專利名稱：基于變界分段能平衡的軟測(cè)量方法、多功能濕蒸汽測(cè)針及濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濕蒸汽兩相流在線測(cè)量領(lǐng)域，是一種基于變界分段能平衡的軟測(cè)量方法、多功能濕蒸汽測(cè)針及濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置,特別適用于凝汽式汽輪機(jī)排汽濕度及其它濕蒸汽兩相流的流量、截面含汽率等濕蒸汽進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
流動(dòng)濕蒸汽存在于大量工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備中，尤其是火電站汽輪機(jī)低壓級(jí)、核電站汽輪機(jī)全部級(jí)等運(yùn)行環(huán)境中。濕蒸汽中的水滴對(duì)汽輪機(jī)葉片會(huì)造成安全威脅損害安全利益，同時(shí)直接導(dǎo)致汽輪機(jī)效率降低從而損害經(jīng)濟(jì)利益。汽輪機(jī)排汽濕度的測(cè)量對(duì)于保證汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行具有極其重要的意義。目前,汽輪機(jī)排汽濕度測(cè)量方法主要有光學(xué)法、加熱法、示蹤法、微波法、電容法、光纖光柵法等。但迄今為止，尚沒有一種能夠?qū)崿F(xiàn)汽輪機(jī)排汽濕度長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的裝置應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。目前的汽輪機(jī)排汽濕度測(cè)量方法中除激光法和加熱法外,都還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。其中，激光法尚有兩大難題有待破解。一是無法給出絕對(duì)濕度，二是無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。加熱法則存在三大難題:一是作為加熱法理論基礎(chǔ)的熱平衡式因質(zhì)量流量無法準(zhǔn)確測(cè)量而無法保證測(cè)量準(zhǔn)確度,二是散熱損失難以準(zhǔn)確確定,三是測(cè)出的濕度值難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是,針對(duì)現(xiàn)有加熱法的不足,提供一種方法科學(xué)、合理,能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確測(cè)量的基于變界分段能平衡軟測(cè)量方法。并提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，適用于凝汽式汽輪機(jī)排汽濕度及其它濕蒸汽兩相流的流量、截面含汽率等濕蒸汽參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的多功能濕蒸汽測(cè)針及濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案之一是:一種基于變界分段能平衡的軟測(cè)量方法，其特征是:濕飽和蒸汽通過多功能濕蒸汽測(cè)針螺旋形等截面汽道而被連續(xù)加熱自發(fā)增容變?yōu)檫^熱蒸汽,整個(gè)過程分兩個(gè)區(qū)(段)進(jìn)行:從入口開始，濕蒸汽中的霧狀水滴隨吸熱量的增多而不斷汽化，水滴在汽液中的比例(即濕度)同步減小；當(dāng)其吸熱量增大到等于全部水滴汽化潛熱總和時(shí)，濕度為零,濕蒸汽變?yōu)楦娠柡驼羝?零濕度位置,所對(duì)應(yīng)的電加熱棒橫斷面至入口截面的直線距離被定義為汽化長(zhǎng)度,顯然，電加熱棒功率一定時(shí),汽化長(zhǎng)度完全取決于待測(cè)濕蒸汽質(zhì)量流量和濕度大小，千蒸汽進(jìn)一步受熱而升溫，變?yōu)檫^熱蒸汽，螺旋形汽道中，干蒸汽與過熱蒸汽的分界面可理想化為與流線相垂直的平面,簡(jiǎn)稱為界面,在電加熱棒功率一定時(shí)，界面位置也取決于進(jìn)口濕蒸汽質(zhì)量流量和濕度大小，由此可見,汽化長(zhǎng)度和干飽和蒸汽/過熱蒸汽的分界面位置具有同一注,它們都隨待測(cè)濕蒸汽的流量、濕度變化而變化，是謂“變界”;從蒸汽受熱過程機(jī)理分析，汽化區(qū)段中，蒸汽/霧滴兩相流中的水滴受熱蒸發(fā)屬于相變過程,其溫度和相應(yīng)的壓力均不變化；過熱區(qū)段中，干蒸汽受熱升溫，屬于單相升溫過程，兩者基于機(jī)理分析的軟測(cè)量模型應(yīng)有所區(qū)分，是謂“分段能平衡”，濕飽和蒸汽通過螺旋形等截面汽道而被連續(xù)加熱自發(fā)增容變?yōu)檫^熱蒸汽,整個(gè)加熱過程機(jī)理由下述方程組定量描述:
過熱段焓平衡:
權(quán)利要求
1.一種基于變界分段能平衡的軟測(cè)量方法，其特征是:濕飽和蒸汽通過螺旋形等截面汽道而被連續(xù)加熱自發(fā)增容變?yōu)檫^熱蒸汽,整個(gè)加熱過程機(jī)理由下述方程組定量描述: 過熱段焓平衡:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變界分段能平衡的軟測(cè)量方法,其特征是:校驗(yàn)方法分別為， (1)干飽和蒸汽焓拓的校驗(yàn):根據(jù)所述式(1)過熱段焓平衡
