论文总字数：19821字

摘 要

大型火力发电厂的水冷机组大多采用逆流式自然通风冷却塔，汽轮机组冷端特性的好坏关系到机组运行的安全性与经济性。对塔内空气流场参数进行监测，能够协助判断冷却塔的换热性能是否满足机组的要求。自然通风冷却塔体积大，塔内空气动力场和温度场较为复杂，塔内不同位置处气水比分布不均，导致温度、风速分布也不均匀。因此，单独某个位置处的参数并不能代表全塔的参数，需要对塔内的多个测点处进行测量。

本文分析了逆流式自然通风冷却塔的工作原理及塔内流场的特点，结合这些特点讨论了适用于冷却塔内的传感器选型，并对测量电路进行了简要说明。风速传感器采用了使用镀铂钨丝探针的热线式风速计；温湿度传感器采用了加装SF2保护罩的SHT20传感器；压力传感器选用集成硅压力传感器MPX4115。本文还对测量系统整体的设计规划进行了分析，讨论了硬件电路的模块布置及软件系统的流程，进行了嵌入式核心板的选型，讨论了外围电路需满足的要求，介绍了外围电路各模块的作用与特点，并对各模块的器件进行了选型。

关键词：嵌入式，热线式风速计，逆流式自然通风冷却塔

Abstract

Most of the water-cooled units of large-scale thermal power plants adopt counter-flow natural draft cooling towers. The quality of the cold end of the turbine unit is related to the safety and economy of the unit operation. The monitoring of air flow field parameters in the tower can help to determine whether the heat transfer performance of the cooling tower meets the requirements of the unit. Natural ventilation cooling towers are bulky, the aerodynamic field and temperature field inside the tower are complex, and the gas-water ratio is unevenly distributed at different locations within the tower, resulting in uneven distribution of temperature and wind speed. Therefore, the parameters at a single location do not represent the parameters of the full tower, and measurements need to be made at multiple measurement points in the tower.

This paper analyzes the working principle of the counterflow type natural draft cooling tower and the characteristics of the flow field in the tower. Based on these characteristics, the selection of sensors suitable for the cooling tower is discussed, and the measurement circuit is briefly described. The wind speed sensor chooses hot-wire anemometer with platinized tungsten wire probe; the temperature and humidity sensor chooses SHT20 sensor with an SF2 protective cover; the pressure sensor chooses integrated silicon pressure sensor MPX4115. This article also analyzes the overall design planning of the measurement system, discusses the module layout of the hardware circuit and the flow of the software system, conducts the selection of the embedded core board, discusses the requirements that the peripheral circuit must meet, and introduces the peripheral circuits. The role and characteristics of the module, and the selection of devices for each module.

KEY WORDS：embedded，hot-wire anemometer，natural draft counterflow cooling tower

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 研究的背景及意义 3

1.2 国内外研究现状分析 3

1.2.1 风速测量方法简介 3

1.2.2 冷却塔性能监测系统现状 5

1.3 本文研究内容 5

1.4 本章小结 5

第二章 冷却塔对测量的要求 6

2.1 逆流式自然通风冷却塔工作机理 6

2.2 塔内风速分布特点 6

2.3 塔内环境温度、湿度、压力特点 7

2.4 循环水的腐蚀性与结垢问题 7

2.5 塔内性能参数取样测点的布置 7

第三章 风速计的传感器部分 9

3.1 风速传感器的选择 9

3.1.1 恒流热线法 9

3.1.2 探针选型 9

3.1.3 补偿电路 9

3.1.4 校准方法 10

3.2 温湿度传感器 10

3.3 压力测量方法 11

3.4 复合传感器 12

3.5 本章小结 12

第四章 系统整体设计与开发 13

4.1 信号调理与A/D转换模块 13

4.2 ARM9嵌入式系统模块 14

4.2.1 嵌入式系统模块组成 14

4.2.2 Flash程序储存器 15

4.2.3 SDRAM数据储存器 15

4.2.4 以太网接口 15

4.2.5 外部总线接口 15

4.3 人机交互模块 16

4.4 离线数据管理模块 16

4.5 供电模块 16

4.6 软件的框架与模块 17

4.7 软件的功能流程 17

4.8 本章小结 18

第五章 总结与展望 19

致谢 20

参考文献 21

绪论

研究的背景及意义

冷却水的冷却过程是电力生产中十分重要的环节，由于水资源的缺乏和热污染问题，火力发电厂中的大型水冷机组一般采用逆流式自然通风冷却塔。逆流式自然通风冷却塔的性能直接关系到整个发电厂的工作效率，而影响到逆流式自然通风冷却塔整体性能的是换热性能，该性能又主要是受塔内空气流场的影响。如果冷却塔的换热效率降低，那么冷却后的循环水回到汽轮机凝汽器时的温度会提高，导致凝汽器的凝结效率下降从而降低真空度，造成汽轮机组整体工作效率的下降，进而造成整个设备系统的出力降低，增加发电的煤耗量，影响机组的热效率。所以实时掌握塔内空气流场参数对监测凝汽器的换热性能从而保证机组的安全性与经济性有着重要的作用。

因此，用一种监测系统来获取塔内不同位置处的流场参数(如风速、温度等)，以此准确计算冷却塔的传热传质性能，对实时跟踪冷端系统的性能，进而监控整个机组的循环热效率具有重大意义，同时也为下一步冷却塔的节能改造和优化设计奠定理论基础，提供方向指导。

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