Способ определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора Российский патент 2022 года по МПК G01F1/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора, может быть использовано на парогенераторах ТЭС и АЭС.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ по патенту на изобретение №2243508 (RU), «Устройство для измерения расхода пара в паропроводе», Агеев А.Г., Блинков В.Н., и другие; включающий:

измерение в паропроводе: статического давления и перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого открыто в сторону движения потока; вычисление массового расхода по измеряемым величинам и эмпирическому коэффициенту преобразования.

Прототипом изобретения является способ определения массового расхода влажного пара по патенту на изобретение №2705520 (RU), включающий:

измерение в паропроводе статического давления и перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого - в сторону движения потока; определение плотности паровой фазы по статическому давлению; измерение степени сухости влажного пара и массового расхода питающей воды парогенератора;

на интервале стабильного состояния измеряемых величин:

фиксирование (запоминание) значения степени сухости пара и массового расхода питающей воды; определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по фиксированному значению массового расхода питающей воды; вычисление фиксированного значения функции преобразования по фиксированному значению массового расхода влажного пара, текущему значению плотности его паровой фазы, текущему значению перепада давления и значению поперечного сечения паропровода.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «измерение в паропроводе статического давления и перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого в сторону движения потока; определение плотности паровой фазы по статическому давлению; измерение степени сухости влажного пара и массового расхода питающей воды парогенератора;

на интервале стабильного состояния измеряемых величин:

фиксирование (запоминание) значения степени сухости пара и массового расхода питающей воды; определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по фиксированному значению массового расхода питающей воды; вычисление фиксированного значения функции преобразования по фиксированному значению массового расхода влажного пара, текущему значению плотности его паровой фазы, текущему значению перепада давления и значению поперечного сечения паропровода».

Однако прототип обладает недостатком:

- ограниченная возможность компенсации влияния на точность определения массового расхода не измеряемых параметров потока влажного пара, таких как: интегральная доля поперечного сечения паропровода, занимаемая паровой фазой; параметр отношения скоростей фаз; степени сухости влажного пара.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: способ определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора, включающий: измерение в паропроводе статического давления и перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого в сторону движения потока; определение плотности паровой фазы по статическому давлению; измерение степени сухости влажного пара и массового расхода питающей воды парогенератора;

на интервале стабильного состояния измеряемых величин:

фиксирование (запоминание) значения степени сухости пара и массового расхода питающей воды; определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по фиксированному значению массового расхода питающей воды; вычисление фиксированного значения функции преобразования по фиксированному значению массового расхода влажного пара, текущему значению плотности его паровой фазы, текущему значению перепада давления и значению поперечного сечения паропровода,

включает:

вычисление первой границы расхода: по текущим значениям плотности паровой фазы и перепада давления, а так же фиксированному значению функции преобразования и значению поперечного сечения паропровода; вычисление второй границы расхода: по текущим значениям плотности паровой фазы и перепада давления, фиксированному значению функции преобразования, значению поперечного сечения паропровода, а так же по фиксированному и текущему значениям степени сухости; определение массового расхода влажного пара по сумме текущих значений второй границы расхода с эмпирически определяемой долей разности текущих значений первой и второй границ расхода.

Таким образом, задача изобретения решена.

Краткое описание фигур чертежей

Фиг. 1. Схема для осуществления способа определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора.

