Устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара



Устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара

 


Владельцы патента RU 2522144:

Коваленко Александр Васильевич (RU)

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения параметров влажного пара. Заявлено устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара, содержащее паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито, контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей, турбулизатор потока, а также участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей. Причем устройство дополнительно содержит узел отбора пробы пара и модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру. Технический результат - повышение точности определения параметров влажного пара. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения параметров влажного пара, и может быть использовано для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара.

Уровень техники

Аналогом изобретения является устройство для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара, содержащее: паропровод с измерителем статического давления и измерителем расходного параметра потока, избирательного к параметрам паровой фазы; контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей; узел отбора пробы пара; модуль определения степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру [Патент №2444726 (RU), МПК G01N 25/60; «Устройство для контроля тепловой мощности, массового расхода, энтальпии и степени сухости потока влажного пара»; бюллетень изобретений. 2012. №7].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога:

паропровод с измерителем статического давления и измерителем расходного параметра потока, избирательного к параметрам паровой фазы;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

узел отбора пробы пара;

модуль определения степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Недостатками аналога являются:

А. Низкая точность определения расходных параметров потока влажного пара.

Б. Большое запаздывание определения степени сухости - более 25 сек.

Прототипом изобретения является устройство для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара [Патент РФ №2459198; «Устройство для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара»; Коваленко А.В.; Бюллетень изобретений. 2012. №23], содержащее:

паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

турбулизатор потока;

участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, а другой - к параметрам паровой и жидкой фаз потока;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей, с подключенными выходами измерителей;

турбулизатор потока;

участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей». Недостатком прототипа является:

А. Погрешность определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара, обусловленная отсутствием возможности определения и корректирования коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам паровой фазы, и коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам обеих фаз потока.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

А. Нормируемая точность определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара, обусловленная возможностью автоматического определения и корректирования коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам паровой фазы, и коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам обеих фаз потока.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство, содержащее:

паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

турбулизатор потока;

участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей;

содержит:

узел отбора пробы пара;

модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, выражаются следующей совокупностью признаков: «содержит:

узел отбора пробы пара;

модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру».

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Рис.1. Устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На рис.1. показана схема реализации предлагаемого устройства для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара. Это устройство содержит:

- паропровод 1 с измерителем статического давления 2 и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито 3, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито 4;

- контроллер 5 для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

- турбулизатор потока 6;

- участок постоянного сечения потока (между отметками Z-Y), расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей;

- узел отбора пробы пара 7;

- модуль определения опорных значений степени сухости 8, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Турбулизатор 6 обеспечивает «за собой» наличие турбулизированного участка потока влажного пара, на котором жидкая дисперсная фаза равномерно распределена по всему сечению потока, и скорости движения обеих фаз равны.

По сигналу измерителя статического давления 2(Рcm) определяют табличные параметры теплоносителя: ρ” - плотность паровой фазы;

ρ' - плотность жидкой фазы;

i” - энтальпию паровой фазы;

i' - энтальпию жидкой фазы.

Для неограниченного дискретного ряда моментов времени, при известных значениях коэффициентов k и kP, по измеряемым параметрам контролируемого потока Рcm, ΔР, ΔРp из системы уравнений (1), (2) получают значения истинного объемного паросодержания (α) и скорости фаз потока (ω) на гомогенизированном измерительном участке после турбулизатора:

k Δ P = α ρ ( ω ) 2 2 + ( 1 α ) ρ ( ω ) 2 2 ;                               (1)

k p Δ P p = ρ ( ω ) 2 2 ;                                                              (2)

где ΔРP - сигнал измерителя динамического разрежения;

kp - коэффициент сигнала измерителя динамического разрежения;

ΔР - сигнал измерителя динамического напора;

k - коэффициент сигнала измерителя динамического напора.

Расходная плотность потока (ρ) в пределах гомогенизированного измерительного участка соответствует «местной плотности» потока (ρмест):

ρ = ρ м е с т = α ρ + ( 1 α ) ρ ,     [ кг/м3 ]                          (4)

Для текущего (реального) момента времени вычисляют также и другие параметры потока влажного пара, а именно:

Степень сухости (χ) контролируемого потока влажного пара (определенная по параметру истинного объемного паросодержания на гомогенизированном участке):

χ = α ρ α ρ + ( 1 α ) ρ ; [ б / р ]                                                (5)

Энтальпия (i) контролируемого потока влажного пара:

i = χ i + ( 1 χ ) i ; [ к к а л / к г ]                                             (6)

Массовый расход (G) контролируемого потока влажного пара:

G = ρ 2 k p Δ P p ρ F ; [ к г / с е к ]                                         (7)

Тепловой расход (Q) контролируемого потока влажного пара (определенный по параметру истинного объемного паросодержания на гомогенизированном участке):

Q = G i ; [ к к а л / с е к ]                                                           (8)

В системе двух уравнений (1), (2) и уравнении (7) используются коэффициент измерителя, избирательного к параметрам обеих фаз (k), и коэффициент измерителя, избирательного к свойствам паровой фазы потока (kp). Эти коэффициенты определяются и корректируются системой автоматически. Такая возможность обеспечивается наличием в системе двух измерителей расходного параметра, один из которых обладает селективностью к параметрам и свойствам только паровой (газовой) фазы потока, в то время как сигнал другого измерителя формируется параметрами и свойствами обеих фаз двухфазного потока влажного пара. А также наличием турбулизатора потока, установленного перед измерительным участком, и измерителя опорных значений степени сухости.

В качестве измерителя опорных значений степени сухости (χ) могут быть использованы любые известные средства измерения, например устройство по патенту №2380694 (RU), устройство по патенту № (заявка №2011129977) или другое.

Требованием к такому (другому) устройству является: возможность получения нормируемых значений степени сухости в неограниченном дискретном ряде моментов времени.

Таким образом, для решения задачи определения коэффициентов используются уравнения вида (1), (2), (3):

k Δ P i = α i ρ i ( ω ) 2 2 + ( 1 α i ) ρ i ( ω i ) 2 2 ;                               (1)

k p Δ P p i = ρ i ( ω i ) 2 2 ;                                                                  (2)

χ i = α i ρ i α i ρ i + ( 1 α i ) ρ i ;                                                          (3) i = 1 , 2

Решение такой системы уравнений возможно на двух отличающихся по значениям «наборах» исходных данных. При этом для решения задачи получают шесть нелинейных уравнений с шестью неизвестными: α1, ω1, α2, ω2, k, kp.

При решении этой системы уравнений необходимо принимать во внимание то, что перепады давлений и статическое давление определяются без существенного запаздывания, то есть: измерение и определение значений этих параметров производится в текущий реальный момент времени. Опорные значения параметра степени сухости, в каждый текущий момент определения, формируется из параметров потока в отстающем от текущего момента интервале времени, например в интервале времени τ секунд. То есть имеет место запаздывание аргумента χ к текущему моменту времени на отрезок временного интервала τ сек. В связи с этим корректный набор данных не может быть получен на текущий момент времени. В каждом наборе данных (для решения шести уравнений вида (1), (2), (3) при i=1,2) время определения измеряемых перепадов давлений и статического давления должно быть меньше времени определения степени сухости на величину запаздыванил этого аргумента. То есть:

- Измеряемые параметры: χ 1 t 1 , χ 2 t 2 , Δ P 1 t 1 τ , Δ P 2 t 2 τ , Δ P p i t 1 τ , Δ P p i t 2 τ , ( P c m t 1 τ , P c m t 2 τ , ) .

Схема решения этой системы уравнений. По измеренным параметрам (исходного режима): - χ1 (опорное значение степени сухости) на момент времени (t1) и Pcm, ΔP1, Δ P p 1 на момент времени (t1-τ) - первый набор данных;

1. Для момента времени t1-τ из уравнения (3) определяют α1:

α 1 = χ 1 ρ 1 ρ 1 χ 1 ρ 1 + χ 1 ρ 1

2. Принимают kр=1,0 (или другой величине из области вероятных его значений).

3. Из уравнения (2) при принятом значении kp определяют скорость потока на гомогенизированном участке паропровода:

ω 1 = 2 k p Δ P P 1 ρ 1

4. Из уравнения (1), используя определенные значения kp и ω1, получают значение k:

k = [ α 1 ρ 1 + ( 1 α 1 ) ρ 1 ] ( ω 1 ) 2 2 Δ P 1

По измеренным параметрам другого (изменившегося режима): - χ2 (опорное значение степени сухости) на момент времени (t2) и, Рcm, ΔР2, Δ P p 2 на момент времени (t2-τ) - второй набор данных;

5. Для момента времени t2-τ из уравнений (1), (2), (3), при i=2, и фиксированных значениях коэффициентов kp, k, определенных по параметрам исходного режима, определяют невязку (δ) значений скорости потока, получаемых соответственно из уравнений (1) и (2):

δ = 2 k Δ P α 2 ρ 2 + ( 1 α 2 ) ρ 2 2 k Δ P p 2 ρ 2

Если значение невязки δ>|0,001|, то изменяют (увеличивают или уменьшают) принятое значение kp, например, на 0,001 и возвращаются к шагу 3 алгоритма вычисления.

Увеличивать или уменьшать значение kp на 0,001:

- если уменьшаемое больше вычитаемого и разность больше |0,001|, то увеличивать;

- если уменьшаемое меньше вычитаемого и разность больше |0,001|, то уменьшать.

Если δ<=|0,001|, то «утверждаются» значения коэффициентов kp, k и, используя систему уравнений (1), (2), а также формулы (4), (5), (6), (7), (8), вычисляют текущие значения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара.

Вычисление текущих дискретных значений параметров потока производят, например, через каждые 100 мсек.

Определение коэффициентов kр, k целесообразно выполнять при заметном изменении текущего значения любого из измеряемых параметров (например, на 5% или более) по отношению к его предшествовавшему значению на прошлом интервале времени.

Обновление значений коэффициентов возможно в любом текущем цикле опроса измеряемых параметров. Техническим критерием запуска алгоритма расчета коэффициентов является наличие исходной информации для решения: системы шести уравнений вида (1), (2), (3).

Устройство для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода влажного пара, содержащее паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито, контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей, турбулизатор потока, участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей, причем устройство также содержит узел отбора пробы пара и модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технической физике, а именно к области устройств контроля технологических параметров, и может быть использовано для контроля (определения) степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара в паропроводах АЭС, ТЭС и в паровых магистралях.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области устройств создающих поток тепловой энергии и теплоносителя с контролируемыми параметрами степени сухости, теплового и массового расходов, и может быть использовано для исследования средств контроля потока влажного пара.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области контроля параметров влажного пара, и может быть использовано для контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара в паропроводе на потоке.

Изобретение относится к устройству для определения степени сухости потока влажного пара. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области регулирования термодинамических параметров, и может быть использовано для регулирования энтальпии теплоносителя в паропроводе прямоточного парогенератора влажного пара.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области контроля технологических параметров, и может быть использовано для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области контроля параметров влажного пара, и может быть использовано для контроля тепловой мощности, массового расхода, энтальпии и степени сухости потока влажного пара.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области контроля мощности генераторов тепловой энергии, и может быть использовано для определения производительности прямоточного парогенератора влажного пара с деаэратором.

