一种冷却塔落水均匀度测量装置及测量方法

本发明涉及冷却塔领域，特别涉及一种冷却塔落水均匀度测量装置及测量方法。

背景技术：

1、冷却塔广泛用于工业和民用建筑领域，用于将循环水冷却后送至相关场合。冷却塔的工作原理是：将来自进水母管的温度较高的水，通过分支管道分成若干股并通过喷头布洒至填料层，填料层提供很大的接触面积，让自上而下的水和自下往上的空气充分接触换热，由此降低水的温度并使其最终下落至底部的蓄水池并送至需水场合。为了保证冷却塔的高效稳定运行，人们希望冷却塔内各个位置的水均匀分布。然而由于设计操作不当或设备老化，可能导致各支管配水不均匀、喷头部分损坏堵塞、填料层堵塞、填料层破损短路等现象，这些现象将使冷却塔内布水均匀度下降，降低冷却塔的制冷能力和效率，且最终也会体现为冷却塔底部蓄水池上方的落水均匀度下降。

2、为了保障冷却塔的高效稳定运行，人们一直希望在不影响冷却塔工作、不拆卸冷却塔的前提下简便可靠地测量冷却塔的落水均匀度。但当前公知的技术手段中，并没有方便可靠且定量的测量技术手段，而是主要凭借人工对落水区域的肉眼观察。因此，亟待开发方便可靠的冷却塔落水均匀度的定量测量评价技术手段。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、维护方便、成本低廉、安全性好、操作方便的冷却塔落水均匀度测量装置，并提供一种逻辑简单、稳定可靠、易编程实现的冷却塔落水均匀度测量方法，从而有效反映冷却塔落水均匀情况以帮助使用者进行冷却塔的运行评估和改造。

2、根据本发明的一个方面，提供一种冷却塔落水均匀度测量装置，其技术方案是，一种冷却塔落水均匀度测量装置，用于布置在冷却塔底部水池的上方以测量其落水均匀度，由方形网、测量器、供电支线、终端平台和供电母线构成，其中：

3、所述方形网的所有网格均为正方形，方形网中除边缘处之外所有的结点上均悬挂一个测量器；

4、所述测量器包括悬挂线和与之相连的、中空的锥形本体，所述锥形本体包括顶盖、与顶盖机械连接的底盖和位于锥形本体内部的测量块；

5、所述测量块包括常闭温控开关和产热电阻二者构成的串联电路以及相互电性连接的温度传感器和信号传输器；

6、所述终端平台包括电源和信息处理单元，所述电源通过供电母线为所有的测量块供电；

7、每个测量块连接有一路供电支线，并通过与之电性连接的供电支线从供电母线取电，即各测量块并联在供电母线上；

8、每个测量块中的信号传输器用于实时采集与之电性连接的温度传感器测得的温度值并传输至信息处理单元。

9、上述冷却塔落水均匀度测量装置，所述锥形本体内的测量块固定在顶盖和底盖二者中任一结构的内壁面上。

10、上述冷却塔落水均匀度测量装置，所述锥形本体的顶盖和底盖由陶瓷、铜、铝、铜合金、铝合金这五种材料中的任意一种制成。

11、上述冷却塔落水均匀度测量装置，所述锥形本体的底盖还设有配重块。

12、上述冷却塔落水均匀度测量装置，所述常闭温控开关的断开温度阈值为tc，其中tc在50℃至70℃之间。

13、优选地，所述信号传输器通过无线的wifi、蓝牙、zigbee这三种方式中的任意一种或多种将温度测量信息传输至信息处理单元。

14、优选地，所述供电支线和供电母线可通过扎带扎紧或粘接等方式固定在方形网上走线。

15、优选地，所述电源的供电电压在5v至12v之间以充分保证电气安全。

16、根据本发明的另一个方面，提供一种应用于上述冷却塔落水均匀度测量装置的测量方法，其技术方案是，所述测量方法包括以下步骤：

17、步骤s1、将冷却塔落水均匀度测量装置的方形网张紧并悬挂在冷却塔底部水池的上方，使方形网处于水平铺开状态且所有测量器均处于方形网的下方；

18、步骤s2、将冷却塔底部水池水面竖直向上正投影，对所有处于其投影区域中的测量器按1至n编号，其中n为具有编号的测量器的总数目，并对每个带有编号的测量器记录其悬挂结点在方形网中的位置；

