一种用于监测锅炉膨胀数据的装置及预警方法

技术领域

本发明涉及热膨胀监测技术领域，尤其是一种用于监测锅炉膨胀数据的装置及预警方法。

背景技术

由于材料的热胀冷缩效应，在锅炉启动过程，随着温度的升高，锅炉部件会发生膨胀，如果由于某种因素导致膨胀不畅或各部位膨胀不同步，会在局部产生应力集中，甚至在薄弱处拉裂造成锅炉泄漏，而现有的膨胀监测装置多为膨胀指示器，不能提供连续的数据记录和对异常工况发出预警，为此有必要发明一种用于监测锅炉膨胀数据的装置及预警方法；

现有专利中，最接近的现有技术是申请号为专利申请201521101932.1公开了由底座、导轨、中心滑座、编码器和齿条等组成的三维定位机构，用于锅炉膨胀自动监测；专利申请201510338893.5公开了一种具有在线监测功能的膨胀指示器，包括水平托盘，在托盘边缘上固装四根滑竿，在托盘一角固装X/Y方向位移传感器，在滑竿上套装X/Y轴膨胀指示杆，Z方向滑竿顶端安装Z方向位移传感器；专利申请201621057765.X公开了一种电站热力设备膨胀指示器，包括：电机、杆件和位移感知面板；所述电机与所述热力设备的外壁固定连接，用于驱动所述杆件做轴向延伸运动；以及所述位移感知面板被设置以使所述杆件在轴向延伸运动过程中能够触碰所述位移感知面板，以及所述位移感知面板用于感知所述杆件的触碰位置。上述专利技术都采用有机械运动的监测元件，在复杂的现场工作环境中易出现运动部件卡涩问题；

专利申请201711095094.5公开了一种采用激光测量方法的三向位移传感器与监测系统，能够实现膨胀监测的数字化，但是能够适应热力设备膨胀监测应用环境的激光测量传感器成本较高，不利于推广应用。

还有一个申请号为201910705056.X专利，该专利公开了采用工业相机拍照的方式，对三个方向的变化量进行比较，通过计算机对照片进行处理，需要的工作量很大，投资也很高，不实用，同时工业相机在比较恶劣的锅炉环境中，镜头都需要经常擦拭，维护保养成本高，不太实用；

虽然如前所述有很多人对于膨胀监测技术进行了研究，但是相关技术都没有得到大量推广应用，其根本原因是，热力设备的膨胀监测需要适应室内、室外复杂多变的工作环境，有可能存在雨雪灰尘干扰，且环境温度变化大，在如此复杂多变的环境中，要求数据多年保持稳定可靠，漂移量以不超过1-2毫米为宜。现有的技术方法在技术或经济层面存在缺陷，需要有新思路新方法才能解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于监测锅炉膨胀数据的装置及预警方法，解决锅炉膨胀监测困难，现有的专利中存在的投资高，维护保养频繁等问题。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于监测锅炉膨胀数据的装置，包括与锅炉外壁固定连接的连接杆、与所述连接杆一端固定连接的关节轴承、设在所述关节轴承上的探测装置以及用于所述探测装置测量膨胀量的罩壳。

进一步的，还包括控制器；所述控制器与所述探测装置信号连接。

进一步的，所述关节轴承为两个杆端的关节轴承，两个杆端互相垂直；关节轴承的水平端与连接杆固定连接；关节轴承的竖直端与所述探测装置固定连接。

进一步的，所述罩壳为一面开口的箱体，所述箱体包括A1侧面、A2侧面以及A3底面。

进一步的，所述探测装置包括呈水平设置的十字架体、设在十字架体底面中心的第一杆、与所述第一杆固定连接的第一红外测距传感器以及设在所述十字架体上的水平方向探测部；所述第一红外测距传感器用于测量锅炉竖直方向的膨胀量；所述第一红外测距传感器朝向所述罩壳的A3底面。

