Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара Российский патент 2022 года по МПК G01F1/34 G01N25/60 

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 потока пара в паропроводах его источников и потребителей.

Аналогом изобретения является устройство для определения расхода пара в паропроводе [Патент РФ №2243508; «Устройство для измерения расхода пара в паропроводе»; опубликовано 27.12.2004 г.], содержащее:

паропровод; в паропроводе цилиндр зонда с каналом передачи и приемником давления со стороны движения потока и с другим каналом передачи и приемником давления, направленным в сторону движения потока; приемник статического давления у стенки паропровода;

измеритель перепада давления между каналом передачи давления с его приемником со стороны движения потока и каналом передачи давления с его приемником в сторону движения потока; измеритель статического давления в паропроводе; контроллер для вычисления массового расхода.

Прототипом изобретения является устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара [Патент на изобретение РФ №2717380; «Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара»; опубликовано 23.03.2019 г.], содержащее:

паропровод, в паропроводе зонд с тремя каналами:

канал давления со стороны движения потока, канал статического давления, и канал давления в сторону движения потока; измеритель перепада давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и выходом из канала статического давления - измеритель динамического напора; измеритель статического давления на выходе из канала статического давления; измеритель перепада давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости;

подключенные к соответствующим каналам давления зонда: узкую и плоскую камеру параллельную оси паропровода, с приемником давления со стороны движения контролируемого потока; другую узкую и плоскую камеру, параллельную оси паропровода, с приемником давления в параллельной оси паропровода донной части камеры; третью узкую плоскую камеру, параллельную оси паропровода, с приемником давления в сторону движения контролируемого потока; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа:

«паропровод; в паропроводе зонд с тремя каналами - канал давления со стороны движения потока, канал статического давления и канал давления в сторону движения потока; измеритель перепада давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и канала статического давления - измеритель динамического напора;

измеритель статического давления на выходе из канала статического давления; измеритель перепада давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения;

контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости».

Недостатком прототипа является, то что:

А. Приемником статического давления является отверстие на пластине, установленной между боковыми поверхностями плоских и широких камер приемника давления со стороны движения потока и другой камеры приемника давления в сторону движения потока, оказывающих возмущающее воздействие на поток в зоне приемника статического давления. Что является причиной погрешности измерения статического давления и, соответствующей этому, неточности определения массового расхода и степени сухости влажного пара.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара, обеспечивающее повышение точности определения параметров пара. Повышение точности определения массового расхода и степени сухости влажного пара достигается тем, что устройство, содержащее паропровод, в паропроводе зонд с тремя каналами - канал давления со стороны движения потока, канал статического давления и канал давления в сторону движения потока; измеритель перепада давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и канала статического давления - измеритель динамического напора;

измеритель статического давления на выходе из канала статического давления; измеритель перепада давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения;

контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости;

с целью повышения точности определения параметров пара, зонд содержит: плоскую и параллельную оси паропровода пяту, имеющую три отверстия: одно из отверстий - вход в канал давления со стороны движения потока, другое - приемник статического давления на входе в канал статического давления, третье - вход в канал давления в сторону движения потока; содержит также две трубки Пито: одна, с приемником давления со стороны движения потока - установлена через пяту зонда на вход в его канал давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока - установлена через пяту зонда на вход в его канал давления в сторону движения потока.

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Рис. 1. Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На рис. 1. показана схема осуществления предлагаемого устройства для определения массового расхода и степени сухости влажного пара. Устройство содержит: паропровод 1; в паропроводе зонд 2 с тремя каналами - канал давления 3 со стороны движения потока, канал статического давления 4, и канал давления 5 в сторону движения потока; измеритель перепада давления 14 между выходами из канала давления 3 со стороны движения потока и выходом 4 из канала статического давления - измеритель динамического напора; измеритель статического давления 15 на выходе из канала статического давления 4; измеритель перепада давления 16 между выходами из канала статического давления 4 и канала давления 5 в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости 17.

С целью повышения точности определения параметров влажного пара, зонд 2 содержит плоскую и параллельную оси паропровода пяту 6 с тремя отверстиями:

одно из отверстий - 7, вход в канал давления 3 со стороны движения потока, другое - 8, приемник статического давления на входе в канал статического давления 4, третье - 9, вход в канал давления 5 в сторону движения потока.

Содержит также две трубки Пито: одна - 18, с приемником давления 10 со стороны движения потока, установлена через пяту 6 зонда на вход 7 в его канал давления 3 со стороны движения потока; другая - 19, с приемником давления 11 в сторону движения потока, установлена через пяту 6 зонда на вход 9 в его канал 5 давления в сторону движения потока.

