我國(guó)火力發(fā)電廠(chǎng)各種事故中鍋爐事故約占發(fā)電廠(chǎng)總事故的70%以上，而過(guò)熱器、再熱器、省煤器、水冷壁四管泄露與爆破事故在眾多事故中出現(xiàn)最多，約占鍋爐總事故的70%以上。四管泄露成為困擾火力發(fā)電廠(chǎng)安全生產(chǎn)的一大難題，容易導(dǎo)致停機(jī)、停爐，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失和增加檢修工作量，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

火電廠(chǎng)的鍋爐體積龐大，特別是超超臨界的百萬(wàn)等級(jí)鍋爐，其高度有80m左右。鍋爐內(nèi)部煤粉燃燒的環(huán)境復(fù)雜惡劣，需要在高溫高壓條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。爐膛內(nèi)防磨防爆檢查對(duì)鍋爐安全運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義。正常情況下，只在B級(jí)及以上等級(jí)檢修才搭設(shè)爐內(nèi)大型升降平臺(tái)，平時(shí)的機(jī)組臨停、臨修或C級(jí)檢修，一般不開(kāi)展此項(xiàng)工作，對(duì)鍋爐防四管泄漏非停檢查和結(jié)焦?fàn)顩r判斷失去了一次檢查、驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。如果按照傳統(tǒng)檢查方法搭設(shè)升降平臺(tái)有三個(gè)缺點(diǎn)，首先耗時(shí)長(zhǎng)，搭設(shè)爐內(nèi)升降平臺(tái)大約需要一周時(shí)間；其次成本高，搭設(shè)升降平臺(tái)耗費(fèi)大量人力物力。最后部分部位架子難搭設(shè)。所以對(duì)于小修及臨停機(jī)組來(lái)講這種方法不可取。

針對(duì)這一問(wèn)題我們提出了利用現(xiàn)有無(wú)人機(jī)在爐膛內(nèi)部飛行檢查，完成宏觀(guān)的四管防磨防爆檢查工作。為何要使用無(wú)人機(jī)？首先不用搭架子，還可抵達(dá)連搭架子也無(wú)法達(dá)到的地方，檢查速度快而安全，后續(xù)可以按初步查出的結(jié)果，利用水冷壁爬行機(jī)器人精準(zhǔn)檢測(cè)，做到有的放矢。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取針對(duì)性的解決方案，比如吹灰器運(yùn)行情況，爐內(nèi)全面的結(jié)焦情況，燃燒器噴口狀況等。

如何實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)部無(wú)人機(jī)宏觀(guān)檢查呢？在鍋爐爐腔本體的三樓人孔門(mén)處搭設(shè)臨時(shí)腳手架，或者利用在冷灰斗處搭設(shè)的簡(jiǎn)易小平臺(tái)作為儀器擺放地，檢查人員甚至可以不進(jìn)入爐內(nèi)。啟動(dòng)控制器控制飛行。 

無(wú)人機(jī)應(yīng)用范圍有哪些？

①爐膛水冷壁檢查；

②屏過(guò)、末過(guò)不易搭設(shè)腳手架區(qū)域檢查；

③吹灰器及其作用范圍的壁面、防磨瓦、管壁吹損情況檢查；

④爐腔內(nèi)部燃燒器檢查；

⑤在檢修人員進(jìn)入爐腔之前，先對(duì)爐腔進(jìn)行結(jié)焦情況檢查和判斷，為搭設(shè)腳手架平臺(tái)創(chuàng)造一個(gè)安全的環(huán)境；

⑥其它有限空間或密閉空間檢查。

因此，我公司研發(fā)設(shè)計(jì)的適應(yīng)于密閉空間的智能有線(xiàn)無(wú)人機(jī)，利用其對(duì)鍋爐爐膛內(nèi)部進(jìn)行自主飛行和高清拍攝，將影像實(shí)時(shí)傳輸至外部進(jìn)行處理，識(shí)別設(shè)備的缺陷等問(wèn)題并進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，這種采用無(wú)人機(jī)檢查的方式，解決了傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠(chǎng)針對(duì)電站鍋爐防磨防爆自動(dòng)化程度低的問(wèn)題。

1、續(xù)航能力差

續(xù)航能力不足是制約無(wú)人機(jī)在鍋爐檢修應(yīng)用的一個(gè)重大因素。電動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)因其成本低、操控簡(jiǎn)單、在復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)效果較好的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但電動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)由于飛行效率較低，在載荷指標(biāo)、航程、航時(shí)方面的短板十分明顯。目前對(duì)多款多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得出無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?yán)m(xù)航時(shí)間在15~25min之間，無(wú)法滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間的飛行，飛行過(guò)程中需預(yù)估飛行時(shí)間，否則一旦失去動(dòng)力，需中斷飛行需更換電池，而一臺(tái)電站鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)檢查通常耗時(shí)3~4h甚至更長(zhǎng)時(shí)間。為滿(mǎn)足檢查需求，通常需要攜帶多塊備用電池，檢查過(guò)程中更換電池不僅容易打亂原本的飛行計(jì)劃，而且提高了時(shí)間成本。因此，提高無(wú)人機(jī)續(xù)航能力成為無(wú)人機(jī)研發(fā)的重中之重。

