基于声学原理的电站锅炉热膨胀监测系统及测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN102818251102818251B(45)授权公告日2014.10.08(21)申请号201210291277.5(22)申请日2012.08.15(73)专利权人华北电力大学地址102206北京市昌平区朱辛庄北农路2号(72)发明人沈国清安连锁许伟龙张世平(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人张文宝(51)Int.Cl.F22B37/38(2006.01)G01B17/04(2006.01)审查员刘丽艳权权利要求书2页利要求书2页说明书4页说明书4页附图3页附图3页(54)发明名称基于声学原理的电站锅炉热膨胀监测系统及测量方法(57)摘要本发明属于电站锅炉声学监测技术领域，特别涉及一种基于声学原理的电站锅炉热膨胀监测系统及测量方法。该系统主要是由安装在锅炉上所布置测点处的声波发生器、声波接收器、声波导管、信号调理器、数据线、输入/输出装置、接线盒、采集卡和电脑主机组成。通过主机程序控制声波发生器发出声音信号，并由声波接收器接收后，通过传输线将信号输入到主机中，经过计算分析处理，以图表和模拟图的形式显示在主机上，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度，降低了危险性，提高火电机组的运行水平。CN102818251BCN10285BCN102818251B权利要求书1/2页1.基于声学原理的电站锅炉热膨胀监测系统，其特征在于，在电站锅炉的炉膛的3个矩形水平截面以及锅炉承压柱的2个矩形水平截面上设置测点，每个矩形水平截面的每个边上设置两个测点；锅炉承压柱的两个水平截面分别位于锅炉的入口处和出口处，炉膛的3个水平截面中，有两个分别位于锅炉承压柱两个截面的上方，另一个位于锅炉炉膛的顶部；炉膛截面的监测系统用来测量锅炉的横向膨胀，采用如下安装方式：声波导管(2)和声波接收器(3)安装在测点位置；安装在锅炉炉膛(1)上的声波导管(2)安装声波接收器(3),声波接收器(3)与信号调理器(4)相连，信号调理器(4)、功率放大器(8)、输入/输出装置(6)分别通过数据线与接线盒(5)连接，输入/输出装置(6)与主机(7)连接，功率放大器(8)与声波发生器(9)连接，声波发生器(9)安装在声波导管(2)上；锅炉承压柱的监测系统用来测量锅炉的纵向膨胀，采用如下安装方式：声波接收器(3)设置在锅炉承压柱内壁测点位置上，声波导管(2)和声波发生器(9)设置在锅炉炉膛(1)的外壁测点位置上，其余连接方式与炉膛截面的监测系统相同。2.一种基于权利要求1所述的电站锅炉热膨胀监测系统的监测方法，其特征在于，a.测量锅炉横向膨胀量时，在一个监测周期内，启停所测平面炉膛水平截面上各炉膛侧壁所布的声波发生器；先启动前墙声波发生器，然后半分钟后关闭前墙声波发生器，同样按顺时针依次启停各墙的声波发生器；通过测量同一炉膛侧壁侧的飞渡时间，并通过实时获得的外界空气温度计算出声波传播速度，得到即时的所测炉膛侧壁宽度：Xn＝C0·τ，式中，τ飞渡时间，单位为s；C0为介质中声波的传播速度，单位为m/s；对于空气介质，式中，t为所测的外界空气温度，单位为℃，R＝8.31J/K·mol,为气体常数，对空气，常数μ＝29×10-3kg/mol，常数γ＝1.402；则每侧炉膛侧壁横向的膨胀量为：ΔX＝Xn-X'n，式中，X'n是冷态时所测炉膛侧壁的宽度；b.测量锅炉纵向膨胀量时，锅炉承压柱上的测点不会变化，而锅炉炉膛侧壁上的测点会随着锅炉的自由膨胀而移动；设定冷态时的锅炉横截面为平面ABCD，并在平面ABCD的四个顶点分别安装声波发生器和声波导管,安装声波接收器的测点T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8所在平面为锅炉承压柱上的横截面且与平面ABCD在同一平面上，测点T1、T6与直线AD在同一直线上，测点T2、T5与直线BC在同一直线上，测点T3、T7与直线AB在同一直线上，测点T4、T8与直线CD在同一直线上；设定锅炉热态时由平面ABCD自由膨胀后所形成的平面为A′B′C′D′；A及A′点处声波发生器发出信号由T1、T2处的声波接收器接收，可计算得到AT1、AT2、A′T1、A′T2四条线段的长度；测量线段T1T2的长度，通过余弦定理计算出A′点到直线T1T2的垂直距离d1，同理对B、C、D点进行测量，得到其它点的膨胀长度d2、d3、d4；然后计算得到其中点A′′为点A′在平面ABCD上的投影；则A点的纵向位移2CN102818251B权利要求书2/2页同理可以求得B点、C点、D点的纵向位移，即为锅炉纵向膨胀量。3CN102818251B说明书1/4页基于声学原理的电站锅炉热膨胀监测系统及测量方法技术领域[0001]