專利名稱：一種用于高溫高壓容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件的表面溫度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于高溫高壓容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件的表面溫度檢測裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種溫度檢測技術(shù)，尤其涉及一種用于高溫高壓(如超臨界水 蒸氣介質(zhì))容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件的表面溫度檢測裝置。具體講是一種可應(yīng)用于超臨界汽輪 機汽缸內(nèi)轉(zhuǎn)子表面溫度的在線檢測裝置，該系統(tǒng)能夠在缸內(nèi)高達22.2 33MRI壓力及 250 750°C溫度較寬范圍內(nèi)超臨界參數(shù)水蒸氣條件下可靠工作，在線監(jiān)測缸內(nèi)轉(zhuǎn)子溫 度，也可用于其它類似工作要求下的容器內(nèi)轉(zhuǎn)動物體表面溫度檢測。
背景技術(shù)：
[0002]電力工業(yè)的持續(xù)、快速和健康發(fā)展是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)和保障；與此同 時，國內(nèi)在能源和環(huán)境等方面的壓力對火電技術(shù)增效、減排提出了越來越高的要求。采 用超臨界發(fā)電技術(shù)是國際、國內(nèi)提高煤電機組發(fā)電效率、降低污染物排放的主要方向之 一。超臨界機組的投產(chǎn)對降低我國火力發(fā)電的基礎(chǔ)煤耗水平起到了至關(guān)重要的作用，然 而由于超臨界機組的運行參數(shù)高、動態(tài)特性強，對機組的安全性要求比常規(guī)機組也要高 很多。[0003]一直以來，由于汽輪機組工作參數(shù)極高(壓力超過lOMPa，溫度超過400°C )， 常規(guī)技術(shù)不能滿足人們對汽輪機缸內(nèi)部件工作情況狀況監(jiān)測的需求。汽輪機組缸內(nèi)核心 部件汽輪機轉(zhuǎn)子由于處于超臨界水蒸氣環(huán)境，且隨工況改變發(fā)生較大幅度的溫度變化， 對該部件的熱應(yīng)力、熱疲勞造成很大影響。掌握超臨界發(fā)電機組缸內(nèi)核心部件的重要參 數(shù)(如溫度分布)是對其進行安全性監(jiān)測與評價的前提和基礎(chǔ)。[0004]對處于汽缸內(nèi)高溫高壓蒸汽環(huán)境下的部件而言(包括汽輪機轉(zhuǎn)子)，目前尚未見 有利用視窗方式進行在線檢測技術(shù)的文獻報導(dǎo)及實際應(yīng)用。特別是當(dāng)需要對采用了冷卻 技術(shù)，并且具備高轉(zhuǎn)速和振動特性的轉(zhuǎn)子部件而言，對其溫度場進行在線監(jiān)控，其重要 性不言而喻。[0005]國外汽機設(shè)備制造商常常在汽輪機組中用溫度探針方式對部件附近的蒸汽溫度 進行測量，近似替代部件表面溫度。如美國西屋電氣公司1988年的國際專利技術(shù)，該技 術(shù)至今尚未見有重大改進；德國西門子公司于1997年以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合蒸汽溫度檢測 的思路申請了汽輪機轉(zhuǎn)子葉片溫度預(yù)測等專利，上述專利均未采用視窗結(jié)構(gòu)。[0006]目前航空渦輪發(fā)動機已有較為成熟的基于視窗結(jié)構(gòu)和紅外輻射測溫原理，發(fā)動 機高溫轉(zhuǎn)動部件壁溫的長期在線測量。但是航空發(fā)動機工作壓力參數(shù)遠低于超臨界水蒸 氣工作參數(shù)，且溫度參數(shù)較高非常利于用比色紅外輻射方式進行溫度測量；而對于包括 汽輪機設(shè)備在內(nèi)的較寬中溫工作范圍內(nèi)，例如從250°C到700°C的溫度范圍，對于雙波段 比色測溫方式而言溫度太低，對于單波段紅外測溫方式而言受發(fā)射率影響較大，同時汽輪 機轉(zhuǎn)子表面長期運行后會產(chǎn)生較明顯的變化，采用紅外測溫方式準(zhǔn)確測溫存在較大難度。發(fā)明內(nèi)容[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，提供一種用于高溫高壓(如超臨界參數(shù)水蒸氣介質(zhì))容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件的表面溫度檢測裝置。