Способ определения массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора
Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения теплофизических параметров влажного пара воды, может быть использовано для определения ее массового расхода, степени сухости и других параметров пара в паропроводах ТЭС, АЭС, или отдельных генерирующих пар агрегатов. Отличительной особенностью способа определения массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора является предварительное определение опорного параметра степени сухости сторонним методом, и последующие этапы. На интервале стационарного состояния всех измеряемых величин, как в паропроводе от парогенератора, так и в системе подачи питающей воды: определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости, определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по параметру массового расхода питающей воды. По определяемым величинам плотности паровой и жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения, динамического напора, фиксированного значения степени сухости и фиксированного значения массового расхода влажного пара: вычисление и фиксацию отношения динамического разрежения в контролируемой точке поперечного сечения потока влажного пара к усредненной величине этого параметра по поперечному сечению потока влажного пара (параметр k), вычисление и фиксацию отношения усредненных по сечению скоростей паровой и жидкой фаз влажного пара (параметр S). На интервале стационарного состояния измеряемых величин в паропроводе от парогенератора при нестационарности измеряемых величин в системе подачи питающей воды: определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости, вычисление и фиксацию параметра S по определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения, динамического напора, фиксированной величине степени сухости, фиксированной величине параметра k; вычисление массового расхода и степени сухости влажного пара, по: определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз, измеряемой величине динамического разрежения, измеряемой величине динамического напора, фиксированной величине параметра k, фиксированной величине параметра S. Технический результат – повышение точности определения текущих значений массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора. 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения теплофизических параметров влажного пара воды, может быть использовано для определения ее массового расхода, степени сухости и других параметров пара в паропроводах ТЭС, АЭС, или отдельных генерирующих пар агрегатов.
Аналогом изобретения является способ по патенту на изобретение №2690050 (RU): «Способ определения отношения усредненных скоростей фаз и отношения динамического разрежения в контролируемой точке поперечного сечения потока влажного пара к усредненному значению этого параметра по сечению потока при известных значениях массового расхода и степени сухости», включающий:
- измерение статического давления, динамического разрежения в точке поперечного сечения контролируемого потока, измерение динамического напора в непосредственной близости от точки измерения динамического разрежения.
Прототипом изобретения является «Способ определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора», по патенту на изобретение РФ №2705520, включающий:
измерение в паропроводе статического давления; измерение перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого - в сторону движения потока; измерение степени сухости влажного пара; измерение массового расхода питающей воды парогенератора; определение плотности паровой фазы влажного пара по измеряемому статическому давлению.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «измерение статического давления на его приемнике в паропроводе,
измерение перепада давления на двух его приемниках давления в паропроводе,
измерение массового расхода питающей воды парогенератора,
определение плотности паровой и плотности жидкой фаз влажного пара по
статическому давлению,
определение опорного параметра степени сухости сторонним методом»
Однако прототип обладает недостатками:
1. Осуществляется определение только массового расхода.
2. Для достижения приемлемой точности его определения необходимо дополнительно использовать сигнал текущего значения степени сухости от стороннего измерителя.
3. Не определяется текущее значение степени сухости и других параметров влажного пара, например: скоростей фаз, интегральной доли поперечного сечения занимаемой паровой фазой в поперечном сечении потока влажного пара.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: Способ определения массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора, включающий:
измерение статического давления на его приемнике в паропроводе,
измерение перепада давления на двух его приемниках давления в паропроводе,
измерение массового расхода питающей воды парогенератора,
определение плотности паровой и плотности жидкой фаз влажного пара по статическому давлению,
определение опорного параметра степени сухости сторонним методом,
включает: то что, окно одного из двух приемников давления, перепада давления определяющего динамическое разрежение, открыто в сторону движения потока, а окно другого его приемника давления открыто в плоскости параллельной оси паропровода;
измерение другого перепада давления определяющего динамический напор, окно одного приемника давления которого, открыто навстречу потоку, а окно другого его приемника давления открыто в плоскости параллельной оси паропровода;
на интервале стационарного состояния всех измеряемых величин, как в паропроводе от парогенератора, так и в системе подачи питающей воды:
- определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости,
- определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по параметру массового расхода питающей воды;
- по определяемым величинам плотности паровой и жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения, динамического напора, фиксированного значения степени сухости и фиксированного значения массового расхода влажного пара:
вычисление и фиксацию отношения динамического разрежения в контролируемой точке поперечного сечения потока влажного пара к усредненной величине этого параметра по поперечному сечению потока влажного пара (параметр k),
вычисление и фиксацию отношения усредненных по сечению скоростей паровой и жидкой фаз влажного пара (параметр S); на интервале стационарного состояния измеряемых величин в паропроводе от парогенератора при не стационарности измеряемых величин в системе подачи питающей воды:
- определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости,
- вычисление и фиксацию параметра S по определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения, динамического напора, фиксированной величине степени сухости, фиксированной величине параметра к; вычисление массового расхода и степени сухости влажного пара, по:
- определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз,
- измеряемой величине динамического разрежения, - измеряемой величине динамического напора, - фиксированной величине параметра k, - фиксированной величине параметра S. Таким образом, задача изобретения решена.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Схема осуществления способа определения массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора.
