本發明專利技術屬于能源技術領域，公開了一種移動式監測鍋爐管系形變的系統及方法，包括激光數據采集裝置、管道導軌和控制顯示裝置，所述管道導軌沿著鍋爐管道外壁安裝，所述激光數據采集裝置面向鍋爐管道安裝在管道導軌外周，所述激光數據采集裝置能夠沿管道導軌運動，所述激光數據采集裝置與控制顯示裝置電連接，所述激光數據采集裝置用于采集鍋爐管道的形變信號并上傳到控制顯示裝置，所述控制顯示裝置用于控制激光數據采集裝置并顯示測試數據。本發明專利技術提供一種移動式監測鍋爐管系形變的系統及方法，操作簡單，易于實現，解決了在傳統管道監測中測量困難的問題，增加了監測工作的便利性及精準度，降低時間成本，降低了監測高溫高空數據采集的工作強度。
1、鍋爐燃煤機組在深度調峰運行中，勢必會提高機組厚壁、輻射吸熱等重要部件的壁溫差及交變熱應力水平，鍋爐管道存在壁溫不均勻現象，即管子向、背火面間出現交變溫差引起交變溫差熱應力，會造成管道疲勞損傷，從而產生形狀、大小、位置的變化，結構可能喪失穩定，造成斷裂或爆管，影響機組的運行安全性。鍋爐管道開裂后，若沒有采取合理的處理措施，可能會發生爆管現象，大量高溫高壓蒸汽噴出，對電力的安全生產存在較大的威脅。基于此，及時獲取監測體變形數值十分必要，但是在實際工程中，往往有測量目標受到遮擋或者置于鍋爐煙道內，使用一般的測量方法很難測取變形數值。鍋爐管系的監測通常需要停爐將管體暴露在外后測量，對監測工作造成很多不便。
3、一種移動式監測鍋爐管系形變的系統，包括激光數據采集裝置、管道導軌和控制顯示裝置，所述管道導軌沿著鍋爐管道外壁安裝，所述激光數據采集裝置面向鍋爐管道安裝在管道導軌外周，所述激光數據采集裝置能夠沿管道導軌運動，所述激光數據采集裝置與控制顯示裝置電連接，所述激光數據采集裝置用于采集鍋爐管道的形變信號并上傳到控制顯示裝置，所述控制顯示裝置用于控制激光數據采集裝置并顯示測試數據。
>4、進一步的，所述激光數據采集裝置包括外殼、激光數據采集器和步進電機，所述激光數據采集器安裝到外殼表面，所述步進電機安裝到外殼內部，所述步進電機通過連桿與齒輪連接，所述齒輪連接到管道導軌上，所述激光數據采集器、步進電機均與控制顯示裝置電連接，所述管道導軌包括鋸齒狀表面和光滑表面；所述齒輪在扇形導軌鋸齒狀表面和光滑表面之間運動。5、進一步的，所述激光數據采集器包括激光發射器和激光接收器；所述激光發射器用于發射激光，所述激光接收器用于接收激光，所述激光數據采集器分別在管道導軌圓周的四個方向安裝激光發射器和激光接收器，四個激光數據采集器以90度分布。
6、進一步的，所述控制顯示裝置包括殼體、開關、電源、顯示器、形變警報燈、溫度警報燈、微處理器、短距離無線傳輸模塊、長距離無線傳輸模塊，所述開關、顯示器、形變警報燈、溫度警報燈設置在殼體表面，所述電源、微處理器、短距離無線傳輸模塊、長距離無線傳輸模塊設置在殼體內，所述短距離無線傳輸模塊與激光數據采集裝置電連接，用于接收來自激光數據采集裝置的數據，所述長距離無線傳輸模塊與顯示器電連接，所述顯示器用于顯示檢測數據，所述電源與微處理器、顯示器、形變警報燈、溫度警報燈連接，為微處理器、顯示器、形變警報燈、溫度警報燈供電，同時與激光數據采集裝置連接，為激光數據采集裝置供電，所述開關、顯示器、形變警報燈、溫度警報燈、短距離無線傳輸模塊、長距離無線傳輸模塊與微處理器電連接，由微處理器控制工作，所述開關用于打開或關閉控制顯示裝置的電源，所述形變警報燈用于發出管道形變報警，所述溫度警報燈用于發出溫度超標報警。
7、進一步的，所述電源與外部電壓表連接，外部電壓表用于電壓監控與顯示，所述電源內部設有低壓報警電路，低壓報警電路與電壓表電連接，當電壓超過閾值時，低壓報警電路發出報警信號。
8、本專利技術還公開了一種移動式監測鍋爐管系形變的系統監測鍋爐管系形變的方法，包括以下步驟：
9、步驟1：對鍋爐管道進行單元劃分，選取監測段，向激光數據采集器施加一個特定的檢測信號，激光數據采集器開始測量，根據公式r＝ρl/s,記錄該段的電阻值，其中ρ為導體材料的電阻率,l為導體的長度,s為導體的橫截面積；將鍋爐管道劃分為合適的單元，每一個單元內進行掃描；步驟2：有限元算法計算管道位移量：使用有限元算法對測量得到的管道表面軸向應力進行計算，得到鍋爐管道各個位置的形變量；
10、步驟3：探測數據獲取過程中產生的粗差，使用均值法對異常數據探測并剔除異常數據。
11、進一步的，所述步驟1包括如下步驟：
12、步驟1.1：鍋爐管道上單元的劃分根據數學模型計算原理，首先對鍋爐管道1進行單元劃分，在實際運用中，根據實際的情況來確定單元劃分的數量；
13、步驟1.2：監測段的選擇：在每一個單元內設置監測段，監測段為四個一組，分別布設于鍋爐管道的頂端、底端、左端和右端；
14、步驟1.3：采用電阻差法在監測段的位置激光數據采集器進行往返測量；通過激光數據采集器測量鍋爐管道前后長度，先進行初始化設置，根據公式r＝ρl/s，得到初始值；每隔固定時間，控制顯示裝置通過控制步進電機工作，帶動激光數據采集器從管道導軌的一端運動到另一端進行一次測量，將測量數據與初始值對比；
