CN114485773A - 一种冷却塔风速风温测定方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种冷却塔风速风温测定方法及监测系统，包括如下步骤：在所述冷却塔的喉部位置放置无人机；控制所述无人机处于悬停状态；记录无人机处于悬停状态时的桨叶转速；所述冷却塔的风速对所述无人机的作用力的计算方法为：冷却塔风速产生的空气浮力＝无人机自重‑无人机桨叶浮力。本申请通过无人机在冷却塔喉部位置测量塔内风速、风温，能得到更高准确度的塔内风速和风温，能够使冷却塔性能试验的准确性和便捷性得到质的提高。

Description

一种冷却塔风速风温测定方法及监测系统

技术领域

本申请属于热力发电厂技术领域，尤其涉及一种冷却塔风速风温测定方法监测系统。

背景技术

冷却塔作为冷端系统的主要设备之一，冷却塔性能的好坏在很大程度上影响发电厂的经济性和稳定性。冷却塔的低效率将会使循环水的温度升高，而循环水温的升高将使凝汽器的真空降低，汽轮机组的工作效率下降，从而导致设备的出力降低，使发电的煤耗量增加，影响了机组的热效率。自然通风冷却塔属于双曲塔，内部包含竖井、布水走廊和管道、填料以及除雾器等。

自然通风冷却塔性能试验中关键参数包括冷却塔风量、风温以及循环水流量等。现在各标准规定的方法均是在除雾器上方及各指廊附近开展出塔风速和风温的测量，用于计算冷却塔的通风量和出塔温度参数。其中冷却塔风量和风温的测量现阶段仍处于相对粗放的状态，风量测量和风温测量的代表性差，影响到了冷却塔性能的准确评估。因此，亟需一种能够具有高准确度测量冷却塔风速、风温的方法。

发明内容

针对上述问题，本申请实施例提供了一种冷却塔风速风温测定方法及监测系统，能得到更高准确度的塔内风速和风温，能够使冷却塔性能试验的准确性和便捷性得到质的提高，所述技术方案如下：

本申请第一方面提供一种冷却塔风速风温测定方法，包括如下步骤：在所述冷却塔的喉部位置放置无人机；控制所述无人机处于悬停状态；记录无人机处于悬停状态时的桨叶转速；所述冷却塔的风速对所述无人机的作用力的计算方法为：冷却塔风速产生的空气浮力＝无人机自重-无人机桨叶浮力。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，在所述无人机上设有温度监测模块，以测量所述冷却塔喉部位置的风温。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，将所述冷却塔的喉部圆平面划分为数个等面积区域，用网格法预先设定无人机巡逻及定点位置，采用定时、定点巡逻的方式获得所述喉部圆平面各个区域的风速、风温，最后获得整个所述喉部圆平面的平均风速、风温。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，通过标定不同上升气流流速所对应的无人机悬停时的桨叶转速来获取风速与桨叶转速的对应关系，得到标定风速，达到标定的目的。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，所述标定风速的获得方法为：利用竖向布置的风洞，测量无人机处于悬停位置时的桨叶转速，用标准风速仪测量无人机所处悬停位置的实际风速，在悬停位置处，采用标定的方式获得无人机桨叶转速与浮力的对应关系在局部区段满足如下关系式：

F_浮＝F_重＝f(x)＝kx+c

其中，F_浮为无人机在悬停位置处所受到的浮力，F_重为无人机的自重，x 为无人机平均转速或方均根转速，k、c为通过竖向布置的风洞标定出来的无人机桨叶转速与上升气流风速的对应关系式。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，所述冷却塔为热力发电厂的自然通风冷却塔。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，所述无人机可适时传输所述无人机桨叶转速、测量风温、重力矢量关系参数至控制端，并存储在控制端。

本申请第二方面提供一种冷却塔风速风温监测系统，包括数据采集系统，所述数据采集系统用于采集如上述所述的冷却塔风速风温测定方法而得到的风速和风温信息。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温监测系统中，还包括数据传输系统，所述数据传输系统包括中心主站及与中心主站相连的中继器，中心主站与数据采集系统相连。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温监测系统中，中心主站与数据采集系统通过Zigbee网络相连。

