空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量的激光圖像檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器內(nèi)部轉(zhuǎn)子變形量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空氣 預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量的激光圖像檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] "回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器"也稱為"容克式空氣預(yù)熱器"，以下簡稱"空預(yù)器"，是大型工 業(yè)鍋爐的主要部件之一，是鍋爐的重要節(jié)能降耗設(shè)備。它在原理上是一種熱交換器，主要功 能是利用鍋爐燃燒排放的廢煙氣預(yù)熱即將進(jìn)入鍋爐燃燒的助燃空氣，從而提高鍋爐的熱效 率。
[0003] 空預(yù)器的主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)巨大的圓柱型轉(zhuǎn)子，這個(gè)轉(zhuǎn)子被沿半徑方向的多個(gè)密封 隔板分割成數(shù)十個(gè)上下相通的扇型柱體，專業(yè)上稱之為"密封倉格"。密封倉格之間互不相 通，其中填充波紋狀鐵板，簡稱"波紋板"，波紋板被鐵框架封裝成具有一定規(guī)模的整體化模 塊，這種模塊被稱為"蓄熱元件"。
[0004] 回轉(zhuǎn)式空預(yù)器工作時(shí)，承載蓄熱元件的轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)，當(dāng)蓄熱元件旋轉(zhuǎn)到煙氣側(cè) 時(shí)熾熱的煙氣穿過波紋板的縫隙將熱量傳遞給蓄熱元件，當(dāng)蓄熱元件被旋轉(zhuǎn)到空氣側(cè)時(shí)穿 過波紋板縫隙的冷空氣又將蓄熱元件中的熱量帶走。通過預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的連續(xù)轉(zhuǎn)動，使蓄熱 元件交替通過煙道和風(fēng)道完成煙氣與空氣的熱量交換。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)煙道與風(fēng)道以及不同風(fēng)壓風(fēng)道之間的相互分隔，在每一個(gè)分隔面上設(shè)計(jì) 了上下兩塊扇形的密封蓋板，簡稱"扇形板"，用于對不同的預(yù)熱器工作區(qū)域進(jìn)行分隔。
[0006] 在空預(yù)器內(nèi)部，熾熱的煙氣從上部進(jìn)入空預(yù)器，而冷空氣從下部進(jìn)入空預(yù)器，所以 空預(yù)器整體的溫度分布為上端溫度高下端溫度低；從煙氣側(cè)轉(zhuǎn)出來時(shí)溫度高，從空氣側(cè)進(jìn) 入煙氣側(cè)時(shí)溫度低。由于空預(yù)器轉(zhuǎn)子整體受熱不均勻，在內(nèi)部復(fù)雜熱膨脹的作用下，空預(yù)器 工作時(shí)轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生了一種"蘑菇"狀變形。由于轉(zhuǎn)子中心膨脹量大外側(cè)膨脹量小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子 外沿相對預(yù)熱器整體結(jié)構(gòu)發(fā)生下沉，而且這種下沉式變形的大小還隨鍋爐工作負(fù)荷和工作 狀態(tài)的改變而改變。整體的規(guī)律是生產(chǎn)負(fù)荷越大變形量越大。由于變形量的大小會變化， 所以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與固定的扇形板之間的密封間隙是一個(gè)變化的機(jī)械量。隨著爐型不同，其 最大變化范圍可從Omm到40mm以上。若不對此變化的密封間隙進(jìn)行處理，則大量的助燃空 氣沒有進(jìn)入爐膛工作而直接泄露到煙道，造成風(fēng)機(jī)短路電耗增加。同時(shí)由于熱空氣由煙道 泄露帶走了大量的有效熱能，將導(dǎo)致鍋爐燃燒熱效率的下降。
