СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ И СКОРОСТЕЙ ФАЗ ВЛАЖНОГО ПАРА В ПАРОПРОВОДЕ НА ПОТОКЕ Российский патент 2013 года по МПК G01N25/60 

Область техники, к которой относится изобретение

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.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ контроля, включающий: измерение статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения в потоке влажного пара; вычисление по совокупности всех измерений [Коваленко А.В. К вопросу разработки средств контроля теплофизических параметров потока влажного пара. - Сб. Проблемы комплексного изучения и опытно-промышленного внедрения термических методов повышения нефтеотдачи пластов. - М.: ВНИИОЭНГ, 1983, с.59-68].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога: «измерение статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения; вычисление».

Недостатком аналога является:

А. Недостаточная точность, обусловленная отсутствием контроля и компенсации возмущений от измерителей динамического напора и динамического разрежения.

Прототипом изобретения является способ контроля, включающий: измерение массового расхода, статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения в исходном режиме и в двух измененных режимах течения потока, восстановление исходного статического давления; вычисление.

[А.с. СССР №1288568; «Способ определения отношения истинного объемного паросодержания к объемному расходному паросодержанию потока влажного пара»; Коваленко А.В., Шульман Б.Х., Демехин Е.А.; приоритет от 29.01.85 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 08.10.1986 г.].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа:

«измерение статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения в исходном режиме и в двух измененных режимах течения потока, восстановление исходного статического давления; вычисление».

Недостатком прототипа является:

А. Измерение массового расхода влажного пара - на потоке этот параметр недоступен для измерения.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: способ контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара в паропроводе на потоке.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

А. Способ реализуется на потоке без измерения массового расхода влажного пара.

Указанный технический результат достигается тем, что способ, включающий: измерение статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения в исходном режиме и в двух измененных, по расходу, режимах течения потока, восстановление исходного статического давления в измененных режимах; вычисление; включает: измерение степени сухости влажного пара.

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень чертежей

Рис.1. Схема контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На рис.1 показана схема осуществления способа контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара в паропроводе на потоке.

Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, содержит:

- участок паропровода, с измерителем статического давления 1, измерителем динамического разрежения 2, измерителем динамического напора 3 и измерителем степени сухости (4);

- регулирующую задвижку (5) на входе, и регулирующую задвижку (6) на выходе участка;

- вычислитель 7.

Использование измерителей статического давления, динамического разрежения и динамического напора показано в прототипе (А.с. СССР №1288568). В качестве измерителя степени сухости может быть принято любое известное устройство, обеспечивающее выполнение этой функции (например, устройство по патенту на изобретение RU 2380694 C1).

Измеряют: статическое давление измерителем 1, динамическое разрежение - измерителем 2, динамический напор - измерителем 3, степень сухости - измерителем 4. Измерения осуществляют как в исходном режиме, так и в двух измененных дополнительных, отличающихся по массовому расходу, режимах течения потока. Истинное объемное паросодержание и скорости фаз потока вычисляют по совокупности измеряемых параметров в исходном и в дополнительных режимах из следующей системы двенадцати нелинейных уравнений:

$${\chi }_i=\frac{{\alpha }_i\cdot {\rho }_i^{\text{'}\text{'}}\cdot {\omega }_i^{\text{'}\text{'}}}{{\alpha }_i\cdot {\rho }_i^{\text{'}\text{'}}\cdot {\omega }_i^{\text{'}\text{'}}+(1-{\alpha }_i)\cdot {\rho }_i^{\text{'}}\cdot {\omega }_i^{\text{'}}};(1)$$

$$k\cdot \Delta P_i={\alpha }_i\cdot {\rho }_i^{\text{'}\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_i^{\text{'}\text{'}}\right)}^2}{2}+(1-{\alpha }_i)\cdot {\rho }_i^{\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_i^{\text{'}}\right)}^2}{2};(2)$$

$$k_p\cdot \Delta P_{pi}={\rho }_i^{\text{'}\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_i^{\text{'}\text{'}}\right)}^2}{2};(3)$$

$$c=\frac{{\alpha }_i\cdot {\omega }_i^{\text{'}\text{'}}+(1-{\alpha }_i)\cdot {\omega }_i^{\text{'}}}{{\omega }_i^{\text{'}\text{'}}}i=\mathrm{1,}\mathrm{2,}3(4)$$

где: α - истинное объемное паросодержание;

ω'', ω' - скорости паровой и жидкой фаз потока;

ρ'', ρ' - плотности паровой и жидкой фаз потока;

k - коэффициент, учитывающий возмущение от измерителя

динамического напора;

k_p - коэффициент, учитывающий возмущение от измерителя динамического разрежения;

с - параметр Бенкова (отношение истинного объемного паросодержания к объемному расходному паросодержанию);

χ - степень сухости потока влажного пара;

ΔP_p - динамическое разрежение;

ΔP - динамический напор.

