本發(fā)明涉及電爐溫控，具體為一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在金屬熱處理過程中，經(jīng)常會(huì)使用到中頻加熱感應(yīng)電爐來對(duì)工件進(jìn)行加熱。電爐在運(yùn)行過程中，其內(nèi)部的各種元件(如晶閘管、電抗器、電容器、匯流排、水冷電纜以及感應(yīng)線圈等)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。在爐體工作時(shí)，當(dāng)任意一路冷卻水路出現(xiàn)堵塞或水流量降低時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致局部水溫升高，既影響冷卻效果，使得感應(yīng)線圈局部溫度過高，又容易對(duì)冷卻系統(tǒng)造成損傷，從而產(chǎn)生安全隱患。

2、現(xiàn)有的冷卻水路的過程中由于長期接觸高溫，管路容易發(fā)生破裂泄露或者內(nèi)部酸鹽沉積導(dǎo)致堵塞發(fā)生，但是生產(chǎn)人員無法快速確認(rèn)其故障點(diǎn)，從而無法快速對(duì)管路進(jìn)行修復(fù)，影響了生產(chǎn)效率且降低各類元器件的壽命；另外，現(xiàn)有的水溫監(jiān)測(cè)裝置的反應(yīng)是被動(dòng)式的，其響應(yīng)具有時(shí)滯性，無法進(jìn)行提前主動(dòng)預(yù)警，導(dǎo)致相關(guān)元器件損毀或壽命下降。為此，我們提供一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供了一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

2、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題為：

3、(1)如何基于理論分析計(jì)算對(duì)一定生產(chǎn)環(huán)境條件下冷卻管路中實(shí)際需水量進(jìn)行精確計(jì)算，解決了現(xiàn)有技術(shù)中冷卻管路中流量過大導(dǎo)致的資源浪費(fèi)以及流量小導(dǎo)致的冷卻效果差的問題；

4、(2)如何通過對(duì)冷卻管道進(jìn)行狀態(tài)分析，從而確定冷卻管道的工作狀態(tài)，在水溫報(bào)警前對(duì)不良狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)判定，解決現(xiàn)有技術(shù)中被動(dòng)式的水溫報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)滯性而導(dǎo)致設(shè)備損壞或壽命降低的問題。

5、本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括：

6、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)獲取進(jìn)出水端的管道壓力、水溫、流速、通過感應(yīng)線圈的電流、金屬液溫度、隔熱層外壁溫度以及電爐和冷卻管路的規(guī)格數(shù)據(jù)；

7、需水分析模塊，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中電爐和感應(yīng)線圈的工作狀態(tài)對(duì)冷卻管路中冷卻水的實(shí)際需水量進(jìn)行精確計(jì)算；

8、狀態(tài)分析模塊，對(duì)冷卻管路中的泄露狀態(tài)和堵塞狀態(tài)進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)生泄露或堵塞時(shí)，生成管道泄露警報(bào)信號(hào)并確定泄漏位置或管道堵塞警報(bào)信號(hào)并確定進(jìn)行清理的絕限時(shí)間；

9、報(bào)警顯示模塊，用于接收和現(xiàn)實(shí)來自狀態(tài)分析模塊產(chǎn)生的警報(bào)信號(hào)和相關(guān)位置數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送至工作人員手機(jī)進(jìn)行提示。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：需水分析模塊對(duì)實(shí)際需水量進(jìn)行精確分析計(jì)算的步驟包括：

11、步驟一、明確需要被冷卻水帶走的總熱量，即電阻發(fā)熱量和金屬液傳導(dǎo)熱量；

12、步驟二、分別對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的電阻發(fā)熱量和金屬液傳導(dǎo)熱量進(jìn)行計(jì)算；

13、步驟三、基于能量守恒，按照冷卻管路進(jìn)、出水端的最大溫升，使一定時(shí)間內(nèi)水的吸熱量與總熱量達(dá)到平衡，進(jìn)而得出對(duì)應(yīng)冷卻水單位時(shí)間的需求流量；

