專利名稱：火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火電機(jī)組安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及對(duì)超超臨界機(jī)組主蒸 汽管系支吊架應(yīng)力情況的測(cè)量與監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
火電廠超超臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組指的是鍋爐內(nèi)工質(zhì)的壓力。鍋爐內(nèi)的工質(zhì)都是 水，水的臨界壓力是22. 115MPA、347. 15°C ；在這個(gè)壓力和溫度時(shí)，水和蒸汽的密度是相同 的，就叫水的臨界點(diǎn)，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個(gè)壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個(gè)壓力就是超臨 界鍋爐，爐內(nèi)蒸汽溫度不低于593°C或蒸汽壓力不低于31MI^被稱為超超臨界。超臨界、超 超臨界火電機(jī)組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，超超臨界機(jī)組與超臨界機(jī)組相比，熱 效率要提高1. 2%，一年就可節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤。未來火電建設(shè)將主要是發(fā)展高效率高參 數(shù)的超臨界(SC)和超超臨界(USC)火電機(jī)組，它們?cè)诎l(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛的研究和應(yīng)用。 目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多臺(tái)超超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，超超臨界機(jī)組的高效率創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì) 效益。但是，由于超超臨界機(jī)組投資巨大，一旦機(jī)組發(fā)生運(yùn)行故障或事故，必將造成巨大 的經(jīng)濟(jì)損失。因此，超超臨界機(jī)組的安全可靠運(yùn)行一直是電廠監(jiān)督運(yùn)行的重點(diǎn)，其中，主蒸 汽管系的安全運(yùn)行更是重中之重。在主蒸汽管系中，支吊架起著平衡管系均勻受力的重要 作用，但由于在運(yùn)行過程中的受振動(dòng)、沖擊等作用，支吊架的松緊會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致整個(gè)主 蒸汽管系受力不均勻，從而在管系內(nèi)形成過大的應(yīng)力，導(dǎo)致管系發(fā)生損傷甚至安全事故。目前主蒸汽管系支吊架的應(yīng)力監(jiān)控始終是個(gè)難題，電廠技術(shù)人員僅能通過利用鐵 錘敲擊憑經(jīng)驗(yàn)觀察判斷支吊架是否松緊，但無法判別出支吊架的松緊程度及其應(yīng)力狀態(tài)， 其檢查結(jié)果的準(zhǔn)確程度極低，出現(xiàn)松動(dòng)支吊架的漏檢情況，導(dǎo)致管線的快速損壞。由此可以 看出電廠技術(shù)人員僅能憑經(jīng)驗(yàn)判斷支吊架的松緊程度，無法準(zhǔn)確獲得整個(gè)管系每個(gè)支吊架 的受力情況，這就為管系的安全運(yùn)行埋下了隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是當(dāng)前對(duì)火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力狀況無法檢測(cè)和監(jiān)控 的技術(shù)問題，提供一種采用基于光纖光柵的光纖傳感器感知超超臨界機(jī)組主蒸汽管系支吊 架的應(yīng)力變化，然后通過建立的主蒸汽管系支吊架材料和力學(xué)模型，獲得主蒸汽管系支吊 架的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)設(shè)置在主蒸汽管系 支吊架上的光纖光柵應(yīng)力傳感器，所述光纖光柵應(yīng)力傳感器通過傳輸光纖與光纖傳感解調(diào) 系統(tǒng)連接；所述光纖光柵應(yīng)力傳感器的光纖光柵覆蓋C波段，應(yīng)變監(jiān)測(cè)范圍在0 2% ；所述光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)由寬帶光源、通道切換模塊、光譜分析模塊和嵌入式處理模塊構(gòu)成，寬帶光源覆蓋C波段，通道切換模塊將寬帶光源發(fā)出的寬譜光輸送到所述光纖 光柵應(yīng)力傳感器，并將所述光纖光柵應(yīng)力傳感器反射回的光信號(hào)輸送到光譜分析模塊，光 譜分析模塊對(duì)所述光信號(hào)在嵌入式處理模塊的控制下進(jìn)行光譜分析，并將獲得的電信號(hào)發(fā) 送到嵌入式處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化出應(yīng)力結(jié)果。