一种火电厂用压力测量装置发明专利

专利名称：一种火电厂用压力测量装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211629405.2

专利申请（专利权）人：河南京能滑州热电有限责任公司
权利人地址：河南省安阳市滑县新区创业大道1号

专利发明（设计）人：张利飞,贾小平,李建宇

专利摘要：本发明提供一种火电厂用压力测量装置，属于火电厂仪表测量技术领域，系统包括：下端部、上端部、压力敏感元件以及压力检测计算元件；下端部和上端部内部分别具有第一容置腔和第二容置腔；压力敏感元件包括：压力感应板、承载板以及连接柱，压力感应板设置在第一容置腔内，承载板设置在第二容置腔内。信号处理电路设置在第二容置腔内，并通过上端部顶部开设的通孔经电缆与外部供电和控制系统连接。第二容置腔内还设置有检测光路；本发明提高了压力检测的精度，检测压力的同时还可以检测泄露，降低了检测的成本，提高了检测的可靠性。

主权利要求：
1.一种火电厂用压力测量装置，其特征在于，包括：下端部、上端部、压力敏感元件、检测光路以及信号处理电路；下端部和上端部内部分别具有第一容置腔和第二容置腔；压力敏感元件包括：压力感应板、承载板以及连接压力感应板和承载板的连接柱，压力感应板设置在下端部的第一容置腔内，承载板设置在上端部的第二容置腔内；下端部朝向管道一侧具有一通孔，压力感应板通过通孔感知管道内压力；上端部的第二容置腔被安装板分隔为上容置腔和下容置腔，信号处理电路设置在上容置腔内，通过上端部顶部开设的通孔经电缆与外部供电和控制系统连接；下容置腔内设置有检测光路，检测光路包括：激光器、第一分光镜、第二分光镜、承载板上的反射面、第一反射镜和第一光电探测器；激光器的出射光经与光轴呈45度的第一分光镜分光后，第一透射光被第一光电探测器接收，而反射光经第二分光镜和承载板上的反射面反射，透射第一分光镜的透射光经过第一反射镜和第一分光镜反射，被第一光电探测器接收；第一光电探测器将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路；
检测光路还包括：第三分光镜、平面玻璃和第二光电探测器；透射过第二分光镜的透射光经过第三分光镜和平面玻璃，被管道的侧壁反射或被设置于管道的侧壁反射涂层反射，经第三分光镜的反射被第二光电探测器接收，第二光电探测器将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路；平面玻璃设置在第二容置腔的侧壁；
在压力感应板的顶部设置限位柱；在下端部的第一容置腔顶部与限位柱相对的位置设置有接近开关。
2.如权利要求1所述的火电厂用压力测量装置，其特征在于，使用角隅棱镜替换承载板上的反射面。
3.如权利要求1所述的火电厂用压力测量装置，其特征在于，在下端部的第一容置腔内，压力感应板的顶部与第一容置腔的顶部之间设置有阻尼变形层；在压力感应板的顶部设置限位柱。
4.如权利要求1‑3任一项所述的火电厂用压力测量装置，其特征在于，两个导向柱对称设置在连接柱的两侧，导向柱的底部与压力感应板的上表面连接，导向柱的顶部穿过下端部和上端部之间的隔板伸入上端部内，弹性元件分别套设在两个导向柱上，且位于第一容置腔内。
5.如权利要求4所述的火电厂用压力测量装置，其特征在于，靠近平面玻璃的导向柱长度大于另一导向柱，较长的导向柱阻挡第二分光镜的透射光，第二光电探测器接收不到光信号时，信号处理电路将会上报第一警报。
6.如权利要求1‑3、5任一项所述的火电厂用压力测量装置，其特征在于，在火电厂用压力测量装置与管道配合的台阶处设置有凹槽，凹槽用于容置密封圈。
7.如权利要求1‑3、5任一项所述的火电厂用压力测量装置，其特征在于，压力感应板包括：防腐蚀层、隔热层，以及与连接柱相同材料的衬底层。
