一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置及方法

本发明涉及压力容器监测，特别是涉及一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置及方法。

背景技术：

1、锅炉是工业生产和日常生活中广泛应用的设备之一，主要用于加热水或其他液体以产生蒸汽或热水，供给工业设备或建筑物的供暖和热水供应。随着工业的发展，锅炉的应用场景变得更加复杂，锅炉的安全性和可靠性也越来越受到关注。尤其是在高温高压环境下运行的大型工业锅炉，其结构复杂，承受着巨大的热应力和机械应力。在这些条件下，锅炉的部件往往会发生热膨胀，若不及时监测和预警，可能会导致设备损坏甚至发生安全事故。

2、传统的热膨胀监测系统通常采用有线传感器和固定监测设备进行监测，这些设备的安装和维护成本高，且布线复杂，容易受到环境因素的影响。此外，传统系统的监测维度有限，难以全面、准确地监测锅炉在运行过程中的三维热膨胀情况，无法实时反映设备的状态。并且，热膨胀监测通常依赖外部电源或内置电池供电，在高温高压环境下，供电方式的稳定性和持续性难以保证。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置及方法，能够通过自发电解决供电问题，还能够实现被测压力容器三维全方位的实时监测和预警，提供可靠数据，准确反映设备状态，确保设备的安全运行和高效管理。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，包括三维位移探测设备以及与所述三维位移探测设备连接的温差发电设备和云平台；

3、所述三维位移探测设备包括底板、设置在所述底板上表面边角位置处的四个竖杆、水平设置在所述底板正上方的方环形结构的水平位移监测机构以及垂直设置在所述水平位移监测机构正上方的竖直位移监测机构；

4、所述温差发电设备包括散热片、设置在所述散热片上方的热端传导片、设置在所述散热片和所述热端传导片之间的多个温差发电片以及与所述温差发电片连接的储能组件；其中，所述热端传导片与被测压力容器的外部连接。

5、所述云平台包括互相连接的膨胀量计算模块、预警模块、可视化界面和区块链。

6、可选的，所述水平位移监测机构包括设置在x轴方向上的所述竖杆之间的x轴滑杆和x轴光栅传感器、设置在y轴方向上的所述竖杆之间的y轴滑杆和y轴光栅传感器、连接在所述x轴滑杆和所述x轴光栅传感器之间y轴膨胀指示杆以及连接在所述y轴滑杆和所述y轴光栅传感器之间x轴膨胀指示杆，所述y轴膨胀指示杆的两端设置有x轴滑环，所述x轴膨胀指示杆的两端设置有y轴滑环；

7、其中，所述x轴滑杆、所述x轴光栅传感器、所述y轴滑杆和所述y轴光栅传感器之间通过所述竖杆连接，所述y轴膨胀指示杆通过所述x轴滑环与所述x轴滑杆和所述x轴光栅传感器连接，所述x轴膨胀指示杆通过所述y轴滑环与所述y轴滑杆和所述y轴光栅传感器连接。

8、可选的，所述竖直位移监测机构包括z轴光栅传感器、设置在所述z轴光栅传感器底部的定位针、设置在所述z轴光栅传感器上的z轴滑环、设置在所述z轴滑环上外侧的传导杆以及设置在所述z轴滑环下方的移动滑环；

9、其中，所述z轴光栅传感器连接在所述x轴膨胀指示杆和所述y轴膨胀指示杆交点位置处，所述传导杆的一端与被测压力容器连接、另一端与所述z轴滑环连接，所述移动滑环设置在所述z轴光栅传感器、所述x轴膨胀指示杆和所述y轴膨胀指示杆的交点位置处。

10、可选的，所述x轴膨胀指示杆和所述y轴膨胀指示杆中均设置有与相应光栅传感器连接的用于产生位移的中空滑道。

11、可选的，所述储能组件与所述三维位移探测设备连接，所述储能组件包括蓄电池组、设置在所述温差发电片和所述蓄电池组之间的导线以及设置在所述导线上的用于电流转换的逆变器。

12、可选的，所述膨胀量计算模块包括用于计算所述x轴光栅传感器中波长变化的第一膨胀量计算单元、用于计算所述y轴光栅传感器中波长变化的第二膨胀量计算单元、用于计算所述z轴光栅传感器中波长变化的第三膨胀量计算单元。

