一种用于电解槽阴极钢棒的测温装置及分布式测温系统的制作方法

本发明属于光纤测温领域，尤其是涉及一种用于电解槽阴极钢棒的测温装置及分布式测温系统。
背景技术：
：铝电解槽是铝电解工艺中的核心设备，随着我国铝产量迅猛发展，电解槽的性能直接影响着生产指标。电解槽寿命的长短，不仅关系到大修费用、铝的产量和质量，更关系到铝的成本和整个铝生产企业效益。随着大型预烘槽的开发和推广，电解槽的维修费用也越来越高。350ka的筑炉费用50-60万左右，所以电解槽的寿命对铝的生产成本影响很大。国外大型槽的平均使用寿命为2500-3000天左右，而国内的同类型槽的平均使用寿命不到1500天，不到国外同类型槽平均使用寿命的一半。导致电解槽破损的主要原因是阴极内衬和槽体破损，铝用阴极在电解过程中要起到导电的作用，还要承受高温冰晶石的溶体的侵蚀，因此电解槽阴极的使用寿命直接影响着电解槽的寿命。目前国内由于缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术提高槽寿命的综合技术措施，电解槽难以达到设计寿命，早期破损率高。综上，在提高对电解槽阴极的精细设计的同时，对阴极的维护监控技术显得尤为重要，可以间接的提高电解槽的使用寿命。现在通用的电解铝阴极维护措施是监控阴极钢棒的表面温度，正常的阴极钢棒的温度一般都在250-300度左右，超过这个温度或者短时间有很大的温度变化都说明阴极可能已经发生破损，及时地进行小的维修，避免更大的损失。然而现在采用的温度监测方式是人工使用红外测温仪每隔若干小时对阴极钢棒温度进行监测，每台测温槽上有一百多个阴极钢棒，监测工作大量重复，监测不及时，而且红外测温仪的测量精度较差，需要靠人工去分析监测结果，监测效率低，监测效果差，而且人工成本巨大。所以开发一种电解槽阴极钢棒温度的自动化实时监测设备迫在眉睫。技术实现要素：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种实现实时监测、监测效率高、监测效果好、反馈速度快的用于电解槽阴极钢棒的测温装置及分布式测温系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电解槽阴极钢棒的测温装置，包括承载座和用于将承载座连接于阴极钢棒的连接结构，所述承载座上设有定位部，该定位部和承载座之间形成用于容置测温光纤的腔室，该腔室上设有供测温光纤进出的通道；所述连接结构包括夹具和活动连接于夹具上用于调节承载座和阴极钢棒之间距离的调节组件。进一步的，所述夹具呈c型结构，其包括顶边、底边及用于连接顶边和底边的侧边，所述调节组件可上下移动地活动连接于底边上。夹具呈c型结构，从而夹具可以从阴极钢棒的侧面移入，无需将夹具抬高至阴极钢棒的顶端再下移，简化了安装过程，安装的安全性能也更高。进一步的，所述顶边上设有防转挡沿。防转挡沿的设置使得施加外力旋转伸缩件使其带着承载座上升时，夹具不会随着伸缩件同步转动。进一步的，所述调节组件包括活动连接于底边的伸缩件和限位件，该限位件活动连接于伸缩件端部。进一步的，所述限位件呈喇叭状结构，其开口朝上设置。呈喇叭状结构的限位件保证了承载座与伸缩件之间不会相对接触，避免伸缩件旋转时带动承载座同步转动。进一步的，所述定位部为柱形结构。柱形结构的定位部不仅避免了测温光纤无序缠绕，减少测温光纤的折损，避免能量的衰减，而且定位部可以与阴极钢棒相接触，减少了腔室的体积，提升了保温效果。进一步的，所述承载座上设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔至少部分正对设置，该第一通孔和第二通孔之间形成所述通道，所述第一通孔上设有第一连接头，所述第二通孔上设有第二连接头。承载座上贯穿侧壁设置的第一通孔和第二通孔使得可以在现场进行测温光纤的盘绕，无需事先完成测温光纤的盘绕设置，简化了安装过程。