СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА Российский патент 2013 года по МПК G01N25/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения степени сухости и других термодинамических параметров влажного пара, может быть использовано для определения степени сухости, как на объектах производства, так и на объектах потребления насыщенного и влажного пара.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ, включающий: измерение давления в контролируемом потоке пара, отбор пробы из контролируемого потока, нагрев пробы до полного испарения жидкой фазы, перегрев нагретой пробы, конденсацию перегретой пробы, измерение температуры и энергии на нагрев до полного испарения жидкой фазы, измерение температуры и энергии на перегрев, вычисление по измеряемым параметрам. [Патент Р.Ф. №1772705. Способ определения степени сухости влажного водяного пара].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога: «измерение давления в контролируемом потоке пара, отбор пробы из контролируемого потока, вычисление по измеряемым параметрам».

Недостатками аналога являются.

А. Необходимость измерения энергии на нагрев отбираемой пробы влажного пара до полного испарения ее жидкой фазы;

Б. Необходимость измерения энергии на перегрев отбираемой пробы влажного пара нагретой до полного испарения ее жидкой фазы;

В. Конденсация перегретой пробы пара.

Прототипом изобретения является способ, включающий: измерение давления в контролируемом потоке пара, отбор пробы из контролируемого потока, дросселирование отбираемой пробы в проточную камеру с объемом воды, конденсацию отбираемой пробы пара в объем воды, измерение расхода и температуры проточной воды до и после камеры, вычисление по измеряемым параметрам. (Патент РФ №2380694, Способ контроля степени сухости влажного пара).

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «измерение давления в контролируемом потоке пара, отбор пробы из контролируемого потока, дросселирование отбираемой пробы в проточную камеру, вычисление по измеряемым параметрам».

Недостатками прототипа являются

А. Конденсация отбираемой пробы влажного пара.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, является: способ определения степени сухости влажного пара.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат

А. Определение степени сухости потока влажного пара без конденсации отбираемой пробы.

Указанный технический результат достигаются тем, что:

«измеряют давление в контролируемом потоке пара, отбирают пробу пара из контролируемого потока, дросселируют отбираемую пробу в проточную камеру, вычисляют по измеряемым параметрам;

отбираемая проба пара из первой проточной камеры поступает во вторую проточную камеру; обе камеры помещены в контролируемый поток пара или в другую греющую среду; в каждой камере измеряют давление и температуру, после второй камеры измеряют расход, давление и температуру отбираемой пробы; устанавливают величину расхода по параметрам, измеряемым в первой камере».

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

«отбираемая проба пара из первой проточной камеры поступает во вторую проточную камеру; обе камеры помещены в контролируемый поток пара или в другую греющую среду; в каждой камере измеряют давление и температуру, после второй камеры измеряют расход, давление и температуру отбираемой пробы; устанавливают величину расхода по параметрам, измеряемым в первой камере».

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

На рис.1, показана схема устройства для осуществления «способа определения степени сухости влажного пара».

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На рис.1. показана схема устройства для осуществления «способа определения степени сухости влажного пара». Это устройство содержит:

- паропровод 1, с датчиком давления 2;

- узел отбора пробы пара с дросселем 9 в линии отбора;

- камеру 10 с измерителями давления 3 и температуры 4;

- камеру 11 с измерителями давления 12 и температуры 14;

- измеритель расхода отбираемой пробы пара 7, с измерителем давления 6 и измерителем температуры 5;

- клапан 8 для регулирования расхода отбираемой пробы;

- вычислитель 15 с подключенными выходами всех измерителей.

Работа устройства состоит в следующем. Регулирующим клапаном 8 устанавливают расход отбираемой пробы, при котором в камере 10 устанавливается температура пара, несущественно превышающая температуру насыщающих паров. Затем, производят малое увеличение расхода. Контролируют соответствие температуры в камере 10 температуре насыщающих ее паров. При выполнении этого условия в камере 10 происходит полное испарение жидкой фазы. То есть в камере 10 насыщенный пар.

Насыщенный пар из камеры 10 поступает в камеру 11, где происходит существенный его перегрев.

Из камеры 11 перегретая проба пара поступает в линию с измерителями температуры 5, давления 6 и расхода 7.

Во время эксперимента зарегистрированы следующие значения измеряемых параметров:

- Давление в паропроводе, (Р_пар=12,4 мПа);

- Давление в камере 10, (Р₁₀=1,4 мПа);

- Температура в камере 10, (t₁₀=200°С);

- Давление в камере 11, (Р₁₁=1,3 5 мПа);

- Температура в камере 11, (t₁₁=290°С);

- Расход в линии расходомера пробы пара, (G₇=0,06 кг/сек).

Установлен расход в линии отбора пробы с тем условием, чтобы в камере 10 был насыщенный пар (или несущественно перегретый пар).

В камере 11 при этом будет получен существенно перегретый пар.

Камеры 10 и 11 идентичны, внешние условия для этих камер идентичны, через камеры проходят равные массы отбираемой пробы влажного пара.

В камере 10 процессы испарения; на входе - две фазы (влажный пар) - на выходе одна фаза [насыщенный пар (или несущественно перегретый пар)].