13、可选的，所述预警模块包括：

14、阈值单元，用于基于被测压力容器，计算静态安全膨胀阈值，并根据环境条件设定动态安全膨胀阈值；所述静态安全膨胀阈值和所述动态安全膨胀阈值均包括多个等级；

15、第一警报单元，用于判断计算的膨胀量是否大于所述静态安全膨胀阈值，若判断结果为是，则自动触发相应的报警等级，若判断结果为否，则被测压力容器通过初步安全评估；

16、第二警报单元，用于判断通过初步安全评估的膨胀量是否大于所述动态安全膨胀阈值，若判断结果为是则自动触发相应的警报等级

17、可选的，所述可视化界面包括用于展示x轴膨胀量的第一可视化界面、用于展示y轴膨胀量的第二可视化界面、用于展示z轴膨胀量的第三可视化界面以及用于展示被测压力容器整体膨胀量的第四可视化界面。

18、本发明还提供了一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警方法，包括以下步骤：

19、选择并部署光栅传感器和多通道光纤解调仪，并对所述光栅传感器进行校准；

20、将所述光栅传感器和所述多通道光纤解调仪连接，并通过所述多通道光纤解调仪记录所述光栅传感器中的波长变化；

21、将多通道光纤解调仪与云平台连接，根据所述波长变化进行所述热膨胀量的计算、预警和可视化。

22、本发明通过提供一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置及方法，公开了以下技术效果：

23、1、本发明通过三维位移探测设备的设计，从x轴、y轴和z轴三种方向进行压力容器的实时监测，这种多轴布置传感器的方式能够捕捉各个方向(三维全方位)的热膨胀，确保全面监测。同时，因为光栅传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰和适应高温环境的优点，使得监测到的数据可靠性更高。

24、2、本发明通过温差发电设备的设计，充分利用高温高压的环境(温差发电片在热端传导片与散热片之间的温差下，根据塞贝克效应将热能形成电能)，直接为整个系统稳定的、持续的进行供电。

25、3、本发明通过监测预警方法，能够实现压力容器热膨胀的实时监测和预警，防止因热膨胀导致的设备故障和安全事故，并且还能够实现预测性维护，减少意外停机和维修成本，延长设备使用寿命，确保设备的安全运行和高效管理。

26、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：包括三维位移探测设备以及与所述三维位移探测设备连接的温差发电设备和云平台；

2.根据权利要求1所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：所述水平位移监测机构包括设置在x轴方向上的所述竖杆之间的x轴滑杆和x轴光栅传感器、设置在y轴方向上的所述竖杆之间的y轴滑杆和y轴光栅传感器、连接在所述x轴滑杆和所述x轴光栅传感器之间y轴膨胀指示杆以及连接在所述y轴滑杆和所述y轴光栅传感器之间x轴膨胀指示杆，所述y轴膨胀指示杆的两端设置有x轴滑环，所述x轴膨胀指示杆的两端设置有y轴滑环；

3.根据权利要求2所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：所述竖直位移监测机构包括z轴光栅传感器、设置在所述z轴光栅传感器底部的定位针、设置在所述z轴光栅传感器上的z轴滑环、设置在所述z轴滑环上外侧的传导杆以及设置在所述z轴滑环下方的移动滑环；

4.根据权利要求3所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：所述x轴膨胀指示杆和所述y轴膨胀指示杆中均设置有与相应光栅传感器连接的用于产生位移的中空滑道。

5.根据权利要求4所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：所述储能组件与所述三维位移探测设备连接，所述储能组件包括蓄电池组、设置在所述温差发电片和所述蓄电池组之间的导线以及设置在所述导线上的用于电流转换的逆变器。

6.根据权利要求5所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：所述膨胀量计算模块包括用于计算所述x轴光栅传感器中波长变化的第一膨胀量计算单元、用于计算所述y轴光栅传感器中波长变化的第二膨胀量计算单元、用于计算所述z轴光栅传感器中波长变化的第三膨胀量计算单元。

7.根据权利要求6所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于，所述预警模块包括：

8.根据权利要求7所述的一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置，其特征在于：所述可视化界面包括用于展示x轴膨胀量的第一可视化界面、用于展示y轴膨胀量的第二可视化界面、用于展示z轴膨胀量的第三可视化界面以及用于展示被测压力容器整体膨胀量的第四可视化界面。

9.一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种自发电的压力容器三维热膨胀监测预警装置及方法，装置包括三维位移探测设备、温差发电设备和云平台；三维位移探测设备包括底板以及设置在底板上方的四个竖杆、水平位移监测机构和竖直位移监测机构；温差发电设备包括散热片、热端传导片、多个温差发电片和储能组件；云平台包括膨胀量计算模块、预警模块、可视化界面和区块链。方法包括：利用多通道光纤解调仪记录光栅传感器中的波长变化；再根据波长变化进行热膨胀量的计算、预警和可视化。本发明能够通过自发电解决供电问题，还能够实现被测压力容器三维全方位的实时监测和预警，提供可靠数据，准确反映设备状态，确保设备的安全运行和高效管理。

技术研发人员：杨新,张翔宇,申赫男,贺海辉,吕金倡
受保护的技术使用者：河北工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17