回轉式空氣預熱器轉子變形的激光檢測裝置的制作方法

本實用新型屬于機電設備技術領域，涉及一種回轉式空氣預熱器轉子變形的激光檢測裝置。

背景技術：

火電機組中的“回轉式空氣預熱器”是大型工業鍋爐的主要輔機之一，也稱為“容克式空氣預熱器”，簡稱“空預器”。空預器工作時，裝有蓄熱元件的轉子不斷旋轉，煙氣從上部進入空預器，而新進空氣從下部進入空預器，所以空預器轉子上端溫度高下端溫度低、從煙氣側轉出來時溫度高、從空氣側進入煙氣側時溫度低，空預器轉子整體受熱不均勻，因此空預器工作時轉子會產生“蘑菇”狀變形。變形的大小還隨鍋爐工作負荷和工作狀態的改變而改變，生產負荷越大變形量越大。因此旋轉轉子與固定扇形板之間的密封間隙是一個變化量。不同的爐型，其大小也不同，最大變化范圍可達到50mm以上。密封間隙的存在導致大量的助燃空氣泄露到煙道，造成風機電耗增加；同時熱空氣帶走了大量熱能，直接導致鍋爐燃燒熱效率下降。

針對這一問題，目前工業上應用較為廣泛的一類措施是采用漏風自動控制技術，通過傳感器測量密封間隙，采用自動反饋控制系統動態調整扇形板提升機構位置，自動跟蹤轉子熱態變形，達到最佳熱端密封。因此，空預器轉子熱態變形量的檢測是整個漏風控制系統的前提和基礎。但是，由于空預器熱端的內部溫度高達350℃至450℃，并且煙氣中含有大量的灰塵和腐蝕性物質，因此，在這樣惡劣的環境中如何穩定檢測空預器轉子的熱變形，是實現上述漏風自動控制的技術關鍵。此外，隨著機組容量的增大，密封扇形板寬度的增大，導致傳感器安裝位置和空間受到多種因素(如扇形板離人孔門間距太小、空預器外部煙道或其它管路遮擋、人行通道平臺遮擋等)的限制，導致傳感器安裝有時不能垂直安裝只能九十度直角或傾斜安裝，這都給傳感器的安裝使用帶來挑戰。

根據采用的傳感器類型不同，轉子變形量檢測系統主要有三種類型：一種是探桿式轉子變形量檢測技術，該方法從空預器外部向內部伸入一個機械探桿，當探桿前端觸碰到旋轉的空預器轉子時檢測開關動作，根據此時探桿的伸入長度計算出空預器轉子變形量。由于空預器工作時轉子是轉動的，當探桿前端與轉子接觸面會發生較強烈的摩擦，導致探桿前端受到磨損而長度縮短，影響測量精度。因此，該技術不能連續測量空預器的變形量，只能定時試探進行。大量工程實際應用結果表明該類系統的故障率較高，設備維護工作量也比較大。

第二種常用的檢測方法是高溫型電渦流轉子變形量測量技術，該方法基于電渦流測距原理，在空預器轉子測量基準面之上將耐高溫電渦流傳感器固定在扇形板側面，可以非接觸檢測電渦流傳感器探頭與空預器轉子基準面之間的距離，即漏風間隙。該技術是非接觸測量不存在磨損問題，可以進行連續的測量。但是，該技術方法的測距范圍偏小，通常最大量程只有0-20mm左右。因此，只能測量相對變形量實現控制，電渦流傳感器只能在扇形板上安裝，隨扇形板移動，需要配備能夠伸縮的密封機械部件，安裝復雜。此外，由于傳感器在空預器內部安裝，一旦損壞又無法在熱態運行過程中進行維修和更換，降低了漏風自動控制系統的自動投入率。