进一步的，所述第一连接头包括上连接体和活动连接在上连接体上的下连接体，上连接体外壁形成用于装配入第一通孔的颈部，上连接体内壁形成凸部和卡沿，所述凸部设于与颈部相对应处。上连接体相对固定在承载座的第一通孔上，下连接体与上连接体活动连接，包括周向转动和轴向移动，增加了耐高温测温光纤的安装灵活性，避免相邻阴极钢棒之间的测温光纤扭转造成对监测效果的干扰；第一通孔上连接第一连接头，第二通孔上连接第二连接头，只需在其中一侧设置可活动的连接头，在保证不相对扭转的同时节约了成本。进一步的，所述测温光纤外围设有保护套，该保护套包括第一保护层、第二保护层及第三保护层。螺旋钢带铠装结构的第一保护层可以在安装过程有效保护测温光纤，且可以大幅度地扭转弯曲，金属编织网结构的第二保护层可以抵抗外界的扭力和拉力，不锈钢金属软管结构的第三保护层可以阻挡高温铝液的侵蚀，抗扭的第一保护层、抗扭并抗拉的第二保护层及第三保护层三者有效保护测温光纤。本发明还公开了一种用于电解槽阴极钢棒的分布式测温系统，包括一一对应贴合于每个电解槽阴极钢棒的多个上述测温装置、控制模块及与控制模块相连的报警模块，所述多个测温装置通过测温光纤相连，所述控制模块与测温装置通过常温测温光缆相连。控制模块和电解槽之间通过普通的常温测温光缆相连，节约了光缆的铺设成本。本发明的有益效果是：制作成本低，安装便捷，监测及时、准确，能及时对监测结果作出反馈，安全性能佳，延长了电解槽的使用寿命，监控成本低，使用成本低。附图说明图1为本发明分别装配于相邻阴极钢棒上的结构示意图。图2为承载座的结构示意图。图3为第二连接头带有保护套的结构示意图。图4为第一连接头带有保护套的结构示意图。图5为上连接体的主视结构示意图。图6为图5中的a-a剖面结构示意图。图7为第一连接头的上连接体的立体结构示意图。图8为第一连接头的下连接体的主视结构示意图。图9为图8中的b-b剖面结构示意图。图10为第一连接头的下连接体的立体结构示意图。图11为第一连接头的主视结构示意图。图12为图11中的c-c剖面结构示意图。图13为带有测温光纤的保护套的截面示意图。图14为连接结构的侧面结构示意图。图15为连接结构的立体结构示意图。图16为夹具的立体结构示意图。图17为伸缩件的结构示意图。图18为分布式测温系统的装配示意图。图19为对比实施例一中承载座的结构示意图。图20为对比实施例二中承载座的结构示意图。图21为对比实施例三中承载座的结构示意图。图22为对比实施例三中承载座的俯视结构示意图。图23为图22中的a-a剖面结构示意图。图24为图22中的b-b剖面结构示意图。图25为对比实施例四中连接结构的结构示意图。图26为支撑件的结构示意图。图27为对比实施例二中光纤测温装置得到的光信号曲线。图28为实施例一中光纤测温装置得到的光信号曲线。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。实施例一参照图1-2，一种用于电解槽阴极钢棒的测温装置，包括呈中空方形的承载座1，承载座1的中心部分向上凸起形成柱形的定位部11，承载座1侧壁与定位部11之间形成用于容纳耐高温的测温光纤5的腔室12，承载座1的正对两侧壁上分别设有第一通孔13和第二通孔14，第一通孔13和第二通孔14之间的腔室12内形成供测温光纤5进出的通道。第一通孔13和第二通孔14至少部分正对设置，由于测温光纤自第一通孔13进入腔室12，沿着定位部11外侧壁缠绕，缠绕完成后从第二通孔14中穿出，因此测温光纤的两端不处于同一水平高度上，为了减少测温光纤的弯折点，将第二通孔14的高度高于第一通孔13设置，两者存在的高度差允许了测温光纤一定厚度的叠加。于本实施例中，第一通孔13和第二通孔14完全正对设置，第一通孔13和第二通孔14均为贯穿承载座1侧壁的u型开口结构。