Способ определения температуры газа в технологическом агрегате
Сущность изобретения: через сопло вдувают в агрегат струю газа, в качестве которого используют газ, не реагирующий со средой в агрегате. Поддерживают постоянными режимы истечения струи. Измеряют характерную частоту в спектре шума струи и одновременно состав газа в агрегате. По измеренным значениям определяют температуру газовой среды. В качестве газа струи может быть использован газ того же состава , что и газовая смесь в агрегате. Вдувание газ.а может приводиться в изотермических условиях. 5 з.п. ф-лы.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5ц5 G 01 К 13/02
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
pr . Кг
/ го Kro К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4871386/10 (22) 13.08.90 (46) 07,06,93. Бюл. М 21 (71) Мариупольский металлургический институт и Мариупольский металлургический комбинат "Азовсталь" (72) Е;А.Капустин, Ф.И.Лухтура; А.В.Сущенко, M.À.Ïîæèâýíîâ, А.М.Поживанов и В.А.Сахно (56) Авторское свидетельство СССР М 119700, кл. G 01 К 11/26, 1958. Газодинамика и акустика струйных течений, — Сб. под ред. В.Г.Дулова: Новосибирск, 1987, с.96-100. Изобретение относится к технике, связанной с определениемтемпературы газа, и может быть использовано в технологических агрегатах и устройствах, где в связи .с особенностями их работы необходим конт-роль температуры газовой фазы, Цель изобретения — повышение точности в условиях быстрого изменения температуры среды в технологическом агрегате. Поставленная цель достигается тем, что в качестве газа струи используют газ, не реагирующий с газовой средой в агрегате, при отеутствии контакта струи с поверхно.стью раздела фаз в нем на начальном участке струи, длина которого не меньше 8-12 или 43-60 диаметров ее сечения на срезе сопла соответственно для дозвукового и сверхзвукового режимов истечения, параметры которых поддерживают постоянными, одновременно с измерением характерной частоты измеряют состав газа „„, Ж„„1820239 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ АГРЕГАТЕ (57) Сущность изобретения: через сопло вдувают в агрегат струю газа, в качестве которого используют газ, не реагирующий со средой в агрегате. Поддерживают постоянными режимы истечения струи. Измеряют характерную частоту в спектре шума струи и одновременно состав газа в агрегате, По измеренным значениям определяют. температуру газовой среды. В качестве газа струи может быть использован газ того же состава, что и газовая смесь в агрегате, Вдувание газа может прбводиться в изотермических условиях. 5 з.п. ф-лы.в агрегате, а температуру газа определяют по формуле где. pro,pr, Kro, Kr — молекулярный вес и показатель адиабаты, определяемые по составу газа в технологическом агрегате соответственно при начальной, заданной температуре газа и в момент, измерения характерной частоты в спектре шума струи; fry — характерная частота в спектре шума при температуре Tro. Вдувание газовой струл могут проводить в иэотермических условиях при равенстве начальной температуры газа в агрегате температуры торможения струи. В качестве газа струи может испол ьзоваться газ того же 1820239 состава, что и газовая среда в технологическом агрегате. В качестве характерной частоты акустического спектра струи используют частоту, соответствующую максимальной величине общего уровня шума струи, частоту, соответствующую максимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотне-, ний, частоту любого тона с интенсивностью; превышающей уровень шума на близких частотах в спектре шума струи. При истечении струй в окружающее пространство формируется слой смешения их с окружающей средой, который представляет собой набор вихревых структур (мод), конвертируемых вдоль струи с характерными скоростью и масштабом, который ; соответствует определенной частоте в спектре шума струи . Развитие слоя смешения струи является. отражением параметров струи на срезе сопла и параметров окружающей среды. При неизменных параметрах струи на срезе сопла (температуре торможения, полном располагаемом перепаде давления и состава истекающего газа) по изменению слоя смешения.струи, т.е. по изменению спектра шума последней, можно судить об изменении параметров окру.