[發(fā)明專利]基于變界分段能平衡的軟測量方法、多功能濕蒸汽測針及濕蒸汽吸熱量測控裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310073920.1
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103185735A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 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（專利權(quán)）人: 楊善讓
• 主分類號: G01N25/60
• 分類號: G01N25/60;G01N25/20
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濕蒸汽兩相流在線測量領(lǐng)域，是一種基于變界分段能平衡的軟測量方法、多功能濕蒸汽測針及濕蒸汽吸熱量測控裝置，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)行實時在線監(jiān)測。

背景技術(shù)

流動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、核電站汽輪機(jī)全部級等運行環(huán)境中。濕蒸汽中的水滴對汽輪機(jī)葉片會造成安全威脅損害安全利益，同時直接導(dǎo)致汽輪機(jī)效率降低從而損害經(jīng)濟(jì)利益。汽輪機(jī)排汽濕度的測量對于保證汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運行具有極其重要的意義。

目前，汽輪機(jī)排汽濕度測量方法主要有光學(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)排汽濕度長期實時在線監(jiān)測的裝置應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

目前的汽輪機(jī)排汽濕度測量方法中除激光法和加熱法外，都還處于實驗室研究階段。其中，激光法尚有兩大難題有待破解。一是無法給出絕對濕度，二是無法實現(xiàn)長期在線監(jiān)測。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)確測量而無法保證測量準(zhǔn)確度，二是散熱損失難以準(zhǔn)確確定，三是測出的濕度值難以進(jìn)行實驗檢驗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，針對現(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)實時在線準(zhǔn)確測量的基于變界分段能平衡軟測量方法。并提供結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，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)行實時在線監(jiān)測的多功能濕蒸汽測針及濕蒸汽吸熱量測控裝置。

實現(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量方法，其特征是：濕飽和蒸汽通過多功能濕蒸汽測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，整個過程分兩個區(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?。划?dāng)其吸熱量增大到等于全部水滴汽化潛熱總和時，濕度為零，濕蒸汽變?yōu)楦娠柡驼羝銤穸任恢?，所對?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度，顯然，電加熱棒功率一定時，汽化長度完全取決于待測濕蒸汽質(zhì)量流量和濕度大小，干蒸汽進(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，簡稱為界面，在電加熱棒功率一定時，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，汽化長度和干飽和蒸汽/過熱蒸汽的分界面位置具有同一性，它們都隨待測濕蒸汽的流量、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，整個加熱過程機(jī)理由下述方程組定量描述：

過熱段焓平衡：

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蒸發(fā)段焓平衡：

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加熱過程熱量平衡：

過熱段：????????????????????????(3)

????蒸發(fā)段：??????????????????????????(4)

變界結(jié)構(gòu)參數(shù)方程：

????????????????????????????????????????????(5)

其中，多功能濕蒸汽測針外壁管所布置的插入式溫度傳感器之間的間距、單位長度電加熱棒加熱功率，在運行中為已知量，入口濕飽和蒸汽溫度、出口過熱蒸汽溫度和出口過熱蒸汽壓力為在線測得，相應(yīng)的出口過熱蒸汽焓由水蒸氣表確定，將式(1)、式(2)、式(3)、式(4)和式(5)聯(lián)立求解得：

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