为了提高密封效果和实现高效导热，可以在承载座1的顶面涂覆导热硅脂，即在承载座1的边缘环形侧壁上涂导热硅脂，保证了其与阴极钢棒之间的有效接触，无空气间隙，提高腔室12的密封性能，保温效果佳。参照图3-12，第一通孔13上可拆卸连接有第一连接头3，具体的，第一连接头3包括上连接体31和活动连接在上连接体31上的下连接体32。上连接体31呈中空柱形结构，其外壁凹陷形成用于装配入第一通孔13的颈部311，为了简化装配，该颈部311可以延伸整个上连接体31外壁一周设置。其内壁上与颈部311相对应处形成台阶状的凸部312，其内壁上还形成有卡沿313，该卡沿313可以延伸整个上连接体31内壁一周设置。下连接体32包括用于固定连接包覆在测温光纤外侧的第三保护层43的下部体322和套接在上连接体31内的上部体321，于本实施例中，下部体322内部腔体与测温光纤外围的第三保护层43铆接固连。上部体321与卡沿313相对应的位置凹陷形成卡槽323，该卡槽323的宽度大于上连接体31内壁卡沿313和凸部312之间的间距，从而当上连接体31和下连接体32装配时，可以产生轴向偏移，即卡沿313可以在卡槽323内水平移动。上部体321侧壁上还沿周向分布有多个条状凹槽324，凹槽324沿轴向延伸整个上部体321设置，且贯穿上部体321的顶端，使得相邻凹槽之间的侧壁可以在外力作用下向轴心缩进，从而便于上连接体31和下连接体32的装配，下连接体32可以相对上连接体31周向转动，因此相邻阴极钢棒上的测温光纤旋转时，测温光纤外侧的保护套不会发生扭转，即不会对测温光纤造成干扰。第二通孔14上可拆卸连接有第二连接头30，具体的，与第一连接头3的不同之处在于，第二连接头30只包括上连接体，上连接体呈中空柱形结构，其外壁凹陷形成用于装配入第二通孔14的颈部，为了简化装配，该颈部可以延伸整个上连接体外壁一周设置。其内壁上与颈部相对应处形成台阶状的凸部，其内壁上还形成有卡沿，该卡沿可以延伸整个上连接体内壁一周设置。第二连接头30位于卡沿一下部分腔体与测温光纤外围的第三保护层43铆接固连。参照图13，固定连接在下部体322上的测温光纤5外围套设有保护套4，具体的，测温光纤5外围自内向外套设有第一保护层41、第二保护层42及第三保护层43，其中第一保护层41为螺旋钢带铠装结构，第二保护层42为金属编织网结构，第三保护层43为不锈钢金属软管结构。测温光纤5与第一保护层41之间、第一保护层41与第二保护层42之间及第二保护层42与第三保护层43之间均存在间隙。保护套4可以使测温光纤在安装时承受拉力和扭力，而且容易弯曲成直径六七十毫米的环状，绕制在承载座1的定位部11而不受应力，避免对光信号造成损耗。第三保护层43的设置使得：一是测温光纤5始终处于第三保护层43和承载座1之内不会受外力，也不会因受损而产生的光能量的衰减；二是在安装完成时可避免泄露的高温电解液和大块滤渣直接掉落在测温光纤5上而损坏光纤，当铝液落在第三保护层43外时，由于铝液降温较快，其可以迅速在第三保护层43光滑的外壁滑落。第三保护层43的不锈钢金属软管和承载座1通过第一连接头3或第二连接头30连接，不锈钢金属软管和第一连接头3或第二连接头30铆接，可在高温环境下不脱落，安装时将铆接好的不锈钢金属软管和第一连接头3卡入第一通孔13，将铆接好的不锈钢金属软管和第二连接头30卡入第二通孔14完成安装，最后将带有第一保护层41和第二保护层42的测温光纤穿入第三保护层43内。第一保护层41与测温光纤5之间留有间隙，即保护套4与测温光纤5相互独立设置，第三保护层43与第二保护层42之间的间隙较大，当施加外力拉扯承载座1或保护套4时，不会对测温光纤5造成损坏，延长了测温光纤5的使用寿命。参照图14-17，连接结构包括夹具21和调节组件22，夹具21呈c型结构，其包括横向设置的顶边211、与顶边211平行设置的底边212及竖向设置的侧边213，顶边211的端部弯折形成防转挡沿214，底边212上开设有螺纹孔215，底边212的长度是顶边211长度的一半，螺纹孔215靠近底边212的右端部开设，从而保证承载座1刚好位于阴极钢棒6的中心下方设置，保证监测温度的准确性和稳定性。