钢烟囱的位移监测方法及位移监测装置

技术领域

本发明涉及钢烟囱的位移监测技术领域，尤其涉及一种钢烟囱的位移监测方法及位移监测装置。

背景技术

目前安装在钢烟囱顶部的单个在线位移监测系统的实测位移，实际上是包含了生产制作及基础不均匀沉降的倾斜位移，在风荷载作用下，该系统无法对钢烟囱的顶部转角及位移进行有效监测，进而无法根据相关规范对顶部位移的系统报警限值进行准确的设定。

因此，需要提供一种在风荷载作用下仍能有效监测钢烟囱的顶部位移的技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钢烟囱的位移监测方法及位移监测装置，通过设置两个关联的监测点，降低生产制作及基础不均匀沉降的倾斜位移的影响，实现了一种在风荷载作用下仍能有效监测钢烟囱的顶部位移的技术方案。

本发明提供一种钢烟囱的位移监测方法，包括以下具体步骤：

分别获取钢烟囱的顶部法兰段的顶部监测点和底部监测点的转角位移，得到顶部转角位移和底部转角位移；

根据预设的风振位移公式、所述钢烟囱的总高度、所述顶部监测点的高度、所述底部监测点的高度、所述顶部转角位移、所述底部转角位移，计算所述顶部监测点的风振位移；

匹配所述风振位移与预设的位移限值，得到位移监测结果；

其中，所述风振位移公式根据转角方程和挠曲线方程转换得到。

进一步地，所述风振位移公式通过以下具体步骤得到：

根据转角方程，分别确定所述顶部监测点和所述底部监测点的转角位移公式，得到顶部转角位移方程和底部转角位移方程；

根据所述顶部转角位移方程和所述底部转角位移方程，转换得到所述顶部监测点和所述底部监测点之间的转角位移差值公式；

根据所述转角位移差值公式，转换得到瞬时风压公式；

根据挠曲线方程和所述瞬时风压公式，转换得到风振位移公式。

进一步地，所述转角方程为：

其中，

进一步地，所述转角位移差值公式为：

其中，

进一步地，所述瞬时风压公式为：

其中，

进一步地，所述挠曲线方程为：

其中，w为线位移，q为等效均布荷载，EI为烟囱截面等效刚度，H为烟囱的总高，x为监测点所在烟囱截面距离烟囱底部的距离。

进一步地，所述风振位移公式为：

其中，w

进一步地，所述顶部监测点和所述底部监测点位于同一方位。

进一步地，所述位移限值根据所述顶部监测点的高度和水平位移限值确定。

本申请还提供一种钢烟囱的位移监测装置，包括：

传感器模块，用于分别获取钢烟囱的顶部法兰段的顶部监测点和底部监测点的转角位移，得到顶部转角位移和底部转角位移；

计算模块，用于根据预设的风振位移公式、所述钢烟囱的总高度、所述顶部监测点的高度、所述底部监测点的高度、所述顶部转角位移、所述底部转角位移，计算所述顶部监测点的风振位移；

匹配模块，用于匹配所述风振位移与预设的位移限值，得到位移监测结果；

其中，所述风振位移公式根据转角方程和挠曲线方程转换得到。

本发明提供的技术方案至少具有以下有益效果：

通过在钢烟囱的顶部法兰段设置关联的顶部监测点和底部监测点，并基于转角方程和挠曲线方程转换得到风振位移公式，降低了实时数据中由于生产制作及基础不均匀沉降导致的倾斜位移的影响，通过对实测数据推导计算，可以对钢烟囱在风荷载作用下的顶部位移进行有效分析，进而根据相关规范对系统报警限值进行准确的设定，提高了系统可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种钢烟囱的位移监测方法的流程图；

图2为本发明提供的一种钢烟囱的位移监测方法的应用场景图；

附图中，11、底部监测点；12、顶部监测点；13、通信管路；14、控制箱；15、太阳能电池板。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