8.一种如权利要求5所述的火电厂用压力测量装置的使用方法，其特征在于，火电厂用压力测量装置与管道通过螺纹配合连接；较长的导向柱阻挡第二分光镜的透射光，第二光电探测器接收不到光信号时，信号处理电路将上报第一警报，第一警报表示火电厂用压力测量装置达到第一阈值；接近开关开始监测到信号时，信号处理电路上报第二警报，第二警报表示火电厂用压力测量装置达到第二阈值，工作人员须进行管道限压或泄压操作；当限位柱与接近开关相抵触时，信号处理电路将会上报第三警报，提醒工作人员处理紧急事件。 说明书 : 一种火电厂用压力测量装置技术领域[0001] 本发明涉及火电厂仪表测量技术领域，尤其涉及一种火电厂用压力测量装置及其使用方法。背景技术[0002] 火力发电厂简称火电厂，是利用可燃物（例如煤、石油、天然气）作为燃料生产电能的工厂，主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂和内燃机发电厂几种类型。它的基本生产过程是：燃料在燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。原动机通常是蒸汽机或燃气轮机，在一些较小的电站，也有可能会使用内燃机。它们都是通过利用高温、高压蒸汽或燃气通过透平变为低压空气或冷凝水这一过程中的压降来发电的。[0003] 在火力发电厂的生产中，热工测量是热力过程控制系统的一个组成部分，热工测量在控制系统中具有重要地位，热工参数包括压力、温度、流量、转速、振动、物位等，通过相关传感器获取相应参数。[0004] 现有技术中火电厂管道压力测量，由于管路中介质温度非常高，且具有腐蚀性，感应元件经常经纬收到腐蚀和高温影响而失效，这为压力检测带来了非常大的不确定性和泄露的风险，管道测压一直具有很大的困难。因此，亟需一种可以稳定可靠测量火电厂管道压力的测量装置。发明内容[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中上述的问题，本发明涉及一种火电厂用压力测量装置及其使用方法。[0006] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：[0007] 一种火电厂用压力测量装置，其特征在于，包括：下端部、上端部、压力敏感元件、检测光路以及信号处理电路；下端部和上端部内部分别具有第一容置腔和第二容置腔；压力敏感元件包括：压力感应板、承载板以及连接压力感应板和承载板的连接柱，压力感应板设置在下端部的第一容置腔内，承载板设置在上端部的第二容置腔内；下端部朝向管道一侧具有具有一通孔，压力感应板通过通孔感知管道内压力；上端部的第二容置腔被安装板分隔为上容置腔和下容置腔，信号处理电路设置在上容置腔内，通过上端部顶部开设的通孔经电缆与外部供电和控制系统连接；下容置腔内设置有检测光路，检测光路包括：激光器、第一分光镜、第二分光镜、承载板上的反射面、第一反射镜和第一光电探测器；激光器的出射光经与光轴呈45度的第一分光镜分光后，第一透射光被第一光电探测器接收，而反射光经第二分光镜和承载板上的反射面反射，透射第一分光镜的透射光经过第一反射镜和第一分光镜反射，最终被第一光电探测器接收；第一光电探测器将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路。[0008] 优选地，使用角隅棱镜替换承载板上的反射面。[0009] 优选地，在下端部的第一容置腔内，压力感应板的顶部与第一容置腔的顶部之间设置有阻尼变形层；在压力感应板的顶部设置限位柱。[0010] 在一些技术方案中，检测光路还包括：第三分光镜、平面玻璃和第二光电探测器；透射过第二分光镜的透射光经过第三分光镜和平面玻璃，被管道的侧壁反射或被设置于管道的侧壁反射涂层反射，经第三分光镜的反射被第二光电探测器接收，第二光电探测器将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路；平面玻璃设置在第二容置腔的侧壁。[0011] 优选地，两个导向柱对称设置在连接柱的两侧，导向柱的底部与压力感应板的上表面连接，导向柱的顶部穿过下端部和上端部之间的隔板伸入上端部内，弹性元件分别套设在两个导向柱上，且位于第一容置腔内。[0012] 优选地，靠近平面玻璃的导向柱长度大于另一导向柱，较长的导向柱可以阻挡第二分光镜的透射光，第二光电探测器接收不到光信号时，信号处理电路将会上报第一警报。