14、步驟四、在上述需求流量的基礎(chǔ)上為冷卻管路保留冗余量，乘以冷卻冗余系數(shù)，得到實(shí)際需水量的取值范圍。

15、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：電阻發(fā)熱量的計(jì)算過程包括：

16、計(jì)算正弦波交流對(duì)應(yīng)的等效直流電大小，即其中id為等效直流電，im為交流電的峰值，

17、一定時(shí)間δt內(nèi)的電阻發(fā)熱量為

18、其中，rr表示感應(yīng)線圈的電阻，ρ表示感應(yīng)線圈的電阻系數(shù)，l表示感應(yīng)線圈的導(dǎo)線長度，a表示感應(yīng)線圈導(dǎo)線的截面積。

19、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：金屬液傳導(dǎo)熱量的計(jì)算過程包括：

20、計(jì)算爐襯熱阻rc1和隔熱層熱阻rc2：

21、

22、其中，d1、d2、d3分別表示爐襯內(nèi)徑、爐襯外徑以及隔熱層外徑；λ1、λ2分別表示爐襯材料的熱導(dǎo)率和隔熱層材料的熱導(dǎo)率，h表示爐內(nèi)金屬液的液面高度；

23、一定時(shí)間δt內(nèi)的金屬液傳導(dǎo)熱量為

24、其中，w液、w隔分別表示金屬液溫度以及隔熱層外部溫度。

25、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：步驟三中一定時(shí)間內(nèi)水的吸熱量與總熱量達(dá)到平衡的平衡方程為：ρ水cq0δt·(w出-w進(jìn))＝e；

26、其中，ρ水表示冷卻水的密度；c表示冷卻水的比熱容；q0表示冷卻水在單位時(shí)間內(nèi)的需求流量，即流速；w進(jìn)、w出分別表示冷卻液在管路進(jìn)水口和管路出水口的水溫，e為總熱量。

27、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：狀態(tài)分析模塊確定泄露狀態(tài)和泄露位置的具體過程包括：

28、基于冷卻管路進(jìn)、出水口位置的管道壓力，分別構(gòu)建具有時(shí)序性的壓力波變化曲線；記錄兩個(gè)壓力波發(fā)生突變的初始時(shí)刻t11、t21以及壓力波波峰衰減至一半的時(shí)刻t12、t22；

29、設(shè)定一個(gè)衰減時(shí)間限制t0，并構(gòu)建如下比較判斷：

30、當(dāng)時(shí)，判定該負(fù)壓波的產(chǎn)生是由水中氣泡破裂導(dǎo)致的，直接忽略；

31、當(dāng)時(shí)，判定該負(fù)壓波的產(chǎn)生是由冷卻管路泄露導(dǎo)致的，生成管道泄露報(bào)警信號(hào)；

32、基于下式計(jì)算泄漏位置沿管路軌跡方向與位于進(jìn)水端的管道壓力傳感器的距離

33、其中，s為兩個(gè)管道壓力傳感器沿管路軌跡方向相距的路程長度，v波為壓力波波速，ρ水為冷卻水的密度、e水為水的彈性模量、e管為冷卻管路的彈性模量、e為冷卻管路的管壁厚度，d為冷卻管路的直徑，ξ為氣體影響系數(shù)。

34、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：狀態(tài)分析模塊確定堵塞狀態(tài)并得出絕限時(shí)間的具體過程包括：

35、當(dāng)水泵出水端水壓與冷卻管理的水溫同步處于上升趨勢(shì)時(shí)，判定冷卻管路發(fā)生堵塞，生成管道堵塞警報(bào)信號(hào)；

36、構(gòu)建具有時(shí)序性的水溫變化曲線并設(shè)置水溫閾值線，計(jì)算最近n個(gè)工作周期中各工作周期的平均水溫并計(jì)算相鄰工作周期的水溫變化率；