请参照图1和图2，本发明提供一种钢烟囱的位移监测方法，包括以下具体步骤：

S100：分别获取钢烟囱的顶部法兰段的顶部监测点12和底部监测点11的转角位移，得到顶部转角位移和底部转角位移。

需要说明的是，钢烟囱一般在工厂中分段制作，在现场通过法兰连接。由生产制作导致的偏差多位于法兰连接处，即法兰面的垂直度偏差及平面度偏差会导致钢烟囱的段与段之间出现倾斜，为此本实施例中的顶部监测点12和底部监测点11均设置在钢烟囱的最上面一段即顶部法兰段。顶部监测点12和底部监测点11二者处于同一法兰段，因此，由生产制作引起的倾角可以视为相同，由基础沉降引起的整个烟囱的倾角也相同。顶部转角位移即为顶部监测点12的转角位移，可以在顶部监测点12设置一个位移传感器直接输出该位置的转角位移。底部转角位移即为底部监测点11的转角位移，可以在底部监测点11设置另一个位移传感器直接输出该位置的转角位移。

进一步地，所述顶部监测点12和所述底部监测点11位于同一方位。

本实施例中，钢烟囱分为上面的顶部法兰段和下面的底部法兰段，两者之间通过法兰连接。顶部法兰段的底部和顶部的同一方位分别设置底部监测点11和顶部监测点12，并分别安装位移传感器，二者共用一路通信管路13连接至控制箱14，控制箱14由旁边的太阳能电池板15供电。控制箱14和太阳能电池板15安装在采样平台上，采样平台设置在底部法兰段筒体上，便于常规维护和维修。通过将顶部监测点12和底部监测点11设置于同一方位，可进一步减小两者之间的倾角差异，进一步提高监测数据的可靠性。

S200：根据预设的风振位移公式、所述钢烟囱的总高度、所述顶部监测点12的高度、所述底部监测点11的高度、所述顶部转角位移、所述底部转角位移，计算所述顶部监测点12的风振位移。

其中，所述风振位移公式根据转角方程和挠曲线方程转换得到。

本实施例中，风荷载可以近似等效为均布荷载，自立式烟囱即钢烟囱可以等效为悬臂梁结构，由此可以将转角方程和挠曲线方程用于推算钢烟囱的顶部监测点12处风振位移的风振位移公式。

进一步地，所述风振位移公式通过以下具体步骤得到：

根据转角方程，分别确定所述顶部监测点12和所述底部监测点11的转角位移公式，得到顶部转角位移方程和底部转角位移方程；

根据所述顶部转角位移方程和所述底部转角位移方程，转换得到所述顶部监测点12和所述底部监测点11之间的转角位移差值公式；

根据所述转角位移差值公式，转换得到瞬时风压公式；

根据挠曲线方程和所述瞬时风压公式，转换得到风振位移公式。

本实施例中，顶部转角位移方程和底部转角位移方程由同一个转角方程得到。在一种具体的实施方式中。顶部转角位移方程为：

底部转角位移方程为：

其中，

进一步地，所述转角方程为：

其中，

本实施例中，风荷载可以近似等效为均布荷载，自立式烟囱即钢烟囱可以等效为悬臂梁结构，上述转角方程为钢烟囱由底到顶的转角方程。x可以分别用底部监测点11的高度和顶部监测点12的高度替代，从而对应表征不考虑由生产制作引起的倾角和由基础沉降引起的倾角时，底部监测点11的转角位移公式和顶部监测点12的转角位移公式。

进一步地，所述转角位移差值公式为：

其中，

本实施例中，通过对顶部转角位移方程和底部转角位移方程进行差值计算，排除了实时数据中由生产制作引起的倾角及基础沉降引起的倾角的影响。H视为钢烟囱的总高度，A监测点可以视为底部监测点11，B监测点可以视为顶部监测点12。