调节组件22包括通过外螺纹连接在螺纹孔215上的伸缩件221，伸缩件221的上部环状凹陷形成柱形的活动段223，限位件222套设在该活动段223上，可沿活动段223上下活动，伸缩件221的顶端具有防止限位件222脱出的挡圈224，该挡圈224的外径小于等于伸缩件221的外径。防转挡沿214的设置使得当施加外力旋转伸缩件221时，夹具21不会跟着转动。限位件222呈开口朝上设置的喇叭状结构，限位件222的侧壁可以是直线型结构也可以具有弧形结构，其倾斜度或侧壁长度只要能保证当限位件222移动至活动段223的底端时，限位件222的上部开口边沿与挡圈224顶面之间仍然存在间隙即可。测温装置与电解槽的阴极钢棒6装配时，夹具21从侧面移动将阴极钢棒6包覆在内，将顶边211与阴极钢棒6的顶面贴合，伸缩件221自下而上从螺纹孔215中穿过，将在现场缠绕好测温光纤5的承载座1放置在限位件222的顶部，测温光纤5的两端分别从第一连接头3和第二连接头30中穿出，施加外力转动伸缩件221，由于限位件222活动套接在活动段223，同时挡圈224与承载座1不相接触，从而承载座1不会随着伸缩件221同步转动，承载座1在伸缩件221的推动下上升至与阴极钢棒6底面相接触，由于阴极钢棒6表面可能会有小凸包，定位部11顶面可以设置弧形的凹陷结构，保证定位部11与阴极钢棒6的接触面。此时，承载座1侧面与阴极钢棒6底面之间形成密闭的空间，该空间主要就是腔室12，空间内的空气导热将阴极钢棒6的温度快速、高效地传导至测温光纤5。参照图18，一种用于电解槽阴极钢棒的分布式测温系统，设置在电解槽7内，电解槽7两侧均匀分布有多个阴极钢棒6，每个阴极钢棒的端部连接有上述用于电解槽阴极钢棒的测温装置，每个阴极钢棒之间的测温装置通过耐高温的测温光纤相连，耐高温测温光纤的一端通过普通的常温测温光缆与控制模块相连，控制模块与报警模块相连，控制模块上还可以连有显示模块和手机端软件。耐高温测温光纤的另一端，即图18中的d处可以与相邻的电解槽相连。该分布式测温系统可以连续实时地对电解槽阴极钢棒的温度进行监控，一旦其温度超过限值立即触发报警模块进行报警，不仅可以提高电解槽的使用寿命，更重要的是可以通过历史监控和存储的大数量来分析和建立电解槽的温度场，为以后电解槽的设计、改进和维护提供数据依据。而且手机端实现了远程监控设备状态的功能，也可以查看历史曲线和报警信息。分布式测温系统放置在分区的监控室内，控制模块采用多通道测温主机，每个通道监测两台电解槽，以避免一个通道监测多台电解槽时某一台故障造影响其他电解槽的正常监控。厂区车间和监控室之间采用一根多芯的常温测温光缆，来连接阴极钢棒上耐高温测温光纤和主机，多芯常温测温光缆每两个电解槽放出一芯与耐高温测温光纤熔接并用光纤接续盒来保护，作为一个通道来监测两台电解槽，一个光通道多监测的两台电解槽之间用两个光纤接续盒来连接。这样以保证通道之间和通道两台电解槽之间都是相互绝缘的对比实施例一参照图19，本实施例中的测温装置与实施例一中的测温装置区别在于承载座的结构，于本实施例中承载座81呈上部开口的中空柱形结构，承载座81侧壁811上开设有供测温光纤进出的一个开孔812。本实施例中的承载座81没有设置定位部结构，即无限定测温光纤缠绕方向的限位结构，测温光纤可以被外力轻易抽动，极易造成测温光纤的损坏甚至断裂；且测温光纤在承载座81内部无序缠绕，定会产生较大角度的弯折，不仅会损坏测温光纤，而且会造成光能量的衰减，影响最终的监测准确性；承载座81内用于容置测温光纤的空间较大，保温效果不佳，空间内的空气热传导效果不佳，由于电解槽所在的工厂车间现场通风效果较好，监测到的温度易于受到外界的干扰，导致最终监测结果不够精确。