CN203364878U

CN203364878U - 便携式冷却水塔效率在线测量装置

Info

Publication number: CN203364878U
Application number: CN 201320429903
Authority: CN
Inventors: 张敏; 杨剑永; 张野; 邓楠
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd; Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd; Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-07-19

Abstract

本实用新型主要涉及一种便携式冷却水塔效率在线测量装置，该装置由传感器、IMP测量单元、数据采集终端和计算机构成；传感器连接IMP测量单元，IMP测量单元连接数据采集终端，数据采集终端与计算机相连接，传感器还与直流电源相连接；本实用新型将各测量元件整合，具有便于携带、安装方便、具有可扩展性，适用不同类型的冷却水塔，特别是对冷却水塔参数和效率能够进行实时在线监控，适于推广应用。

Description

便携式冷却水塔效率在线测量装置

技术领域

实用新型涉及工业循环湿式冷却水塔各参数的测量，特别涉及火力发电厂湿式自然通风冷却水塔的效率测量。

背景技术

对于火力发电厂，自然通风冷却水塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给大气，并将冷却水冷却，冷却后冷却水进入汽轮机凝汽器来冷却汽轮机排汽。冷却水塔的冷却效率直接影响着火力发电厂的经济性，因此对冷却水塔参数的监控和效率的评价是必要的。目前，冷却水塔的效率测量均采用人工分散测量方式，造成数据测量不同时，人工读数数据量不充足，同时需要较多的人员；分散式测量的缺点是在效率测试完成后再离线计算冷却水塔效率，不能及时掌握水塔的冷却效果。

发明内容

发明目的

本实用新型提供一种新型便携式冷却水塔效率在线测量装置，其目的是为了解决以往分散、人工测量的方式所存在的各种缺陷。

技术方案

一种便携式冷却水塔效率在线测量装置，该装置主要由传感器、IMP测量单元、数据采集终端和计算机构成；其特征在于：传感器连接IMP测量单元，IMP测量单元连接数据采集终端，数据采集终端与计算机相连接；传感器包括旋浆式流速传感器、温湿度传感器、绝对压力传感器、铂电阻温度计、三杯式风速传感器、风向传感器和叶片式风速、风向传感器，各传感器输出信号分别接入各IMP测量单元；所述测量单元为分散式IMP测量单元，各IMP测量单元信号通过s-net网络线串联。

IMP测量单元为分散式布置结构，每个IMP测量单元有20个通道，测量单元间使用s-net网络线串联，IMP测量单元包括第一IMP测量单元、第二IMP测量单元、第三IMP测量单元、第四IMP测量单元、第五IMP测量单元，第一IMP测量单元连接第二IMP测量单元，第二IMP测量单元连接第三IMP测量单元，第三IMP测量单元连接第四IMP测量单元，第四IMP测量单元连接第五IMP测量单元；旋浆式流速传感器连接第一IMP测量单元，温湿度传感器和绝对压力传感器均连接第二IMP测量单元，铂电阻温度计连接第三IMP测量单元，三杯式风速传感器和风向传感器均连接第四IMP测量单元，叶片式风速、风向传感器连接第五IMP测量单元。

旋浆式流速传感器由24V直流电源供电，信号接入第一IMP测量单元。

所述温湿度传感器为墙面式结构，固定于支架上，配备遮阳棚，由24V直流电源供电，其温度信号和湿度信号接入第二IMP测量单元。

绝对压力传感器量程为200kPa，由24V直流电源供电，其输出电流信号接入第二IMP测量单元。

铂电阻温度计为PT100铂电阻温度计，铠装结构，其输出电阻信号接入第三IMP测量单元。

三杯式风速传感器和风向传感器分别固定到三角架的两侧，由24V直流电源供电，三杯式风速传感器的输出信号是频率信号，接入第四IMP测量单元；风向传感器输出的信号也接入第四IMP测量单元。

