Способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе, с подводом тепла к отбираемой пробе пара от внешнего источника Российский патент 2021 года по МПК G01N25/60 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области определения теплофизических параметров теплоносителя воды в двухфазном ее состоянии, а именно, к области определения степени сухости влажного пара в паропроводах.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ определения степени сухости влажного пара, по патенту на изобретение №2535232 RU, включающий:

измерение статического давления и отбор пробы пара из паропровода; дросселирование отбираемой пробы в проточный объем с подводом тепла от внешнего источника; измерение давления и температуры пара на выходе проточного объема; измерение расхода отбираемой пробы пара; вычисление степени сухости в паропроводе по всем измеряемым величинам.

Прототипом изобретения является способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе по патенту на изобретение №2747081, включающий:

измерение статического давления в паропроводе, отбор и дросселирование пробы пара из паропровода в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры, тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры, определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа:

«измерение статического давления в паропроводе, отбор и дросселирование пробы пара из паропровода в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры, тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры, определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере».

Недостатком прототипа является то, что:

1. Известный способ теряет работоспособность при относительно высоком значении степени сухости (~0,94), ниже которого отбираемая проба пара после ее адиабатической трансформации не переходит в перегретое состояние. Что существенно ограничивает область использования способа-прототипа.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение является способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе, с подводом тепла к отбираемой пробе пара от внешнего источника, обеспечивающий расширение диапазона определения степени сухости,

включающий:

измерение статического давления в паропроводе, отбор и дросселирование пробы пара из паропровода в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры, тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры, определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере;

включает:

подвод тепла в проточной камере от регулируемого нагревателя в поток пробы пара, измерение текущей мощности нагревателя;

если есть перегрев и отсутствует изменение измеряемых величин - фиксацию параметра текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере;

увеличение или уменьшение текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере по отношению к фиксированному ее значению;

если есть перегрев и отсутствует изменение измеряемых величин - другую фиксацию измеряемых параметров текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере;

определение степени сухости влажного пара в паропроводе по измеряемым величинам статического давления в паропроводе, а так же фиксированным величинам текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере.

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Фиг. 1. Схема устройства для определения степени сухости влажного пара в паропроводе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фигуре 1 показана схема устройства для определения степени сухости влажного пара в паропроводе с подводом тепла к отбираемой пробе пара от внешнего источника.

Перечень элементов схемы:

паропровод 1;

узел отбора пробы пара 2 из паропровода, с трубкой отбора пробы 4, через окно - приемник пробы 3;

теплоизолированную проточную камеру 7;

узел дросселирования отбираемой пробы пара 5;

измеритель статического давления 6 в паропроводе 1;

измеритель статического давлениям 8 в камере 7;

измеритель температуры 9 в камере 7;

контроллер 10;

отключающая арматура 11 в сообщающейся с атмосферой трубке из теплоизолированной проточной камеры 7;

нагреватель 12 в камере 7;

измеритель 14 текущей мощности нагревателя 12.

Отбор пробы пара (фиг. 1) осуществляется через окно - приемник 3. Отбираемая проба пара поступает на узел дросселирования 5 в проточной камере 7. В теплоизолированной проточной камере 7 измеряют статическое давление 8 и температуру 9. В ее объеме происходит адиабатический процесс испарения жидкой фазы за счет внутренней энергии отбираемой пробы влажного пара. С целью обеспечения определения степени сухости при ее низких значениях (например, ниже 0,94) осуществляется подвод энергии от внешнего источника непосредственно в полость проточной камеры 7 к нагревателю 12.

Исходное состояние: - отключающая арматура 11 и 15 находится в открытом положении. Узел дросселирования 5 в промежуточном состоянии.

Статическое давление в паропроводе, например: =64 ата, ему соответствует температура насыщающего пара t_n=278,51°С, энтальпия паровой i^''=664,3 ккал/кг фазы, энтальпия жидкой i^'=293,6 ккал/кг фазы контролируемого потока пара.

В теплоизолированной проточной камере 7 установлен нагреватель 12 с номинальной мощностью, например, 1000 Вт, с возможностью плавного регулирования его мощности от нуля до максимума. Устанавливают мощность нагревателя, например, на ее значении 800 Вт.

Если при этом, в проточной камере 7 обнаружено отсутствие перегрева отбираемой пробы влажного пара, то для его получения потребуется отрегулировать (уменьшить) расход отбираемой пробы пара или увеличить установленную мощность нагревателя.

В примере для получения перегрева производят настройку расхода отбираемой пробы. Изменением расхода получено значение температуры отбираемой пробы пара в проточной камере равное 120.0°С.