第三種是基于激光傳感器的轉子變形量檢測技術，該方法主要有兩種形式：一種是基于通用的激光測距傳感器，另一種是基于激光三角法測量原理的激光位移傳感器。前者采用單點激光，光束小，光路通道管道直徑較小，容易安裝，但由于一般激光測距傳感器激光發射器與接收器間距太小外沿約1mm，導致發射和接收光路只能在同一管路。而實際中，為防止爐內高溫氣體逆流，損壞傳感器，一般用耐高溫玻璃進行隔離，但由于爐內是全黑環境，導致發射激光非常容易被隔熱玻璃反射回來，形成光路干涉，測量失效；此外，由于管路較長，容易受熱變形，使得發射的激光束難以可靠地投射到轉子測量基準面上(要么被光路管壁擋住，要么偏離轉子測量基準面)，也容易導致測量失效。后者基于激光三角法測量原理的激光位移傳感器激光束和激光感應器之間的間距與測量范圍相關，而對于空預器轉子變形測量，為了避免高溫傳感器需要安裝于空預器外，傳感器到轉子測量基準面的距離一般在1300mm左右(爐外約400mm，保溫層約300mm，爐壁到轉子測量基準面的距離約500mm)，測量有效行程0-100mm左右，因此測量最遠點需要1300mm左右，導致傳感器寬度較大，一般在200mm左右，整體傳感器尺寸龐大，光路耐高溫隔熱玻璃較大，吹掃需求風量較大。此外，由于爐內溫度較高，光路管路容易變形，導致光路偏移影響測量精度和可靠性，安裝精度要求較高，實施難度大。

通過以上分析可以看出，目前基于高溫型電渦流傳感器和激光傳感器的方法能夠實現轉子變形量的實時測量，但前者測量有效量程偏小，不能在線更換是其主要弱點；后者可以在線更換、量程大，彌補了前者的不足，但光路不穩定，可靠性差是其關鍵弱點。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種回轉式空氣預熱器轉子變形的激光檢測裝置，解決了現有技術中激光測量裝置無法實現大量程、高可靠性、實時的空氣預熱器轉子變形測量；不能在機組熱態運行過程中實現在線、快捷更換的問題。

本實用新型所采用的技術方案是，一種回轉式空氣預熱器轉子變形的激光檢測裝置，包括氣冷掃管道，氣冷掃管道的外端通過爐壁固定法蘭與爐外球閥連接管路連通，該爐外球閥連接管路中設置有球閥，爐外球閥連接管路外端與傳感器固定法蘭固定連接，傳感器固定法蘭外側安裝有設備柜；在設備柜內部設置有激光發射器和激光接收處理傳感器；在氣冷掃管道和爐外球閥連接管路中，上下分隔有入射光路通道和反射光路通道；

在氣冷掃管道的內端向下依次連通有螺旋風幕機構、無塵通道及無塵定位管，無塵定位管下方對向空氣預熱器的轉子法蘭面；在氣冷掃管道的內端向下拐角位置分別設置有入射直角棱鏡和反射直角棱鏡，在反射直角棱鏡外側設置有防火門。

本實用新型的回轉式空氣預熱器轉子變形的激光檢測裝置，其特征還在于：

激光發射器激光束的發射管路，依次包括入射光路通道、入射直角棱鏡、螺旋風幕機構、無塵通道及無塵定位管；通過轉子法蘭面的反射，激光束的反射管路依次包括無塵定位管、無塵通道、螺旋風幕機構、反射直角棱鏡、反射光路通道，進入激光接收處理傳感器。

氣冷掃管道的外端開有無塵通道進氣口。

設備柜外壁設置有設備柜進氣口、設備柜出氣口及線纜接口。

激光發射器的安裝座上設置有微調頂絲一，激光接收處理傳感器的安裝座上設置有微調頂絲二。

本實用新型的有益效果是，

1)與探桿式技術相比，本實用新型為非接觸式測量，不存在機械磨損問題，測量效果可以長期保持穩定。

2)與電渦流技術相比，本實用新型測量范圍大，轉子變形量量程0-100mm以上，精度±0.5mm，測量裝置安裝維護更加簡便，可以在線更換，提高了設備有效運行時間；

3)與現有激光轉子變形測量裝置相比，本實用新型管路管徑小φ≈45mm、長度短，可調，長度范圍在800-1200mm、可以拐彎、安裝不受空間的限制，安裝方便；管路短，熱變形小，熱態不會導致熱變形測量失效；