[0013] 优选地，在压力感应板的顶部设置限位柱；在下端部的第一容置腔顶部与限位柱相对的位置设置有接近开关。[0014] 优选地，其特征在于，在火电厂用压力测量装置与管道配合的台阶处设置有凹槽，凹槽用于容置密封圈。[0015] 优选地，压力感应板包括：防腐蚀层、隔热层，以及与连接柱相同材料的衬底层。[0016] 一种火电厂用压力测量装置的使用方法，其特征在于，火电厂用压力测量装置与管道通过螺纹配合连接；较长的导向柱阻挡第二分光镜的透射光，第二光电探测器接收不到光信号时，信号处理电路将上报第一警报，第一警报表示火电厂用压力测量装置达到第一阈值；接近开关开始监测到信号时，信号处理电路上报第二警报，第二警报表示火电厂用压力测量装置达到第二阈值，工作人员须进行管道限压或泄压操作；当限位柱与接近开关相抵触时，信号处理电路将会上报第三警报，提醒工作人员处理紧急事件。[0017] 本发明具有如下优点[0018] （1）通过对获取的光信号进行干涉条纹的检测，可以得到压力敏感元件的移动位移，而压力敏感元件的移动位移表征了管道内的压力变化，光学检测的精度高，量程大，同时提高了检测的可靠性；[0019] （2）火电厂管道因为内部介质具有腐蚀性且具有高压，时刻面临管道泄露的风险，在管道压力检测的位置往往是泄露的高风险区域，具备泄露检测功能的火电厂用压力测量装置极大地提高系统的可靠性，也可以降低泄露检测的成本；[0020] （3）多级阈值警报上报，提高了火电厂用压力测量装置使用的灵活性，工作人员可以根据上报的警报结合实际工作需要进行更加合理的操作，提高了工作效率。附图说明[0021] 图1所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置与管道配合使用的结构示意图[0022] 图2所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置的一个实施例的结构示意图[0023] 图3所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置的另一个实施例的结构示意图[0024] 图4所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置的另一个实施例的结构示意图[0025] 图5所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置的另一个实施例的结构示意图[0026] 图6所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置与管道配合使用的结构示意图[0027] 图7为压力感知元件的结构示意图具体实施方式[0028] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。[0029] 图1所示，本发明的一种火电厂用压力测量装置1与管道2配合使用，用于检测管道2内的流体介质压力。管道2上设有台阶孔，台阶孔靠近管道内侧的孔的直径小于靠近管道外侧的孔的直径；火电厂用压力测量装置1具有与管道2上的台阶孔相适配的形状，上端部为直径较大的圆柱形，下端部为直径较小的圆柱形，下端部具有外螺纹与管道2上的内螺纹配合连接。[0030] 实施例一[0031] 图2所示为本发明的火电厂用压力测量装置1的一个实施例的结构示意图，火电厂用压力测量装置1包括：下端部11、上端部12、压力敏感元件、检测光路以及信号处理电路；下端部11和上端部12内部分别具有第一容置腔和第二容置腔；压力敏感元件包括：压力感应板132、承载板131以及连接压力感应板132和承载板131的连接柱13，压力感应板132设置在下端部11的第一容置腔内，承载板131设置在上端部12的第二容置腔内。下端部11朝向管道2一侧具有具有一通孔，压力感应板132通过通孔感知管道2内压力。上端部12的第二容置腔被安装板5分隔为上容置腔和下容置腔，信号处理电路6设置在上容置腔内，并通过上端部12顶部开设的通孔经电缆与外部供电和控制系统连接。