进一步的，所述十字架体包括第二杆和与所述第二杆水平垂直设置的第三杆；

所述第二杆一端设有第二红外测距传感器，所述第二杆另一端设有第二平衡装置；所述第二红外测距传感器朝向所述罩壳的A1面；

所述第三杆一端设有第三红外测距传感器，第三杆另一端设有第三平衡装置；所述第三红外测距传感器朝向所述罩壳的A2面；

所述第三杆与所述第二杆和所述第三杆的连接处固定连接；

所述控制器分别与所述第一红外测距传感器、所述第二红外测距传感器以及所述第三红外测距传感器信号连接。

一种锅炉膨胀的预警方法，包括如下步骤，

S1，将所述第一红外测距传感器垂直朝向所述罩壳的A3面；并记录锅炉冷态下，所述第一红外测距传感器与所述罩壳的A3面的距离B3；将距离数据传给控制器；

S2，转动十字架体，将所述第二红外测距传感器垂直朝向所述罩壳的A1面；并记录锅炉冷态下，所述第二红外测距传感器与所述罩壳的A1面的距离B1；同时，将所述第二红外测距传感器垂直朝向所述罩壳的A1面；并记录锅炉冷态下，所述第二红外测距传感器与所述罩壳的A1面的距离B2；并将距离数据传给控制器；所述B1、B2以及B3，作为锅炉的炉体三个方向变形量的初始值；

S3，锅炉处于启动或运行状态时，炉体热膨胀带动连接杆移动；此时由于十字架体能保持水平，所述第一红外测距传感器、所述第二红外测距传感器以及所述第三红外测距传感器分别向控制器发出信号，控制器将实测的数值与初始值进行比较，得出锅炉三个方向的膨胀量实际值；

S4，控制器内设定好三个方向的允许膨胀量阈值范围，膨胀量实际值与阈值范围对比，如果膨胀量实际值超出阈值范围，则控制器发出报警信号，通知人员查看。

本发明的有益效果是：

通过设置的关节轴承，可以使得三个红外测距传感器，不会因为连接杆的移动，造成红外测距传感器与罩壳不垂直，造成测量的数据没法比较；通过设置的两个平衡装置，可以保证十字架体形式处于水平，避免第一杆、第二杆以及第三杆与罩壳不垂直，造成测量不准确，误报警；

通过设置的控制器，进行运算分析及时报警，避免锅炉部件膨胀不一致、不同步造成锅炉部件损坏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为探测装置的立体结构示意图；

图3为图2的H处放大图；

图4为罩壳的结构示意图；

图5为关节轴承的结构示意图。

图中标号说明：

1-锅炉、2-连接杆、3-关节轴承、4-探测装置、5-罩壳；

41-第二红外测距传感器、42-第二杆、43-螺母、44-第二配重块、45-第三红外测距传感器、46-第三杆、47-第三配重块、48-第一红外测距传感器、49-第一杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；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；都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-5所示，

一种用于监测锅炉膨胀数据的装置，包括与锅炉1外壁固定连接的连接杆2、与所述连接杆2一端固定连接的关节轴承3、设在所述关节轴承3上的探测装置4以及用于所述探测装置4测量膨胀量的罩壳5。

还包括控制器和报警装置；所述控制器与所述探测装置和报警装置信号连接。

所述关节轴承3为两个杆端的关节轴承，两个杆端互相垂直；关节轴承的水平端与连接杆2固定连接；关节轴承的竖直端与所述探测装置4固定连接。

所述罩壳5为一面开口的箱体，所述箱体包括A1侧面、A2侧面以及A3底面。探测装置4设在罩壳5内；

在箱体开口的一面朝向下方且设置柔性密封材料，连接杆2自箱体开口的一面伸入箱体内，避免探测装置4上的传感器因为粉尘多，过早的保养，延长了保养周期；

所述探测装置4包括呈水平设置的十字架体、设在十字架体底面中心的第一杆49、与所述第一杆49固定连接的第一红外测距传感器48以及设在所述十字架体上的水平方向探测部；所述第一红外测距传感器48用于测量锅炉1竖直方向的膨胀量；所述第一红外测距传感器48朝向所述罩壳5的A3面。

所述十字架体包括第二杆42和与所述第二杆42水平垂直设置的第三杆46；

所述第二杆42一端设有第二红外测距传感器41，所述第二杆42另一端设有第二平衡装置；所述第二红外测距传感器41朝向所述罩壳的A2面；

所述第三杆46一端设有第三红外测距传感器45，第三杆46另一端设有第三平衡装置；所述第三红外测距传感器45朝向所述罩壳5的A1面；

所述第三杆49与所述第二杆42和所述第三杆49的连接处固定连接；

所述控制器分别与所述第一红外测距传感器48、所述第二红外测距传感器41以及所述第三红外测距传感器45信号连接。

红外测距传感器采用D3030E/D2000型红外线测距仪，红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，

利用的红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间差的数据。经信号处理器处理后计算出物体的距离。这不仅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。测量距离远，很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。

本发明的使用方法，

调整第二平衡装置和第三平衡装置，使得三个传感器分别与需要测量的三个平面垂直，也就是所述第一红外测距传感器48与所述罩壳5的A3面垂直，所述第二红外测距传感器4与所述罩壳的A2面垂直，所述第三红外测距传感器45与所述罩壳5的A1面垂直，便于准确的测量。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，

不同之处在于，

一种锅炉膨胀的预警方法，包括如下步骤，

S1，将所述第一红外测距传感器48垂直朝向所述罩壳的A3面；并记录锅炉1冷态下，所述第一红外测距传感器48与所述罩壳的A3面的距离B3；将距离数据传给控制器；

S2，转动十字架体，将所述第二红外测距传感器41垂直朝向所述罩壳的A1面；并记录锅炉1冷态下，所述第二红外测距传感器41与所述罩壳的A1面的距离B1；同时，将所述第二红外测距传感器45垂直朝向所述罩壳的A2面；并记录锅炉1冷态下，所述第二红外测距传感器45与所述罩壳的A3面的距离B2；并将距离数据传给控制器；所述B1、B2以及B3，作为锅炉1的炉体三个方向变形量的初始值；

S3，锅炉1处于启动或运行状态时，炉体热膨胀带动连接杆2移动；此时由于十字架体能保持水平，所述第一红外测距传感器48、所述第二红外测距传感器41以及所述第三红外测距传感器45分别向控制器发出信号，控制器将实测的数值与初始值进行比较，得出锅炉三个方向的膨胀量实际值；

S4，控制器内设定好三个方向的允许膨胀量的阈值范围，膨胀量实际值与阈值范围对比，如果膨胀量超出阈值范围，则控制器给报警装置发出报警信号，通知人员查看。

通过本发明的预警方法，可以对锅炉1的膨胀量，实时监测，避免膨胀量超过设定值，造成锅炉损坏。

实施例3

本实施例与实施例1结构基本相同，

不同之处在于，

如图5所示，所述关节轴承3包括水平设置的内螺纹部和竖直设置的外螺纹部；

连接杆2上设有外螺纹，与关节轴承3的内螺纹部螺纹连接后固定；

十字架体的中心部位焊接一个螺母43，关节轴承3的外螺纹部与螺母43固定连接；

第二杆42一端设有外螺纹，与第二配重块44螺纹连接，需要调整第二杆42的水平时，可以拧动第二配重块44，使得第二杆42处于水平；

第三杆46一端也设有第三配重块47，用于调整水平。

通过设置的两个配重块，可以使得十字架体总是处于水平，避免倾斜造成第二红外测距传感器以及第三红外测距传感器与罩壳5不垂直，造成测量不准的现象。

实施例4

本实施例与实施例1结构基本相同，

不同之处在于，

我厂的锅炉炉膛高约65米、宽约22米、深约15米，为了监测整个锅炉的热膨胀情况，锅炉从水冷壁下联箱最低处算起，根据锅炉结构及工作温度的差异，在高度方向每隔3-8米在锅炉炉膛及后竖井烟道的四角分别设置一台监测锅炉膨胀数据的装置(简称监测装置)，沿着锅炉高度方向间隔设置15*4＝60台实施例1的监测装置。

软件系统接收各件的信号，计算得出各位置在各方向的膨胀量(实测值和初始值的差值)，并在系统内设定好同组数据标准差值；将同一高度、深度的2台监测装置膨胀量的绝对值相互比较，如果差值超过设定的标准差值，则系统报警；同理比较同一高度、宽度及同一宽度、深度方向的膨胀量绝对值。

这种设置方法是避免由于锅炉偏烧、膨胀不不一致、膨胀不同步引起锅炉局部变形大，从而导致锅炉部件损坏、泄漏事故的发生。

60台监测装置与总控制器组成一个总探测报警系统，能够实时监测锅炉的膨胀量，并预警，保障锅炉安全运行。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。