15、若測量數據與初始值的電阻差未超過設定閾值，則通信鍋爐管道形變未發生異常；若測量數據與初始值的電阻差超過設定閾值，則再進行一次測量，將測量數據與初始值對比：若測量數據與初始值的電阻差超過設定閾值，則再進行一次測量，若連續三次測量得到的測量數據與初始值的電阻差均超過設定閾值且三次測量數據相同，則通信管道形變發生異常，向上位機發出警報，并上報通信鍋爐管道形變發生異常的位置。
16、進一步的，所述步驟2包括如下步驟：
17、步驟2.1：獲取有限元算法所需數據信息，用于數學模型的計算，在有限元計算中，使用到多種類的數據參與計算，需要在計算之前獲取，其中包括被測鍋爐管道的基本信息、鍋爐管道的整體的長度、鍋爐管道的外徑，對于多根鍋爐管道組成的管網，需要對鍋爐管道進行編號，記錄鍋爐管道安裝中，鍋爐管道之間的角度；在一根鍋爐管道中，劃分的小單元的數量，每一個單元的長度；在安裝之初，記錄各個激光數據采集器的初始值，在后續的監測工作中，根據監測周期，讀取激光數據采集器讀數；
18、鍋爐管道在受壓力p的作用下，在壁上的任意一點將產生三個方向的主應力：沿管道切線方向的切向應力，沿管道軸線方向的軸向應力z及沿管道直徑方向的徑向應力r；
19、根據對鍋爐管道受內壓的情況進行受力分析，可知：
20、徑向應力
21、
22、切向應力
23、
24、軸向應力
25、
26、第四強度理論合應力
27、
28、式中：β是圓管外徑r2與內徑r1之比，即β＝r2/r1；r2、r1分別為圓管內外半徑，mm；r為圓管壁厚之間任意點的半徑，變化范圍為r1≤r≤r2，mm；σ1、σ2、σ3分別為第一主應力、第二主應力、第三主應力，mpa；
29、根據廣義胡克定律可得：
30、徑向應變
31、
32、切向應變
33、
34、軸向應變
35、
36、第四強度理論合應變
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【技術保護點】
1.一種移動式監測鍋爐管系形變的系統，包括激光數據采集裝置(2)、管道導軌(3)和控制顯示裝置(4)，所述管道導軌(3)沿著鍋爐管道(1)外壁安裝，其特征在于，所述激光數據采集裝置(2)面向鍋爐管道(1)安裝在管道導軌(3)外周，所述激光數據采集裝置(2)能夠沿管道導軌(3)運動，所述激光數據采集裝置(2)與控制顯示裝置(4)電連接，所述激光數據采集裝置(2)用于采集鍋爐管道(1)的形變信號并上傳到控制顯示裝置(4)，所述控制顯示裝置(4)用于控制激光數據采集裝置(2)并顯示測試數據。
2.根據權利要求1所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述激光數據采集裝置(2)包括外殼、激光數據采集器(21)和步進電機，所述激光數據采集器(21)安裝到外殼表面，所述步進電機安裝到外殼內部，所述步進電機通過連桿與齒輪連接，所述齒輪連接到管道導軌(3)上，所述激光數據采集器(21)、步進電機均與控制顯示裝置(4)電連接，所述管道導軌(3)包括鋸齒狀表面和光滑表面；所述齒輪在扇形導軌鋸齒狀表面和光滑表面之間運動。
3.根據權利要求2所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述激光數據采集器(21)包括激光發射器(211)和激光接收器(212)；所述激光發射器(211)用于發射激光，所述激光接收器(212)用于接收激光，所述激光數據采集器(21)分別在管道導軌(3)圓周的四個方向安裝激光發射器(211)和激光接收器(212)，四個激光數據采集器(21)以90度分布。
4.根據權利要求1所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述控制顯示裝置(4)包括殼體(41)、開關(42)、電源(43)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)、微處理器(47)、短距離無線傳輸模塊(48)、長距離無線傳輸模塊(49)，所述開關(42)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)設置在殼體(41)表面，所述電源(43)、微處理器(47)、短距離無線傳輸模塊(48)、長距離無線傳輸模塊(49)設置在殼體(41)內，所述短距離無線傳輸模塊(48)與激光數據采集裝置(2)電連接，用于接收來自激光數據采集裝置(2)的數據，所述長距離無線傳輸模塊(49)與顯示器(44)電連接，所述顯示器(44)用于顯示檢測數據，所述電源(43)與微處理器(47)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)連接，為微處理器(47)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)供電，同時與激光數據采集裝置(2)連接，為激光數據采集裝置(2)供電，所述開關(42)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)、短距離無線傳輸模塊(48)、長距離無線傳輸模塊(49)與微處理器(47)電連接，由微處理器(47)控制工作，所述開關(42)用于打開或關閉控制顯示裝置(4)的電源(43)，所述形變警報燈(45)用于發出管道形變報警，所述溫度警報燈(46)用于發出溫度超標報警。