По температуре (120.0°С) и статическому давлению (1,0 ата) - в проточной камере пар в перегретом состоянии, и отсутствует динамика измеряемых величин. Включают фиксацию параметров: текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере:

=800,0 Вт (191,0865561694291кал/с); t_проб=120.0°С; =1,0 ата.

После фиксации измеряемых параметров производят уменьшение (или увеличение) текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере (по отношению к значению зафиксированного ее значения); если есть перегрев и отсутствует динамика измеряемых величин, включают другую фиксацию измеряемых параметров: текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере:

=602,9 Вт (144,0 кал/с); t_проб=110.0°С; =1,0 ата.

Уравнение баланса тепловой мощности отбираемой пробы пара при подводе тепла=191,086556 кал/с от внешнего источника 12

где: - текущая теплота от внешнего источника;

G_проб - текущий массовый расход отбираемой пробы пара;

t_{таб_120}=648,7 ккал/кг - значение энтальпии при =1,0 ата и t_проб=120.0°С (например, из М.П. Вукалович, Теплофизические свойства воды и водяного пара, «Машиностроение», Москва, 1967 год).

В это уравнение баланса тепловой мощности производим подстановку известных и измеренных величин:

i_проб⋅G_проб+0,191086556=648,7⋅G_проб ккал/с.

Для вычисления энтальпии i_проб необходимо текущее значение массового расхода отбираемой пробы (G_проб). Или второе уравнение, не являющееся следствием первого и не вносящее новых переменных. Второе уравнение (2) представлено ниже по тексту. Принимается при этом то, что неконтролируемая переменная расхода пробы (G_проб) в двух уравнениях может быть принята неизменной величиной.

Уравнение баланса тепловой мощности отбираемой пробы при подводе тепла 144,0 кал/с от внешнего источника 12:

В это уравнение производим подстановку известных и измеренных величин:

i_проб⋅G_проб+0,144=643,9⋅G_проб ккал/с.

Из уравнений (1) и (2) определяется расход отбираемой пробы влажного пара (G_проб):

Из уравнения (1) или (2) с подстановкой G_проб=0,0097917 кг/сек определяется энтальпия отбираемой пробы пара:

В контролируемом паропроводе влажного пара измерителем 6 измеряется статическое давление (например,=64 ата). Энтальпия влажного пара в паропроводе является функцией его статического давления и степени сухости (1):

где: χ - степень сухости влажного пара в контролируемом паропроводе при текущем статическом давлении ();

i - энтальпия влажного пара в контролируемом паропроводе;

i^'' - энтальпия паровой фазы в контролируемом паропроводе;

i^' - энтальпия жидкой фазы в контролируемом паропроводе.

Энтальпия отбираемой (и адиабатически трансформируемой) из паропровода пробы пара соответствует энтальпии потока влажного пара в контролируемом паропроводе.

По полученным значениям энтальпии пара и статического давления из уравнения (3) степень сухости влажного пара в паропроводе:

Изобретение относится к области определения теплофизических параметров теплоносителя воды в двухфазном ее состоянии, а именно к области определения степени сухости влажного пара в паропроводах. Предложен способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе, с подводом тепла к отбираемой пробе пара от внешнего источника, включающий: измерение статического давления в паропроводе, отбор и дросселирование пробы пара из паропровода в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры, тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры, определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере. Способ также включает: подвод тепла в проточной камере от регулируемого нагревателя в поток пробы пара, измерение текущей мощности нагревателя; если есть перегрев и отсутствует изменение измеряемых величин - фиксацию параметра текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере; увеличение или уменьшение текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере по отношению к фиксированному ее значению; если есть перегрев и отсутствует изменение измеряемых величин - другую фиксацию измеряемых параметров текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере; определение степени сухости влажного пара в паропроводе по измеряемым величинам статического давления в паропроводе, а также фиксированным величинам текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере. Технический результат - расширение диапазона определения степени сухости влажного пара в паропроводах. 1 ил.

Способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе, с подводом тепла к отбираемой пробе пара от внешнего источника, включающий:

измерение статического давления в паропроводе, отбор и дросселирование пробы пара из паропровода в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры, тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры, определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере, при этом способ включает:

подвод тепла в проточной камере от регулируемого нагревателя в поток пробы пара, измерение текущей мощности нагревателя;

если есть перегрев и отсутствует изменение измеряемых величин - фиксацию параметра текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере;

увеличение или уменьшение текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере по отношению к фиксированному ее значению;

если есть перегрев и отсутствует изменение измеряемых величин - другую фиксацию измеряемых параметров текущей мощности нагревателя, температуры и давления в проточной камере;

определение степени сухости влажного пара в паропроводе по измеряемым величинам статического давления в паропроводе, а также фиксированным величинам текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере.