Переключатель каналов анализатора Советский патент 1983 года по МПК G01N25/60 

Изобретение относится к энергетик и может быть использовано при разработке влажности пара, а также при из мерениях влажности пара на тепловых и атомных электростанциях. Для регистрации влажности в узлах и элементах энергооборудования широко применяется метод дросселирования отобранной пробы влажности пара. При этом точность измерений, особенно в полях скоростей с деформированной эпюрой влажности, решающим образом зависит от представительности отбираемой пробы, обусловленной конструк тивным выполнением узла отбора пробы пара в паропроводе. Получение предст вительной пробы является сложной задачей, поскольку распределение влажности в ядре потока и в. пристенной области .существенно различается и зависит от режимных параметров течения. В практической деятельности обычн исполь-эуются пробоотборники, обеспечивающие интегральный замер влажности. Перед отбором пробы предусматривается срыв влаги со стенок паропровода и интенсивное перемешивание всего проходящего по трубе потока в специальной камере, обеспечивающей сброс пристенного слоя в ядро потока При этом отбор пробы производится трубкой полного напора из центральной части смесительной камеры. Недостатком этой конструкции явля ется необходимость сужения проходного сечения паропровода, что во-многих реальных режимах обусловит значительные гидродинаг.шческие потери. Известны пробоотборники интегральной влажности, отбирающие пробы в нескольких точках сечения паропровода и объединяющие их в общей по- , лости зонда (пробоотборника ). Конструкции подобного типа в полях с неравномерной эпюрой влалсности предопре деляют низкую точность измерений, особенно при малых степенях влажноети, по следующей причине: объединение отборов из участков с разными скоростями парового потока в общую полость зонда не позволяет обеспечить равенство скоростей отбора пробы и потока в паропроводе, т.е. выполнить условие изокинетичности во всех отборных отверстиях. Кроме того, конструктивное выполнение входа потока в зонд с большой лобовой площадью зонда допускает осаждение части взве шенной влаги На этой площади и последующее затекание ее в отверстия, что зависит от процента влажности в проб в некоторых случаях повышение точ.ности измерений может быть обеспечено дроссельным устройством с пробоотборником секторного типа. Однако и в этой конструкции не выполняется уеловие изокинетичности по высоте пробоотборника. Кроме того, устройство секторного типа отбирает до 15% рабочего тела, что в трубопроводах большого диаметра может оказаться недопустимым. Известна конструкция устройства, в которой отбор пробы осуществляется в нескольких точках, связанных с анализатором (вторичным преобразователем } автономньами каналами, а перед анализатором установлен переключатель каналов 1J. Эта конструкция непригодна для j измерения влажности пара, например, перед турбиной по следующим причинам; конструктивное выполнение переключателя каналов не обеспечивает необходимой для работы под давлением плотности (давление в паропроводах атомных электростанций в местах , замеров, влажности составляет 70 кг/см / Протечки, неизбежные в данных конструкциях резко снизили бы точность замеров, а в случае малых значений влажности (т.е. в условиях, для которых и предназначено устройство) сделали бы измерение бессмысленным из-за низкой точности. На входе в отборные ка,налы не выполняется условие изокинетичности, что определяет низкую точность замеров. Конструктивное выполнение устройства предопределяет значительные тепловые потери, что сильно снижает точность измерений. Широко известныконструкции шаровых кранов с плавакадей пробкой или плавающими кольцами, однако для анализаторов влажности они весьма сложны и ненадежны при работе на больших давлениях и температурах. В наибольшей степени требованиям коммутации пробоотборника с термодинамическим преобразователем в многоканальных анализаторах пара при измерениях в трактах с высоким давлением влажности пара отвечают переключатели типа конического многоходового крана с подъемомпробки (кран-задвижка }, который при умеренных усилиях прижатия конической пробки к корпусу обеспечивает высокую плотность переключаемых каналов. Многоходовой конический кран с подъемом пробки имеет важное преимущество;малый крутящий момент при повороте пробки, поскольку пробка поворачивается при отсутствии контакта ее с корпусом, что исключает опасность задирания уплотняющих поверхностей. Наиболее близким к изобретению является переключатель каналов анализатора влажности пара, представляющий собой вращающийся кран с проб {Ой, выполненной в виде подпружиненного цилиндрического поршня, соединен

ного коническим участком со штоком 2 .