Обозначения на схеме: 1 - паропровод; 2 - цилиндр зонда; 3 - трубка приемника давления со стороны движения потока; 4 - трубка приемника статического давления; 5 - трубка приемника давления в сторону движения потока; 6 - приемник давления со стороны движения потока; 7 - приемник статического давления; 8 - приемник давления в сторону движения потока; 9 - измеритель динамического напора (ΔРн); 10 - измеритель статического давления (Рст); 11 - измеритель динамического разрежения (ΔРр); 12 - контроллер для обработки сигналов измерителей и вычисления параметров влажного пара; 14 - измерительная система расхода питающей воды парогенератора; 15 - измерительная система определения степени сухости, например по патенту на изобретение №2747081. Элементы схемы 1, 2 - 12 соответствуют измерителю параметров пара по патенту на изобретение №2717380 RU.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В паропроводе парогенератора, осуществляется измерение статического давления (Рст), динамического напора (ΔРн); динамического разрежения (ΔРр) в потоке влажного пара. По измеряемому статическому давлению (Рст) определяется плотность дисперсной жидкой (ρ) фазы и, плотность ее несущей паровой 
фазы.
Способом по патенту на изобретение №2747081 RU осуществляется определение опорного параметра степени сухости (χопор) влажного пара (допускается определение опорного параметра влажного пара только на интервалах стационарного состояния измеряемых величин в паропроводе от парогенератора); средствами парогенератора измеряется массовый расход питающей воды (Gnum).
На интервале стационарного состояния всех измеряемых величин, как в паропроводе от парогенератора (Рст, ΔРр, ΔРн) так и в системе подачи питающей воды (Gnum):
- определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости (χфикс=χопор)
- определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по параметру массового расхода питающей воды 
- по определяемым величинам плотности паровой и жидкой фаз (например, статическому давлению Рст=64 кгс/см2 соответствует 
=32,37 кг/м3, 
=753,29 кг/м3), измеряемым величинам динамического разрежения (ΔРр=30629,76 кгс/м2), динамического напора (например, ΔРн=30451,65 кгс/м2), фиксированного значения степени сухости (например, χфикс=0,96) и фиксированного значения массового расхода контролируемого потока влажного пара (например, 
кг/с): вычисление и фиксацию отношения динамического разрежения в контролируемой точке поперечного сечения потока влажного пара к усредненной величине этого параметра по поперечному сечению потока влажного пара (параметр k), вычисление и фиксацию отношения усредненных скоростей паровой и жидкой фаз влажного пара (параметр S).
Вычисление осуществляется с использованием системы уравнений (1), (2), (3), (4):
где: α - интегральная доля сечения паровой фазы в поперечном сечении потока влажного пара;
- средняя по сечению потока скорость паровой фазы влажного пара;
S - отношение усредненных по сечению скоростей паровой и жидкой фаз влажного пара (параметр S);
k - отношение динамического разрежения в контролируемой точке поперечного сечения потока влажного пара к усредненной величине этого параметра по поперечному сечению потока влажного пара (параметр k);
F=0,2642 м2 - площадь сечения паропровода.
Решением этой системы уравнений, по значениям измеряемых величин, для выбранного момента времени, определяются все неизвестные величины: α=0,98807;
=47,1421 м/с; S=6,73848; k=0,8514790. Величины (k) и (S) фиксируются: Sфикс=6,73848 и kфикс=0,8514790.