本申请的冷却塔风速风温测定方法及监测系统所带来的有益效果为，本申请通过无人机在冷却塔喉部位置测量塔内风速、风温。喉部位置是冷却塔内风速和风温充满度最高的位置，也是风速场、风温场最稳定的位置，在该位置测量风速风温既规避了塔内紊流问题，也规避了飘滴水对出塔湿球温度测量的准确性问题。借用无人机在该位置测量可采用等面积网格法，能得到更高准确度的塔内风速和风温，能够使冷却塔性能试验的准确性和便捷性得到质的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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申请的一些实施例，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是冷却塔剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

对于热力发电厂的自然通风冷却塔，直径动辄上百米，很多位置无法触达，现在各标准规定的方法均是在冷却塔的除雾器上方及各指廊300附近开展出塔风速和风温的测量，用于计算冷却塔的通风量和出塔温度参数。这种测量方式处于相对粗放的状态，第一，风量测量和风温测量的代表性差，在冷却塔内各指廊附近测量风速、风温不能完全代表冷却塔内的平均风速和风温；第二，除雾器上方附近位置测量出塔风温受到飘滴水的影响不容易准确测量湿球温度。现有测量方法严重影响到了冷却塔性能的准确评估，因此，亟需找到一个合适的界面来开展塔内风速风温的测量。

有鉴于此，本申请第一方面提供一种冷却塔风速风温测定方法，如图1所示，包括如下步骤：在所述冷却塔100的喉部200位置放置无人机；控制所述无人机处于悬停状态；记录无人机处于悬停状态时的桨叶转速；所述冷却塔的风速对所述无人机的作用力的计算方法为：冷却塔风速产生的空气浮力＝无人机自重一无人机桨叶浮力。根据上述实施例，通过无人机在冷却塔100喉部200 位置测量塔内风速、风温。喉部200位置是冷却塔内风速和风温充满度最高的位置，也是风速场、风温场最稳定的位置，在该位置测量风速风温既规避了塔内紊流问题，也规避了飘滴水对出塔湿球温度测量的准确性问题。借用无人机在该位置测量可采用等面积网格法，能得到更高准确度的塔内风速和风温，能够使冷却塔性能试验的准确性和便捷性得到质的提高。

自然通风冷却塔的喉部位置可以近似的看做是只有上升气流，没有水平方向的气流。在测试时可以通过获得无人机的转速来获得喉部位置局部的上升气流流速。且通常情况下，可近似认为喉部的空气密度与日常空气密度一致。

本申请的工作原理为：无人机在空中悬停、上升、下降等操作均是通过调整无人机四个桨叶的不同转速来获得无人机的空中机动和悬停。在无风环境下 (上升或下降气流，无水平气流)无人机的悬停只需要风扇桨叶旋转产生的升力克服无人机自重即可完成，可以通过获得无人机四个桨叶的转速来确定克服自重的转速。同理，当有上升风速的情况下无人机会适当降低转速来保持空中悬停，此时上升风速对无人机的作用力加上无人机旋桨产生的升力之和克服无人机自重即可完成。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，在所述无人机上设有温度监测模块，以测量所述冷却塔喉部位置的风温。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，将所述冷却塔的喉部200圆平面划分为数个等面积区域，用网格法预先设定无人机巡逻及定点位置，采用定时、定点巡逻的方式获得所述喉部200圆平面各个区域的风速、风温，最后获得整个所述喉部200圆平面的平均风速、风温。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，通过标定不同上升气流流速所对应的无人机悬停时的桨叶转速来获取风速与桨叶转速的对应关系，得到标定风速，达到标定的目的。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，所述标定风速的获得方法为：利用竖向布置的风洞，测量无人机处于悬停位置时的桨叶转速，用标准风速仪测量无人机所处悬停位置的实际风速，在悬停位置处，采用标定的方式获得无人机桨叶转速与浮力的对应关系在局部区段满足如下关系式：

F_浮＝F_重＝f(x)＝kx+c

其中，F_浮为无人机在悬停位置处所受到的浮力，F_重为无人机的自重，x 为无人机平均转速或方均根转速，k、c为通过竖向布置的风洞标定出来的无人机桨叶转速与上升气流风速的对应关系式。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，所述冷却塔100为热力发电厂的自然通风冷却塔。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温测定方法中，所述无人机可适时传输所述无人机桨叶转速、测量风温、重力矢量关系参数至控制端，并存储在控制端。