Однако в этой конструкции усилие прижатия подпружиненной -конической пробки к корпусу обеспечивается только за вращения маховика винтовой пары, поскольку давление рабочей среды с внешней широкой стороны конической пробки, выполненной в виде поршня, и с внутренней - проточно одинаково. Кроме того, использование 0 винтрвой пары в качестве механизма прижатия снижает надежность конструкции и ухудшает быстродействие- переключения ,

Указанные недостатки приобретают t5 решаклдее значение при измерениях в условиях атомной электростанции (АЭС) где требуется высокая точность измерений ( ввиду малых уровней влажности) оперативность замеров и надежность 20 конструкции, поскольку устройство .должно работать в условиях активного пара, -

Целью изобретения является повышение, надежности работы переклгочател51,25 повышение точности и оперативности измерений степени влажности пара при использовании многоканальных анализаторов влажности.

Поставленная цель достигается тем,Q что в переключателе каналов анализатора влажности пара, представляющем собой вращающийся кран с пробкой , выполненной в виде подпружиненного цилиндрического П.ОРШНЯ, сое- . c диненного коническим участком со штоком, боковая поверхность поршня снабжена yплoтнeниeIvI, между дном цилиндра и поршнем выполнена кольцевая камера, соединенная с устройством подключения к камере источника давления, рав- ного и пониженного по сравнению с давлением н,ад поршнем.

Эта конструкция позволяет, используя отборы статического давления, дс обеспечить на входе в каждый канал анализатора выполнение условияизокинетичности.

Размещение уплотнения на боковой поверхности поршня клапана и соединение камеры за уплотнением с источни.ком низкого и высокого давления позволяет обеспечить значительное усилие, прижимающее клапан к поверхности уплотнения и исключающее возможность протечек пара и легкость пово- 55 рота клапана при переключении кдналов.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема анализатора влажности пара на фиг. 2 - конструкция переключателя. каналов анализатора,. 6Q

Установленный в паропроводе пробоотборник 1, представляющий собой мно-готочечный зонд, соединен автономными каналами 2 с дроссельнойКамерой 3, (преобразователем}. Отборники пробь

установлены в паропроводе таким об разом, что их оси находятся на средних диаметрах колец равной площади. Размещение отборников по диаметру трубы предусматривает измерение влажности и при нарушенной осевой симметрии течения (горизонтальный учнсток паропровода), Входные кромки отборников выполнены достаточно острыми (0,3 для исключения краевого эффекта, искшкающего представительност пробы, Такая толщина кромки позволяе приблизить щели отбора статического давления к входной кромке до расстояния ,5 калибра.

При этом условие изокинетичности будет соблюдаться при давлении внутри зонда несколько меньшем, чтово внешнем потоке (в паропроводе ), Соотношение этих величин подбирается : при наладке измерительного комплек , са. На входе в дроссельную камеру установлен запорный переключатель каналов 4 сигнализатора, приводимый в действие через шток дроссельной камеры приводом 5, Управление приводом осуществляется автоматически по набору заданных программ. Переключатель каналов 4 анализатора влажности пара представляет собой враща1С8Цийся кран, в корпусе б которого размещена пробка в виде клапана, состоящего из штока 7, соединенного с коническим участком 8 подпружиненного цилиндрического поршня 9, на боковой поверхности которого находится уплот непие 10, например лабиринтное. Межд дном цилиндра 11 корпуса 6 и поршнем выполнена разгрузочная кольцевая камера 12, соединенная с устройством (в данном случае системой вентилей

13и 14 ) подключения к камере сред-. ства создания давления, равного и пониженного по сравнению с давлением над поршнем, Камера 12 соединена через вентиль 13 с источником пониженного давления, а через вентиль14- с паропроводом (источник равного давления }. В нижней части установлена многоэлементная коль цевая пружина 15, центрирующая клапан и прижимающ.ая его к дну цилиндра (к седлу ) при отсутствии на клапане перепада давления. В верхней части корпуса 6 подвешены автономные импульсные линии 16 от многоточечного зонда 1, установленного в паропроводе. Каждая линия заканчивается радиальным каналом у конического участка 8 «лапана. В теле

.клапана выполнены аксиальный канал 17 и соединенный с ним радиальный канал 18, заканчивающийся у конического участка 8 клапана.

Анализатор измерения влажности работает следующим образом.

Пар из пробоотборника 1 по автономным каналам 2 поступает на вход переключателя каналов 4. В зависимости от положения клапана переключателя каналов пар из одного канала через систему отверстий в переключателе попадает в дроссельную камеру 3, где после нескольких последовательно расположенных ступеней дросселирования в измерительной камере производят замеры температуры и давлеНИН о Эти замеры и замер начального давления в паропроводе перед входом в пароотборник являются исходным для автоматического построения процесса в i-s диаграмме и вьадачи значения степени влажности пара.