[0007] 針對這一問題，目前工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)方法是采用傳感器測量因熱 變形引起的密封間隙變化量，并根據(jù)測量結(jié)果采用機(jī)械裝置動態(tài)調(diào)整扇形板位置，用于彌 補(bǔ)熱變形引起的密封間隙變化，從而維持密封間隙為一預(yù)設(shè)的最佳恒定值。通過閉環(huán)控制， 這一密封間隙大致可以穩(wěn)定在Imm左右，可以達(dá)到明顯抑制空預(yù)器漏風(fēng)的目的。由于預(yù)熱 器下部泄露的是未經(jīng)預(yù)熱的冷空氣，而上部泄露的是經(jīng)過預(yù)熱的熱空氣，因此工業(yè)實(shí)踐中 通常優(yōu)先在預(yù)熱器熱端扇形板安裝該自動控制系統(tǒng)。
[0008] 由于預(yù)熱器內(nèi)部熱端的溫度高達(dá)350°C至450°C，并且煙氣中含有大量的灰塵和 腐蝕性物質(zhì)，如何在這樣惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定檢測轉(zhuǎn)動的預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的熱變形量，是實(shí)現(xiàn)上 述閉環(huán)密封間隙控制的技術(shù)關(guān)鍵。
[0009] 其中一種常用的檢測方法是探桿式密封間隙檢測技術(shù)，該方法從預(yù)熱器外部向預(yù) 熱器內(nèi)部伸入一個(gè)機(jī)械探桿，當(dāng)探桿的端頭觸碰到旋轉(zhuǎn)的預(yù)熱器轉(zhuǎn)子時(shí)檢測開關(guān)動作，檢 測系統(tǒng)即可根據(jù)開關(guān)動作時(shí)探桿的伸入長度確定空預(yù)器轉(zhuǎn)子的變形量。
[0010] 由于預(yù)熱器工作時(shí)轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，轉(zhuǎn)速約為lrpm，由于直徑較大，預(yù)熱器轉(zhuǎn)子外側(cè) 變形量最大處的旋轉(zhuǎn)線速度可達(dá)數(shù)米每秒，當(dāng)探桿伸入預(yù)熱器與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)會發(fā)生較強(qiáng)烈 的摩擦。由于預(yù)熱器內(nèi)部溫度較高無法進(jìn)行有效的潤滑，導(dǎo)致探桿端頭與轉(zhuǎn)子測量基準(zhǔn)面 11之間發(fā)生明顯的磨損。因此該技術(shù)無法連續(xù)測量預(yù)熱器的變形量，檢測只能間歇進(jìn)行。 實(shí)際工業(yè)使用中，該技術(shù)方法的故障率較高，設(shè)備維護(hù)工作量也比較大。
[0011] 另一種常用的檢測方法是高溫型電渦流位移測量技術(shù)，該方法基于電渦流測距原 理，在預(yù)熱器內(nèi)轉(zhuǎn)子測量基準(zhǔn)面11的上部安裝一個(gè)耐高溫的渦流檢測線圈，線圈與旋轉(zhuǎn)的 測量基準(zhǔn)面11之間非接觸。渦流檢測線圈通過耐高溫導(dǎo)線與預(yù)熱器外部的測量電路相互 連接，外部檢測電路驅(qū)動預(yù)熱器內(nèi)部的測量線圈，基于電渦流測距原理，可以非接觸的檢測 渦流探頭與金屬基準(zhǔn)面之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)空預(yù)器轉(zhuǎn)子變形量的測量。
[0012] 該技術(shù)的優(yōu)勢是非接觸測量沒有磨損問題，因此可以進(jìn)行連續(xù)的測量。該技術(shù)方 法主要有三個(gè)方面的問題：
[0013] 1、電渦流的測距范圍較小，通常最大量程只有15mm左右。為實(shí)現(xiàn)大范圍的變形量 測量，實(shí)際使用中需要將探頭安裝在扇形板上隨扇形板上下運(yùn)動，通過測量相對變形量的 方法實(shí)現(xiàn)控制。這一工作方式導(dǎo)致電渦流探頭的爐內(nèi)安裝結(jié)構(gòu)需要機(jī)械移動部件，安裝使 用比較麻煩。
[0014] 2、預(yù)熱器內(nèi)部的腐蝕性物質(zhì)會腐蝕渦流測量線圈和連接導(dǎo)線，積灰會引起電氣參 數(shù)改變，這些因素都會導(dǎo)致測量結(jié)果發(fā)生漂移，嚴(yán)重影響漏風(fēng)控制效果。腐蝕嚴(yán)重時(shí)還會直 接損壞測量裝置，使系統(tǒng)完全無法工作。因此這種檢測方法的可靠性比較差。
[0015] 3、由于部分容易損壞的電子部件安裝在爐內(nèi)，一旦損壞又無法在鍋爐運(yùn)行過程中 進(jìn)行維修和更換，導(dǎo)致預(yù)熱器漏風(fēng)長時(shí)間無法有效控制，引起預(yù)熱器綜合漏風(fēng)控制效果顯 著下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量的激光圖像檢 測裝置及其檢測方法。