Факторы повышения точности определения массового расхода и степени сухости потока влажного пара предлагаемым устройством:

Каждый из приемников давления (10, 8 и 11) минимально отдален от любого другого, и все они расположены под пятой 6 зонда - в области объема паропровода, в котором практически отсутствует возмущающее воздействие на контролируемый поток влажного пара со стороны всех его элементов.

В прототипе в зоне приемника статического давления присутствуют возмущения со стороны боковых поверхностей камеры давления со стороны движения потока и камеры давления в сторону движения потока пара.

Используемые в устройстве приемники давления являются элементами известных измерительных систем (приемник статического давления, трубка Пито с приемником давления со стороны движения потока, трубка Пито с приемником давления в сторону движения потока).

По сигналу измерителя статического давления (P_cm), например P_cm=64 кгс/см², и таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определяют: - плотность паровой фазы ρ''=32,37293623 кг/м³; - плотность жидкой фазы ρ'=753,295669 кг/м³. [М.П. Вукалович. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Машгиз, 1955. - 91 с.]

Измеряют перепад давления между трубкой давления 3 со стороны движения потока и трубкой статического давления 4 (динамический напор ΔP_н), например: ΔР_н=31847,01 кгс/м².

Измеряют перепад давления между трубкой статического давления 4 и трубкой давления в сторону движения потока 5 (динамическое разрежение ΔР_р), например: ΔР_р=32152,99 кгс/м².

Все измерения выполняются для единого момента времени. Математическая модель связи измеряемых величин контролируемого потока влажного пара с его физическими параметрами:

,

где: α - доля сечения паропровода, занимаемая паровой фазой (или, истинное объемное паросодержание):

- скорость паровой фазы;

- скорость дисперсной жидкой фазы;

k_н - коэффициент сигнала динамического напора;

k_p - коэффициент сигнала динамического разрежения;

S - параметр отношения скоростей фаз;

А_н - параметр соответствия динамического напора (ΔР_н) динамическому разрежению (ΔР_р) при условии равенства коэффициента динамического напора коэффициенту динамического разрежения (k_н=k_p). Коэффициенты k_н=k_p=0,9515 и S=6,3 получены из внешнего источника (пример их получения представлен в описании патента на изобретение №2690050 RU).

Из уравнений (1) и (2) определяют текущее значение параметра соответствия (А_н):

Из уравнения (2) скорость паровой фазы контролируемого потока:

скорость жидкой фазы:

Из уравнения (4) доля сечения паропровода, занимаемая паровой фазой (α):

Массовый расход (G):

где: F - площадь поперечного сечения паропровода (F=0,2642 м²).

Степень сухости (χ) потока влажного пара:

.

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 потока пара в паропроводах его источников и потребителей. Устройство содержит: паропровод; в паропроводе зонд с тремя каналами - канал давления со стороны движения потока, канал статического давления и канал давления в сторону движения потока; измеритель перепада давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и канала статического давления - измеритель динамического напора; измеритель статического давления на выходе из канала статического давления; измеритель перепада давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости; с целью повышения точности определения параметров пара, зонд содержит: плоскую и параллельную оси паропровода пяту, имеющую три отверстия: одно из отверстий - вход в канал давления со стороны движения потока, другое - приемник статического давления на входе в канал статического давления, третье - вход в канал давления в сторону движения потока; содержит также две трубки Пито: одна, с приемником давления со стороны движения потока - установлена через пяту зонда на вход в его канал давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока - установлена через пяту зонда на вход в его канал давления в сторону движения потока. Технический результат - повышение точности определения параметров влажного пара. 1 ил.

Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара, содержащее:

паропровод; в паропроводе зонд с тремя каналами - канал давления со стороны движения потока, канал статического давления и канал давления в сторону движения потока; измеритель перепада давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и канала статического давления - измеритель динамического напора;

измеритель статического давления на выходе из канала статического давления;

измеритель перепада давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения;

контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости;

с целью повышения точности определения параметров пара, зонд содержит: плоскую и параллельную оси паропровода пяту, имеющую три отверстия: одно из отверстий - вход в канал давления со стороны движения потока, другое - приемник статического давления на входе в канал статического давления, третье - вход в канал давления в сторону движения потока;

содержит также две трубки Пито:

одна, с приемником давления со стороны движения потока

- установлена через пяту зонда на вход в его канал давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока

- установлена через пяту зонда на вход в его канал давления в сторону движения потока.