Способ определения массового расхода и степени сухости влажного пара в паропроводе от парогенератора Российский патент 2022 года по МПК G01F1/34 G01N25/60 

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 (ΔР_н); 10 - измеритель статического давления (Р_ст); 11 - измеритель динамического разрежения (ΔР_р); 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 (Р_ст), динамического напора (ΔР_н); динамического разрежения (ΔР_р) в потоке влажного пара. По измеряемому статическому давлению (Р_ст) 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 (χ_опор) 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 (G_num).

На интервале стационарного состояния всех измеряемых величин, как в паропроводе от парогенератора (Р_ст, ΔР_р, ΔР_н) так и в системе подачи питающей воды (G_num):

- определение фиксированного значения степени сухости влажного пара по опорному параметру степени сухости (χ_фикс=χ_опор)

- определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по параметру массового расхода питающей воды

- по определяемым величинам плотности паровой и жидкой фаз (например, статическому давлению Р_ст=64 кгс/см² соответствует =32,37 кг/м³, =753,29 кг/м³), измеряемым величинам динамического разрежения (ΔР_р=30629,76 кгс/м²), динамического напора (например, ΔР_н=30451,65 кгс/м²), фиксированного значения степени сухости (например, χ_фикс=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: S_фикс=6,73848 и k_фикс=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 S_фикс и k_фикс:

На некотором интервале времени, по текущим значениям измеряемых величин: статического давления (Р_ст=64 кгс/см²), динамического разрежения (ΔР_р=31235,81 кгс/м²), динамического напора (ΔР_н=31128,49 кгс/м²), и фиксированным значениям параметра S_фикс=6,73848, а так же параметра k_фикс=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 S_фикс 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 (χ_опор=0,974) определяется величина ее фиксированного значения (χ_фикс=χ_oпop=0,974). Затем используя системы уравнений (1б), (2б), (3б) осуществляют вычисление и фиксацию параметра S_фикс по определяемым величинам плотности паровой и плотности жидкой фаз, измеряемым величинам динамического разрежения (ΔР_р=31235,81 кгс/м²), динамического напора (ΔР_н=31128,49 кгс/м²), фиксированной величине степени сухости (χ_фикс=0,974), фиксированной величине параметра k_фикс=0,8514790:

В результате получено значение параметра S_фикс=6,545, при значении параметра k_фикс=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.

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.

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.