3.一種基于變界分段能平衡的多功能濕蒸汽測(cè)針,其特征是:它包括電加熱棒(10)，帶有均勻等螺距的外凸螺旋肋(5)的電加熱棒套管(29),多功能濕蒸汽測(cè)針外壁管(4),前傳感器座(6)和后傳感器座(7)，所述的電加熱棒(10)與電加熱棒套管(29)的內(nèi)腔以過盈配合連接，電加熱棒套管(29)上的均勻等螺距外凸螺旋肋(5)的頂端面與多功能濕蒸汽測(cè)針外壁管⑷的內(nèi)壁以過盈配合連接,多功能濕蒸汽測(cè)針外壁管⑷的入口和前傳感器座(6)以過盈配合連接,多功能濕蒸汽測(cè)針外壁管(4)的出口與后傳感器座(7)以過盈配合連接，所述的多功能濕蒸汽測(cè)針(3)整體放置于濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置(28)內(nèi)，濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置(28)嵌入多外套筒頂部(I)和外套筒法蘭蓋(8)的凹槽中固定,濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置(28)和多功能濕蒸汽測(cè)針(3)再一起由外套筒頂部(I),外套筒法蘭蓋(8)和外套筒法蘭盤(9)壓緊固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于變界分段能平衡的多功能濕蒸汽測(cè)針，其特征是:所述的均勻等螺距的外凸螺旋肋(5)的螺距為50-80mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于變界分段能平衡的多功能濕蒸汽測(cè)針，其特征是:所述的多功能濕蒸汽測(cè)針外壁管(4)沿待測(cè)濕蒸汽流動(dòng)的軸線方向由入口往出口方向依次等間距旋轉(zhuǎn)設(shè)置九個(gè)插入式溫度傳感器(12),每個(gè)均勻等螺距的外凸螺旋肋(5)的螺距距離內(nèi)平均布置三個(gè)插入式溫度傳感器(12),每旋轉(zhuǎn)120。布置一個(gè)。
6.一種濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置,其特征是:它包括等溫套管(11),等溫套管(11)內(nèi)壁和外壁上布置的膜片式溫度傳感器(13),等溫套管(11)外壁上的電加熱絲(19),多路模擬量輸入模塊(22),多路模擬量輸出模塊(24),固態(tài)調(diào)壓器(25)，通訊總線(27)，交流電源(26)和工控機(jī)(23),所述的等溫套管(11)的內(nèi)壁和外壁表面均勻焊接四至六對(duì)膜片式溫度傳感器(13),等溫套管(11)外壁緊密纏繞包覆電加熱絲(19)，等溫套管(11)內(nèi)壁和外壁間具有I 1.5mm厚的無對(duì)流薄空氣層,等溫套管(11)內(nèi)壁和外壁上布置的膜片式溫度傳感器(13)的信號(hào)線與多路模擬量輸入模塊(22)的輸入端連接，多路模擬量輸入模塊(22)的輸出端和多路模擬量輸出模塊(24)的輸入端均分別通過通訊總線(27)與工控機(jī)(23)連接，多路模擬量輸出模塊(24)的輸出端與固態(tài)調(diào)壓器(25)的輸入端連接，固態(tài)調(diào)壓器(25)的電源端與交流電源(26)連接，固態(tài)調(diào)壓器(25)的輸出端與電加熱絲(19)的引線連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置,其特征是:所述的等溫套管(11)內(nèi)壁和外壁上布置的膜片式溫度傳感 器(13)所采集到的溫度信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸給工控機(jī)(23),經(jīng)工控機(jī)(23)內(nèi)溫度控制策略程序運(yùn)算后給出控制信號(hào),控制信號(hào)經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后傳輸給固態(tài)調(diào) 壓器(25)調(diào)節(jié)電壓以控制電加熱絲(19)的加熱功率。
全文摘要
一種基于變界分段能平衡的軟測(cè)量方法、多功能濕蒸汽測(cè)針及濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置，其特點(diǎn)是多功能濕蒸汽測(cè)針由電加熱棒，帶有均勻等螺距的外凸螺旋肋的電加熱棒套管，多功能濕蒸汽測(cè)針外壁管，前傳感器座和后傳感器座組成。利用等溫套管，等溫套管內(nèi)、外壁等間距分布的溫度測(cè)點(diǎn)和計(jì)算機(jī)在線測(cè)控設(shè)備共同構(gòu)成濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置。多功能濕蒸汽測(cè)針放置于濕蒸汽吸熱量測(cè)控裝置內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)由外套筒，外套筒法蘭蓋和外套筒法蘭盤壓緊固定；基于濕蒸汽在上述結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)受熱過程機(jī)理分析，建立了軟測(cè)量模型及測(cè)量結(jié)果的在線校驗(yàn)?zāi)Ｐ?；整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于多種涉及濕蒸汽兩相流的測(cè)量領(lǐng)域尤其是凝汽式汽輪機(jī)排汽濕度測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N25/20GK103185735SQ201310073920
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者楊善讓, 趙賀, 朱玉章, 張學(xué)軍, 王升龍, 牛棚滿, 趙波, 齊兵, 付玉民, 馬士全 申請(qǐng)人:楊善讓