該系統(tǒng)能夠在容 器內(nèi)壓力高達22.2 35MPa及250 700°C溫度范圍內(nèi)可靠工作，通過紅外輻射的方式 在線監(jiān)測容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件表面的溫度信息，也可用于其他類似工作要求下的探測儀器技 術(shù)領(lǐng)域。[0008]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的[0009]本實用新型包括檢測對象壓力容器缸壁及在其內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體；[0010]設(shè)置有紅外視窗及密封接口組件、紅外高溫光纖、紅外測溫模塊、計算機系統(tǒng) 和信號電纜；[0011]在壓力容器缸壁上連接有紅外視窗及密封接口組件，紅外視窗及密封接口組 件、紅外高溫光纖、紅外測溫模塊、信號電纜和計算機前后依次連接；[0012]紅外視窗及密封接口組件通過紅外輻射光路和旋轉(zhuǎn)體在空間上相對。[0013]工作原理[0014]壓力容器缸壁內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體不斷釋放紅外熱輻射，處于紅外輻射光路60范圍內(nèi)的 物體所釋放的熱輻射能將通過紅外視窗及密封接口組件，進而在紅外高溫光纖內(nèi)傳播到 達紅外測溫模塊，紅外測溫模塊將紅外輻射能信號轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的電信號，通 過信號電纜以RS232接口提供給計算機，再通過計算機內(nèi)的軟件進行顯示和設(shè)置。[0015]本實用新型具有下列優(yōu)點和積極效果[0016]①能夠較準(zhǔn)確地測量處于較寬中高溫范圍250°C 750°C內(nèi)物體表面溫度；[0017]②能夠測量高溫高壓容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)物體的表面溫度；[0018]③能夠較大程度上消除長時間運行后，被測物體表面性狀變化導(dǎo)致的發(fā)射率改 變對紅外測溫的影響。


[0019]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖2是紅外視窗及密封接口組件的結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖3是紅外高溫光纖與視窗接口的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖4是紅外測溫傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖5是計算機軟件的工作原理圖；[0024]圖6是計算機軟件的工作流程圖。[0025]其中[0026]10-視窗及密封接口組件，[0027]11-視窗玻璃， 12-保護套筒，13-膨脹石墨密封圈，[0028]14-螺栓，15-金屬密封圈，16-視窗接口組件，[0029]17-光壓蓋組件，18-軟質(zhì)墊環(huán)；[0030]20-紅外高溫光纖，[0031]21-光纖透鏡， 22-光纖接口；[0032]30-紅外測溫模塊，[0033]31-長波段單色傳感器，32-短波段比色傳感器，33-信號調(diào)理板；[0034]40-計算機，[0035]41-跟蹤判斷程序塊[0036]50-旋轉(zhuǎn)體；[0037]60-紅外輻射光路；[0038]70-信號電纜；[0039]80-壓力容器缸壁。
具體實施方式
[0040]
以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明[0041]一、總體[0042]如圖1，本實用新型包括檢測對象壓力容器缸壁80及在其內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體50 ；[0043]設(shè)置有紅外視窗及密封接口組件10、紅外高溫光纖20、紅外測溫模塊30、計算 機40和信號電纜70 ；[0044]在壓力容器缸壁80上連接有紅外視窗及密封接口組件10，紅外視窗及密封接口 組件10、紅外高溫光纖20、紅外測溫模塊30、信號電纜70和計算機40前后依次連接；[0045]紅外視窗及密封接口組件10通過紅外輻射光路60和旋轉(zhuǎn)體50在空間上相對。