Способ определения координаты точки закипания теплоносителя в канале-нагревателе Советский патент 1984 года по МПК G01N25/08 

2. Способ по п. 1, о т щ и и с я тем, что спектр руемых флюктуации давления л и ч-а ю регистриограничива1100548ют частотным диапазоном вызываемых флюктуации температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ТОЧКИ ЗАКИПАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В КАНАЛЕ-НАГРЕВАТЕЛЕ, включающий измерение .флюктуации давления теплоносителя в канале-нагревателе, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьпиения точности и помехоустойчивости регистрации координаты точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя, вызывают колебания температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя. Определяют скорость теплоносителя на некипящем участке, измеряют время запаздывания флюктуации давления в канале-нагревателе относительно вызывающих их флюктуации температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя и по величине произведения скорости на время I запаздывания определяют расстояние от места регистрации входной темпера(Л туры теплоносителя до точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя ,

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для определения точки закипания теплоносителя по длине обогреваемых каналов Известен фазокогерентный способ о нарушения закипания теплоносителя в .канале-нагревателе, основанный на различии свойств одно- и двухфазных потоков, в частности на несжимаемости однофазного теплоносителя при измене нии мощности теплопровода и сжимаеkocTH двухфазного. Возникающая при закипании теплоносителя когерентная связь между колебаниями выходной температуры и давления на выходе канала-нагревателя позволяет обнаружит закипание .теплоносителя ij . Однако при возможности указать ки пящий канал-нагреватель в группе каналов-нагревателей в теппообменниКб невозможно определить точку закипа НИН теплоносителя по длине каналанагревателя, поскольку когерентная связь между колебаниями температуры и давления на выходе канала-нагревателя существует при любой длине кипящего участка, отличной от нуля. Наиболее близок к предлагаемому способ определения координаты точки закипания.теплоносителя в каналенагревателе, заключающийся в регистр ции флюктуации давления теплоносителя на входе и выходе канала-нагревателя с помощью акустических датчиков, вьвделении полезного сигнала на фоне помех, измерении времени запаздывания, скорости звука в теплоносителе, расстояния между датчиками и нахождении искомой величины по измеренным величинам . Недостатками известного способа яв ляются низкие избирательность и помехозащищенность, зависимость результат измерения от места локализации и резонансных свойств датчиков, состава теплоносителя, конструктивных особенностей звукового тракта, а также малые интервалы регистрируемой разнос.ти времени. Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости регистрации координаты точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения координаты точки закипания теплоносителя в канале-нагревателе, включающему измерение флюктуации давления теплоносителя в канале-нагревателе, вызывают колебания температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя, определяют скорость теплоносителя на некипящем участке, измеряют время запаздывания флюктуации давления в каналенагревателе относительно вызывающих их флюктуации температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя и по величине произведения скорости теплоносителя на время запаздывания определяют расстояние от места регистрации входной температуры теплоносителя до точки закипания теплоносителя по дли- . не канала-нагревателя. Спектр регистрируемых флюктуации давления ограничивают частотным диапазоном вызываемых флюктуации температуры теплоносителя на входе канала-нагр.евателя. Способ определения координаты закипания теплоносителя по длине каналанагревателя основан на возникновении при кипении теплоносителя границы, разделяющий некипящий (экономайзерный) участок от кипящего (испарительного). Место границы кипящего участка в канале-нагревателе определяется вёличиной Тепловой энергии, скоростью теплоносителя и температурой теплоноси-г теля на входе канала-нагревателя. Колебания входной температуры теплоносителя ДТ приводят к возникновению тепловой волны, которая распространяется по некипящему участку каналанагревателя до границы закипяния со скоростью теплоносителя на некипящем

(экономайзерном) участке. В результате через некоторое время транспортног запаздывания происходит смещение границы, разделяющей экономайзерный и испарительный участок в канале-нагревателе, которое, в свою очередь, через время t % определяемое скоростью звуковой волны в канале-нагревателе, вызывает соответствующие флюктуации давления на датчике давлекия Р.

Таким образом, запаздывание колебаний давления теплоносителя, например, на выходе канала-нагревателя относительно вызывающих их колебаний входной температуры теплоносителя

г-,

,L.,/Vr,

где LI - длина экономайзерного участка

VT - скорость теплоносителя 2 определяется скоростью распространения звука в теплоносителе. Поскольку скорость звука в теплоносителе превосходит скорость теплоносителя на некипящем участке на практике более чем в 50 раз, то

«-г

и, соответственно, ,

Следовательно, измеряя время зат паздывания флюктуации давления относительно вызвавших их флюктуации температуры (например, взаимно корреляционным методом) и скорость тепло носителя на экономайзерном участке, .можно легко определять расстояние от точки регистрации входной температуры теплоносителя до места возникновения кипения теплоносителя

. ..