进一步地，所述瞬时风压公式为：

其中，

本实施例中，H视为钢烟囱的总高度，A监测点可以视为底部监测点11，B监测点可以视为顶部监测点12。

进一步地，所述挠曲线方程为：

其中，w为线位移，q为等效均布荷载，EI为烟囱截面等效刚度，H为烟囱的总高，x为监测点所在烟囱截面距离烟囱底部的距离。

本实施例中，风荷载可以近似等效为均布荷载，自立式烟囱即钢烟囱可以等效为悬臂梁结构，上述挠曲线方程为钢烟囱由底到顶的挠曲线方程。x可以分别用底部监测点11的高度和顶部监测点12的高度替代，从而对应表征底部监测点11的线位移和顶部监测点12的线位移。

进一步地，所述风振位移公式为：

其中，w

本实施例中，w

S300：匹配所述风振位移与预设的位移限值，得到位移监测结果。

进一步地，所述位移限值根据所述顶部监测点12的高度和水平位移限值确定。

本实施例中，位移限值用于作为系统报警值，即当风振位移超过位移限值时，表示风振位移超过了警戒值，工作人员可以据此采取相应的预防措施，防止事故发生。根据《烟囱工程技术标准》，钢烟囱任意高度的水平位移不应大于该点离地面高度的1/100，则系统报警的限值设定公式为：

其中，w

需要说明的是，本申请通过对实测数据进行推导计算，可以对风荷载作用下的烟囱的顶部位移进行有效分析，进而根据相关规范对烟囱顶部位移的系统报警限值进行准确的设定，以此提高系统可靠性。

由上面推导，顶部监测点12的风振位移仅与转角差值、烟囱的总高以及底部监测点11处位移传感器和顶部监测点12处位移传感器的高度有关，在一种具体的实施方式中，可以将风振位移公式和系统报警的限值设定公式写进传感器的程序中，在项目运行前，将钢烟囱的总高H以及两个位移传感器的高度H

本申请还提供一种钢烟囱的位移监测装置，包括：

传感器模块，用于分别获取钢烟囱的顶部法兰段的顶部监测点12和底部监测点11的转角位移，得到顶部转角位移和底部转角位移；

计算模块，用于根据预设的风振位移公式、所述钢烟囱的总高度、所述顶部监测点12的高度、所述底部监测点11的高度、所述顶部转角位移、所述底部转角位移，计算所述顶部监测点12的风振位移；

匹配模块，用于匹配所述风振位移与预设的位移限值，得到位移监测结果；

其中，所述风振位移公式根据转角方程和挠曲线方程转换得到。

进一步地，在位移监测装置中，所述风振位移公式通过以下具体步骤得到：

根据转角方程，分别确定所述顶部监测点和所述底部监测点的转角位移公式，转换得到顶部转角位移方程和底部转角位移方程；

根据所述顶部转角位移方程和所述底部转角位移方程，转换得到所述顶部监测点和所述底部监测点之间的转角位移差值公式；

根据所述转角位移差值公式，转换得到瞬时风压公式；

根据挠曲线方程和所述瞬时风压公式，转换得到风振位移公式。

进一步地，在位移监测装置中，所述转角方程为：

其中，

进一步地，在位移监测装置中，所述转角位移差值公式为：

其中，

进一步地，在位移监测装置中，所述瞬时风压公式为：

其中，

进一步地，在位移监测装置中，所述挠曲线方程为：

其中，w为线位移，q为等效均布荷载，EI为烟囱截面等效刚度，H为烟囱的总高，x为监测点所在烟囱截面距离烟囱底部的距离。

进一步地，在位移监测装置中，所述风振位移公式为：

其中，w

进一步地，在位移监测装置中，所述顶部监测点和所述底部监测点位于同一方位。

进一步地，在位移监测装置中，所述位移限值根据所述顶部监测点的高度和水平位移限值确定。

上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。