叶片式风速、风向传感器固定在塔内桥架上，其输出信号接入第五IMP测量单元。

所述数据采集终端为35954C采集卡配控制器组成。

计算机选用便携式笔记本计算机，数据采集终端通过USB接口与计算机相连。

优点及效果

本实用新型便于携带、安装方便、具有可扩展性，适用不同类型的冷却水塔，特别是对冷却水塔参数和效率能够进行实时在线监控。

附图说明

图1 是本实用新型便携式冷却水塔效率在线测量装置结构示意图；

图2 是旋浆式流速传感器测量冷却水流量示意图；

图3 是温湿度传感器测量塔外空气温度、湿度，绝对压力传感器测量大气压力示意图；

图4 是铂电阻温度计测量冷却塔进、出水温度示意图；

图5 是三杯式风速传感器、风向传感器测量塔外风速、风向示意图；

图6 是叶片式风速、风向传感器测量水塔内风速、风向示意图。

图7 是IMP测量单元电路结构及逻辑关系示意图。

图8 是35954C采集卡示意图。

附图标记说明：

1. 旋浆式流速传感器、2. 温湿度传感器、3. 绝对压力传感器、4. 铂电阻温度计、5. 三杯式风速传感器、6. 风向传感器、7. 叶片式风速、风向传感器、8. IMP测量单元、8-1. 第一IMP测量单元、8-2. 第二IMP测量单元、8-3. 第三IMP测量单元、8-4. 第四IMP测量单元、8-5. 第五IMP测量单元、9. 数据采集终端、10. 计算机、11. 直流电源、12. s-net网络线、①.旋转部件、②.身架部件、③.尾翼部件、④.固定支架。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

本实用新型是一种便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：该装置主要由传感器、IMP测量单元8、数据采集终端9和计算机10构成；传感器连接IMP测量单元8，IMP测量单元8连接数据采集终端9，数据采集终端9与计算机10相连接，传感器还与直流电源11相连接；传感器包括旋浆式流速传感器1、温湿度传感器2、绝对压力传感器3、、铂电阻温度计4、三杯式风速传感器5、风向传感器6和叶片式风速、风向传感器7，各传感器输出信号分别接入各IMP测量单元；所述测量单元为分散式IMP（IsolatedMeasurementPods）测量单元，各IMP测量单元信号通过s-net网络线12串联。

计算机用于接收、显示测量数据，计算冷却水塔的效率，本实用新型将各测量元件整合，构成了便携式冷却水塔效率在线测量装置。

旋浆式流速传感器1由24V直流电源供电，信号接入第一IMP测量单元8-1，其主体结构可分为旋转部件①、身架部件②、尾翼部件③和固定支架④四个部件，身架部件②设置在固定支架④上，固定支架④尾部设有尾翼部件③，固定支架④头部设有旋转部件①。

所述温湿度传感器2选用墙面式结构，具有直接显示功能，固定于支架上，配备遮阳棚，避免阳光直射；温湿度传感器由24V直流电源供电，-20℃～80℃温度信号和0%～100%RH湿度信号接入第二IMP测量单元8-2。

绝对压力传感器3量程为200kPa，由24V直流电源供电，其输出4-20mA电流信号接入第二IMP测量单元8-2。

铂电阻温度计4为PT100铂电阻温度计，铠装结构，其输出电阻信号接入第三IMP测量单元8-3。

三杯式风速传感器5和风向传感器6分别固定到三角架的两侧，由24V直流电源供电，三杯式风速传感器5的输出信号是频率信号，接入第四IMP测量单元8-4；风向传感器6输出的信号是7 位格雷码，表示7个不同的状态，也接入第四IMP测量单元8-4。

叶片式风速、风向传感器7在塔内桥架上进行，一端采用三角架调整到适合高度，一端伸出3 米长的横杆，仪器是固定在其末端，垂直安装，测量塔内水汽从下至上的速度和方向，三角架用钢丝绷绳固定到桥架上面；此装置可以同时测量风速和风向，需要提供 24V直流电源，风速信号的输出是4-20 mA 信号，表示0-100 米的速度范围，风向信号的输出也是4-20mA 信号，表示 0-355 度的角度；风速和风向的输出信号接入第五IMP测量单元8-5。

IMP测量单元为分散式布置结构，型号有：一般常用于直流电压信号测量、直流电流信号测量和热电偶温度信号测量的IMP35951C；常用于四线制电阻信号测量的IMP35951B，常用于频率信号测量的IMP35952A；每个IMP测量单元有20个通道，测量单元间使用s-net网络线串联。

IMP测量单元包括第一IMP测量单元8-1、第二IMP测量单元8-2、第三IMP测量单元8-3、第四IMP测量单元8-4、第五IMP测量单元8-5，第一IMP测量单元8-1连接第二IMP测量单元8-2，第二IMP测量单元8-2连接第三IMP测量单元8-3，第三IMP测量单元8-3连接第四IMP测量单元8-4，第四IMP测量单元8-4连接第五IMP测量单元8-5；旋浆式流速传感器1连接第一IMP测量单元8-1，温湿度传感器2和绝对压力传感器3均连接第二IMP测量单元8-2，铂电阻温度计4连接第三IMP测量单元8-3，三杯式风速传感器5和风向传感器6均连接第四IMP测量单元8-4，叶片式风速、风向传感器7连接第五IMP测量单元8-5。

