СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ И СКОРОСТЕЙ ФАЗ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА В ПАРОПРОВОДЕ ПОСЛЕ УЗЛА СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА И ВОДЫ Российский патент 2015 года по МПК G01N25/60 G01P5/00 G01F1/74 

Описание патента на изобретение RU2551386C2

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды, может быть использовано для исследования измерителей потока насыщенного и влажного пара как средство, компенсирующее отсутствие эталонных и образцовых измерителей параметров влажного пара.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе парогенератора, включающий: измерение статического давления и степени сухости пара и расхода исходной воды в двух режимах работы парогенератора, отличающихся по параметрам теплового и(или) массового расходов при сохранении значения статического давления [Патент RU №2488105, БИ №20 от 20.07.2013].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога: «измерение статического давления, изменение режима по параметрам теплового и(или) массового расходов при сохранении значения статического давления, измерение в измененном режиме всех параметров, измеряемых в исходном режиме; вычисление по совокупности всех измерений».

Недостатком аналога является:

А. Недостаточная точность определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз. Этот недостаток обусловлен недостаточной точностью определения степени сухости по отбираемой пробе пара; а также расхода пара по расходу исходной воды парогенератора.

Прототипом изобретения является способ определения тепловых и массовых расходов, а также степени сухости 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 давления и температуры в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды [Заявка RU №2011149664, МПК G01N 25/60. «Устройство для исследования средств контроля потока влажного пара», БИ №17, дата публикации 20.06.2013].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «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».

Известный способ позволяет с высокой точностью определять тепловые и массовые расходы, а также энтальпию и степень сухости в паропроводе влажного пара после узла смешения потоков перегретого пара и воды.

Однако прототип обладает недостатком:

А. Известный способ не позволяет определять истинное объемное паросодержание и скорости движения паровой и жидкой фаз потока влажного пара в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды, что ограничивает область применения известного способа. Так, например, без возможности определения текущих значений истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока невозможно исследование «константы» скольжения фаз (параметр Бенкова). Физический параметр «константа» скольжения фаз определяет отношение истинного объемного паросодержания к расходному объемному паросодержанию потока влажного пара.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, является: способ определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды. При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

А. Способ определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды, компенсирующий отсутствие эталонных и образцовых средств аттестации и исследования измерителей насыщенного и влажного пара.

Указанный технический результат достигается тем, что способ,

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;

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;

измерение (определение) в измененном (выбранном) режиме, всех параметров измеряемых в исходном режиме;

вычисление по совокупности всех измерений.

Таким образом, задача изобретения решена.

На рис. 1. показана схема устройства для осуществления способа определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды.

Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, содержит:

паропровод перегретого пара 1 с измерителем расхода 2, с измерителями статического давления 3 и температуры 4, с регулирующей и отсекающей (запирающей) арматурой 6, 8;

узел смешения потоков перегретого пара и воды 9 на участке паропровода после измерителя расхода, статического давления и температуры;

измерители статического давления 10 и температуры 11, а также измеритель динамического разрежения 5, после узла смешения;

линию подвода воды 14 к узлу смешения с измерителем расхода 15, с измерителем статического давления 16 и температуры 17, с регулирующей и отсекающей (запирающей) арматурой 18, 19;

контроллер 20, к входам которого подключены выходы всех измерителей.

В устройстве может быть использован узел смешения перегретого пара и воды показанный на схеме в известном источнике [Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций. - М.: Энергоиздат, 1986, с. 217, рис. 11.15].

В качестве датчика динамического разрежения могут быть использованы напорные трубки Пито-Прантля с приемным окном динамического разрежения, направленным по потоку пара.

Температура и давление воды, подводимой к узлу смешения, соответствует давлению насыщающих паров в отходящем от узла смешения паропроводе влажного пара.