37、構(gòu)建水溫變化率與與工作周期的擬合函數(shù)關(guān)系，從而預(yù)測(cè)后續(xù)工作周期的平均水溫，并得出平均水溫達(dá)到水溫閾值線時(shí)的工作周期數(shù)，從而得到絕限時(shí)間，且該絕限時(shí)間在每個(gè)當(dāng)前工作周期內(nèi)計(jì)算更新。

38、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：狀態(tài)分析模塊還在水溫變化曲線中設(shè)置一定步長的時(shí)間窗口，并將時(shí)間窗口的右端點(diǎn)與更新的數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)重合，計(jì)算當(dāng)前時(shí)間窗口內(nèi)的溫升速率，比較溫升速率與設(shè)定值的大小，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，生成溫升過快警報(bào)信號(hào)，同時(shí)記錄持續(xù)的超溫時(shí)間。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果：

40、1、本發(fā)明基于理論分析計(jì)算對(duì)一定生產(chǎn)環(huán)境條件下冷卻管路中實(shí)際需水量進(jìn)行精確計(jì)算，從而可以對(duì)輸送水量以及水泵功率進(jìn)行控制，為其在合理區(qū)間內(nèi)工作提供了數(shù)據(jù)支撐，避免了流量過大的資源過渡損耗問題，同時(shí)也防止流量過小導(dǎo)致冷卻效果差的現(xiàn)象。

41、2、通過對(duì)冷卻管道進(jìn)行狀態(tài)分析，從而確定冷卻管道的工作狀態(tài)，并精確確定泄露發(fā)生位置或堵塞清理絕限時(shí)間，給工作人員采取補(bǔ)救措施提供了指導(dǎo)方向；在不良狀態(tài)發(fā)生的初期即能夠快速反應(yīng)，避免了被動(dòng)式的水溫報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)滯性，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)靈敏度，保護(hù)了設(shè)備安全和人員安全。

技術(shù)特征：

1.一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，所述需水分析模塊對(duì)實(shí)際需水量進(jìn)行精確分析計(jì)算的步驟包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻發(fā)熱量的計(jì)算過程包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬液傳導(dǎo)熱量的計(jì)算過程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，步驟三中一定時(shí)間內(nèi)水的吸熱量與總熱量達(dá)到平衡的平衡方程為：ρ水cq0δt·(w出-w進(jìn))＝e；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài)分析模塊確定泄露狀態(tài)和泄露位置的具體過程包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài)分析模塊確定堵塞狀態(tài)并得出絕限時(shí)間的具體過程包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài)分析模塊還在所述水溫變化曲線中設(shè)置一定步長的時(shí)間窗口，并將時(shí)間窗口的右端點(diǎn)與更新的數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)重合，計(jì)算當(dāng)前時(shí)間窗口內(nèi)的溫升速率，比較溫升速率與設(shè)定值的大小，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，生成溫升過快警報(bào)信號(hào)，同時(shí)記錄持續(xù)的超溫時(shí)間。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于電爐的智能水溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，涉及電爐溫控技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對(duì)冷卻管路實(shí)際需水量精確計(jì)算的問題以及被動(dòng)式溫度報(bào)警響應(yīng)慢的問題；需水分析模塊對(duì)實(shí)際需水量進(jìn)行精確計(jì)算，從而對(duì)輸送水量以及水泵功率進(jìn)行控制，避免了流量過大的資源過渡損耗問題，同時(shí)也防止流量過小導(dǎo)致冷卻效果差的現(xiàn)象；狀態(tài)分析模塊通過對(duì)冷卻管道進(jìn)行狀態(tài)分析，從而確定冷卻管道的工作狀態(tài)，并精確確定泄露發(fā)生位置或堵塞清理絕限時(shí)間，給工作人員采取補(bǔ)救措施提供了指導(dǎo)方向；在不良狀態(tài)發(fā)生的初期即能夠快速反應(yīng)，避免了被動(dòng)式的水溫報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)滯性，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)靈敏度，保護(hù)了設(shè)備安全和人員安全。

技術(shù)研發(fā)人員：韓志根
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇金舟通用機(jī)械有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9