旋浆式流速传感器1、三杯式风速传感器5、风向传感器6和叶片式风速、风向传感器7输出的频率信号接入IMP35952A；温湿度传感器2、绝对压力传感器3输出的电压、电流信号接入IMP35951C，铂电阻温度计4输出的电阻信号采用四线制接入IMP35951B。

所述数据采集终端9为35954C采集卡配控制器组成，高速接口卡（即采集卡35954C）为核心的数据采集终端，它可以与各种IMP测量单元之间实现连接。接口卡地址设定为 D000，并将 4C接口卡的单、双跳线引到采集仪的后面板可实现接口卡的单向、双向功能。采集器有内置 DC24V/2A 的高性能SNET模块电源可给 IMP 数据测量单元，提供直流电源。数据采集终端具有超过320G数据保存功能及提供USB接口和100M以太网接口；内置多级防浪涌保护，总重量不超过5kg。

计算机10选用便携式笔记本计算机，数据采集终端9通过USB接口与计算机10相连。

由于冷却水塔的冷却面积和布置方式的差别，使用的传感器数量和测量单元的数量根据实际需要会有所差别。

冷却塔测试中应使用经检验合格的仪表，使用中应注意检查，以保证仪表在测试过程中达到测试要求的精度。冷却塔测试前应在测试现场完成以下各项工作。（1）确定各测试项目的测点位置；（2）搭设测试平台和气象亭；（3）架设临时电源；（4）加工和安装测试设备和仪表，备好测试时放置仪表的台、架。其他要求详见DL/T 1027-2006《工业冷却塔测试规程》。

本实用新型使用时：

在测试过程中按照图1进行安装和连接，图1展示了测量装置的结构图以及需要测量的参数；该装置由测量传感器，包括旋浆式流速传感器1、温湿度传感器2、绝对压力传感器3、铂电阻温度计4、三杯式风速传感器5、风向传感器6和叶片式风速、风向传感器7，IMP测量单8，数据采集终端9，计算机10，直流电源11和s-net网络线12构成。

图2是使用旋浆式流速传感器测量冷却水流量，旋浆式流速传感器布置在水塔入口的水渠中，使用底座和支架将传感器固定，使用过程中通过手柄使流速仪面向水流，在水流作用下桨叶转动，形成V=f(n)的函数关系，桨叶回转频率信号接入IMP测量单元。根据水渠面积按照网格法测量水渠中水的平均流速。根据计算机中的程序计算出进入冷却塔的冷却水流量。

图3是用温湿度传感器测量冷却水塔外部的环境温度和空气湿度，温湿度传感器固定在1.2m高的支架上，为避免阳光照射，支架上设置遮阳棚，温湿度传感器由24V直流电源供电，-20℃～80℃温度信号和0%～100%RH湿度信号接入IMP测量单元。绝对压力传感器主要测量大气压力，绝对压力传感器由24V直流电源供电，输出的4-20mA信号接入IMP测量单元。

图4是使用PT100铂电阻温度计用于测量冷却塔进口和出口的冷却水温度，其中测量水塔进口的冷却水温度的铂电阻温度计（至少两只）布置在配水竖井内，测量水塔出口的冷却水温度的铂电阻温度计（至少两只）布置在出口水渠内，信号接入IMP测量单元。电阻与温度形成比例关系，通过采集终端转换为温度信号。

图5 是使用三杯式风速传感器塔外风速，风速传感器固定在支架上，布置在距水塔15m远处，通常布置两点。风速传感器由24V电源供电，风速传感器的感应元件为三杯式风杯组件，信号变换电路为光电转换电路。在水平风力驱动下风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的数十只光电管通过旋转码盘感应除脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加，形成 V=0.05F的关系式，脉冲频率信号计入IMP测量单元，通过计算机预置的程序转换为风速信号。风向传感器的感应元件为前端装有辅助标板的单板式风向标。角度变换采用的是七位格雷码光电码盘。当风向标随风旋转时，通过主轴带动码盘旋转，每转动 2.8125o，位于码盘上下两则的七组发光与接收光电组件就会产生一组新的七位并行格雷码，经整形、倒相后输出，风向角度变换采用 5KΩ的塑料电位器，经过此电位器将角度变换成电阻或电压信号输出。风向传感器输出信号接入IMP测量单元。七位格雷码与角度有对照表，通过计算机预置的对照表计算出风向。