Обозначения позиций на схеме: 1 - паропровод; 2 - зонд; 3, 5, 7 - измерительные трубки; 4, 6, 8 - окна приемники давления; 9 - измеритель перепада давления; 10 - измеритель давления; 11 - контроллер; 14 - измеритель расхода питающей воды парогенератора; 15 - измеритель степени сухости влажного пара, например, по патенту на изобретение №2705520 (RU). Изобретение может осуществляться с использованием расходомера пара по патенту на изобретение №2243508 (RU), - позиции 1, 2, - 11 на схеме.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Из анализа известной расчетной модели (1) для определения массового расхода влажного пара:

где: - функция преобразования измеряемых величин в массовый расход влажного пара;

а - интегральная доля поперечного сечения паропровода, занимаемая паровой фазой;

χ - степень сухости (отношение массового расхода паровой фазы к массовому расходу жидкой фазы);

ρ’ - плотность дисперсной жидкой фазы;

ρ^" - плотность паровой фазы;

S - отношение скорости паровой фазы к скорости жидкой фазы;

k - коэффициент, отклонения квадрата средней (по сечению потока) скорости паровой фазы (ω”) от ее значения в точке поперечного сечения паропровода, содержащей приемники измерителя перепада давления.

Технологический диапазон изменения параметров контролируемого потока пара, например: статическое давление Р_ст=5,0-8,0 МПа; массовый расход G=450,0-200,0 кг/с; степень сухости: χ=0,99-0,9.

Измеряют: статическое давление в паропроводе (Р_ст); перепад давления (ΔР) в паропроводе на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого в сторону движения потока; расход питающей воды на входе в парогенератор (G_B); степень сухости в паропроводе от парогенератора (χ), определяют плотность паровой фазы (ρ^") по статическому давлению.

На интервале стабильного состояния измеряемых величин, например, более 30 секунд наблюдают отсутствие динамики по всем измеряемым параметрам:

- статическое давление в паропроводе, Р_ст=64,0 кгс/см²;

- перепад давления ΔР в паропроводе, ΔР=71557,52 кгс/м²;

- плотность паровой фазы ρ^"=32,3729362 кг/м³ (Из таблиц «Теплофизические свойства воды и водяного пара, М.П. Вукалович, Машиностроение, М. 1967». статическому давлению Р_ст=64,0 кгс/см² соответствует плотность паровой фазы ρ^"=32,3729362 кг/м³);

- степень сухости в паропроводе от парогенератора, X=0,98;

- массовый расход питающей воды (G_B), G_B=408,3 кг/с;

- поперечное сечение паропровода F=0,2642 м.

Фиксируют значение степени сухости пара (χ^ф=χ) и массового расхода (G^ф=G_B) влажного пара; вычисляют и запоминают фиксированное значение функции преобразования (ϕ^ф) измеряемых величин в массовый расход влажного пара:

На всем интервале текущего стабильного состояния определяемые с установленной цикличностью (например, 1с) значения вычисляемых границ расхода (G_гр_₁) и (С_гр_₂), а также значение массового расхода влажного пара (G) равны его зафиксированному значению (G^ф).

На основании сравнительного анализа прототипа по отношению к аналогу установлено, что: модуль ошибки определения расхода аналогом в три раза превышает модуль ошибки определения расхода прототипом и то, что по знаку эти отклонения всегда противоположны. На этом основании, для осуществления вычисления массового расхода предлагаемым способом, принято предварительное значение эмпирической доли λ=0,25.

Наблюдают изменение степени сухости от 0,98 до 0,99. Изменение других измеряемых величин отсутствует. До момента выхода измерительной системы на это «плато» стабильного состояния и обновления значения функции преобразования используется ранее зафиксированное ее значение ϕ^ф=0,718, фиксированного значения степени сухости пара (χ^Ф=χ) и массового расхода (G^ф=G_B) влажного пара. При этом в текущем цикле значение степени сухости в паропроводе от парогенератора χ=0,99; перепада давления ΔР=72662,19 кгс/м²; статического давления Р_ст=64,0 кгс/см²; плотности паровой фазы соответствующая этому статическому давлению ρ^"=32,3729362 кг/м³.