В этой системе двенадцати нелинейных уравнений неизвестными являются следующие параметры: α₁, α₂, α₃, ω₁ ^'', ω₂ ^'', ω₃ ^'', ω₁ ^', ω₂ ^', ω₃ ^' k, k_p, c.

Приведенную систему уравнений можно решить следующим образом.

Фиксируя k_p в точке из области изменения этого параметра, из уравнений вида (3) находим значения ω'':

$${\omega }_i^{\text{'}}=\sqrt{\frac{2\cdot k_p\cdot \Delta P_{pi}}{{\rho }_i^{\text{'}\text{'}}}};(5)$$

Фиксируя «c» в точке из области возможного изменения этого параметра, при каждом i=1, 2, 3, находим α_i, и $${\omega }_i^{\text{'}}$$ из уравнений вида (1) и (4):

$${\alpha }_i=\frac{{\chi }_i\cdot c\cdot {\rho }_i^{\text{'}}}{{\chi }_i\cdot {\rho }_i^{\text{'}}+{\rho }_i^{\text{'}\text{'}}-{\chi }_i\cdot {\rho }_i^{\text{'}\text{'}}}(6)$$

$${\omega }_i^{\text{'}}=\frac{{\omega }^{\text{'}\text{'}}\cdot (c-{\alpha }_i)}{(1-{\alpha }_i)}(7)$$

Из уравнения (2), например, при i=3 находим значение k:

$$k=\frac{{\alpha }_3\cdot {\rho }_3^{\text{'}\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_3^{\text{'}\text{'}}\right)}^2}{2}+(1-{\alpha }_3)\cdot {\rho }_3^{\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_3^{\text{'}}\right)}^2}{2}}{\Delta P_3}(8)$$

Подставляем найденные значения параметров α₁, α₂, ω₁ ^'', ω₂ ^'', ω₁ ^', ω₂ ^'', k в уравнения вида (2) при i=1, 2.

В результате этой подстановки получаем значения «невязок» δ₁ и δ₂:

$${\delta }_1=k\cdot \Delta P_i-[{\alpha }_1\cdot {\rho }_1^{\text{'}\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_1^{\text{'}\text{'}}\right)}^2}{2}+(1-{\alpha }_1)\cdot {\rho }_1^{\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_1^{\text{'}}\right)}^2}{2}(9)$$

$${\delta }_2=k\cdot \Delta P_2-[{\alpha }_2\cdot {\rho }_2^{\text{'}\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_2^{\text{'}\text{'}}\right)}^2}{2}+(1-{\alpha }_2)\cdot {\rho }_2^{\text{'}}\cdot \frac{{\left({\omega }_2^{\text{'}}\right)}^2}{2}(10)$$

Из соотношений (5)-(8) следует, что невязки δ₁ и δ₂ являются функциями k_p и c:

$${\delta }_1={\delta }_1(k_p,\text{с})(11)$$

$${\delta }_2={\delta }_2(k_p,c)(12)$$

Таким образом, исходная задача решения системы двенадцати нелинейных уравнений с двенадцатью переменными сведена к решению следующей системы двух нелинейных уравнений:

$$|\begin{array}{l}{\delta }_1(k_p,\text{c})=0(13)\\ {\delta }_2(k_p,\text{c})=0(14)\end{array}$$

Система решается методом Ньютона с относительной погрешностью определения неизвестных k_p и c не превышающей 0,001. Решение системы сходится за 4-5 итераций. Время решения на рядовом персональном компьютере не превышает 1 с.

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. Способ контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара в паропроводе на потоке включает измерение статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения в исходном режиме и в двух измененных, по расходу, режимах течения потока, восстановление исходного статического давления в измененных режимах. Затем осуществляют вычисление, которое включает измерение степени сухости влажного пара. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности реализовать способ на потоке без измерения массового расхода влажного пара. 1 ил.

Способ контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара в паропроводе на потоке, включающий: измерение статического давления пара, динамического напора и динамического разрежения в исходном режиме и в двух измененных, по расходу, режимах течения потока, восстановление исходного статического давления в измененных режимах; вычисление; включает: измерение степени сухости влажного пара.