В камере 11 перегрев - на входе и выходе однофазный поток.

Из паропровода в камеру 10 поступает влажный пар:

G_пробы=G''+G'=0,06 кг/с;

где G_пробы - расход пробы влажного пара из паропровода в камеру 10;

G'' - расход паровой фазы в отбираемой пробе влажного пара;

G' - расход жидкой фазы в отбираемой пробе влажного пара.

Из камеры 10 в камеру 11 поступает насыщенный пар:

G_н=0,06 кг/с;

где G_н - расход насыщенного пара из камеры 10 в камеру 11.

Из камеры 11 в линию узла расхода поступает перегретый пар:

C_n=0,06 кг/с;

где G_n - расход перегретого пара из камеры 11 на узел контроля расхода.

Разность тепловых потоков на выходе и входе камеры 11 определяет тепловой поток в пробу пара поступающий через стенки камеры 11 от греющей среды, в которую помещены камеры, например, от контролируемого потока влажного пара в паропроводе.

ΔQ₁₁=G_n·i_n-G_н·i_н=0,06*(719,5-668,4)=3,066 ккал/сек;

где Q₁₁ - тепловой поток от греющей среды в камеру 11;

i_н - энтальпия насыщенного пара из камеры 10;

i_n - энтальпия перегретого пара из камеры 11.

Тепловой поток от греющей среды в камеру 10 (Q₁₀) несколько больше теплового потока от греющей среды в камеру 11 (Q₁₁) в основном в силу разных значений температурных перепадов внутри камер и в греющей среде, например в паропроводе.

Это вытекает из идентичности материала и геометрии камер, из идентичности внешних условий (например, температура влажного пара в паропроводе соответствует давлению до полной его конденсации), а так же из того, что температура насыщенного пара в камере 10 ниже температуры перегретого пара в камере 11.

То есть: ΔQ₁₀=k·ΔQ₁₁=1,2042*3,066=3,692 ккал/сек

где k - коэффициент соответствия тепловых потоков Q₁₀ и Q₁₁.

Этот коэффициент может быть определен из следующего уравнения:

$$k=\eta \cdot \sqrt{\frac{t_{11}}{t_{10}}}=\mathrm{1,0}\cdot \sqrt{\frac{\mathrm{290,0}}{\mathrm{200,0}}}=\mathrm{1,2042};$$

где η - экспериментально определяемая поправка. В расчете принято η=1,0.

Тепловой поток с пробой влажного пара из паропровода в камеру 10

Q_пробы=G_н·i_н-ΔQ₁₀=0,06*668,4-3,692=36,412 ккал/сек;

где Q_пробы - тепловой поток с пробой влажного пара из паропровода в камеру 10. Расход паровой фазы в отбираемой из паропровода пробе:

$$G^{″}=\frac{Q_{пробы}-G_{пробы}\cdot i\text{'}}{\left(i\text{'}\text{'}-i\text{'}\right)}=\left(\mathrm{36,412}-\mathrm{0,06}*\mathrm{348,4}\right)/\left(\mathrm{648,7}-\mathrm{348,4}\right)=\mathrm{15,508}/\mathrm{300,3}=\mathrm{0,0516}кг/с;$$

где i'' - энтальпия паровой фазы в контролируемом потоке влажного пара;

i' - энтальпия жидкой фазы в контролируемом потоке влажного пара.

Степень сухости (х) влажного пара в паропроводе:

$$x=\frac{G\text{'}\text{'}}{G_{пробы}}\mathrm{0,0516}/\mathrm{0,06}=\mathrm{0,86.}$$

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения степени сухости и других термодинамических параметров влажного пара, может быть использовано для непрерывного определения степени сухости как на объектах производства, так и на объектах потребления насыщенного и влажного пара. Способ определения степени сухости влажного пара включает измерение давления в контролируемом потоке пара. Затем отбирают пробу пара из контролируемого потока, дросселируют отбираемую пробу в проточную камеру и вычисляют по измеряемым параметрам. При этом отбираемая проба пара из первой проточной камеры поступает во вторую проточную камеру. Обе камеры помещены в контролируемый поток пара или в другую греющую среду. В каждой камере измеряют давление и температуру. После второй камеры измеряют расход, давление и температуру отбираемой пробы. Затем устанавливают величину расхода по параметрам, измеряемым в первой камере. Техническим результатом изобретения является определение степени сухости потока влажного пара без конденсации отбираемой пробы. 1 ил.

Способ определения степени сухости влажного пара, включающий: измерение давления в контролируемом потоке пара, отбор пробы пара из контролируемого потока, дросселирование отбираемой пробы в проточную камеру, вычисление по измеряемым параметрам; отличающийся тем, что отбираемая проба пара из первой проточной камеры поступает во вторую проточную камеру; обе камеры помещены в контролируемый поток пара или в другую греющую среду; в каждой камере измеряют давление и температуру, после второй камеры измеряют расход, давление и температуру отбираемой пробы; устанавливают величину расхода по параметрам, измеряемым в первой камере.