图6 叶片式风速传感器用来测量水塔内部的风速和风向。塔内的风速和风向测量是在塔内桥架上进行，一端采用三角架调整到适合高度，一端伸出3 米长的横杆，仪器是固定在其末端，垂直安装，测量塔内水汽从下至上的速度和方向，三角架用钢丝绷绳固定到桥架上面。此装置可以同时测量风速和风向，需要提供 24V工作电源，风速信号的输出是4-20 mA 信号，表示0-100 米的速度范围，风向信号的输出也是4-20mA 信号，表示 0-355 度的角度。叶片式风速风向仪输出信号接入IMP，通过计算机预置的程序计算塔内风速和风向。水塔内部风速和方向按照等面积环在水塔内布置。

图7是IMP测量单元电路结构及逻辑关系示意图，由微处理器、S网络接口驱动、多路模拟量输入转换器、A/D控制与电流源、逻辑阵列电路和供电单元组成。

图8是35954C采集卡示意图，使用中通过调整SW101、SW102、SW103开关来设定通讯功能。

由于各传感器相距位置较远，因此选用分散式测量单元IMP，各IMP测量单元之间通过一条S-net网络线连接至数据采集终端。数据采集终端通过USB接口与计算机连接。由计算机计算、分析和监控各参数，通过预置的水塔效率计算程序计算冷却水塔的效率。

结论：本实用新型将各传感器、测量单元、采集终端和计算机整合，形成一种便携式水塔效率测量装置，解决了以往分散、人工测量的方式，具有实时性计算水塔效率的功能。

Claims

1.一种便携式冷却水塔效率在线测量装置，该装置主要由传感器、IMP测量单元（8）、数据采集终端（9）和计算机（10）构成；其特征在于：传感器连接IMP测量单元（8），IMP测量单元（8）连接数据采集终端（9），数据采集终端（9）与计算机（10）相连接；传感器包括旋浆式流速传感器（1）、温湿度传感器（2）、绝对压力传感器（3）、铂电阻温度计（4）、三杯式风速传感器（5）、风向传感器（6）和叶片式风速、风向传感器（7），各传感器输出信号分别接入各IMP测量单元；所述测量单元为分散式IMP测量单元，各IMP测量单元信号通过s-net网络线（12）串联。

2.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：IMP测量单元为分散式布置结构，每个IMP测量单元有20个通道，测量单元间使用s-net网络线串联，IMP测量单元包括第一IMP测量单元（8-1）、第二IMP测量单元（8-2）、第三IMP测量单元（8-3）、第四IMP测量单元（8-4）、第五IMP测量单元（8-5），第一IMP测量单元（8-1）连接第二IMP测量单元（8-2），第二IMP测量单元（8-2）连接第三IMP测量单元（8-3），第三IMP测量单元（8-3）连接第四IMP测量单元（8-4），第四IMP测量单元（8-4）连接第五IMP测量单元（8-5）；旋浆式流速传感器（1）连接第一IMP测量单元（8-1），温湿度传感器（2）和绝对压力传感器（3）均连接第二IMP测量单元（8-2），铂电阻温度计（4）连接第三IMP测量单元（8-3），三杯式风速传感器（5）和风向传感器（6）均连接第四IMP测量单元（8-4），叶片式风速、风向传感器（7）连接第五IMP测量单元（8-5）。

3.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：旋浆式流速传感器（1）由24V直流电源供电，信号接入第一IMP测量单元（8-1）。

4.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：所述温湿度传感器（2）为墙面式结构，固定于支架上，配备遮阳棚，由24V直流电源供电，其温度信号和湿度信号接入第二IMP测量单元（8-2）。

5.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：绝对压力传感器（3）量程为200kPa，由24V直流电源供电，其输出电流信号接入第二IMP测量单元（8-2）。

6.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：铂电阻温度计（4）为PT100铂电阻温度计，铠装结构，其输出电阻信号接入第三IMP测量单元（8-3）。

7.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：三杯式风速传感器（5）和风向传感器（6）分别固定到三角架的两侧，由24V直流电源供电，三杯式风速传感器（5）的输出信号是频率信号，接入第四IMP测量单元（8-4）；风向传感器（6）输出的信号也接入第四IMP测量单元（8-4）。

8.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：叶片式风速、风向传感器（7）固定在塔内桥架上，其输出信号接入第五IMP测量单元（8-5）。

9.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：所述数据采集终端（9）为35954C采集卡配控制器组成。

10.根据权利要求1所述的便携式冷却水塔效率在线测量装置，其特征在于：计算机（10）选用便携式笔记本计算机，数据采集终端（9）通过USB接口与计算机（10）相连。