本申请通过无人机在冷却塔喉部位置测量风速风温的测定方法，与常规的自然通风冷却塔试验相比，大大降低了人工成本和试验费用，通过无人机远程遥控可触达冷却塔的喉部位置，大大节约了试验劳动强度和成本。随着火力发电厂节能减排十四五规划、碳达峰、碳交易的深入推进，深入开展冷端优化的必要性也越来越高，故定期开展自然通风冷却塔冷却能力的评估会越来越多，使用本申请的冷却塔风速风温测定方法的需求也越来越多，具有显著的社会效益和经济效益。

本申请第二方面提供一种冷却塔风速风温监测系统，包括数据采集系统，所述数据采集系统用于采集如上述所述的冷却塔风速风温测定方法而得到的风速和风温信息。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温监测系统中，还包括数据传输系统，所述数据传输系统包括中心主站及与中心主站相连的中继器，中心主站与数据采集系统相连。

例如，在一个实施例提供的所述冷却塔风速风温监测系统中，中心主站与数据采集系统通过Zigbee网络相连。

本申请使用基于Zigbee技术的无线数据传输系统，此数据传输方式可实现实时同步采集数据，并具有抗干扰能力强、组网灵活的特点。数据采集系统采集冷却塔风速风温信息并通过无线传输给相匹配的中心主站，中心主站将无线信号转发至中继器，后由中继器将实时数据远传至电厂控制室或厂房办公室，实现在监控终端的实时显示。所述监测系统包括数据采集系统、数据传输系统和监控终端，数据传输系统由数据采集设备、中心主站及中继器组成。实时监测系统由终端系统及电厂监控系统(监控终端)组成。终端系统将接受到的数据处理后输入已嵌入在电厂监控系统(如DCS、SIS等)内的冷却塔参数监测模块，实现工作人员对湿式冷却塔实时冷却性能参数在监控终端(电厂控制室或厂房办公室)的实时监测。

尽管已经出于说明性目的对本申请的实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识的是：在不偏离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

在所述冷却塔的喉部位置放置无人机；

控制所述无人机处于悬停状态；

记录无人机处于悬停状态时的桨叶转速；

所述冷却塔的风速对所述无人机的作用力的计算方法为：

冷却塔风速产生的空气浮力＝无人机自重一无人机桨叶浮力。

2.根据权利要求1所述的冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，在所述无人机上设有温度监测模块，以测量所述冷却塔喉部位置的风温。

3.根据权利要求1所述的冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，将所述冷却塔的喉部圆平面划分为数个等面积区域，用网格法预先设定无人机巡逻及定点位置，采用定时、定点巡逻的方式获得所述喉部圆平面各个区域的风速、风温，最后获得整个所述喉部圆平面的平均风速、风温。

4.根据权利要求1所述的冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，通过标定不同上升气流流速所对应的无人机悬停时的桨叶转速来获取风速与桨叶转速的对应关系，得到标定风速，达到标定的目的。

5.根据权利要求4所述的冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，所述标定风速的获得方法为：利用竖向布置的风洞，测量无人机处于悬停位置时的桨叶转速，用标准风速仪测量无人机所处悬停位置的实际风速，在悬停位置处，采用标定的方式获得无人机桨叶转速与浮力的对应关系在局部区段满足如下关系式：

F_浮＝F_重＝f(x)＝kx+c

其中，F_浮为无人机在悬停位置处所受到的浮力，F_重为无人机的自重，x为无人机平均转速或方均根转速，k、c为通过竖向布置的风洞标定出来的无人机桨叶转速与上升气流风速的对应关系式。

6.根据权利要求1所述的冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，所述冷却塔为热力发电厂的自然通风冷却塔。

7.根据权利要求1所述的冷却塔风速风温测定方法，其特征在于，所述无人机可适时传输所述无人机桨叶转速、测量风温、重力矢量关系参数至控制端，并存储在控制端。

8.一种冷却塔风速风温监测系统，其特征在于，包括数据采集系统，所述数据采集系统用于采集如权利要求1-7中任一项所述的冷却塔风速风温测定方法而得到的风速和风温信息。

9.如权利要求8所述的冷却塔风速风温监测系统，其特征在于，还包括数据传输系统，所述数据传输系统包括中心主站及与中心主站相连的中继器，中心主站与数据采集系统相连。

10.根据权利要求9所述的冷却塔风速风温监测系统，其特征在于，中心主站与数据采集系统通过Zigbee网络相连。

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