下容置腔内设置有检测光路，检测光路包括：激光器121、第一分光镜123、第一反射镜124、承载板131上的反射面125（承载板131的上表面可以通过金属研磨或镀膜形成反射面125）、第二反射镜122和第一光电探测器126；激光器121的出射光经与光轴呈45度的第一分光镜123分光后，第一透射光被第一光电探测器126接受，而反射光经第二反射镜124（与光轴呈45度）和承载板131上的反射面125反射，透射第一分光镜123的透射光经过第二反射镜122和第一分光镜123反射，最终被第一光电探测器126接收，第一光电探测器126将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路6。通过对获取的光信号进行干涉条纹的检测，可以得到压力敏感元件的移动位移，而压力敏感元件的移动位移表征了管道2内的压力变化。激光器121、第一光电探测器126均与信号处理电路6电连接。[0032] 优选地，为了增加火电厂用压力测量装置1的检测量程，在下端部11的第一容置腔内，压力感应板132的顶部与第一容置腔的顶部之间设置有阻尼变形层111，阻尼变形层111为在一定应力范围内可以恢复形状的塑性材料，因为光学干涉条纹的检测本身精度极高，阻尼变形层111的设置可使得压力敏感元件在很小的运动范围内实现极大的压力测量范围，同时也能够提高压力测量的精度。同时为了避免管道2内压力过大对阻尼变形层111造成不可逆的损坏，还可以在压力感应板132的顶部设置限位柱133，限位柱133为刚性材料制作，当阻尼变形层111被压缩至限位柱133与第一容置腔的顶部相抵，阻尼变形层111将无法继续被压缩，即火电厂用压力测量装置1达到测量极限，将无法正常工作。限位柱133可以保护阻尼变形层111免于被暴力破坏失效。[0033] 实施例二[0034] 图3所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置1的一个实施例的结构示意图。实施例二与实施例一大体相同，区别在于：在承载板131上设置了角隅棱镜125替换承载板131上的反射面125。角隅棱镜是由玻璃成型的等腰直角三棱镜，末端平面对着直角，在使用上，光线由三棱镜中最大的长方形面进入，经过斜面的两次全反射，再穿透原来的入射平面射出。因为光线只是以正常的状态进出，三棱镜并未发生色散的作用。但是经过角锥棱镜的影像会被翻转180°，并且会向原来进入的方向进入。角隅棱镜125的设置可以保证反射的光与入射的光平行，避免在承载板131上的加工反射面因为平面度等引入的偏差，尤其可以避免管路振动所引入的角度偏差，可以增加了火电厂用压力测量装置1的测量精度。激光器121、第一分光镜123、第一反射镜124、第二反射镜122和第一光电探测器126可以通过微光机电系统MEOMS(Microelectronicopticalmechanicalsystem)工艺加工集成在一起。[0035] 实施例三[0036] 图4所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置的另一个实施例的结构示意图。火电厂管道因为内部介质具有腐蚀性且具有高压，时刻面临管道泄露的风险，因此往往会采取各种泄露检测措施，而在管道压力检测的位置往往是泄露的高风险区域，如果火电厂用压力测量装置1具备泄露检测功能，将极大地提高系统的可靠性，也可以降低泄露检测的成本。[0037] 在实施例二的基础上，实施例三的检测光路包括：激光器121、第一分光镜123、第二分光镜124、承载板131上的角隅棱镜125、第三分光镜127、平面玻璃128、第一反射镜122、第一光电探测器126和第二光电探测器129。激光器121的出射光经与光轴呈45度的第一分光镜123分光后，第一透射光被第一光电探测器126接收，而反射光经第二分光镜124（与光轴呈45度）的反射和承载板131上的角隅棱镜125的反射，透射第一分光镜123的透射光经过第二反射镜122和第一分光镜123反射，最终被第一光电探测器126接收，第一光电探测器126将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路6。