Вычисляют значение первой границы расхода:

Вычисляют значение второй границы расхода:

Вычисляют значение массового расхода влажного пара:

Вычисляют (λ) - долю разности первой и второй границ расхода по текущему значению массового расхода G_B, по текущим величинам границ расхода С_{гр_1} и G_{гр_2}:

На текущем интервале стабильного состояния измеряемых величин по истечении 30 секунд от начальной его точки система автоматически обновляет фиксированное значение функции преобразования ϕ^ф при χ^ф=0,99; ΔР=72662,19 кгс/м²; Р_ст=64,0 кгс/см²; плотность паровой фазы ρ^"=32,3729362 кг/м³; фиксированном значении массового расхода влажного пара G^ф=408,3 кг/с:

Результат вычисления массового расхода влажного пара по обновленному значению функции ϕ^ф:

В стационарной точке после обновления ϕ^ф значения границ расхода и определяемое значение расхода влажного пара совпадают.

Из текущего состояния (χ=0,99) при неизменных значениях статического давления и массового расхода питающей воды переводят систему в новое состояние по параметру степени сухости, например χ=0,97. При этом: - перепад давления на трубках зонда в паропроводе ΔР=70461,3 кгс/м²; - степень сухости χ=0,97.

До выполнения условия стабильного состояния измерительной системы:

- Результат вычисления первой границы расхода:

- Результат вычисления второй границы расхода:

- Результат вычисления массового расхода влажного пара:

После момента выполнения условия стабильного состояния на новом уровне параметров измерительной системы:

- Определяют новое значение функции преобразования ϕ^ф:

Вычисляют долю разности первой и второй границ расхода (λ) по значению массового расхода G_B питающей воды и текущим величинам границ расхода G_{гp_1} и G_{гp_2}:

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора, может быть использовано на парогенераторах ТЭС и АЭС. Cпособ определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора включает: измерение в паропроводе статического давления и перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого - в сторону движения потока; определение плотности паровой фазы по статическому давлению; измерение степени сухости влажного пара и массового расхода питающей воды парогенератора. На интервале стабильного состояния измеряемых величин осуществляют запоминание значения степени сухости пара и массового расхода питающей воды; определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по фиксированному значению массового расхода питающей воды; вычисление фиксированного значения функции преобразования по фиксированному значению массового расхода влажного пара, текущему значению плотности его паровой фазы, текущему значению перепада давления и значению поперечного сечения паропровода. Также осуществляют вычисление первой границы расхода: по текущим значениям плотности паровой фазы и перепада давления, а также фиксированному значению функции преобразования и значению поперечного сечения паропровода; вычисление второй границы расхода: по текущим значениям плотности паровой фазы и перепада давления, фиксированному значению функции преобразования, значению поперечного сечения паропровода, а также по фиксированному и текущему значениям степени сухости; определение массового расхода влажного пара по сумме текущих значений второй границы расхода с эмпирически определяемой долей разности текущих значений первой и второй границ расхода. Технический результат – повышение точности определения параметров пара. 1 ил.

Способ определения массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора, включающий:

измерение в паропроводе статического давления и перепада давления на двух его приемниках, окно одного из которых открыто навстречу потоку, а окно другого - в сторону движения потока; определение плотности паровой фазы по статическому давлению; измерение степени сухости влажного пара и массового расхода питающей воды парогенератора;

на интервале стабильного состояния измеряемых величин:

фиксирование (запоминание) значения степени сухости пара и массового расхода питающей воды; определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по фиксированному значению массового расхода питающей воды; вычисление фиксированного значения функции преобразования по фиксированному значению массового расхода влажного пара, текущему значению плотности его паровой фазы, текущему значению перепада давления и значению поперечного сечения паропровода,

включает:

вычисление первой границы расхода: по текущим значениям плотности паровой фазы и перепада давления, а также фиксированному значению функции преобразования и значению поперечного сечения паропровода; вычисление второй границы расхода: по текущим значениям плотности паровой фазы и перепада давления, фиксированному значению функции преобразования, значению поперечного сечения паропровода, а также по фиксированному и текущему значениям степени сухости; определение массового расхода влажного пара по сумме текущих значений второй границы расхода с эмпирически определяемой долей разности текущих значений первой и второй границ расхода.