所述光纖光柵應(yīng)力傳感器在主蒸汽管系支吊架上貼裝或焊接固定。所述寬帶光源采用ASE光源、LED光源或SLED光源其中的一種。所述通道切換模塊由光開關(guān)配合光耦合器構(gòu)成。所述通道切換模塊由光開關(guān)配合光環(huán)形器構(gòu)成。所述嵌入式處理模塊為PC104嵌入式模塊、DSP嵌入式模塊或ARM嵌入式模塊其 中的一種。所述通道切換模塊設(shè)有1 8個(gè)切換通道。所述切換通道連接相互串聯(lián)的所述光纖光柵應(yīng)力傳感器。相互并聯(lián)的所述切換通道連接所述光纖光柵應(yīng)力傳感器。本發(fā)明的有益效果是(一 )提出利用光纖光柵應(yīng)力傳感器監(jiān)測(cè)超超臨界機(jī)組主蒸汽管系支吊架的應(yīng)力 情況，光纖傳感器可以不受天氣(大風(fēng)、雨雪)及管系振動(dòng)的影響，可實(shí)現(xiàn)精確的應(yīng)力監(jiān)測(cè)， 單根光纖可以串行復(fù)用多個(gè)光纖傳感器，并可以采用通道切換模塊進(jìn)行空分復(fù)用，可以用 很少的線纜布置主蒸汽管系支吊架監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，同時(shí)獲得整個(gè)管系所有支吊架在測(cè)試時(shí)刻的 精確受力。(二)本發(fā)明可以長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)火電機(jī)組主蒸汽管系所有支吊架的受力情 況，并且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，可為電廠主蒸汽管系的安全可靠運(yùn)行提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，幫 助電廠技術(shù)人員準(zhǔn)確把握整個(gè)管系的受力情況，根據(jù)實(shí)際受力去調(diào)整支吊架松緊程度，使 管系受力達(dá)到理想狀況，不僅可節(jié)約大量的支吊架檢修費(fèi)用，而且通過改善管系受力從而 達(dá)到延長(zhǎng)管系使用壽命，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益；項(xiàng)目成果對(duì)主蒸汽管系的安全可靠運(yùn)行也 具有重要應(yīng)用價(jià)值，有效避免事故的發(fā)生，具有重要的社會(huì)效益。


圖1是本發(fā)明應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 主蒸汽管系支吊架，2 光纖光柵應(yīng)力傳感器，3 傳輸光纖，4 光纖傳感解 調(diào)系統(tǒng)，41 寬帶光源，42 通道切換模塊，43 光譜分析模塊，42 嵌入式處理模塊。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明披露了一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括 光纖光柵應(yīng)力傳感器2和光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)4。光纖光柵應(yīng)力傳感器2通過貼裝或焊接的方 式安裝固定在主蒸汽管系支吊架1的關(guān)鍵部位，關(guān)鍵部位一般位于主蒸汽管系支吊架1的 吊桿。光纖光柵應(yīng)力傳感器2基于光纖光柵構(gòu)建，光纖光柵光譜波段覆蓋C波段(1525nm 1565nm)。光纖光柵應(yīng)力傳感器2的封裝結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)應(yīng)變轉(zhuǎn)換，使光纖光柵感受到應(yīng)力應(yīng) 變，并編碼到光譜中。光纖光柵應(yīng)力傳感器2通過減敏結(jié)構(gòu)處理方法可以獲得0 2%應(yīng)變監(jiān)測(cè)范圍，以達(dá)到量程要求。光纖光柵應(yīng)力傳感器2通過傳輸光纖3與光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)4連接。結(jié)合圖2所 示，光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)4基于衍射光柵的光譜分析模塊43，實(shí)現(xiàn)光纖光柵的波長(zhǎng)檢測(cè)和應(yīng) 力反演，具體由寬帶光源41、通道切換模塊42、光譜分析模塊43和嵌入式處理模塊44構(gòu) 成。寬帶光源41覆蓋C波段，可以采用ASE光源、LED光源或SLED光源。