拼装式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，特别涉及一种拼装式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、适配性好、操作方便的冷却塔落水均匀度测量装置，并提供一种适用性广、简单直观、稳定可靠、易于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，一种拼装式冷却塔落水均匀度测量装置，用于布置在冷却塔底部水池水面上以测量其落水均匀度，由多个测量块和信息平台构成，其中：

3、所述测量块为底面为正方形的长方体，包括设有多个通孔的漂浮板、均匀张贴于漂浮板上的多个应变片构成的阵列和电气单元；

4、所述电气单元包括蓄电池、信号采集模块和信号传输模块；

5、所述蓄电池与信号采集模块、信号传输模块和应变片电性连接以供电；

6、所述信号采集模块与其所属测量块内所有的应变片电性连接以采集应变片的测量值；

7、所述信号传输模块与信号采集模块电性连接，所述信号传输模块还能与信息平台之间进行数据通讯。

8、上述拼装式冷却塔落水均匀度测量装置，所述漂浮板由泡沫塑料制成。

9、上述拼装式冷却塔落水均匀度测量装置，所述漂浮板的四边均设有锯齿形多边形凹槽和凸起。

10、上述拼装式冷却塔落水均匀度测量装置，所述电气单元位于漂浮板的内部或固定于漂浮板的底部。

11、优选地，所述信号传输模块通过无线的wifi、蓝牙、zigbee这三种方式中的任意一种或多种将数据传输至信息平台。

12、优选地，所述通孔和应变片都均匀布置在漂浮板上。

13、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：

14、步骤a1、取多个测量块互相镶嵌拼装后放置在冷却塔底部水池的水面上，使水面尽可能地被测量块(1)完全覆盖；

15、步骤a2、对各测量块中的所有应变片按1至n编号并记录坐标位置信息，其中n为应变片的总数目；

16、步骤a3、启动所有电气单元和信息平台，按照固定的时间间隔使用应变片采集其各自的应变信号并将各应变信号采集值对时间积分，采集一定时长后结束测量，获得测量过程各应变片应变采集信号对时间的积分值所构成的第一数据序列d＝[d1，d2，…，di，…，dn]，其中n为应变片的总数目，di代表测量过程编号为i的应变片应变采集信号对时间的积分值；

17、步骤a4、计算步骤a3中第一数据序列的变异系数cv并由此反映落水均匀度情况，其中cv为数据序列中所有元素的标准差与平均值之比。

18、上述冷却塔落水均匀度测量方法，所述步骤a2中对应变片坐标信息的记录方法为：在冷却塔底部水池水面所处平面上建立一个统一的直角平面坐标系来记录各应变片的坐标位置信息，将编号为i的应变片的坐标信息记录为(xi，yi)，其中xi、yi分别为编号为i的应变片所述空间位置的横坐标值和纵坐标值。

19、上述冷却塔落水均匀度测量方法，所述步骤a3中的信号采集时间间隔在1毫秒至1秒之间。

20、上述冷却塔落水均匀度测量方法，所述步骤a3中信号采集总时长在1分钟至30分钟之间。

21、上述冷却塔落水均匀度测量方法，所述测量方法还包括对测量结果按如下步骤进行可视化显示：

22、步骤b1、将步骤a3获得的第一数据序列d＝[d1，d2，…，di，…，dn]归一化处理为与之元素数目相等的第二数据序列d＝[d1，d2，…，di，…，dn]，其中n为应变片的总数目，di代表第一数据序列中元素di归一化处理后的值：

23、di＝(di-dmin)/(dmax-dmin)

24、式中dmax和dmin分别为第一数据序列中所有元素的最大值和最小值；

25、步骤b2、在直角平面坐标系上绘制n个等直径的圆圈且每个圆心坐标对应着某个应变片的坐标位置，n为应变片的总数目，第i个圆圈的圆心坐标为(xi，yi)，其中xi、yi分别为编号为i的应变片所述空间的横坐标值和纵坐标值；

26、步骤b3、对步骤b2中绘制的每个圆圈进行灰度颜色填充，对第i个圆圈填充的灰度值为di×100％。

27、本发明应用了力学原理。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。将应变片张贴于软质漂浮板上并处于水面上，水滴从上方滴落至应变片上会因其冲击作用而使其产生应变。若某处落水较多，则一定时间段内水滴对该处应变片的冲击总时长和冲击力度也较大，该处应变片的应变信号对时间积分后的数值也相应地较大，故测量过程各处应变片采集的应变信号对时间积分后的数值的相对大小就能够间接反映各处的落水多少。

28、进一步地，为了提高测量方法的普适性，针对各处应变片的应变信号对时间积分后的数值构成的数据集合进行统计，利用统计学中的变异系数cv来评价冷却塔落水均匀度，变异系数cv越小就说明各处应变片的应变信号对时间积分后的数值分布越为集中，冷却塔落水均匀度越高；反之，变异系数cv越大就说明各处应变片的应变信号对时间积分后的数值分布数据越离散，冷却塔落水均匀度越低。

29、此外，为了方便测试人员的观察，对测量结果进行可视化显示，将应变片的应变信号对时间积分后的数值进行归一化处理后转化为圆圈填充的灰度值，0％的灰度值显示为全白，100％的灰度值显示为全黑。若某圆圈填充的灰度值较大，则显示颜色较深，代表该圆圈圆心坐标处对应应变片的应变信号对时间积分后的数值较大，所处位置落水较多。对整个可视化图片进行观察即可判断冷却塔各区域落水的相对多少。

30、优选地，测量开始后，使信号采集模块获得与之对应的各应变片的应变信号后，直接将各应变信号对时间进行积分处理，并将各应变信号对时间积分后的值传输至信息平台，由此可节约数据传输带宽，提高数据传输的稳定可靠性。

31、根据以上原理不难发现本发明的如下有益效果：

32、1、本发明冷却塔落水均匀度测量装置，将多个测量块像铺设地砖一样互相镶嵌拼装后放置在冷却塔底部水池的水面上，这不但方便测量块的收纳、展开和布置，还能灵活适配各种形状尺寸的冷却塔，故通用性好。

33、2、本发明冷却塔落水均匀度测量装置的测量块由设有多个通孔的漂浮板、均匀张贴于漂浮板上的多个应变片构成的阵列和电气单元构成，整体结构较为简单，维护操作方便，当个别应变片或电气单元某些元器件损坏时，可单独将其从漂浮板上解离；漂浮板设有多个通孔，方便测量过程漂浮板上的积水泄流，不影响冷却塔正常运行。

34、3、本发明冷却塔落水均匀度测量方法，依托应变片所受水流冲击的测试和统计来间接反映落水均匀度，能够适应各种测试环境和场合，干扰因素少，容易实现；通过灰度图进行整体落水均匀度的可视化，较为简单直观，方便测试人员观察分析。