Таким образом, отсутствует предварительная градуировка аппаратуры «при изменении химического состава теплоносителя,его плотности,абсолютной величины давления и температуры теплоносителя на входе канала нагревателя . Способ характеризуется .высокой помехозащищенностью от воздействия посторонних источников акустического шума. Регистрируемое запаздывание имеет значительно большую величину из-за меньшей скорости распространения сигнала (скорость теплоносителя много меньше скорости звука в теплоносителе), что облегчает аппаратурную реализацию, обработку информации и позволяет увеличить точность и надежность результатов.

Кроме того, способ допускает ста- тистическую обработку измеряемых сигналов и определение величины запаздывания L, ПО величине временного сдви1а максимума корреляционной функции между случайными флюктуациями температуры на входе канала-нагревателя и флюктуациями давления на его выходе

На чертеже представлена блок-схема экспериментальной установки циркуляционного типа для реализации предлагаемого способа.

В состав лабораторной установки входят водозаборный бак 1, циркуляционный насос 2, игольчатые вентили 3 и 4, подогреватель 5, канал-нагреватель 6, манометры 7-9, датчик 10 давления, термометры 11 и 12, термопары 13 и 14 и холодильник 15. Основной частью установки является канал-нагреватель 6 выполненный из двух кварцевых трубок, вставленных одна в другую. Подвод тепла к каналу-нагревателю осуществляется с помощью равномерно распределенных по длине канала секций нагревател общей мощностью 6 кВт, расположенных снаружи канала, и одной распределенной секции мощностью 2 кВт. В кольцевом зазоре между кварцевыми трубками прокачивается теплоноситель. Плавная регулировка подводимой мощности в канал-нагреватель осуществляется автотрансформаторами.

Модуляция входной температуры теплоносителя осуществляется с помощью стандартного генератора Г-3-39 с усилителем.

Установка работает следующим образом.

Теплоноситель из водозаборного бака 1 поступает в циркуляционный насос 2, с выхода которого через .чатый вентиль 3 проходит в канал-нагрватель, где нагревается, а затем чере игольчатый вентиль 4 поступает в холодильник 15 ,и обратно в водозаборньй бак. Контроль абсолютных значений и амплитуды колебаний давления, расхода и температуры на входе и выходе канала-нагревателя осуществляется манометрами 8 и 9 (типа ОБМВ-1-160), индуктивными датчиками 10 давления S11 (типа ДД-6) и термопарами 13 и 14. Сигналы термопар, расположенных на входе и выходе канала-нагревателя, усиливаются вольтметрами типа Ф 116/2 нормируются на максимальное абсолютнее значение сигнала, в результате че го вьщеляются переменные составляющие соответствующие уровню колебаний температуры. После фильтрации нормированного сигнала по вьрсодной температуре с целью подавления помех промышленной- частоты он усиливается усилителем, благодаря чему чувствительность измерительного тракта по ВыходНой температуре теплоносителя соетавляет 0,1®С. Регистрация давления на выходе канала-нагревателя производится с помощью стандартного комплекса виброизмерительной аппаратуры ВИА-5МА, при этом после фильтрации и усиления инфранизкочастотным усилителем чувствительность тракта по давлению доводят до 0,01:атм. Скорост теплоносителя на зкономайзерном участке канала-нагревателя 6 определя ется по площади проходного сечения канала-нагревателя и величине расхода определяемого расходомером, образованным подогревателем 5 и манометрами 7 и 8. Регистрация исследуемых па- раметров, производится на трехканальяом самопишущем потенциометре Н-327-3 . Длина кипящего участка определяется визуальным наблюдением по наличию пузьфьков в теплоносителе в стеклян ном канале-нагревателе. Из полученной зависимости величины запаздывания от величины подводимой в каналу-нагревателю мощности и от координаты закипания видно, что при постоянной скорости течения теплоно8сителя на экономайзерном участке величина запаздывания линейно зависит от длины экономайзерного участка. Базовым объектом изобретения является применяемый на атомных электростанциях способ опред%ления координаты -закипания теплоносителя в каналенагревателе, основанный на расчетах энтальпии начала поверхностного кипения 1пк(). По сравнению с базовым объектом предлагаемый способ характеризуется независимостью результатов от химического состава теплоносителя и ре.зультатов от изменения со временем эксплуатации коэффициентов теплоотдачи о.(2) и d Пип отсутствием необходимости измерения распределенных по Z параметров, таких како() «(кип () /i: U) и распределение тепловыделения Q (Z) . Кроме того, предлагаемый способ основан на измерении времени запаздывания между флюктуациями, т.е. не требует измерения абсолютных значений температур и давления, что значительно снижает требования к датчикам и делает ненужной корректировку показаний Датчиков за период их работы, а также расширяет область применения способа без внесения изменений в обработку информации датчиков (эмпирических формул в базовом объекте) при изменении абсолютного давления, температуры, конструкции канала. Таким образом, способ позволяет значительно повысить надежность получаемой информации о координате закипания теплоносителя и тем самым поднять мощность канала-нагревателя, сократив резервный запас по энергонапряженности до возможного кризиса кипения.