鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式測(cè)量方法，特指通過(guò)雙目 視覺(jué)技術(shù)對(duì)所獲取的數(shù)字圖像識(shí)別，進(jìn)行三維重構(gòu)，得到三維場(chǎng)景，從而利用幾何關(guān)系對(duì)鍋 爐主蒸汽管道宏觀位移實(shí)現(xiàn)非接觸式在線測(cè)量方法。本發(fā)明還涉及專用于所述方法的鍋爐 主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)容量和規(guī)模的擴(kuò)大，電力設(shè)備失效給人們的生產(chǎn)和現(xiàn)代生活所帶來(lái) 的影響越來(lái)越大，用戶對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和可靠供電也提出了越來(lái)越高的要求。這使 得電力系統(tǒng)安全可靠性問(wèn)題變得越來(lái)越突出，因此，保障火電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力 系統(tǒng)可靠性，是電力企業(yè)現(xiàn)代化管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
[0003] 過(guò)熱器、再熱器、蒸汽管道和聯(lián)箱等是鍋爐汽水管道系統(tǒng)中承受蒸汽溫度和壓力 參數(shù)最高的部件，也是對(duì)超溫最為敏感的部件。隨著超臨界、超超臨界機(jī)組新材料應(yīng)用、運(yùn) 行參數(shù)提高和系統(tǒng)復(fù)雜化趨勢(shì)，由于過(guò)熱導(dǎo)致的過(guò)熱器、再熱器爆管事故時(shí)有發(fā)生，蒸汽管 道、聯(lián)箱等也常處于高溫蠕變導(dǎo)致的帶缺陷運(yùn)行狀態(tài)。因此，有效地監(jiān)測(cè)重要部件的安全狀 態(tài)，實(shí)現(xiàn)材料壽命評(píng)估，是火電機(jī)組大容量、高參數(shù)發(fā)展趨勢(shì)下，鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行亟待解 決的問(wèn)題。
[0004] 經(jīng)過(guò)幾十年的開發(fā)與應(yīng)用，盡管電站鍋爐重要部件的失效分析和壽命評(píng)估方法已 形成較為完善的體系，但其主要方法仍是基于離線的檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估剩余壽命。近 年來(lái)，針對(duì)單一部件的在線壽命評(píng)估系統(tǒng)開始出現(xiàn)，但由于這些系統(tǒng)大都沒(méi)有考慮到多種 失效機(jī)理的相互作用，存在監(jiān)測(cè)和評(píng)估誤差較大的問(wèn)題。歐洲和日本的技術(shù)專家針對(duì)鍋爐 管道系統(tǒng)建立了系統(tǒng)的壽命評(píng)估導(dǎo)則，其中考慮了失效形式的交互影響，并開發(fā)了相應(yīng)的 計(jì)算軟件，但是依然需要依靠離線檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入來(lái)得到計(jì)算結(jié)果，很多關(guān)鍵參數(shù)如溫度、蠕 變和位移等都缺乏在線測(cè)量系統(tǒng)。另外，現(xiàn)有電廠鍋爐管道外都包有一層絕熱層，給直接測(cè) 量管道應(yīng)高溫蠕變產(chǎn)生的位移帶來(lái)了很大的不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非 接觸式在線測(cè)量方法。
[0006] 本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提供專用于上述方法的鍋爐主蒸汽管道 宏觀位移的非接觸式在線測(cè)量裝置。
[0007] 采用本發(fā)明的裝置和方法，能在線、非接觸地獲得具有較高穩(wěn)定性和較高精度的 鍋爐主蒸汽管道宏觀位移，且具有應(yīng)用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種鍋爐主蒸汽管道宏觀位移的非接觸式在線測(cè)量方法，所述的鍋爐主蒸汽管道 通過(guò)包括若干與管道垂直的彈性支吊架懸吊，其特征是：所述方法包括以下步驟：
[0010] 步驟S1，設(shè)立分別以所述鍋爐主蒸汽管道中心線和選定的彈性支吊架為Y、Z軸、 二軸交點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)的空間坐標(biāo)系（X，Y，Z);
[0011] 步驟S2,將彈性支吊架簡(jiǎn)化為上、下兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧，在下節(jié)剛性桿上 分別設(shè)立兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)4與A2;
[0012] 步驟S3,在所述彈性支吊架附近，非接觸地設(shè)立專用支架固定雙目高清攝像機(jī)，雙 目高清攝像機(jī)拍攝方向正對(duì)于各標(biāo)記點(diǎn)，雙目高清攝像機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋連接一主控機(jī)；
[0013] 步驟S4,在鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變出現(xiàn)宏觀位移前，主控機(jī)得到由雙目高清 攝像機(jī)獲取的二維數(shù)字圖像后，對(duì)雙目高清攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，建立有效的成像模型，獲取雙 目高清攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，然后對(duì)標(biāo)記點(diǎn)、管道邊緣進(jìn)行識(shí)別和提取，最后進(jìn)行立體匹配， 采用三維重建算法獲取所述標(biāo)記點(diǎn)在所設(shè)空間坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，設(shè)為&(0,0, Zl)與 A2 (0,0,z2);(三維重構(gòu)的方法為現(xiàn)有技術(shù)）
[0014] 步驟S5,當(dāng)鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變出現(xiàn)宏觀位移時(shí)，同樣可得到標(biāo)記點(diǎn)在空 間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，設(shè)為A'Ax'i，y' 1>Z'D與A' 2(x' 2，y' 2，z' 2);
[0015] 步驟S6,建立彈性支吊架下節(jié)直線h在所建空間坐標(biāo)系中的直線方程式：