通过对获取的光信号进行干涉条纹的检测，可以得到压力敏感元件的移动位移，而压力敏感元件的移动位移表征了管道2内的压力变化。透射过第二分光镜124（与光轴呈45度）的透射光经过第三分光镜127和平面玻璃128，被管道2的侧壁反射或被设置于管道2的侧壁反射涂层反射，最终经第三分光镜127的反射被第二光电探测器129接收，第二光电探测器129将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理电路6；平面玻璃128设置在第二容置腔的侧壁。第二光电探测器129用于监测接收到的光信号光程有无变化，信号处理电路6具有计时器和触发器，当火电厂用压力测量装置1安装位置有漏点时，管道2中流体介质渗出或流出将导致反射至第二光电探测器129的光信号光程发生改变，信号处理电路6即可识别出安装位置存在泄露。激光器121、第一分光镜123、第二分光镜124、第三分光镜127、第一反射镜122、第一光电探测器126和第二光电探测器129可以通过微光机电系统MEOMS(Microelectronicopticalmechanicalsystem)工艺加工集成在一起。激光器121、第一光电探测器126、第二光电探测器129均与信号处理电路6电连接。[0038] 优选地，平面玻璃128镀有增透膜。[0039] 实施例四[0040] 图5所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置1的另一个实施例的结构示意图。[0041] 实施例四与实施例三的区别之处在于：使用弹性元件112和导向柱结构替换了阻尼变形层111。阻尼变形层111为在一定应力范围内可以恢复形状的塑性材料，因为光学干涉条纹的检测本身精度极高，阻尼变形层111的设置可使得压力敏感元件在很小的运动范围内实现极大的压力测量范围，但是其材料成本较高，且通过各类测试试验选择阻尼变形层也会产生很大的时间成本。因此，本实施例中选择使用弹性元件112和导向柱结构替换了阻尼变形层111，弹性元件112优选地为高弹性弹簧。两个导向柱134对称设置在连接柱13的两侧，导向柱134的底部与压力感应板132的上表面连接，导向柱134的顶部穿过下端部11和上端部12之间的隔板伸入上端部12内，弹性元件112分别套设在两个导向柱134上，且位于第一容置腔内。[0042] 优选地，靠近平面玻璃128的导向柱134长度大于另一导向柱134，较长的导向柱134可以阻挡第二分光镜124的透射光，而当第二光电探测器129接收不到光信号时，信号处理电路6将会上报第一警报，第一警报表示火电厂用压力测量装置达到第一阈值。在下端部11的第一容置腔顶部与限位柱133相对的位置设置有接近开关135，接近开关135与信号处理电路6电连接，接近开关135可选用涡流传感器，限位柱133可以选用强度足够的钢材料，当限位柱133靠近接近开关135，接近开关135开始监测到信号时，信号处理电路6将会上报第二警报，第二警报表示火电厂用压力测量装置达到第二阈值，此时技术人员须进行管道限压或泄压操作。而当限位柱133与接近开关相抵触时，信号处理电路6将会上报第三警报，提醒技术人员处理紧急事件。[0043] 图6所示为本发明所述的火电厂用压力测量装置1与管道2配合使用的结构示意图。在火电厂用压力测量装置1与管道2配合的台阶处设置有凹槽3，凹槽3用于容置密封圈4.[0044] 图7为压力感知元件的结构示意图。压力感应板132包括：防腐蚀层1321、隔热层1322，以及与连接柱13相同材料的衬底层1323。防腐蚀层1321可以为耐高温抗腐蚀的喷涂材料，隔热层1322可以为玻璃纤维和树脂合成的复合材料，衬底层1323和连接柱可以选用适合机械加工的金属材料。[0045] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：河南

专利申请日期：2022-12-15

专利公开日期：2024-09-27

专利公告号：2024-09-27