2、避障能力需加強(qiáng)

鍋爐內(nèi)部存在很多突出的固定卡、溫度探針或其他細(xì)長(zhǎng)突出障礙，因其體積較小，無(wú)人機(jī)自主避障功能檢查不到時(shí)容易發(fā)生碰撞事故，影響檢查工作進(jìn)行，且容易造成無(wú)人機(jī)損壞。由于爐腔內(nèi)部沒(méi)有GPS信號(hào)，只能使用手動(dòng)操作或慣性導(dǎo)航。或者按設(shè)定的飛行軌跡，在爐腔內(nèi)部連續(xù)不斷拍攝和檢查。

3、穩(wěn)定飛行及懸停

電站鍋爐爐膛燃燒器附近為重點(diǎn)檢查區(qū)域，由于燃燒器噴嘴與外部空氣相通，爐膛為一個(gè)巨大的通風(fēng)體，自然風(fēng)的風(fēng)力較強(qiáng)，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在噴嘴附近無(wú)法靠近，或僅能觀(guān)察整個(gè)噴嘴的局部區(qū)域。

1、簡(jiǎn)介

鍋爐具有空間密閉、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，各部件橫豎不一，且部分空間極度狹小，檢查環(huán)境細(xì)小灰塵彌漫，對(duì)無(wú)人機(jī)使用壽命、導(dǎo)航定位、自主避障及相機(jī)成像質(zhì)量都是極大的挑戰(zhàn)。

目前，大部分工業(yè)用無(wú)人機(jī)采用衛(wèi)星或視覺(jué)導(dǎo)航進(jìn)行定位，但鍋爐的爐堂、尾部受熱面等均為密閉空間且空間內(nèi)光線(xiàn)較弱，存在較強(qiáng)電磁干擾，信號(hào)屏蔽嚴(yán)重，衛(wèi)星及視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)定位。本項(xiàng)目所選用無(wú)人機(jī)為四旋翼飛行器，飛控及圖傳系統(tǒng)均采用國(guó)內(nèi)成熟的先進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)，機(jī)械穩(wěn)定性好；通過(guò)多個(gè)不同方向的激光傳感器完成測(cè)距，實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)部相對(duì)位置的確定；機(jī)身外部增加圓形防護(hù)罩，以避免飛行中可能發(fā)生碰撞時(shí)無(wú)人機(jī)的損壞問(wèn)題；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高。在復(fù)雜密閉的空間，特別是鍋爐的高空、高塵、雙盲（無(wú) GPS、無(wú)光照）的工業(yè)場(chǎng)景下，無(wú)人機(jī)進(jìn)行智能飛行、高清拍攝和圖像處理，存在著諸多技術(shù)難題。下面將介紹我司研發(fā)設(shè)計(jì)專(zhuān)用于火電廠(chǎng)鍋爐爐膛檢查用的智能有線(xiàn)無(wú)人機(jī)。

2、有線(xiàn)無(wú)人機(jī)組成

①智能有線(xiàn)無(wú)人機(jī)由飛行平臺(tái)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、有線(xiàn)供電系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)組成。

②飛行平臺(tái)系統(tǒng)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器、信號(hào)處理、GPS、照明、無(wú)線(xiàn)控制等。

③圖像采集系統(tǒng)主要包括云臺(tái)、相機(jī)、傳感器、無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)取?/span>

④有線(xiàn)供電系統(tǒng)主要包括升壓穩(wěn)壓系統(tǒng)、線(xiàn)纜等。

⑤地面控制系統(tǒng)主要包括無(wú)線(xiàn)控制、GPS導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)、手機(jī)等。

圖1：智能巡檢無(wú)人機(jī)包裝圖

圖2：智能無(wú)人機(jī)飛行

3、有線(xiàn)無(wú)人機(jī)工作原理

無(wú)人機(jī)采用有線(xiàn)供電，并配備高亮度LED照明，通過(guò)遙控器操縱或者通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自主飛行，在鍋爐內(nèi)飛行到待檢查位置懸停，利用搭載的4K高清圖像采集攝像頭，對(duì)鍋爐內(nèi)部拍攝，通過(guò)WIFI傳輸模塊將實(shí)時(shí)圖像無(wú)線(xiàn)傳輸至計(jì)算機(jī)或手機(jī)觀(guān)看。以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛內(nèi)過(guò)熱器、水冷壁等的快速檢查。