[0046]二、功能塊[0047]1、紅外視窗及密封接口組件10[0048]如圖2，紅外視窗及密封接口組件10包括視窗玻璃11、視窗玻璃保護套筒12、 膨脹石墨密封圈13、螺栓14、金屬密封圈15、視窗接口組件16、光纖接口及密封件壓蓋 組件17和軟質(zhì)墊環(huán)18 ；[0049]視窗接口組件16的上端面通過螺栓14與光纖接口及密封件壓蓋組件17連接； 視窗接口組件16的下端面通過螺栓14和金屬密封圈15與壓力容器缸壁80連接；[0050]在視窗接口組件16的中間向內(nèi)依次設(shè)置有膨脹石墨密封圈13、軟質(zhì)墊環(huán)18、視 窗玻璃保護套筒12和視窗玻璃11。[0051]其工作原理是[0052]壓力容器缸壁80與視窗接口組件16通過金屬密封圈15相連接，可以保證強度 和密封性能要求；視窗玻璃11中段由膨脹石墨密封圈13密封，上段有光纖接口及密封件 壓蓋組件17壓緊，下段由軟質(zhì)墊環(huán)18與壓力容器缸壁80相隔；視窗玻璃11上段、下 段均為圓柱體，中段為圓臺體；視窗玻璃11下段外有不銹鋼材質(zhì)的視窗玻璃保護套筒12 對其進行保護作用，增加抗振剛度；視窗玻璃11與光纖接口及密封件壓蓋組件17所形成 的空腔由膨脹石墨密封圈13填充，在高壓下向上移動，圓臺體擠壓膨脹石墨填料產(chǎn)生密 封效果；軟質(zhì)墊環(huán)18的作用在于防止視窗玻璃11向下移動時與容器壁相碰撞導(dǎo)致碎裂； 光纖接口及密封件壓蓋組件17同時也有與高溫紅外光纖相連的接口。[0053]其零部件的結(jié)構(gòu)和功能是[0054](1)視窗玻璃11[0055]視窗玻璃11是一種石英玻璃棒，上段、下段均為圓柱體，中段為圓臺體。[0056]用于傳導(dǎo)熱輻射能量。[0057]其選用材料一股包括紅外石英玻璃或藍寶石等，是一種既能透光、透紅外輻射 能也具備一定熱強度的視窗材料。[0058](2)視窗玻璃保護套筒I2[0059]視窗玻璃保護套筒12是一種和視窗玻璃11形狀適配的不銹鋼套筒，保護視窗玻 璃11。[0060](3)膨脹石墨密封圈13[0061]膨脹石墨密封圈13是一種和視窗玻璃保護套筒12上部形狀適配的膨脹石墨筒 狀，起密封作用。[0062](4)螺栓 14[0063]螺栓14是一種常用標(biāo)準(zhǔn)件，起固定作用。[0064](5)金屬密封圈15[0065]金屬密封圈15是一種常用標(biāo)準(zhǔn)件，起密封作用。[0066](6)視窗接口組件16[0067]視窗接口組件16是一種金屬圓筒，其上、下端面的圓周邊緣均向外延伸一圈法蘭環(huán)。[0068]其功能是視窗部件的腔體和接口。[0069](7)壓蓋組件I7[0070]壓蓋組件17是一種中段為法蘭結(jié)構(gòu)、上下各有內(nèi)外徑不一致的圓筒狀結(jié)構(gòu)的部 件。[0071 ] 其功能是起光纖接口及密封作用。[0072](8)軟質(zhì)墊環(huán)18[0073]軟質(zhì)墊環(huán)18是一種常用件，起減震作用。[0074]2、紅外高溫光纖20[0075]如圖3，紅外高溫光纖20的輸入端設(shè)置有接口 22，在接口 22內(nèi)設(shè)置有透鏡組 21。[0076]在壓蓋組件17的上方具有內(nèi)圓柱面的結(jié)構(gòu)，其直徑與紅外高溫光纖20下端的接 口 22相配合；接口 22內(nèi)具有一透鏡組21，通過透鏡組21可以將視窗傳遞過來的輻射能 入射到紅外高溫光纖20的光纖束內(nèi)，同時也決定了圖1中光路60的形狀和尺寸。[0077]3、紅外測溫傳感器30[0078]如圖4，紅外測溫傳感器30包括相互并聯(lián)的長波段單色傳感器31和短波段比色 傳感器32。[0079]1)長波段單色傳感器31是一種近紅外(0.7 1.1 μ m)紅外探測器；[0080]選用砷鎵銦(InGaAs)型紅外探測器或硫化鉛(PbS)探測器。[0081]2)短波段比色傳感器32是一種短波紅外(1 3 μ m)紅外探測器。[0082]選用硅光電二極管型紅外探測器。[0083]紅外測溫傳感器30的工作原理是[0084]由紅外高溫光纖20傳輸來的紅外輻射能在紅外測溫傳感器30內(nèi)一分為二，分別 進入長波段單色傳感器31和短波段比色傳感器32 ；長波段單色傳感器31依據(jù)發(fā)射率參 數(shù)最終輸出溫度示值，短波段比色傳感器32依據(jù)發(fā)射率比參數(shù)最終輸出溫度示值；兩個 傳感器所輸出的溫度值及參數(shù)均可通過信號電纜70和R^232與計算機40相連，并通過計 算機40內(nèi)的軟件進行顯示和設(shè)置。[0085]4、計算機 40[0086]計算機40包括硬件配置及其軟件。[0087]1)計算機40的硬件配置是常用的486級以上CPU主板、顯卡、通用RS232接 口、顯示器和鍵盤鼠標(biāo)等輸入設(shè)備。[0088]2)計算機40的軟件是跟蹤判斷程序塊。