一种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于线阵的锅炉四管泄漏的监测方法以及系统。该检测系统由依次连接的线阵及接收电路单元、信号处理单元、控制单元以及执行机构组成。该监测方法包括在锅炉内固定一条滑轨，将声学基阵安装在滑轨上，声学线阵由3-5个无指向性的单声学传感器（阵元）组成；根据线阵测量得到的数据进行波束形成，并对数据进行分析以判断是否存在漏点；依据阵列处理后的数据，计算泄漏点的方位角；移动线阵至滑轨另一侧，接收数据，对数据进行波束形成，计算泄漏点的方位角；控制线阵旋转90°，计算泄漏点的俯仰角；最后，依据测量的方位角、俯仰角、基阵在滑轨上运动的距离解算出泄漏点的精确位置。本发明专利技术利用声呐基阵阵元之间信号的相干性，实现了锅炉四管泄漏的在线监测，装置结构紧凑，容易应用于工业现场。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锅炉承压管泄漏监测
，尤其涉及一种基于线阵的电站锅炉四 管泄漏监测方法及系统。
技术介绍
火力发电机组的锅炉四管包括：水冷壁、过热器、再热器和省煤器受热面管道。锅 炉四管泄漏一直是困扰火电机组安全生产的难题，进行锅炉四管爆管早期预报，在其还未 发展成为破坏性爆漏之前及时发现泄漏，并确定泄漏点的位置。对于妥善安排停炉、缩短检 修时间、减少经济损失有重大意义。据历年不完全统计锅炉"四管"爆漏占火力发电机组 各类非计划停运原因之首。锅炉一旦发生"四管"爆漏，增加非计划停运损失，增大检修工 作量，有时还可能酿成事故，严重影响火力发电厂安全、经济运行。 目前，国内外炉管泄漏检测装置采用大量布置测点覆盖锅炉受热面，在滤掉锅炉 背景噪声后检测泄漏声的声压级大小和泄漏声的频谱特征对泄漏是否发生加以诊断。若某 测点发生报警，则确定泄漏源位于该测点为圆心，10米为半径的半球空间内，所以装置的主 要作用还是判断泄漏并确定泄露的受热面，并不能定位到具体的位置坐标。检修任务则往 往需要花费大量的人力和时间，其面临的重大技术难题是解决泄漏源的精确定位问题。 通过将传声器组成阵列接收泄漏信号，经过对声信号的互相关处理得出声音到达 不同位置声学传声器的时间差，再根据目标与基元位置之间的几何关系可以确定出其泄漏 位置。但是单个声学传感器的探测范围小、精度低，特别是其定距误差很大，有时几乎无法 实现。因此，研制一种能够精确定位泄漏源位置的监测方法和系统已成为急需解决的技术 问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测 方法及系统，以实现泄漏源位置的精确定位。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是： 一种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测系统，该系统由依次连接的线阵及附属的 接收电路单元、信号处理单元、控制单元以及执行机构组成，其特征在于： 线阵及接收电路单元，由3-5个无指向性的单声学传感器（阵元）及其附属的接 收电路组成，用于接收锅炉内的声学信号并转换为电信号发送给信号处理单元； 信号处理单元，与线阵及其附属的接收电路单元和控制单元连接，接收来自线阵 及其附属的接收电路单元的电信号，对该电信号进行波束形成以及快速傅里叶变换（FFT) 变换，进而判断是否发生泄漏以及计算泄漏点的位置，并发送命令给控制单元； 控制单元，与信号处理单元和执行机构连接，向执行机构发送控制命令，控制线阵 的位置移动和90°旋转； 执行机构，与控制单元连接，接收来自控制单元的信号。 一种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测方法，在管路上部的轨道上安装有线阵， 所述线阵由3?5个阵元组成，所述阵元无指向性，该监测方法包括： 步骤1、线阵上的各个阵元接收泄漏点目标辐射噪声，由如下公式计算所述目标辐 射噪声的指向性函数D(0);【主权项】1. 