Изобретение относится к области средств измерения, а именно к устройствам, служащим для измерения степени сухости пара в системах контроля тепловых потерь в тепловых сетях, величины коэффициента полезного действия турбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения степени сухости и других термодинамических параметров влажного пара, и может быть использовано для непрерывного определения степени сухости как на объектах производства, так и на объектах потребления насыщенного и влажного пара. Устройство для определения степени сухости влажного пара содержит измеритель давления в контролируемом потоке пара, узел отбора пробы пара из контролируемого потока, линию с дросселирующим устройством от узла отбора пробы пара в проточную камеру, проточную камеру с измерителем давления и измерителем температуры. Также устройство содержит вторую проточную камеру с измерителем давления и измерителем температуры, подключенную к выходу первой камеры, линию выхода из второй камеры с измерителем расходного параметра, давления и температуры, вычислитель, к входам которого подключены выходы всех измерителей. При этом устройство также содержит сосуд, связанный с контролируемым потоком пара линией подвода пара и линией отвода смеси пара с его конденсатом, обе проточные камеры помещены в сосуд. Дополнительно устройство содержит парогенератор, а также сосуд, связанный с парогенератором линией подвода пара и линией отвода смеси пара с его конденсатом; обе проточные камеры помещены в сосуд. Техническим результатом является создание устройства, которое не оказывает гидравлического сопротивления контролируемому потоку, обеспечивается возможность монтажа, настройки, включения или отключения, а также демонтажа без остановки паропровода и без изменения режима его работы, обеспечивается возможность создания мобильного варианта установки для определения степени сухости влажного пара. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования измерителей потока насыщенного и влажного пара. Заявлен способ определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды, включающий измерение расхода, статического давления и температуры входящего в узел смешения потока перегретого пара, измерение расхода, статического давления и температуры входящего в узел смешения потока воды, измерение статического давления и температуры в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды. Способ также включает измерение динамического разрежения в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды, изменение режима течения влажного пара по параметрам теплового и/или массового расходов при сохранении значения статического давления, или пассивное ожидание момента возникновения такого обстоятельства, или выбор из памяти контроллера параметров течения влажного пара в прошлый момент времени с требуемым значением статического давления, теплового и массового расходов, определение в выбранном режиме всех параметров, измеряемых в исходном режиме, вычисление по совокупности всех измерений. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных. 1 ил.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного, насыщенного и перегретого пара в паропроводах источников, в паровых магистралях и в паропроводах нагрузки. Заявленное устройство содержит паропровод, помещенный в паропровод измерительный зонд с трубкой для измерения динамического напора и с трубкой для измерения статического давления, трубку для измерения динамического разрежения, преобразователь статического давления, преобразователь динамического напора и преобразователь динамического разрежения. Причем устройство также содержит второй измерительный зонд со второй трубкой для измерения статического давления, в который установлена трубка для измерения динамического разрежения, третью трубку для измерения статического давления в паропроводе, датчик температуры, преобразователь температуры. По сигналам преобразователей контроллер вычисляет степень сухости, энтальпию, тепловой и массовый расходы потока влажного, насыщенного и перегретого пара. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения степени сухости пара в системах контроля тепловых потерь при генерации пара, передаче его по паропроводам, определении коэффициента полезного действия турбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций. Заявленное устройство включает паропровод, входной патрубок, пароперегреватель с электронагревателем, канал измерения температуры, включенный в систему автоматического регулирования и канал измерения давления. Выход пароперегревателя через выходной патрубок соединяют с паропроводом. Во входном и выходном патрубке установлены запорные клапана. Провода питания электронагревателя и цепи управления клапанами подключены к системе автоматического регулирования. Выходной патрубок выполняется в виде трубки, заваренной на конце и расположенной по оси паропровода, а отверстия для выхода пара из пароперегревателя размещают на ее боковой поверхности. Технический результат - упрощение технических средств измерения степени сухости влажного пара и повышение точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Гигрометр // 2587519
Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для измерений объемной доли влаги (ОДВ) в газах. Гигрометр содержит кулонометрическую ячейку, источник питания и измеритель тока электролиза. Также гигрометр содержит стабилизатор расхода анализируемого газа, между штуцерами которого "Вых" (выход) и "О" (опорное давление) подключены параллельные цепи из последовательно соединенных пневмосопротивления и клапана электромагнитного, к штуцеру "Вых" стабилизатора расхода газа подключена цепь из последовательно соединенных элементов: пневмосопротивления и клапана электромагнитного, пневмоемкости и клапана электромагнитного, к пневмоемкости подключен измеритель давления с электрическим выходом, блок комбинированный. Техническим результатом является расширение области применения кулонометрических гигрометров. 1 ил.
Наверх