[0089]如圖5，跟蹤判斷程序塊41包括信號采集、邏輯判斷、設(shè)置、輸出等。[0090]跟蹤判斷程序塊41可以通過1^232接口采集單色、比色溫度信號。若比色溫度 > 500則輸出此溫度作為最終值，同時判斷單色溫度信號；若單色溫度信號顯示與 比色溫度顯示不一致，則修正發(fā)射率參數(shù)，使其最終與比色溫度顯示一致，并更新此發(fā) 射率參數(shù)；若單色溫度< 500°C，比色溫度顯示錯誤，則輸出單色溫度作為最終值；發(fā) 射率比參數(shù)由系統(tǒng)安裝時根據(jù)特定試驗結(jié)果確定，一股不宜改動。[0091]如圖6，跟蹤判斷程序塊41的工作流程包括下列步驟[0092]開始0 ；[0093]①讀取單色測溫Tl及比色測溫T2，單色發(fā)射率ε 1——1 ；[0094]②判斷是否Tl < 500°C, Τ2 < 500°C——2，是則進入步驟④，否則進入步驟 ③；[0095]③判斷Tl與Τ2之差的絕對值是否小于0.5，即是否abs(Tl_T2) < 0.5——3， 是則經(jīng)過ε 1 = ε 1-0.01——5后跳轉(zhuǎn)到步驟①，否則經(jīng)過ε 1 = ε 1+0.01——6后跳轉(zhuǎn) 到步驟①；[0096]④輸出Tl——4 ；[0097]結(jié)束7。[0098]5、紅外輻射光路60[0099]紅外輻射光路60是一種虛擬光路。[0100]7、信號電纜70[0101]信號電纜70是一種常用件，傳送信號。
權(quán)利要求1.一種用于高溫高壓容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件的表面溫度檢測裝置，包括檢測對象壓力容器 缸壁(80)及在其內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體(50)；其特征在于設(shè)置有紅外視窗及密封接口組件(10)、紅外高溫光纖00)、紅外測溫模塊(30)、計 算機(40)和信號電纜(70)；在壓力容器缸壁(80)上連接有紅外視窗及密封接口組件(10)，紅外視窗及密封接口 組件(10)、紅外高溫光纖(20)、紅外測溫模塊(30)、信號電纜(70)和計算機(40)前后 依次連接；紅外視窗及密封接口組件(10)通過紅外輻射光路(60)和旋轉(zhuǎn)體(50)在空間上相對。
2.按權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述的紅外視窗及密封接口組件(10)包括視窗玻璃(11)、視窗玻璃保護套筒(12)、 膨脹石墨密封圈(13)、螺栓(14)、金屬密封圈(15)、視窗接口組件(16)、光纖接口及密 封件壓蓋組件(17)和軟質(zhì)墊環(huán)(18)；視窗接口組件(16)的上端面通過螺栓(14)與光纖接口及密封件壓蓋組件(17)連 接；視窗接口組件(16)的下端面通過螺栓(14)和金屬密封圈(1 與壓力容器缸壁(80) 連接；在視窗接口組件(16)的中間向內(nèi)依次設(shè)置有膨脹石墨密封圈(13)、軟質(zhì)墊環(huán)(18)、 視窗玻璃保護套筒(12)和視窗玻璃(11)。
3.按權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述的紅外測溫傳感器(30)包括相互并聯(lián)的長波段單色傳感器(31)和短波段比色傳 感器(32)；長波段單色傳感器(31)是一種近紅外的紅外探測器； 短波段比色傳感器(3 是一種短波紅外的紅外探測器。
專利摘要本實用新型公開了一種用于高溫高壓容器內(nèi)轉(zhuǎn)動部件的表面溫度檢測裝置，涉及一種溫度檢測技術(shù)。本實用新型的結(jié)構(gòu)是在壓力容器缸壁(80)上連接有紅外視窗及密封接口組件(10)，紅外視窗及密封接口組件(10)、紅外高溫光纖(20)、紅外測溫模塊(30)、信號電纜(70)和計算機(40)前后依次連接；紅外視窗及密封接口組件(10)通過紅外輻射光路(60)和旋轉(zhuǎn)體(50)在空間上相對。本實用新型能夠較準(zhǔn)確地測量處于較寬中高溫范圍250℃～750℃內(nèi)物體表面溫度；能夠測量高溫高壓容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)物體的表面溫度；能夠較大程度上消除長時間運行后，被測物體表面性狀變化導(dǎo)致的發(fā)射率改變對紅外測溫的影響。
文檔編號G01J5/10GK201811795SQ20102057263
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者呂方明, 吳波, 張進, 楊潤澤, 王坤, 黃樹紅 申請人:華中科技大學(xué)