[0017] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量的激光圖像檢測裝置，該檢測裝置 包括激光發(fā)射器、圖像采集器、兩路光路通道；
[0019] 所述激光發(fā)射器，用于發(fā)射激光束；
[0020] 其中一路光路通道，用于將激光發(fā)射器（3)發(fā)射的激光束投射到空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子 的測量基準(zhǔn)面上，并且呈現(xiàn)光斑位置；
[0021] 另一路光路通道，用于將激光束在空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的測量基準(zhǔn)面上呈現(xiàn)的光斑位 置傳輸?shù)綀D像采集器；
[0022] 所述圖像采集器，用于采集測量基準(zhǔn)面上的光斑位置，并且根據(jù)不同的光斑位置 獲取光斑位置的變化量，將光斑位置的變化量經(jīng)過數(shù)學(xué)變換后輸出轉(zhuǎn)子變形量信息。
[0023] 上述方案中，該裝置包括：第一L型通道1、第二L型通道、激光發(fā)射器、圖像采集 器，所述第一L型通道1疊加設(shè)置在第二L型通道上方，并且兩者水平設(shè)置，所述第一L型通 道垂直部分的內(nèi)壁相對設(shè)置有鏡面，所述第一L型通道1和第二L型通道的拐角處均設(shè)置 有玻璃反射鏡，所述第一L型通道的出口處設(shè)置有與水平方向成角度的第一內(nèi)密封玻璃， 所述第二L型通道的入口處水平設(shè)置有第二內(nèi)密封玻璃；所述第一L型通道1和第二L型 通道設(shè)置在空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子上方。
[0024] 上述方案中，該裝置包括：第一L型通道、第二L型通道、激光發(fā)射器、圖像采集器， 所述第一L型通道疊加設(shè)置在第二L型通道上方，并且兩者水平設(shè)置，所述第一L型通道垂 直部分的內(nèi)壁相對設(shè)置有鏡面，所述第一L型通道和第二L型通道的拐角處均設(shè)置有玻璃 反射鏡，所述第一L型通道的出口處設(shè)置有與水平方向成角度的第一內(nèi)密封玻璃，所述第 二L型通道的入口處水平設(shè)置有第二內(nèi)密封玻璃；所述預(yù)熱器轉(zhuǎn)子測量基準(zhǔn)面上方的扇形 板上設(shè)置有隨扇形板動作的突出標(biāo)記物；所述第一L型通道和第二L型通道設(shè)置在空氣預(yù) 熱器頂部的扇形板一側(cè)突出的突出標(biāo)記物上方。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量的激光圖像檢測方法，該方法 為：通過激光發(fā)射器發(fā)射激光束，并將激光束經(jīng)一路光路通道呈角度投射到空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn) 子的測量基準(zhǔn)面上；當(dāng)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形引起測量基準(zhǔn)面位置變化時(shí)，所述激光束投射 在測量基準(zhǔn)面上的光斑位置也將發(fā)生變化；
[0026] 圖像采集器經(jīng)另一路光路通道采集光斑位置，并且根據(jù)不同的光斑位置獲取光斑 位置的變化量，并經(jīng)過數(shù)值變換后輸出空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量信息，根據(jù)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子 變形量信息調(diào)節(jié)扇形板的位置。
[0027] 上述方案中，該方法為：所述激光發(fā)射器發(fā)射的點(diǎn)狀激光束經(jīng)第一L型通道內(nèi)拐 角處的鏡面以及所述第一L型通道垂直部分的內(nèi)壁相對設(shè)置的鏡面反射，使點(diǎn)狀激光束成 角度的投射到空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的測量基準(zhǔn)面上呈現(xiàn)光斑圖像，圖像采集器通過第二L型通 道內(nèi)拐角處的鏡面反射采集到空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的測量基準(zhǔn)面的處