жающей среды, например ее температуры. Зная величину. характерной частоты f« акустического спектра при известных температуре Tro и составе pro и Кго газовой фазы в любой момент времени то и с помощью замера нового значения этой характерной частоты fr акустического спектра струи в момент времени r при неизменных параметрах ее истечения (температуры торможения, полного располагаемого перепада давления и составе истекающего газа) и определения состава газовой фазы pr u Kr в этот момент времени, можно определить температуру газовой фазы из выражения pr . Кг(fr )з / ro . Kro fro На начальном участке струи генерируется максимальный уровень шума. При контакте его с поверхностью раздела фаз (сплошные поверхности газ-жидкость или газ-твердое), а также в случае протекания химических реакций, например горения, на этом участке струи возможно изменение, например, подавления интенсивности характернОй частоты в спектре шума струи, что существенно затрудняет контроль частоты па спектру и может привести с неприемлемым погрешностям измерений. Как показали проведенные экспериментальные исследования, длина начального участка струи газа, не реагирующего с газовой фазой и не контактирующего с поверхностями раздела фаз, зависит от начальных условий и режимных параметров их истечения, Однако если длина этого участка составляет не менее 8-12 диаметров начального сечения для дозвуковых струй и "0 43-60 для сверхзвуковых, то наличие (даже изменяющей свое положение во времени) преграды в струе не приводит к искажению спектра шума свободной струи. Определение характерной частоты аку-, .15 стического спектра струи при условиях изотермического истечения последней,(при температуре газовой фазы Т«, равной температуре торможения струи) позволяет провести тарировку вне агрегата; например в 20 лабораторных условиях. При использовании для определения температур по предлагаемому. способу дозвуковых газовых струй, обычно имеющих максимальную интенсивность шума поряд25 ка 100 ДБ, контроль характерной частоты в спектре их шума затруднен, т.к. общий уровень шума некоторых технологических агре-. гатов имеет более высокую интенсивность. Более того, при использовании дозвуковых 30 струй контроль температуры может осуществляться только по частоте, соответствующей максимальной величине интенсивности общего уровня шума. Использование сверхзвуковых струй, интенсивность шума (осо35 бенно дискретных тонов); которые гораздо выше интенсивности общего шума агрегатов, позволяют повысить и надежность контроля. При определении температуры газовой 40 фазы по предлагаемому способу в качестве характерной частоты может быть выбрана любая частота, соответствующая ярко выраженной (точечной) амплитуде в спектре, по которой удобно осуществлять контроль с не45 обходимой точностью, Кроме частоты, сооТ ветствующей максимальной интенсивности общего уровня шума, в качестве характерной частоты в спектре шума сверхзвуковой струи для этих целей может быть исполь50 зована также частота. соответствующая максимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотнений,. или частота любого высокого тона (дискретного тона) с интенсивностью, превышающей уровень шума на близких частотах в спектре. Предлагаемый способ определения температуры газа осуществляется следующим образом. 8 технологическом агрегате устанавливают стационарное или периодически вво1820239 димое в.,него сопло или используют одно иэ существующих (технологических) сопел, через которое в газовую фазу агрегата вдувают струю инертного по отношению к последней газа, не контактирующую с поверхностями. раздела фаэ на расстоянии 812 диаметров ее сечения на срезе сопла до дозвуковых режимов истечения или 43-60 диаметров для сверхзвуковых. В любой. момент времени to, при котором известны температура Т«ю состав (мо-. лекулярный вес,иго и показатель адиабаты K«) газовой фазы агрегата с помощью микрофона и анализатора спектра шума измеряют .значение fro характерной частоты в спектре шума струи. Для определения нового значения температуры Tr газовой фазы в любой другой момент времени t c помощью указанного известного устройства измеряют значение fr этой характерной частоты в спектре шума струи при неизменных параметрах ее истечения (температуры торможения, полного располагаемого перепада давления и состава истекающего газа); Одновременно с замером fr с помо(цью известного устройства, например газоанализатора, производят замер состава газовой фазы. По известному составу газовой фазы с помощью известных зависимостей или таблиц справочных данных. определяют ее молекулярный вес pr и показатель адиабаты Кг(беэ учета его зависимости оттемпературы). По указанной формуле определяют значение температуры Tr и затем, используя известную температурную зависимость Кг от Tr, по этой же формуле определяют значение Тг методом последовательного приближения до необходимой степени точности. Использование микропроцессорной техники позволяет осуществить.