После определения и фиксации, на текущем интервале стационарного состояния всех измеряемых величин, до момента последующего обновления на следующем интервале стационарного состояния осуществляются вычисления текущего значения массового расхода (G) и степени сухости (χ) влажного пара в паропроводе парогенератора, с использованием уравнений (1a), (2a), (3а), (4a) по текущим значениям измеряемых величин статического давления, динамического разрежения и динамического напора, а так же фиксированным значений параметров Sфикс и kфикс:
На некотором интервале времени, по текущим значениям измеряемых величин: статического давления (Рст=64 кгс/см2), динамического разрежения (ΔРр=31235,81 кгс/м2), динамического напора (ΔРн=31128,49 кгс/м2), и фиксированным значениям параметра Sфикс=6,73848, а так же параметра kфикс=0,8514790 из системы уравнений (1а, 2а, 3а и 4а) наблюдается постоянство значений измеряемых параметров в паропроводе и вычисляемых значений: χ=0,976, G=414,21 кг/с.
Способ обладает возможностью переопределять параметр Sфикс на интервале стационарного состояния измеряемых величин в паропроводе от парогенератора при не стационарности измеряемых величин в системе подачи питающей, воды.
В последующий момент, когда этот интервал получает статус интервала стационарного состояния измеряемых величин в паропроводе от парогенератора при не стационарности измеряемых величин в системе подачи питающей воды. При этом: по опорному значению степени сухости (χопор=0,974) определяется величина ее фиксированного значения (χфикс=χoпop=0,974). Затем используя системы уравнений (1б), (2б), (3б) осуществляют вычисление и фиксацию параметра Sфикс по определяемым величинам плотности паровой 
и плотности жидкой 
фаз, измеряемым величинам динамического разрежения (ΔРр=31235,81 кгс/м2), динамического напора (ΔРн=31128,49 кгс/м2), фиксированной величине степени сухости (χфикс=0,974), фиксированной величине параметра kфикс=0,8514790:
В результате получено значение параметра Sфикс=6,545, при значении параметра kфикс=0,8514790,
вычисление массового расхода и степени сухости влажного пара, по:
- определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз,
- измеряемой величине динамического разрежения,
- измеряемой величине динамического напора,
- фиксированной величине параметра k,
- фиксированной величине параметра S.
Вычисление массового расхода и степени сухости влажного пара осуществляется с использованием системы уравнений (1), (2), (3), (4): G=415,00 кг/с, χ=0,974.
Способ определения массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора, включающий:
измерение статического давления на его приемнике в паропроводе,
измерение перепада давления на двух его приемниках давления в паропроводе,
измерение массового расхода питающей воды парогенератора,
определение плотности паровой и плотности жидкой фаз влажного пара по статическому давлению,
определение опорного параметра степени сухости сторонним методом,
включает: то, что окно одного из двух приемников давления, перепада давления, определяющего динамическое разрежение, открыто в сторону движения потока, а окно другого его приемника давления открыто в плоскости, параллельной оси паропровода;
измерение другого перепада давления, определяющего динамический напор, окно одного приемника давления которого открыто навстречу потоку, а окно другого его приемника давления открыто в плоскости, параллельной оси паропровода;
на интервале стационарного состояния всех измеряемых величин, как в паропроводе от парогенератора, так и в системе подачи питающей воды:
- определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости,
- определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по параметру массового расхода питающей воды;
- по определяемым величинам плотности паровой и жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения, динамического напора, фиксированного значения степени сухости и фиксированного значения массового расхода влажного пара:
вычисление и фиксацию отношения динамического разрежения в контролируемой точке поперечного сечения потока влажного пара к усредненной величине этого параметра по поперечному сечению потока влажного пара (параметр k),
вычисление и фиксацию отношения усредненных по сечению скоростей паровой и жидкой фаз влажного пара (параметр S); на интервале стационарного состояния измеряемых величин в паропроводе от парогенератора при не стационарности измеряемых величин в системе подачи питающей воды:
- определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости,
- вычисление и фиксацию параметра S по определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения, динамического напора, фиксированной величине степени сухости, фиксированной величине параметра k;
вычисление массового расхода и степени сухости влажного пара,
по:
- определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз,
- измеряемой величине динамического разрежения,
- измеряемой величине динамического напора,
- фиксированной величине параметра k,
- фиксированной величине параметра S.