В паропроводе, после узла смешения исходные два однофазные потока образуют двухфазный поток влажного пара. Параметры этого потока влажного пара однозначно определяются измеряемыми параметрами исходных потоков перегретого пара и воды:

1. По измеряемым значениям расхода перегретого пара, его статического давления и температуры вычисляются значения массового (Gnn) и теплового (Qnn) расходов входящего в узел смешения потока пара.

2. По измеряемым значениям расхода, статического давления и температуры во входящей линии воды вычисляются значения массового (Gводы) и теплового (Qводы) расходов входящего в узел смешения потока воды.

3. Исходя из того, что на узле смешения отсутствуют потери массы входящих в него потоков перегретого пара и воды, а тепловые потери могут быть минимизированы теплоизоляцией узлов устройства, параметры пара после узла смешения, на участке паропровода для установки исследуемых образцов с достаточной точностью, вычисляются контроллером устройства из следующих соотношений:

Массовый расход потока влажного пара после узла смешения:

где G - массовый расход влажного пара;

Gпп - массовый расход перегретого пара к узлу смешения;

Gводы - массовый расход воды к узлу смешения.

Тепловой расход с потоком влажного пара после узла смешения:

где Q - тепловой расход влажного пара;

Gпп - тепловой расход перегретого пара;

Gводы - тепловой расход с водой к узлу смешения.

Энтальпия потока влажного пара:

где i - энтальпия потока влажного пара.

Степень сухости потока влажного пара:

где x - степень сухости потока влажного пара;

i″ - энтальпия паровой фазы потока;

i′ - энтальпия жидкой фазы потока.

Значения энтальпии паровой (i″) и жидкой фаз (i′) влажного пара соответствуют статическому давлению, определяемому измерителем давления 10 после узла смешения.

Массовый расход паровой фазы потока влажного пара (G″):

Массовый расход жидкой фазы потока влажного пара (G′):

Тепловой расход с паровой фазой потока влажного пара (Q″):

Тепловой расход с жидкой фазой потока влажного пара (Q′):

Измеритель температуры (поз. 11) используют для контроля перехода перегретого потока пара во влажное состояние и обратно.

Точность определения степени сухости, массового и теплового расходов потока (и отдельных фаз) влажного пара на участке паропровода, отходящего от узла смешения, определяется по точности определения измеряемых расходов массы и тепла перегретого пара, и массы и тепла воды, подводимых к узлу смешения, а также по статическому давлению после узла смешения.

Из системы уравнений (9)…(18), в которой используются вычисляемые на текущий момент времени t значения степени сухости (xt), массового расхода (Gt) и выбранные из памяти контроллера вычисляемые параметры степени сухости (xt-τ), массового расхода (Gt-τ) момента времени t-τ в прошлом, отвечающего условию [( P t с т = P t τ с т ) и (Gt≠Gt-τ и(или) Qt≠Qt-τ)], определяются девять неизвестных параметров (αt, αt-τ, ω t ' ' , ω t τ ' ' , ω t ' , ω t τ ' , kp, ct, ct-τ) контролируемого потока:

где α - истинное объемное паросодержание;

ω″, ω′ - скорости паровой и жидкой фаз потока;

ρ″, ρ′ - плотности паровой и жидкой фаз потока;

F - площадь сечения измерительного участка паропровода;

kp - коэффициент измерителя динамического разрежения;

G - массовый расход влажного пара после узла смешения;

x - степень сухости потока влажного пара после узла смешения;

ΔPp - динамическое разрежение потока после узла смешения;

t - текущий момент времени;

t-τ - выбранный (по условию) прошлый момент времени;

с - «константа» скольжения фаз.

Эта система уравнений может быть решена вводом ограничения на статическое давление ( P t с т = P t τ с т ). Выполнение этого ограничения дает основание считать ct=ct-τ. (Зависимость параметра скольжения фаз от статического давления показана в известной книге Л. Тонг «Теплопередача при кипении и двухфазное течение», М.: Мир, 1969, 344 с.).