4、有線(xiàn)無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)

1、無(wú)人機(jī)飛行與檢查方式

無(wú)人機(jī)具備降落觀(guān)察、指定高度懸停、沿目標(biāo)水平周向飛行、沿目標(biāo)高度上下飛行等飛行方式，攝像頭掃查方式為水平垂直掃查，仰視(俯視)掃查，側(cè)視掃查。

因攝像頭可視范圍有限，且成像邊緣畸變量較大，因此應(yīng)首先根據(jù)無(wú)人機(jī)攝像機(jī)特性確認(rèn)掃查的有效區(qū)域，確保掃查結(jié)果真實(shí)可靠。

2、無(wú)人機(jī)檢查順序

一般情況下無(wú)人機(jī)從位于爐膛或尾部受熱面?zhèn)让?/span>的爐門(mén)進(jìn)人檢查空間，進(jìn)人后應(yīng)由檢查人員根據(jù)鍋爐內(nèi)部特征判斷無(wú)人機(jī)所處位置，選擇合適的起點(diǎn)(零點(diǎn))。檢查時(shí)，可按照整體快速掃查與局部重點(diǎn)掃查相結(jié)合的方式，而在容易發(fā)生問(wèn)題或懷疑有缺陷的部位可懸停進(jìn)行重點(diǎn)掃查。

整體掃查時(shí)，無(wú)人機(jī)可呈“S”形檢查。如爐膛部分，選擇一面水冷壁墻體后，可從墻體一側(cè)沿高度方向飛行，到達(dá)頂部后折返，也可自墻體一側(cè)水平飛行至墻體另一側(cè)后折向更高位置，飛行時(shí)應(yīng)注意掃查的有效區(qū)域，飛行路線(xiàn)相鄰的兩區(qū)域應(yīng)有一定重疊，防止漏檢。

3、現(xiàn)場(chǎng)檢查

操作無(wú)人機(jī)進(jìn)行鍋爐檢查的人員必須熟悉無(wú)人機(jī)各項(xiàng)性能及飛行操作。

水冷壁管檢查管子表面結(jié)焦、磨損、腐蝕，爐墻及角部密封板與水冷壁管焊接質(zhì)量良好；密封板無(wú)變形、燒損、開(kāi)裂現(xiàn)象。

圖3：水冷壁管大面積高溫腐蝕檢查

圖4：水冷壁折焰角上爬坡與側(cè)墻部位拉裂檢查

燃燒器區(qū)域檢查管壁的沖刷和腐蝕程度；燃燒器噴口處及附近區(qū)域連接密封件焊接部位開(kāi)裂拉傷、燒損、撕裂、變形現(xiàn)象。

圖5：燃燒器火嘴噴口有無(wú)燒損、撕裂、變形檢查

吹灰器區(qū)域檢查管壁有無(wú)明顯吹損現(xiàn)象，開(kāi)裂拉傷、燒損、變形現(xiàn)象。

圖6：吹灰器四周水冷壁管吹損檢查

過(guò)熱器管屏全面檢查外壁結(jié)焦情況，管排有出錯(cuò)列現(xiàn)象，檢查各管排間距是否均勻；檢查防磨板有無(wú)脫落、燒損。

圖7：過(guò)熱器管屏外壁結(jié)焦檢查

圖8：過(guò)熱器管屏護(hù)瓦燒損檢查

圖9：過(guò)熱器管屏出列檢查

無(wú)人機(jī)檢查過(guò)程中，對(duì)鍋爐受熱面的典型部位應(yīng)以視頻、照片等方式留存。發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)應(yīng)標(biāo)明缺陷所處位置，并進(jìn)行多角度拍攝，由經(jīng)驗(yàn)豐富檢查人員判斷缺陷類(lèi)型、大小以及處理方式，對(duì)疑似缺陷存在爭(zhēng)議時(shí)，可對(duì)存疑部位改為人工檢查進(jìn)行確認(rèn)，確保不誤判。

鍋爐爐膛內(nèi)部傳統(tǒng)的檢查方法工作周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益差、危險(xiǎn)性高等，采用智能有線(xiàn)無(wú)人機(jī)檢查有著低成本、高效率、高智能、空間適用性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，能在鍋爐爐膛高效檢查工作中發(fā)揮巨大作用，這對(duì)提升傳統(tǒng)火力發(fā)電行業(yè)的智能化具有較大的價(jià)值。隨著后期研發(fā)需求，智能有線(xiàn)無(wú)人機(jī)平臺(tái)將可以搭載測(cè)厚及氧化皮檢查探頭等，可以對(duì)鍋爐進(jìn)行更加全面地檢查，從而達(dá)到代替人工的目的。