Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара Российский патент 2025 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.

Уровень техники

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 по патенту на изобретение РФ №2778209; «Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара»; опубликовано 15.08.2022 г. Бюл. №23, содержащее:

паропровод; перпендикулярный оси паропровода цилиндрический корпус зонда, с тремя каналами давления: - каналом давления со стороны движения потока, - каналом статического давления, - каналом 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;

две трубки Пито: одна, с приемником давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока, контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости влажного пара.

Недостатком прототипа является, то что:

А. Искажение динамических параметров потока пара со стороны цилиндрического корпуса зонда на сигналы не достаточно отдаленных от этого корпуса всех трех приемников давления уменьшает точность определения массового расхода и степени сухости.

Б. В прототипе отдаление приемников давления трубок Пито от поверхности корпуса зонда ограничивается растущим при этом искажением определения перепадов давления - так как статика в таком случае остается на пяте корпуса зонда.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара обеспечивающее повышение точности определения его параметров. Указанное повышение точности определения массового расхода и степени сухости (массового расходного паросодержания) влажного пара достигается тем, что, устройство, содержащее: паропровод; перпендикулярный оси паропровода цилиндрический корпус зонда, с тремя каналами давления: -каналом давления со стороны движения потока, - каналом статического давления, - каналом 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;

две трубки Пито: одна, с приемником давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока, контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости влажного пара, с целью повышения точности определения параметров пара, содержит:

параллельный оси паропровода диск, с тремя сквозными отверстиями между его поверхностями, диаметр которого не превышает диаметр корпуса цилиндрического зонда;

три трубки, соединяющие входы каналов давления на торце корпуса цилиндрического зонда в паропроводе с тремя отверстиями диска;

трубку Пито, с приемником давления со стороны движения потока, установленную на плоскости диска и подключенную через его отверстие и трубку между диском и цилиндрическим корпусом зонда к его входу в канал давления со стороны движения потока; другую трубку Пито, с приемником давления в сторону движения потока, установленную на плоскости диска и подключенную через другое его отверстие и другую трубку между диском и цилиндрическим корпусом зонда к его входу в канал давления в сторону движения потока; третье отверстие диска - приемник статического давления, соединенное с каналом статического давления цилиндрического корпуса зонда третьей трубкой между диском и цилиндрическим корпусом зонда.

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Фиг. 1. Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара (Фронтальная проекция). Фиг. 2. Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара (Профильная проекция). Фиг. 3. Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара (Горизонтальная проекция).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На рисунке фиг. 1 показана фронтальная проекция, на рисунке фиг. 2 профильная проекция, на рисунке фиг. 3 горизонтальная проекция предлагаемого устройства. Устройство устанавливается в паропровод 1 через штуцер 2 и содержит: перпендикулярный оси паропровода цилиндрический корпус зонда 3, с тремя каналами давления: - каналом давления со стороны движения потока 4, - каналом статического давления 5, - каналом давления в сторону движения потока 6;

измеритель перепада давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и канала статического давления - измеритель динамического напора 7; измеритель статического давления на выходе из канала статического давления 8; измеритель перепада давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока - измеритель динамического разрежения 9.

Две трубки Пито: одна, с приемником давления 10 со стороны движения потока; другая, с приемником давления 11 в сторону движения потока, контроллер 51 для вычисления массового расхода и степени сухости влажного пара по сигналам: измерителя статического давления 8, измерителя динамического напора 7, измерителя динамического разрежения 9.

Устройство содержит плоский диск 15 параллельный оси паропровода 1, диаметр которого равен диаметру корпуса цилиндрического зонда 3 в паропроводе, с тремя сквозными отверстиями в его плоскости соответствующими трем входам каналов давления 4, 5, 6 корпуса цилиндрического зонда. Три трубки 16, 17, 18, соединяющие входы каналов давления корпуса зонда с тремя отверстиями диска.