Алгоритм решения системы уравнений (9)…(18) может быть представлен в следующем виде:

1. Фиксируя kp в точке из области изменения этого параметра (например, kp=1,0);

2. Из уравнения (11) определяют значение ω t ' ' . Используя полученное значение ω t ' ' , из уравнения (9) определяют значение αt. Подставляя это значение αt в уравнение (10) получают значение ω t ' . Подставляя полученные значения αt, ω t ' ' , ω t ' в уравнение (12), получают значение ct при фиксированном значении kp.

3. Из уравнений (13)…(16) при фиксированном значении kp аналогичным образом получают значение ct-τ.

4. Разность значений ct и ct-τ определяет «невязку» решения при фиксированном значении kp:

ct-ct-τ=δ.

5. Если, например, абсолютное значение полученной «невязки» превышает значение ±0,0001 ( | δ | > 0,0001 ), то изменяют фиксированное значение kp и возвращаются к пункту 2 алгоритма решения задачи.

6. Если абсолютное значение полученной «невязки» не превышает значение ±0,0001 ( | δ | 0,0001 ), то «утверждаются» принятое значение kp и полученные расчетным путем значения других неизвестных параметров решаемой системы восьми нелинейных уравнений.

Таким образом, исключая время начального набора информации, например первые 20 мин работы системы, для каждого текущего момента времени t практически без запаздывания могут вычисляться истинное объемное паросодержание и скорости движения паровой и жидкой фаз потока влажного пара.

Похожие патенты RU2551386C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ И СКОРОСТЕЙ ФАЗ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА В ПАРОПРОВОДЕ ПАРОГЕНЕРАТОРА 2011
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2488105C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ, ЭНТАЛЬПИИ, ТЕПЛОВОГО И МАССОВОГО РАСХОДА ВЛАЖНОГО ПАРА 2012
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2522144C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ И СКОРОСТЕЙ ФАЗ ВЛАЖНОГО ПАРА В ПАРОПРОВОДЕ НА ПОТОКЕ 2011
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2488103C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ, ЭНТАЛЬПИИ, ТЕПЛОВОГО И МАССОВОГО РАСХОДОВ ПОТОКА ВЛАЖНОГО, НАСЫЩЕННОГО И ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА 2014
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2564451C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ, ЭНТАЛЬПИИ, ТЕПЛОВОГО И МАССОВОГО РАСХОДОВ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА 2012
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2521237C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА 2011
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2502990C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ, ЭНТАЛЬПИИ, ТЕПЛОВОГО И МАССОВОГО РАСХОДОВ ВЛАЖНОГО ПАРА 2011
RU2459198C1
Способ определения массового расхода влажного пара в паропроводе парогенератора 2018
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2705520C1
Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара 2019
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2717380C1
Способ определения массового расхода и спорадического определения степени сухости потока влажного пара в паропроводе от парогенератора 2023
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2809810C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 551 386 C2

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ И СКОРОСТЕЙ ФАЗ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА В ПАРОПРОВОДЕ ПОСЛЕ УЗЛА СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА И ВОДЫ

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.

Формула изобретения RU 2 551 386 C2

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, 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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2551386C2

Способ определения отношения истинного объемного паросодержания к объемному расходному паросодержанию потока влажного пара 1985
  • Коваленко Александр Васильевич
  • Шульман Борис Хаимович
  • Демехин Евгений Афанасьевич
SU1288568A1
RU 2011120638 A, 27.11.2012
RU 2011121705 A, 10.12.2012
RU 2011149664 А, 20.06.2013
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ, МАССОВОГО РАСХОДА, ЭНТАЛЬПИИ И СТЕПЕНИ СУХОСТИ ПОТОКА ВЛАЖНОГО ПАРА 2010
  • Коваленко Александр Васильевич
RU2444726C1
SE 8302807 A, 20.11.1984
CN 201653466 U, 24.11.2010

RU 2 551 386 C2

Авторы

Коваленко Александр Васильевич

Даты

2015-05-20Публикация

2013-08-27Подача