锅炉主蒸汽管道宏观位移的非接触式在线测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锅炉主蒸汽管道宏观位移的非接触式测量方法，特指通过双目 视觉技术对所获取的数字图像识别，进行三维重构，得到三维场景，从而利用几何关系对锅 炉主蒸汽管道宏观位移实现非接触式在线测量方法。本发明还涉及专用于所述方法的锅炉 主蒸汽管道宏观位移的非接触式测量装置。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统容量和规模的扩大，电力设备失效给人们的生产和现代生活所带来 的影响越来越大，用户对电力系统的安全运行和可靠供电也提出了越来越高的要求。这使 得电力系统安全可靠性问题变得越来越突出，因此，保障火电机组安全稳定运行，提高电力 系统可靠性，是电力企业现代化管理的一项重要内容。
[0003] 过热器、再热器、蒸汽管道和联箱等是锅炉汽水管道系统中承受蒸汽温度和压力 参数最高的部件，也是对超温最为敏感的部件。随着超临界、超超临界机组新材料应用、运 行参数提高和系统复杂化趋势，由于过热导致的过热器、再热器爆管事故时有发生，蒸汽管 道、联箱等也常处于高温蠕变导致的带缺陷运行状态。因此，有效地监测重要部件的安全状 态，实现材料寿命评估，是火电机组大容量、高参数发展趋势下，锅炉安全稳定运行亟待解 决的问题。
[0004] 经过几十年的开发与应用，尽管电站锅炉重要部件的失效分析和寿命评估方法已 形成较为完善的体系，但其主要方法仍是基于离线的检测和实验数据来评估剩余寿命。近 年来，针对单一部件的在线寿命评估系统开始出现，但由于这些系统大都没有考虑到多种 失效机理的相互作用，存在监测和评估误差较大的问题。欧洲和日本的技术专家针对锅炉 管道系统建立了系统的寿命评估导则，其中考虑了失效形式的交互影响，并开发了相应的 计算软件，但是依然需要依靠离线检测数据输入来得到计算结果，很多关键参数如温度、蠕 变和位移等都缺乏在线测量系统。另外，现有电厂锅炉管道外都包有一层绝热层，给直接测 量管道应高温蠕变产生的位移带来了很大的不便。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种锅炉主蒸汽管道宏观位移的非 接触式在线测量方法。
[0006] 本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供专用于上述方法的锅炉主蒸汽管道 宏观位移的非接触式在线测量装置。
[0007] 采用本发明的装置和方法，能在线、非接触地获得具有较高稳定性和较高精度的 锅炉主蒸汽管道宏观位移，且具有应用简便的优点。
[0008] 解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0009] -种锅炉主蒸汽管道宏观位移的非接触式在线测量方法，所述的锅炉主蒸汽管道 通过包括若干与管道垂直的弹性支吊架悬吊，其特征是：所述方法包括以下步骤：
[0010] 步骤S1，设立分别以所述锅炉主蒸汽管道中心线和选定的弹性支吊架为Y、Z轴、 二轴交点为坐标系原点的空间坐标系（X，Y，Z);
[0011] 步骤S2,将弹性支吊架简化为上、下两节刚性杆和中间一节弹簧，在下节刚性杆上 分别设立两个标记点4与A2;
[0012] 步骤S3,在所述弹性支吊架附近，非接触地设立专用支架固定双目高清摄像机，双 目高清摄像机拍摄方向正对于各标记点，双目高清摄像机通过无线网桥连接一主控机；
[0013] 步骤S4,在锅炉主蒸汽管道因高温蠕变出现宏观位移前，主控机得到由双目高清 摄像机获取的二维数字图像后，对双目高清摄像机进行标定，建立有效的成像模型，获取双 目高清摄像机的内外参数，然后对标记点、管道边缘进行识别和提取，最后进行立体匹配， 采用三维重建算法获取所述标记点在所设空间坐标系中的空间坐标，设为&(0,0, Zl)与 A2 (0,0,z2);(三维重构的方法为现有技术）
[0014] 步骤S5,当锅炉主蒸汽管道因高温蠕变出现宏观位移时，同样可得到标记点在空 间坐标系中的坐标，设为A'Ax'i，y' 1>Z'D与A' 2(x' 2，y' 2，z' 2);