分别采用上述实施例一和对比实施例一中的测温装置对电解槽内的阴极钢棒进行温度监测，再提供热电偶检测电解槽内的阴极钢棒温度作对比，得到表1和表2。表1钢棒序号123456789101112热电偶温度269280276255263260277271276280259247实施例一270277274255265259274273275282255249对比实施例一255268261244252248263254267269245236表2钢棒序号131415161718192021222324热电偶温度264262255261275283291288286282269273实施例一265261257261276282290291287281270275对比实施例一251250243249264270278279274268257259从表1和表2中得出，本发明中的测温装置监测到的阴极钢棒的温度更加接近于热电偶检测到的电解槽内阴极钢棒的温度，充分证明本发明中测温装置监测的准确性。对比实施例二参照图20，本实施例中的承载座与对比实施例一中的承载座结构区别在于，本实施例中的承载座82中空部分凸起形成近似腰形结构的第一定位部823和第二定位部824，第一定位部823和第二定位部824之间具有供测温光纤穿过的通道，通道的两端在承载座82的侧壁上开设有第一开孔821和第二开孔822。本实施例中的承载座82对测温光纤的缠绕方向进行了限定，但是测温光纤在第一定位部823和第二定位部824上缠绕时，弯折点较多，虽然初始状态时，测温光纤的弯折处不会对测温光纤造成损坏，但是当承载座82的温度升高时，第一定位部823上较尖锐的弯折点会随着温度的升高发生膨胀，导致对测温光纤造成一定的拉扯，从而会对测温光纤造成损害，影响最终的监测效果。参照图27、图28，在相近的温度坐标下，对比实施例二中的测温装置，图27中的f曲线产生了非常明显的衰减，二图28中的e曲线几乎保持水平，只存在测温光纤自身随长度变化吸收和反射造成的略微衰减，由此证明本发明实施例一中的测温装置对测温光纤的损害极小，监测效果好，监测寿命长。对比实施例三参照图21-24，本实施例中的承载座与对比实施例一中的承载座结构区别在于，于本实施例中的承载座83上用于容置测温光纤的腔室831呈环状结构，腔室831的切线方向形成供测温光纤进出的通道，通道上开设有贯穿承载座83设置的第一通槽832和第二通槽833，第一通槽832所在水平高度高于第二通槽833设置，从而测温光纤自第二通槽833内穿入腔室831，绕着定位部834缠绕数圈之后，从第一通槽832穿出承载座83，由于第一通槽832和第二通槽833之间高度差的存在，缠绕数圈后形成一定厚度的测温光纤无需弯折就能从第一通槽832穿出，对测温光纤的损害降到了最低。而且腔室831的体积相对较小，保温效果好，监测更加灵敏、准确。但是上述测温光纤需要事先缠绕在承载座83上，装配过程较复杂，无法实现现场盘绕测温光纤的目标，且加工成本较高。对比实施例四参照图25-26，本实施例中的测温装置与实施例一中的测温装置区别在于连接结构的具体结构，于本实施例中，连接结构包括开口朝下的u型夹具841和水平设置的支撑件842，支撑件842上开设有两个供u型夹具841的两个自由端穿出的安装孔843，本实施例中的连接结构与阴极钢棒装配时，需要将u型夹具841抬升到高于阴极钢棒顶面的高度，再将u型夹具841的下部开口正对阴极钢棒，然后下移u型夹具841将阴极钢棒罩设在u型夹具841内，接着将承载座放置在支撑件842上，u型夹具841的两个自由端分别穿过两个安装孔843，u型夹具841伸出安装孔843的两端利用螺栓844锁紧。于本实施例中，u型夹具841需要抬高再放下，安装过程耗费较大的成本，给装配造成了极大的不便。上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。当前第1页12