[0016]
[0017] 步驟S7,根據(jù)鍋爐主蒸汽管道不包含管道隔熱層的外表面在所建空間坐標(biāo)系中的 圓柱體曲線方程，即：
[0018] x2+z2=r2 (2)，
[0019] 結(jié)合直線h方程與鍋爐主蒸汽管道外表面的曲線方程，得到直線1i方程與鍋爐主 蒸汽管道外表面的交點(diǎn)B'的X、Z坐標(biāo)為：
[0023] 將x、z坐標(biāo)代入直線方程，求得Y坐標(biāo)，即：
[0024]
[0025] B'點(diǎn)是由B(0, 0,r)管道蠕變后所得，B點(diǎn)為彈性支吊架下節(jié)剛性桿延長(zhǎng)線與鍋 爐主蒸汽管道外表面的交點(diǎn)；
[0026] 因此，鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變?cè)赬、Y、Z三個(gè)方向的宏觀位移為：
[0029]
[0030] 考慮圖像測(cè)量算法所帶來(lái)的誤差，各個(gè)方向的實(shí)際宏觀位移dx'、dy'、dz'可表 示為：
[0031]dx' =dx+ex (9)；
[0032]dyr =dy+ey (10)；
[0033]dz'=dz+ez (11)；
[0034]其中^、\、1為誤差修正因子，具體數(shù)值通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得到，從而準(zhǔn)確計(jì) 算出鍋爐主蒸汽管道在各個(gè)方向的宏觀位移。
[0035] 解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0036] 專用于上述方法的鍋爐主蒸汽管道3宏觀位移的測(cè)量裝置，其特征是包括：設(shè)立 在簡(jiǎn)化為上、下兩節(jié)剛性桿和中間一節(jié)彈簧的彈性支吊架1下節(jié)的兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)2、在所述彈 性支吊架附近非接觸地固定的對(duì)應(yīng)于標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量的高清攝像機(jī)4,所述高清攝像機(jī)的拍攝 方向正對(duì)于各標(biāo)記點(diǎn)，所述的高清攝像機(jī)通過(guò)由發(fā)射網(wǎng)橋5和接收網(wǎng)橋6構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)橋 傳輸至一主控機(jī)7。
[0037] 所述的高清攝像機(jī)有若干個(gè)，網(wǎng)線先匯總到一個(gè)工業(yè)交換機(jī)中，再通過(guò)由發(fā)射網(wǎng) 橋和接收網(wǎng)橋構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)橋傳輸至主控機(jī)。
[0038] 所述的標(biāo)記點(diǎn)為圓柱體或長(zhǎng)方體模塊，表面有彩色涂層。
[0039] 所述高清攝像機(jī)為工業(yè)級(jí)高分辨率日夜型攝像機(jī)。
[0040] 本發(fā)明原理：鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變發(fā)生宏觀位移時(shí)，由彈性支吊架的結(jié)構(gòu) 決定了彈性支吊架會(huì)在空間中形成三段直線，如附圖圖2,以鍋爐主蒸汽管道中心線和彈性 支吊架為Y、Z軸，二者交點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立空間坐標(biāo)系，管道半徑r已知，則可得到鍋爐 主蒸汽管道的圓柱體方程，通過(guò)雙目視覺(jué)三維重構(gòu)算法得到標(biāo)記點(diǎn)在所建空間坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)，根據(jù)這對(duì)標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)，得到空間直線方程1:，結(jié)合管道圓柱體方程即可求得h與主蒸 汽管道的交點(diǎn)B'的空間坐標(biāo)，故鍋爐主蒸汽管道因高溫蠕變?cè)赬、Y、Z方向上宏觀位移即 為圖2中點(diǎn)B'坐標(biāo)與點(diǎn)B坐標(biāo)之差的絕對(duì)值。
[0041] 加上運(yùn)用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估算各方向的誤差因子，從而對(duì)各方向的位移進(jìn)行修正，最終 準(zhǔn)確計(jì)算出鍋爐主蒸汽管道在各方向的實(shí)際位移。
[0042] 有益效果：
[0043] 本發(fā)明提出的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移間接測(cè)量方法，相比于目前的離線測(cè)量系 統(tǒng)，具有非接觸測(cè)量、應(yīng)用簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)記錄等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)字圖像的采集、處理、分析、計(jì)算等 步驟，依此得到鍋爐主蒸汽管道的高溫蠕變量，進(jìn)而評(píng)估主蒸汽管道的缺陷運(yùn)行狀態(tài)和剩 余壽命，提供系統(tǒng)預(yù)警、記錄查詢等功能，從而保障鍋爐的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1是本發(fā)明的鍋爐主蒸汽管道宏觀位移間接在線測(cè)量方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0045]圖2是本發(fā)明中鍋爐主蒸汽管道實(shí)際宏觀位移計(jì)算方法示意圖，以鍋爐主蒸汽管 道中心線和彈性支吊架為Y、Z軸建立空間坐標(biāo)系，彈簧支吊架可以分為如圖所示的彈性支 吊架上中下三節(jié)，管道高溫蠕變前在同一直線上，高溫蠕變后變?yōu)槿沃本€4 1與A2為彈性 支吊架下節(jié)所選取的一對(duì)標(biāo)記點(diǎn)，B為鍋爐管道蠕變前彈性支吊架延長(zhǎng)線與管道外表面的 交占.
[0046] 圖3為測(cè)量方法流程圖；
[0047] 圖4為三維重構(gòu)步驟流程圖。
[0048] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1.鍋爐彈性支吊架；2.標(biāo)記點(diǎn)；3.鍋爐主蒸汽管道；4.高清攝像 機(jī)；5.發(fā)射網(wǎng)橋；6.接收網(wǎng)橋；7.主控機(jī)，8.工業(yè)交換機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0050] 見圖1和圖2所示，本發(fā)明的專用于上述方法的鍋爐主蒸汽管道3宏觀位移的