5.根據權利要求1所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述電源(43)與外部電壓表連接，外部電壓表用于電壓監控與顯示，所述電源(43)內部設有低壓報警電路，低壓報警電路與電壓表電連接，當電壓超過閾值時，低壓報警電路發出報警信號。
6.一種利用權利要求1-4任一項所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統監測鍋爐管系形變的方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的系統監測鍋爐管系形變的方法，其特征在于，所述步驟1包括如下步驟：
8.根據權利要求6所述的系統監測鍋爐管系形變的方法，其特征在于，所述步驟2包括如下步驟：
9.根據權利要求6所述的系統監測鍋爐管系形變的方法，其特征在于，所述步驟2.2首先針對小單元建立關系模型，并將數據傳輸給顯示器44，利用電位差法耦合有限元等效應力測量管道形變，具體步驟如下：
10.根據權利要求6所述的系統監測鍋爐管系形變的方法，其特征在于，所述步驟3是均值法的計算過程為：對測量值進行三次重復測量，若中間的值出現異常被剔除，數據空缺位置被剩余數的平均值代替；在完成一個窗口的計算后，窗口向右移動一個數，重復上述操作，直至窗口遍歷整個數組。
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【技術特征摘要】
1.一種移動式監測鍋爐管系形變的系統，包括激光數據采集裝置(2)、管道導軌(3)和控制顯示裝置(4)，所述管道導軌(3)沿著鍋爐管道(1)外壁安裝，其特征在于，所述激光數據采集裝置(2)面向鍋爐管道(1)安裝在管道導軌(3)外周，所述激光數據采集裝置(2)能夠沿管道導軌(3)運動，所述激光數據采集裝置(2)與控制顯示裝置(4)電連接，所述激光數據采集裝置(2)用于采集鍋爐管道(1)的形變信號并上傳到控制顯示裝置(4)，所述控制顯示裝置(4)用于控制激光數據采集裝置(2)并顯示測試數據。
2.根據權利要求1所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述激光數據采集裝置(2)包括外殼、激光數據采集器(21)和步進電機，所述激光數據采集器(21)安裝到外殼表面，所述步進電機安裝到外殼內部，所述步進電機通過連桿與齒輪連接，所述齒輪連接到管道導軌(3)上，所述激光數據采集器(21)、步進電機均與控制顯示裝置(4)電連接，所述管道導軌(3)包括鋸齒狀表面和光滑表面；所述齒輪在扇形導軌鋸齒狀表面和光滑表面之間運動。
3.根據權利要求2所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述激光數據采集器(21)包括激光發射器(211)和激光接收器(212)；所述激光發射器(211)用于發射激光，所述激光接收器(212)用于接收激光，所述激光數據采集器(21)分別在管道導軌(3)圓周的四個方向安裝激光發射器(211)和激光接收器(212)，四個激光數據采集器(21)以90度分布。
4.根據權利要求1所述的移動式監測鍋爐管系形變的系統，其特征在于，所述控制顯示裝置(4)包括殼體(41)、開關(42)、電源(43)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)、微處理器(47)、短距離無線傳輸模塊(48)、長距離無線傳輸模塊(49)，所述開關(42)、顯示器(44)、形變警報燈(45)、溫度警報燈(46)設置在殼體(41)表面，所述電源(43)、微處理器(47)、短距離無線傳輸模塊(48)、長距離無線傳輸模塊(49)設置在殼體(41)內，所述短距離無線傳輸模塊...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周江，丁連生，王崇如，陳佳慶，吳思明，周昊，
申請(專利權)人：國能浙江北侖第三發電有限公司，
類型：發明
國別省市：
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