совокупность приведенных операций за доли секунды. П р и м. е р. Для контроля температуры газовой фазы по предлагаемому способу в газоотводящем тракте кислородного конвертера, где был установлен стационарный пробоотборник газа масс-спектрометра (погрешность определения 11 компонентов газа 0,5%) с вмонтированной хромельалюмелевой термопарой для определения температуры газов, было установлено калиброванное коническое сопло Лаваля (с числом Маха сопла Ма = 2,0), защищенное .от эрозийного и теплового воздействия при, помощи водяного охлаждения. Сверхзвуковая струя воздуха свободно (без контакта с поверхностями раздела фаз) истекала в последнюю. Полный располагаемый перепад давлений поддерживался постоянным в процессе измерения и составлял По = 7, температура торможения струи То = 300К. При условии изотермического истечения (To = Т,) сверхзвуковой струи в газ того же 5 состава (воздух) частота дискретного тока f,,выбранная s качестве характерной и измеренная с помощью. микрофона, который устанавливался в водоохлаждаемом волноводе, с последующим анализом сигна10 ла на анализаторе составила 26 кГц. Замеренные частоты fr. температура Tr и состав (молекулярный вес рг и показатель адиабаты Кг) с помощью масс-спектрометра в области начального сечения струи 15 составили fr = 39,1 кГц; Tr = 1204 К; ,и»= 31,2 кг/кмоль; Кг = 1,288. Рассчитанная по fr температура газовой фазы составила Tr = 1195 К Предлагаемый способ обеспечивает 20 точное определение температуры агрессивных газовых сред благодаря исключению необходимости постоянного учета геометрических и режимных параметров струи и может использоваться в широком диапаэо25 не значений температур газовой фазы, перекрывающем соответствующие рабочие диапазоны для большинства технологических агрегатов. Формула изобретения 30 1. Способ определения температуры газа в технологическом агрегате, включающий вдувание в него через сопло газовой струи и измерение характерной частоты fr в спектре шума струи, отличающийся тем, 35 что, с целью повышения точности в условиях быстрого изменения температуры среды в технологическом агрегате, в качестве газа струи используют газ, не реагирующий с газовой средой в агрегате, при отсутствии 40 контакта струи с поверхностью раздела фаз . в нем на начальном участке струи, длина которого не меньше 8-12 или 43 — 60 диаметров ее сечения на срезе сопла, соответственно для дозвукового и сверхзвукового 45 режимов. истечения, параметры которых поддерживают постоянными с измерением характерной частоты измеряют состав газа в агрегате, а температуру газа Тг определяют по формуле Т,=Т,. " К (" ) pro Kro fro где,и«,pr, К«, Кг — молекулярная масса и показатель адиабаты, определяемые по составу газа в технологическом агрегате соответственно, Rðè начальной, заданной температуре Т«газа и в момент измерения характерной частоты в спектре шума струи; 1820239 Составитель Н. Соловьева Техред М.Моргентал Корректор С, Лисина Редактор Заказ 2024 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 f< — характерная частота в спектре шума струи при температуре Т о. 2. Способ по и. 1, отл ича ю щийея тем, что вдувание газовой струи проводят в изотермических условиях при равенстве на- S чальной температуры газа.в агрегате температуре торможения струи. 3. Способ по.пп. 1.и 2, о т л и ч э ю щ ий с я тем, что в качестве газа струи используют газ того же состава, что и газовая среда 10 в технологическом агрегате. 4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в качестве характерной частоты используют частоту, соответствующую максимальной спектральной интенсивности шума струи. 5. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что.в качестве характерной частоты используют частоту, соответствующую максимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотнений. 6. Способ по пп. 1-3, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что.в качестве характерной частоты используют частоту любого тона с интенсивностью, превышающей уровень шума на близких ей частотах в спектре шума струи.