4)本實用新型的螺旋風幕機構隔熱、防塵效果好；激光發射器、激光接收處理傳感器均安裝在空氣預熱器外部，并有冷卻風冷卻，不存在元件參數溫度漂移問題，穩定性更好。

附圖說明

圖1為本實用新型裝置結構示意圖；

圖2為本實用新型測量裝置在預熱器上安裝使用位置示意圖。

圖中，1.激光發射器，2.激光接收處理傳感器，3.入射光路通道，4.反射光路通道，5.球閥，6.爐壁固定法蘭，7.傳感器固定法蘭，8.設備柜，9.氣冷掃管道，10.入射直角棱鏡，11.反射直角棱鏡，12.螺旋風幕機構，13.防火門，14.無塵通道，15.無塵定位管，16.無塵通道進氣口，17.設備柜進氣口，18.線纜接口，19.微調頂絲一，20.設備柜出氣口，21.微調頂絲二，22.空氣預熱器爐壁，23.轉子法蘭面，24.爐外球閥連接管路，25.裝置主體，26.扇形板提升機構，27.扇形板。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

參照圖1、圖2，本實用新型的結構是，包括穿進空氣預熱器爐壁22的氣冷掃管道9，氣冷掃管道9的外端通過爐壁固定法蘭6與爐外球閥連接管路24連通，該爐外球閥連接管路24中設置有球閥5，爐外球閥連接管路24外端與傳感器固定法蘭7固定連接，傳感器固定法蘭7外側安裝有設備柜8，設備柜8外壁設置有設備柜進氣口17、設備柜出氣口20及線纜接口18；在設備柜8內部設置有激光發射器1和激光接收處理傳感器2，激光發射器1的安裝座上設置有微調頂絲一19，激光接收處理傳感器2的安裝座上設置有微調頂絲二21；在氣冷掃管道9和爐外球閥連接管路24中，上下分隔有入射光路通道3和反射光路通道4；

在氣冷掃管道9的內端向下依次連通有螺旋風幕機構12、無塵通道14及可調節的無塵定位管15，無塵定位管15下方對向空氣預熱器的轉子法蘭面23；在氣冷掃管道9的內端向下拐角位置分別設置有入射直角棱鏡10和反射直角棱鏡11，在反射直角棱鏡11外側設置有防火門13；激光發射器1的激光束發射管路，依次包括入射光路通道3、入射直角棱鏡10、螺旋風幕機構12、無塵通道14及無塵定位管15，通過轉子法蘭面23的反射，激光束的反射管路依次包括無塵定位管15、無塵通道14、螺旋風幕機構12、反射直角棱鏡11、反射光路通道4，進入激光接收處理傳感器2；在氣冷掃管道9的外端開有無塵通道進氣口16。

上述的激光發射器1發射的激光束，依次通過入射光路通道3、入射直角棱鏡10、螺旋風幕機構12、無塵通道14及無塵定位管15到達轉子法蘭面23，通過轉子法蘭面23的反射，反射的激光束再依次通過無塵定位管15、無塵通道14、螺旋風幕機構12、反射直角棱鏡11、反射光路通道4，進入激光接收處理傳感器2，被激光接收處理傳感器2接收并完成相應的數據處理。

激光發射器1、入射光路通道3、入射直角棱鏡10、反射直角棱鏡11、反射光路通道4、激光接收處理傳感器2組裝為一體，通過固定螺栓安裝在傳感器固定法蘭7上，可以整體從爐內拔出，進行清潔或更換。

球閥5、入射直角棱鏡10及反射直角棱鏡11均為耐高溫部件，能夠耐1200攝氏度高溫。

激光發射器1與激光接收處理傳感器2采用了特殊的分體設計，這樣光路通過兩個不同的通道傳播，兩個光路完全隔開，發射光束和反射光束互不影響，克服了現有激光轉子變形檢測傳感器由于光路干涉導致測量信號不穩定的問題。管路直徑與現有基于激光三角法測量原理的長距離激光位移傳感器相比大大減小，整個裝置外管路直徑φ≈45mm。激光發射器1與激光接收處理傳感器2量程50-5000mm，精度達到±1.0mm。

入射直角棱鏡10和反射直角棱鏡11各自實現了光路轉向，克服了現有轉子變形檢測傳感器只能直出，實際安裝空間受限導致長度過長(2000mm以上)的問題。本實用新型裝置采用了L型結構管路設計，整體長度可控制在800-1200mm，長度短，熱變形微小，對測量的影響可以忽略。入射直角棱鏡10和反射直角棱鏡11經過納米鍍膜處理，透光率高、不易積灰，保證了測量光路傳播的可靠性。

