炉设备的自动控制系统，及时调节燃烧，控制升降温速度。该系统可提供某一时间段锅炉膨胀变化曲线，以利事故追忆和锅炉的膨胀情况分析。该系统还可调出历史膨胀数据，供分析参考，寻找最佳运行调节方式。

下面结合附图对本发明的最佳实施例，配300MW机组锅炉的膨胀监测显示管理系统进行详细说明。

图1是锅炉膨胀监测显示管理系统系统图

图2是三维膨胀位移传感指示器主视图

图3是三维膨胀位移传感指示器侧视图

图4是位移转换器主视图

图5是位移转换器俯视图

图6是系统处理程序框图

图7～12是该系统的主要显示界面图

本系统主要由三部分组成，如图1所示。第1部分是三维膨胀位移传感指示器，第2部分是数据采集系统，第3部分是计算机处理系统。根据设计，300MW机组锅炉有32个部件需进行膨胀量监测，需配置32台三维膨胀位移传感指示器。三维膨胀位移传感指示器将采集到的位移信号转变成电压信号，经数据采集系统转换为数字信号传输给计算机，经计算机处理后直接显示在控制室的监视器上，供运行人员监测。

(一)、三维膨胀位移传感指示器

该传感指示器结构如图2、图3所示，主要由指针1接线合2壳体3多圈电位器4位移转换器5和导轨6组成。锅炉设备的现场工作条件非常恶劣，灰尘污染严重、噪音高，各种电磁波干扰也非常严重。根据这些制约条件，本发明利用欧姆定律原理，即电流一定时，电阻两端的电压随电阻的变化而变化。因为三维膨胀位移传感指示器安装位置灰尘很严重，本发明利用密封性能很好的多圈电位器，将转轮与多圈电位器相连接，转轮转动带动多圈电位器转动，电阻发生变化。转轮的转动又转化为位移长度，这样位移长度就与电阻建立了对应关系。选用安培级恒流电源给多圈电位器送电，通过测量电位器两端的电压，就可换算出位移长度。选用伏特级电压输出，一方面可长距离输送，另一方面也可抗电磁波的干扰。

三维膨胀位移传感指示器通过焊接在锅炉部件上的指针1带动位移转换器5沿导轨6移动，位移转换器测出沿导轨移动的距离L，导轨同时沿着轴旋转，带动多圈电位器转动，可测出导轨转动的角度θ，在用三角函数算出X、Y方向的位移，X＝L·COSθ、Y＝L·SINθ。由于指针1与导轨6相互垂直，指针在带动位移转换器移动的同时，又与位移转换器有相对运动，带动位移转换器中的转轮转动，测出Z方向的位移，这样锅炉部件受热膨胀后的空间位移就分解为X、Y、Z三个方向。

位移转换器5结构如图4、图5所示，主要由转轮7支撑架8和多圈电位器4组成。固定在支撑架上的转轮，在指针的带动下沿导轨6滚动，转轮轴带动多圈电位器4转动，电阻随着转轮的转动而变化。这样指针X、Y、Z三个方向的移动转换为电阻量的变化。

利用恒流电源通过数据采集系统电缆给电阻送电，再将电阻两端的电压信号送出去加以测量，这样三个位移量就转化为可测量的电信号(v)，再传输给数据采集系统。

该传感指示器同时可在就地指示出锅炉部件的膨胀位移较大的两个方向的位移量，保留了传统机械式膨胀指示器在就地指示锅炉部件膨胀位移量的功能。

(二)、数据采集系统

该系统有32处膨胀量测量，因是三维方向膨胀，每处有三个方向的电压信号，共有96个电压信号需要进行A/D转换。因此该系统由3块32通道A/D转换卡、恒流电源、6芯电缆组成。由6芯电缆将多个三维膨胀位移传感指示器与A/D转换卡和恒流电源并联起来组成闭环系统。恒流电源设定输出为5A的直流电，A/D转换卡定期扫描膨胀传感指示器传来的电压信号，A/D转换后传输给膨胀计算分析显示系统。

(三)、膨胀量计算分析系统

该系统由计算机、CRT、打印机组成。A/D转换卡与计算机以插槽形式相联接。由数据采集系统传来的信号，经计算机计算分析处理后，以数据列表、立体框图和分部件的形式显示在CRT上，供运行人员实时监视，指导运行。

该系统的计算机选用有多个ISA插槽常规配置的研华工控机。

1.软件编制过程

软件编制用WINDOWS95应用程序，用C++编制动态链接库来驱动A/D卡，用VB编制程序界面。

开机后进入到系统自检，用C++编制动态链接库来驱动A/D卡，对各膨胀指示器进行扫描，检测各测点是否有电信号，能否正常采集数据，如能正常采集数据，则记录当前值，并设为初始值UO；如不能正常采集数据，则列表提示哪些测点不正常，提示检修或剔除该点。根据锅炉启动升温速度设定系统数据扫描频率，一般设定1次/分钟，扫描来的数据进入到计算程序。

设定长度方向100-500Ω的电阻对应0-400mm，角度0-90°对应100-500Ω电阻。计算公式为：R_L＝U_L/I    R_θ＝U_θ/I    R_Z＝U_Z/I    RO＝UO/IL＝(R_L-RO)×(400-0)÷(500-100)＝(U_L-UO)/I

X＝L×CUSθ

Y＝L×SINθ

θ＝(R_θ-RO)×(90°-0)÷(500-100)＝(U_θ/I-UO/I)×90°÷400

Z＝(R_Z-RO)×(400-0)÷(500-100)＝(U_Z-UO)/I

其中X、Y、Z分别是X、Y、Z方向的的膨胀位移值，R_L、U_L是L方向的电阻和电压值，R_z、U_z是Z方向的电阻和电压值；R_θ、U_θ是角度θ的电阻和电压值；RO、UO是初始电阻和电压值；I是电流值，设定为5A；θ是旋转角度。

经过计算后的数据自动存于硬盘的数据库中，并在显示器上的各功能模块中显示。

2.系统功能模块界面

系统开机后进入到图7～12的系统主要显示界面。

图7中是主界面图(自动记录各膨胀指示器的初始数值，检测各测点是否正常。)

图8是各功能块界面

图9是数值表(将各部件的膨胀位移量显示，并按日期记录下来，做为历史数据管理。)

图10是在锅炉立体图的位置上以数字形式显示膨胀量变化情况，随机显示。

图11、12是显示各部件的膨胀情况显示图

冷态的原始位置，用绿色；当前膨胀到的位置，用红色。

Claims (4)

1.一种锅炉膨胀监测显示管理系统，它由三维膨胀位移传感指示器、数据采集系统、计算机处理系统三部分组成；该系统用三维膨胀位移传感指示器，将锅炉部件的三维膨胀位移量转换成电信号，通过数据采集系统采集后，输入到计算机中，经过计算分析处理，以图表和模拟图的形式显示在主控室的监视器上，供运行人员实时地了解锅炉设备的膨胀情况。

2.根据权利要求1所述的锅炉膨胀监测显示管理系统，其特征在于，其中的三维膨胀位移传感指示器，可测量锅炉部件三维膨胀位移量，并转化为电信号输出。

3.根据权利要求1所述的锅炉膨胀监测显示管理系统，选用1～24安培级恒流电源给多圈电位器送电，选用伏特级电压输出，一方面可长距离输送，另一方面也可抗电磁波的干扰。

4.根据权利要求1所述的锅炉膨胀监测显示管理系统，其特征在于，以锅炉立体框图和分部件模拟图的形式作为该系统的主要界面图。

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