一种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测系统，该系统由依次连接的线阵及接收电路 单元、信号处理单元、控制单元以及执行机构组成，其特征在于： 线阵及接收电路单元，由3-5个无指向性的单声学传感器及其接收电路组成，用于接 收锅炉内的声学信号并转换为电信号发送给信号处理单元； 信号处理单元，与线阵及接收电路单元和控制单元连接，接收来自线阵及接收电路单 元的电信号，对该电信号进行FFT变换，根据变换结果判断是否发生泄漏以及定位计算泄 漏点，并将结果数据发送给控制单元； 控制单元，与信号处理单元和执行机构连接，向执行机构发送控制命令，控制线阵的位 置移动和90°旋转； 执行机构，与控制单元连接，接收来自控制单元的信号。2. -种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测方法，在管路上部的轨道上安装有线阵，所 述线阵由3?5个阵元组成，所述阵元无指向性，该监测方法包括： 步骤1、线阵上的各个阵元接收目标辐射噪声，通过指向性函数计算所述目标辐射噪声 的D(0)，该D(0)由以下公式计算得出：在D( Θ )为最大值的角度上对接收到的各路目标辐射噪声进行叠加，将叠加后的信号 进行离散傅里叶变换DFT或者快速傅里叶变换FFT，得到目标辐射噪声的频域分布情况； 步骤2、如果在得到目标辐射噪声的频域分布中，频率为1000Hz以上的信号突然增加， 则判断锅炉中出现了管道泄漏，执行步骤3;如果在得到目标辐射噪声的频域分布中，主要 为250?1000Hz的低频信号，则表明锅炉中未出现管道泄漏，返回步骤1 ; 步骤3、以线阵所在位置为坐标原点建立坐标系，对线阵接收到的目标辐射噪声信号进 行波束形成，计算泄漏点方位角Θ，泄露点M在xoy平面内的投影M1 (X，y，0)，得到表达式： X = ytan Θ ;控制线阵沿着导轨移动距离L，对线阵接收到的目标辐射噪声信号进行波束形 成，计算泄漏点方位角θ'，泄露点M在xoy平面内的投影的表达式为 ：X-L = ytan0';将 线阵旋转90°，对线阵接收到的目标辐射噪声信号进行波束形成，计算泄漏点俯仰角Φ， 泄露点M在xoz平面内的投影的表达式为：x_L = ztan Φ ;计算确定泄漏点的坐标M(x，y， z)由以下公式计算得出： x = L* tan Θ根据计算得到的泄漏点坐标方位M(x，y，z)，确定泄漏点的位置。【专利摘要】本专利技术公开了一种基于线阵的锅炉四管泄漏的监测方法以及系统。该检测系统由依次连接的线阵及接收电路单元、信号处理单元、控制单元以及执行机构组成。该监测方法包括在锅炉内固定一条滑轨，将声学基阵安装在滑轨上，声学线阵由3-5个无指向性的单声学传感器（阵元）组成；根据线阵测量得到的数据进行波束形成，并对数据进行分析以判断是否存在漏点；依据阵列处理后的数据，计算泄漏点的方位角；移动线阵至滑轨另一侧，接收数据，对数据进行波束形成，计算泄漏点的方位角；控制线阵旋转90°，计算泄漏点的俯仰角；最后，依据测量的方位角、俯仰角、基阵在滑轨上运动的距离解算出泄漏点的精确位置。本专利技术利用声呐基阵阵元之间信号的相干性，实现了锅炉四管泄漏的在线监测，装置结构紧凑，容易应用于工业现场。【IPC分类】G01M3-24【公开号】CN104535276【申请号】CN201410830342【专利技术人】陈东升, 王金峰, 侯一民, 苗因德, 付从伟, 任纪兵, 赖映军, 孙自强, 谭波, 许景顺, 蒋东伟 【申请人】东北电力大学, 山东华聚能源股份有限公司【公开日】2015年4月22日【申请日】2014年12月27日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线阵的电站锅炉四管泄漏监测系统，该系统由依次连接的线阵及接收电路单元、信号处理单元、控制单元以及执行机构组成，其特征在于：线阵及接收电路单元，由3‑5个无指向性的单声学传感器及其接收电路组成，用于接收锅炉内的声学信号并转换为电信号发送给信号处理单元；信号处理单元，与线阵及接收电路单元和控制单元连接，接收来自线阵及接收电路单元的电信号，对该电信号进行FFT变换，根据变换结果判断是否发生泄漏以及定位计算泄漏点，并将结果数据发送给控制单元；控制单元，与信号处理单元和执行机构连接，向执行机构发送控制命令，控制线阵的位置移动和90°旋转；执行机构，与控制单元连接，接收来自控制单元的信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东升，王金峰，侯一民，苗因德，付从伟，任纪兵，赖映军，孙自强，谭波，许景顺，蒋东伟，
申请(专利权)人：东北电力大学，山东华聚能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22