通道切換模塊42將寬帶光源41發(fā)出的寬譜光輸送到光纖光柵應(yīng)力傳感器2，光纖 光柵應(yīng)力傳感器2接受到光信號(hào)。通道切換模塊42由光開關(guān)配合光耦合器，或者光開關(guān)配 合光環(huán)形器構(gòu)成，一般設(shè)有1 8個(gè)切換通道。這樣，寬帶光源41通過傳輸光纖3和通道切換模塊42將光信號(hào)傳輸至選定的光 傳感通道中的光纖光柵應(yīng)力傳感器2，光纖光柵應(yīng)力傳感器2則通過其封裝結(jié)構(gòu)感受主蒸 汽管系支吊架1的應(yīng)變應(yīng)力并將其轉(zhuǎn)化成光纖光柵反射光譜的漂移，因此光纖光柵應(yīng)力傳 感器2反射光信號(hào)的光譜將攜帶應(yīng)變應(yīng)力值信息。光纖光柵應(yīng)力傳感器2可以以串聯(lián)或者并聯(lián)的方式設(shè)置于主蒸汽管系支吊架1。 這里的串聯(lián)指的是把光纖光柵應(yīng)力傳感器2串聯(lián)起來連接到一個(gè)通道接口上使用；而并聯(lián) 指的是多個(gè)通道接口連接上光纖光柵應(yīng)力傳感器2，這些多個(gè)通道接口同時(shí)并聯(lián)使用，即光 纖光柵應(yīng)力傳感器2并聯(lián)使用。監(jiān)測(cè)點(diǎn)密集的情況適合采用串聯(lián)方式，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散、相互距 離比較遠(yuǎn)的情況適合采用并聯(lián)方式，這樣可以節(jié)省傳輸光纖3的長(zhǎng)度，從而使傳輸光纖3的 布線更為條理。通道切換模塊42將光纖光柵應(yīng)力傳感器2反射回的光信號(hào)輸送到光譜分析模塊 43，光譜分析模塊43在嵌入式處理模塊44的控制下進(jìn)行光譜分析，將該光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信 號(hào)，再將電信號(hào)送入到嵌入式處理模塊44的計(jì)算機(jī)分析處理系統(tǒng)中進(jìn)行電信號(hào)所帶應(yīng)力 信息的計(jì)算和分析，最終將所有主蒸汽管系支吊架1的應(yīng)力結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯現(xiàn)出來。其中，嵌入式處理模塊44是通過對(duì)比光纖光柵應(yīng)力傳感器2檢測(cè)得到的主蒸汽 管系支吊架1應(yīng)力變化引起的波長(zhǎng)變化與數(shù)據(jù)庫中材料的力學(xué)性能相結(jié)合，分析計(jì)算得出 實(shí)際結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，從而得到監(jiān)測(cè)部位的應(yīng)力分布狀況。嵌入式處理模塊44其可以是 PC104嵌入式模塊、DSP嵌入式模塊或ARM嵌入式模塊等其他嵌入式模塊。本實(shí)施例中火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作過程如下光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)4中的寬帶光源41發(fā)出寬譜光，經(jīng)通道切換模塊42以及傳輸 光纖3到達(dá)光纖光柵應(yīng)力傳感器2。當(dāng)主蒸汽管系支吊架1在運(yùn)行過程中受到振動(dòng)、沖擊等 作用，將引起主蒸汽管系支吊架1的應(yīng)力變化，從而調(diào)制光纖光柵應(yīng)力傳感器2的反射光信 號(hào)波長(zhǎng)，被光纖光柵應(yīng)力傳感器2反射回的光信號(hào)再次經(jīng)過通道切換模塊42傳輸回光纖傳 感解調(diào)系統(tǒng)4中的光譜分析模塊43。光譜分析模塊43在嵌入式處理模塊44的控制下進(jìn)行 光譜分析和提取，獲得的電信號(hào)，將該原始電信號(hào)和初步預(yù)警電信號(hào)發(fā)送到嵌入式處理模 塊44。嵌入式處理模塊44對(duì)接收到的電信號(hào)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，得出監(jiān)測(cè)位置的應(yīng) 力狀況，并將監(jiān)測(cè)到的應(yīng)力結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯現(xiàn)處理。本實(shí)施例中的通道切換模塊42共有八個(gè)切換通道，每個(gè)切換通道連接八個(gè)相互 串聯(lián)的光纖光柵應(yīng)力傳感器2，實(shí)現(xiàn)每個(gè)切換通道對(duì)主蒸汽管系支吊架1上八個(gè)關(guān)鍵位置 的同時(shí)監(jiān)測(cè)。通過通道切換模塊42依次切換不同的通道接口，最多能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)主蒸汽管系支吊架1上六十四個(gè)位置點(diǎn)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，并把應(yīng)力結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯現(xiàn)出來。
盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上 述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可 以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個(gè)設(shè)置在 主蒸汽管系支吊架上的光纖光柵應(yīng)力傳感器，所述光纖光柵應(yīng)力傳感器通過傳輸光纖與光 纖傳感解調(diào)系統(tǒng)連接；所述光纖光柵應(yīng)力傳感器的光纖光柵覆蓋C波段，應(yīng)變監(jiān)測(cè)范圍在0 2% ；所述光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)由寬帶光源、通道切換模塊、光譜分析模塊和嵌入式處理模塊 構(gòu)成，寬帶光源覆蓋C波段，通道切換模塊將寬帶光源發(fā)出的寬譜光輸送到所述光纖光柵 應(yīng)力傳感器，并將所述光纖光柵應(yīng)力傳感器反射回的光信號(hào)輸送到光譜分析模塊，光譜分 析模塊對(duì)所述光信號(hào)在嵌入式處理模塊的控制下進(jìn)行光譜分析，并將獲得的電信號(hào)發(fā)送到 嵌入式處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化出應(yīng)力結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述光纖光柵應(yīng)力傳感器在主蒸汽管系支吊架上貼裝或焊接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述寬帶光源采用ASE光源、LED光源或SLED光源其中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述通道切換模塊由光開關(guān)配合光耦合器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述通道切換模塊由光開關(guān)配合光環(huán)形器構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述嵌入式處理模塊為PC104嵌入式模塊、DSP嵌入式模塊或ARM嵌入式模塊其中的一 種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述通道切換模塊設(shè)有1 8個(gè)切換通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述切換通道連接相互串聯(lián)的所述光纖光柵應(yīng)力傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，相互并聯(lián)的所述切換通道連接所述光纖光柵應(yīng)力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種火電機(jī)組主蒸汽管系支吊架應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)設(shè)置在主蒸汽管系支吊架上的光纖光柵應(yīng)力傳感器，其通過傳輸光纖與光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)連接；光纖光柵應(yīng)力傳感器的光纖光柵覆蓋C波段，應(yīng)變監(jiān)測(cè)范圍在0～2％；光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)由寬帶光源、通道切換模塊、光譜分析模塊和嵌入式處理模塊構(gòu)成。本發(fā)明可以長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)火電機(jī)組主蒸汽管系所有支吊架的受力情況，并且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，能夠提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，幫助電廠技術(shù)人員準(zhǔn)確把握整個(gè)管系的受力情況，根據(jù)實(shí)際受力去調(diào)整支吊架松緊程度，使管系受力達(dá)到理想狀況，不僅可節(jié)約大量的支吊架檢修費(fèi)用，而且通過改善管系受力從而達(dá)到延長(zhǎng)管系使用壽命。
文檔編號(hào)G01L1/24GK102087152SQ20111002471
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者徐連勇, 肖光春, 荊洪陽, 韓永典 申請(qǐng)人:天津大學(xué)