Запорный переключатель каналов работает следующим образом. Поскольку переклгочатель анализатора размещен непоср едственно в стенке naponpoвода (фиг. 1), то верхняя поверхность поршня 9 постоянно находится под давлением пара в паропроводе. При закрытии вентиля 13 в камере 12 за счет протечек пара через уплотнение 10 устанавливается давление, равное давлению в паропроводе, и таким образом с клапана снимается усилие прижатия. Если в качестве уплотнения 10 применяется конструкция с выкосой герметичностью (например, с многоступенчатое манжетное, кольцевое и т.д.) то для разгрузки клапана необходимо закрытие вентиля 13 и открытие вентиля 1, что также приведет к выравниванию давления с обеих сторон поршня. После этого включается привод продольного перемещения штока дроссельной камеры. Шток сжимает кольцевую пружину 15 и приподнимает клапан из седла на 0,5 мм. Тем самым устраняется большое сопротивление повороту клапана при последующих операциях, связанное с трением на конической поверх, ности.По заданной системой управления команде привод поворота штока вращает- клапан до совпадения его радиального канала 18 с радиальным каналом соответствующей и импульсной линии 16 точки измерения.Далее шток 7,перемещаясь в осевом направлении ,освобождает кольцевую пружину 15, которая опускает клапан в седло. Закрывается вентиль 14, открывается вентиль 13 и на клапане возникает усилие, гарантирующее плотность его посадки. Система Готова для выполнения измерений. Операция зап 1рания выполняется в такой же последовательности, с той же разницей, что клапан ориентируется своим

радиальным каналом 18 в промежуток между радиальными каналами импульсных линий 16, Запирание необходимо в аварийных ситуациях и при монтажных работах в дроссельной камере преобразователя ) для исключения дополнительной арматуры. При шести положениях клапана (пять точек измерений и одно положение - запирание /, равномерно распределенных по окружности, время поворота клапана в соседнее положение составляет 5с. Описанный способом система выдает пять значений локальной влажности (по числу точек отбора ). Интегральная влажностьможет быть оценена приближенно как среднеарифметическая величина этих значений , либо более точно - по пяти локальным расходам пара с построением эпюры скорости.

Целесообразность разработки конструкции рассматриваемого устройства определяется следующими соображениями Для первой машины определенной серии турбин, когда для всех ниток паропровода и режимов работы турбоагрегате функциональная связь интегральной и локальной влажности на входе в турбину не известна, необходимо определение интегральной влажности. Для последующих машин, используя установленную связь интегральной влажности с локальной в любой точке измерения, достаточно производить измерения влажности в одной точке и выполнять автоматический пересчет интегральной влажности. Определение интегральной влажности в паропроводе может быть выполнено траверсированием эпюры влажности. Параметры свежего пара в измерении на рабочих режимах турбоагрегаэга АЭС делают исключительно сложным 70раверсирование одноточечным зондом. Установка многоточечного зонда в виде, например, гребенки предполагает либо наличие такого же количества дроссельных камер сколько точек измерений , либо одной камеры с предвключанным переключателем каналов.

Первый вариант неприменим, так как трех-четырех ниток паропровода, обычно питающих, турбины АЭС, при измерениях в.четырех точках по сечению паропровода, потребуется 12-16 одновременно работающих измерительных комплексов .

Второй вариант (одно измерительное устройство и переключатель /, если использова;ть серийную арматуру, приводит к резкому увеличению габаритов и связанным с, ним потерям тепла, снижающим точность измерений; увеличению времени измерений, вызванному необходимостью прогрева участка входной линии и арматуры после каждого переключения.

Использование известных конструкций с переключателями каналов для измерения влажности пара невозможно по приведенным выше причинам.

Недостатки, присущие указанным .вариантам определяют необходимость разработки конструкции данного устройства, позволяющего проводить многоточечные измерения одной дроссельной

камерой.

Предлагаемая конструкция позволяет оперативно и с высокой точностью 5 регистрировать степень влажности пара на входе в турбины на всех режимах работы турбоагрегатов, включая переменные, и обеспечивает высокую надежность измерительного устройства.

Конструкция переключателя анализатора влажности пара, включаемая м& входе многоступенчатого преобразователя, полностью исключает разгерметизацию паропровода высокого давления при всех эксплуатационных режимах блоков АЭС,что обеспечивает необходимую надежность для одноконтурных схем.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ КАНАЛОВ АНА|ЯИЗАТОРА влажности пара, представляющий собой вращающийся кран с проб- :кой, выполненной в виде подпружиненного цилиндрического поршня, соединенного коническим участком со штоком, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы пе« рекдпочателя, боковая поверхность поршня снабжена уплотнением, между дном цилиндра и поршнем выполнена кольце . .вая камера, соединенная с устройстве |подключения к камере средства созда5ния давления, р.авного и пониженного по сравнению с давлением над поршнем.

фиг.г