Трубка Пито 10 с приемником давления со стороны движения потока, соединена с каналом давления 4 корпуса цилиндрического зонда трубкой 17 между диском 15 и торцом цилиндрического корпуса зонда 3;

другая трубка Пито 11 с приемником давления в сторону движения потока, соединена с каналом давления 6 корпуса цилиндрического зонда трубкой 16 между диском и торцом цилиндрического корпуса зонда.

Приемник статического давления - отверстие 12 на плоскости диска 15 соединен с каналом 5 статического давления цилиндрического корпуса зонда трубкой 18 между диском и торцом цилиндрического корпуса зонда.

Каждый из приемников давления минимально отдален от любого другого, и все они расположены под плоскостью диска 15 - в зоне, в которой практически отсутствует возмущающее воздействие на контролируемый поток влажного пара со стороны корпуса зонда и паропровода.

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) на выходе из канала статического давления, 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. (Термодинамические свойства воды и водяного пара, М.П. Вукалович, Москва, Машгиз, 1955 год 91 стр.).

Измеряют перепад давления между выходами из канала давления со стороны движения потока и канала статического давления (динамический напор ΔР_н), например: ΔР_н=31847,01 кгс/м².

Измеряют перепад давления между выходами из канала статического давления и канала давления в сторону движения потока (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):

ω'' - скорость паровой фазы;

ω' - 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:

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара обеспечивающее повышение точности определения его параметров. Указанное повышение точности определения массового расхода и степени сухости (массового расходного паросодержания) влажного пара достигается тем, что, устройство, содержащее: паропровод; перпендикулярный оси паропровода цилиндрический корпус зонда, с тремя каналами давления: - каналом давления со стороны движения потока, - каналом статического давления, - каналом 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; две трубки Пито: одна, с приемником давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока, контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости влажного пара, с целью повышения точности определения параметров пара, содержит: параллельный оси паропровода диск, с тремя сквозными отверстиями между его поверхностями, диаметр которого не превышает диаметр корпуса цилиндрического зонда; три трубки, соединяющие входы каналов давления на торце корпуса цилиндрического зонда в паропроводе с тремя отверстиями диска; трубку Пито, с приемником давления со стороны движения потока, установленную на плоскости диска и подключенную через его отверстие и трубку между диском и цилиндрическим корпусом зонда к его входу в канал давления со стороны движения потока; другую трубку Пито, с приемником давления в сторону движения потока, установленную на плоскости диска и подключенную через другое его отверстие и другую трубку между диском и цилиндрическим корпусом зонда к его входу в канал давления в сторону движения потока; третье отверстие диска - приемник статического давления, соединенное с каналом статического давления цилиндрического корпуса зонда третьей трубкой между диском и цилиндрическим корпусом зонда.

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

паропровод; перпендикулярный оси паропровода цилиндрический корпус зонда, с тремя каналами давления:

- каналом давления со стороны движения потока,

- каналом статического давления,

- каналом 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;

две трубки Пито: одна, с приемником давления со стороны движения потока; другая, с приемником давления в сторону движения потока, контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости влажного пара,

с целью повышения точности определения параметров влажного пара, содержит:

параллельный оси паропровода диск, с тремя сквозными отверстиями между его поверхностями, диаметр которого не превышает диаметр корпуса цилиндрического зонда;

три трубки, соединяющие входы каналов давления на торце корпуса цилиндрического зонда в паропроводе с тремя отверстиями диска;

трубку Пито, с приемником давления со стороны движения потока, установленную на плоскости диска и подключенную через его отверстие и трубку между диском и цилиндрическим корпусом зонда к его входу в канал давления со стороны движения потока;

другую трубку Пито, с приемником давления в сторону движения потока, установленную на плоскости диска и подключенную через другое его отверстие и другую трубку между диском и цилиндрическим корпусом зонда к его входу в канал давления в сторону движения потока;

третье отверстие диска - приемник статического давления, соединенное с каналом статического давления цилиндрического корпуса зонда третьей трубкой между диском и цилиндрическим корпусом зонда.