根據實際需要，在使用中調節激光發射器1的微調頂絲一19或激光接收處理傳感器2的微調頂絲二21，實現各自光路的微調，在整個測量范圍0-100mm內使得發射光束能夠被接收器接準確收到，由于管路總長度相對較短，受熱變形的影響可以忽略，因此有效避免了現有激光轉子變形測量裝置存在的激光束難以可靠地投射到轉子測量基準面上被光路管壁擋住或偏離轉子測量法蘭面導致測量失效的問題。

螺旋風幕機構12、無塵通道14、可調節的無塵定位管15、爐壁固定法蘭6、氣冷掃管道9、設備柜8一起稱為隔熱與吹灰組件。壓縮冷卻風從爐壁固定法蘭6的無塵通道進氣口16進入，通過氣冷掃管道9對光路通道冷卻的同時，進入螺旋風幕機構12，螺旋風幕機構12采用特殊渦旋氣流結構設計，冷卻風在此形成漩渦風障，可以防止高溫含灰塵氣體上溢，起到隔熱防塵的作用，壓縮冷卻風通過無塵通道14和可調節的無塵定位管15吹到轉子法蘭面23，除去上面的積灰，該設計既克服了積灰對測量的影響，又保證了光束通路的清潔，進一步提高了測量可靠性和有效性。此外，設備柜8設計了相應的冷卻接口(設備柜進氣口17和設備柜出氣口20)，壓縮冷卻風從設備柜進氣口17進入，由設備柜出氣口20排出，對激光發射器1和激光接收處理傳感器2進行冷卻，使其溫度在50℃以內，由于傳感器體積較小直徑約50mm，因此只需要較少的氣流量。

防火門13、球閥5稱為保護組件，當需要進行光路清潔或設備更換時，打開外部傳感器固定連接法蘭7上的固定螺絲，將設備柜8拆除，拆開激光發射器1和激光接收處理傳感器2與傳感器固定連接法蘭7上的固定螺絲，將激光發射器1、入射光路通道3、入射直角棱鏡10、反射直角棱鏡11、反射光路通道4、激光接收處理傳感器2一起拔出，在拔出的過程中防火門13在自帶彈簧彈力作用下向下轉動(移動)，將爐內的氣冷掃管道9的爐內端口封閉，防止高溫氣體溢出，拔出部分離開球閥5時，手動將球閥5關閉，進一步防止高溫氣體溢出，從而保證更換的安全。當光路清潔或更換完畢需要再次安裝時，先手動打開球閥5，將拔出的組件一起推進氣冷掃管道9，一直推到底，防火門13被頂動自動開啟，然后將傳感器固定連接法蘭7固定螺絲鎖緊，裝回設備柜8并鎖緊螺絲即可更換完畢。

本實用新型整體稱為裝置主體25，裝置主體25在空氣預熱器上的安裝方式是，

參照圖2，首先在空氣預熱器爐壁22開一個安裝孔，該安裝孔的位置靠近扇形板27和扇形板提升機構26，并且高于轉子法蘭面23的高度位置300-500mm；將裝置主體25通過安裝孔安裝到位，調節好無塵定位管15的高度與角度，使得無塵定位管15能夠直對轉子法蘭面23的中心，然后將爐壁固定法蘭6固定(焊接)在爐壁上，使得裝置主體25隨爐壁固定法蘭6安裝牢靠。

本實用新型的工作過程是，

激光發射器1發射激光束，通過入射光路通道3，到達入射直角棱鏡10，激光束被90度轉向，向下通過螺旋風幕機構12，沿著無塵通道14和可調節的無塵定位管15投射到轉子法蘭面23上；投射到轉子法蘭面的激光束，由轉子法蘭面23反射后，向上沿著無塵定位管15、無塵通道14穿過螺旋風幕機構12，經反射直角棱鏡11，反射光束再次被90度轉向，經過反射光路通道4反射回激光接收處理傳感器2中，從而得到轉子法蘭面23的變形量值，供電與信號輸出通過設備柜8的線纜接口18實現與外部電氣設備的連接及數據輸出。