[0015] 步骤S6,建立弹性支吊架下节直线h在所建空间坐标系中的直线方程式：
[0016]
[0017] 步骤S7,根据锅炉主蒸汽管道不包含管道隔热层的外表面在所建空间坐标系中的 圆柱体曲线方程，即：
[0018] x2+z2=r2 (2)，
[0019] 结合直线h方程与锅炉主蒸汽管道外表面的曲线方程，得到直线1i方程与锅炉主 蒸汽管道外表面的交点B'的X、Z坐标为：
[0023] 将x、z坐标代入直线方程，求得Y坐标，即：
[0024]
[0025] B'点是由B(0, 0,r)管道蠕变后所得，B点为弹性支吊架下节刚性杆延长线与锅 炉主蒸汽管道外表面的交点；
[0026] 因此，锅炉主蒸汽管道因高温蠕变在X、Y、Z三个方向的宏观位移为：
[0029]
[0030] 考虑图像测量算法所带来的误差，各个方向的实际宏观位移dx'、dy'、dz'可表 示为：
[0031]dx' =dx+ex (9)；
[0032]dyr =dy+ey (10)；
[0033]dz'=dz+ez (11)；
[0034]其中^、\、1为误差修正因子，具体数值通过实测数据进行修正得到，从而准确计 算出锅炉主蒸汽管道在各个方向的宏观位移。
[0035] 解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0036] 专用于上述方法的锅炉主蒸汽管道3宏观位移的测量装置，其特征是包括：设立 在简化为上、下两节刚性杆和中间一节弹簧的弹性支吊架1下节的两个标记点2、在所述弹 性支吊架附近非接触地固定的对应于标记点数量的高清摄像机4,所述高清摄像机的拍摄 方向正对于各标记点，所述的高清摄像机通过由发射网桥5和接收网桥6构成的无线网桥 传输至一主控机7。
[0037] 所述的高清摄像机有若干个，网线先汇总到一个工业交换机中，再通过由发射网 桥和接收网桥构成的无线网桥传输至主控机。
[0038] 所述的标记点为圆柱体或长方体模块，表面有彩色涂层。
[0039] 所述高清摄像机为工业级高分辨率日夜型摄像机。
[0040] 本发明原理：锅炉主蒸汽管道因高温蠕变发生宏观位移时，由弹性支吊架的结构 决定了弹性支吊架会在空间中形成三段直线，如附图图2,以锅炉主蒸汽管道中心线和弹性 支吊架为Y、Z轴，二者交点为坐标系原点建立空间坐标系，管道半径r已知，则可得到锅炉 主蒸汽管道的圆柱体方程，通过双目视觉三维重构算法得到标记点在所建空间坐标系中的 坐标，根据这对标记点坐标，得到空间直线方程1:，结合管道圆柱体方程即可求得h与主蒸 汽管道的交点B'的空间坐标，故锅炉主蒸汽管道因高温蠕变在X、Y、Z方向上宏观位移即 为图2中点B'坐标与点B坐标之差的绝对值。
[0041] 加上运用实测数据估算各方向的误差因子，从而对各方向的位移进行修正，最终 准确计算出锅炉主蒸汽管道在各方向的实际位移。
[0042] 有益效果：
[0043] 本发明提出的锅炉主蒸汽管道宏观位移间接测量方法，相比于目前的离线测量系 统，具有非接触测量、应用简便、实时记录等优点，通过数字图像的采集、处理、分析、计算等 步骤，依此得到锅炉主蒸汽管道的高温蠕变量，进而评估主蒸汽管道的缺陷运行状态和剩 余寿命，提供系统预警、记录查询等功能，从而保障锅炉的安全和稳定运行。
【附图说明】
[0044]图1是本发明的锅炉主蒸汽管道宏观位移间接在线测量方法的系统结构示意图；[0045]图2是本发明中锅炉主蒸汽管道实际宏观位移计算方法示意图，以锅炉主蒸汽管 道中心线和弹性支吊架为Y、Z轴建立空间坐标系，弹簧支吊架可以分为如图所示的弹性支 吊架上中下三节，管道高温蠕变前在同一直线上，高温蠕变后变为三段直线4 1与A2为弹性 支吊架下节所选取的一对标记点，B为锅炉管道蠕变前弹性支吊架延长线与管道外表面的 交占.
[0046] 图3为测量方法流程图；
[0047] 图4为三维重构步骤流程图。
[0048] 附图标记说明：1.锅炉弹性支吊架；2.标记点；3.锅炉主蒸汽管道；4.高清摄像 机；5.发射网桥；6.接收网桥；7.主控机，8.工业交换机。
【具体实施方式】
[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0050] 见图1和图2所示，本发明的专用于上述方法的锅炉主蒸汽管道3宏观位移的