19、步骤s3、开启终端平台，使电源为所有的测量块供电，每隔固定的时间间隔通过温度传感器采集并存储锥形本体的温度变化数据；

20、步骤s4、当达到以下任一条件时，关闭电源，停止测量块的供电，结束测量：

21、条件一、步骤s3中的测量持续时长达到t，所述时间t处于5分钟至30分钟之间；

22、条件二、任一温度传感器测得的温度值达到断开温度阈值tc，其中tc在50℃至70℃之间；

23、条件三、任一温度传感器连续e次的测量中，测得的温度变化幅度δte小于δtc，其中e在3至30之间，δtc在0.1℃至0.5℃之间，温度变化幅度δte为e次的测量结果中最大值与最小值之差；

24、步骤s5、根据测量结果计算得到温差序列[t1，t2，…，ti…，tn]，其中n为具有编号的测量器的总数目，温差序列中的元素值ti，为编号为i的测量器测量结束时刻的温度测量值与测量开始时刻的温度测量值之差；

25、步骤s6、计算步骤s5中温差序列的变异系数cv并由此反映落水均匀度情况，其中cv为温差序列中所有元素的标准差与平均值之比。

26、本发明应用了流体力学和传热学原理。冷却塔中上部结构中的支管、喷头和填料都对布水均匀度产生影响，而中上部的布水均匀度最终体现为底部蓄水池上方的落水均匀度。借助方形网在底部蓄水池上方均匀布置测量器阵列。电源为测量块供电前，所有测量器测得的温度几乎一致。当将方形网张紧布置于底部蓄水池上方并启动电源供电后，测量块中的产热电阻通电产热，使温度传感器采集得到的锥形本体温度不断升高；与此同时，落水从上方降落至锥形本体上使其冷却降温。最终实现的效果是，落水较多的区域锥形本体升温较慢，落水较少的区域锥形本体升温较快，由于各测量块并联在供电母线上，每个产热电阻的产热功率一致，通过比较测试始末时刻各锥形本体的温升幅度，就可以间接地反映测试过程锥形本体上的落水多少。

27、因此，为了提高测量方法的普适性，最终利用统计学方法求得各温升幅度的变异系数cv来评价冷却塔落水均匀度，变异系数cv越小就说明各锥形本体的温升幅度越接近，冷却塔落水均匀度越高；反之，变异系数cv越大就说明各锥形本体的温升幅度分布数据越离散，冷却塔落水均匀度越低。

28、此外，为了保证测量可靠性并提高效率，当达到测量时长上限、任一温度测量值达到断开温度阈值tc、任一温度测量值趋于不变这三个条件中的任意一个成立时，则停止测量开始分析测量结果。

29、根据以上原理不难发现本发明的如下有益效果：

30、1、本发明冷却塔落水均匀度测量装置，通过测量均布的锥形本体阵列的温升幅度来间接反映落水均匀度，装置主体是方形网以及依托方形网悬挂或固定的测量器和线缆，不使用时只要将方形网卷绕即可收纳，不占空间；而使用时只需将方形网打开并张紧，依托冷却塔支柱等结构系结即可将方形网悬挂固定。测量器借助配置块容易保持为上头尖、下头大的状态，利于获得周围一定范围内的落水；传感器和产热电阻等电气元件位于测量器内部，不接触水，有利于保证其使用寿命；当个别测量器损坏时，方便单独将其从方形网上解离更换。因此，该测量装置结构简单、维护方便、成本低廉、操作方便。此外，常闭温控开关的设计可保证测量器温度始终不高于其断开温度阈值，有利于电气安全并避免烫伤操作人员。

31、2、本发明冷却塔落水均匀度测量方法，依托温升的测试和统计来间接反映落水均匀度，测试过程判定的逻辑简单、稳定可靠、易编程实现，相应的测量结果处理方法科学可靠且普适性好。