Устройство для определения энтальпии перегретого пара Советский патент 1992 года по МПК F22B37/38 

Изобретение относится к тепловой энергетике, в частности может ыть использовано для систем регулирования и наладки топочных режимов котлоагрегатов, контроля их теплотехнических параметров.

В теплоэнергетике определение энтальпии перегретого пара или воспринятого поверхностями нагрева тепла является одной из важнейших задач. По этой величине судят о правильности организации топочного режима, о процессе шлакования, о распределении тепловосприятия между различными поверхностями нагрева, что, в свою очередь, позволяет правильно поддерживать соотношение топливо-вода во время работы котельных агрегатов. Проблема определения воспринятого тепла заключается в том, что энтальпия перегретого пара является функцией двух переменных: температуры и давления.

Известно устройство для определения энтальпии перегретого пара в котельных агрегатах сверхкритического давления, содержащее напорные трубки, установленные в двух различных сечениях трубопровода, причем одна трубка установлена на участке с заранее известным значением энтальпии,

а вторая - на участке, где требуется определить значение энтальпии. Трубки снабжены соответствующими датчиками, по показаниям которых с помощью таблиц определяется энтальпия среды.

Недостаток такой конструкции очевиден: она не позволяет оперативно определять значение энтальпии среды; процесс не автоматизирован, а установка напорных трубок на трубопроводе имеет СБОИ сложности.

Наиболее близким техническим реше нием, принимаемым за прототип, является устройство, содержащее датчики давления и температуры, последний из которых связан с первым и вторым функциональными генераторами, один из которых через умножитель, соединенный также с датчиком давления, связан с сумматором, а второй функциональный генератор совместно с третьим функциональным генератором, преобразующим сигналы датчика давления, подключены к входам дополнительного сумматора. Дополнительно к входам этого сумматора подключены: непосредственно датчик температуры и источник постоянного тока, пропорциональный определенной константе. На выходе основного сумматора

екгдцм

образуется сигнал, соответствующий энтальпии среды в точке измерения, который преобразован устройством согласно формуле Коха.

Наряду с тем, что данное устройство позволяет оперативно получать текущее значение энтальпии среды в заданной точке котлоагрегата, оно обладает и рядом недостатков. Формула Коха имеет достаточно сложный вид, и для реализации формулы с помощью доступного устройства, ее приводят к упрощенному виду, пренебрегая некоторыми ее членами. Это ведет к тому, что в интересуемом диапазоне (600 ккал/кг 1 750 ккал/кг) точность показаний устройства (как это вытекает из текста описания прототипа) составляет около 10%. Кроме того, для определенных участков диапазона предусматривается дополнительная корректирующая схема. Иными словами, данное устройство не обладает высокой точностью. Несмотря на существенные упрощения, вводимые в формулу Коха, устройство выполняет относительно много логических операций, что обусловливает наличие достаточно большого количества функциональных узлов с многочисленными связями, т.е. устройство имеет достаточно сложную структуру.

Цель изобретения - повышение точности измерений при упрощении конструкции,

Цель достигается тем, что в устройстве для определения энтальпии перегретого пара в заданных точках котлоагрегата, содержащем установленные в точке измерения датчик температуры, два функциональных генератора, выход одного из которых соединен с первым входом умножителя, и датчик давления, подключены к второму входу умножителя, выход которого соединен с отрицательным входом сумматора, дающего на выходе сигнал, пропорциональный значению энтальпии в точке измерения, в соответствии с изобретением, датчик температуры связан с функциональными генераторами через первый блок динамических преобразований, выход датчика давления дополнительно соединен со входом сумматора через второй блок динамических преобразований, а выход второго функционального генератора непосредственно соединен с положительным входом сумматора.

На фиг. 1 приведены графики зависимости энтальпии пара от давления при разных значениях температуры пара; на фиг. 2 - зависимости величин начального значения энтальпии пара С и тангенса угла о. наклона

данной прямой.температуры; на фиг, 3 - блок-схема устройства.

Приведенные на фиг. 1 графики зависимости энтальпии пара от давления при разных значениях температуры среды построены по термодинамическим таблицам. Эти графики представляют собой прямые линии с разными углами наклона и разными начальными условиями. Аналитическое выражение для данных графиков в общем виде определяется формулой;

P,

0)

где i - энтальпия перегретого пара, ккал/кг; С - постоянная величина для данной температуры, ккал/кг;

А - коэффициент пропорциональности, обусловленный температурой, равный тан- генсу угла наклона прямой для данной температуры, ккал см2/кг;

Р - давление пара, кг/см2. В уравнении (1) С является условным начальным значением энтальпии. Для раз- личных значений температуры t значения С будут также различны, что видно из графика на фиг. 1, т.е. прямые пересекаются с осью ординат в различных точках. Таким образом, С fit). Кроме того, из фиг. 1 видно, что прямые имеют разный угол наклона к оси абсцисс, т.е. А f(t). Подставляя значения С и А получаем выражение

35

C(t)-A(t)-P.

(2)

Данная зависимость справедлива в диапазоне изменения температуры и давления пара, начиная от значений параметров, обеспечивающих минимальный перегрев, Как видно из графика на фиг. 1, вспомогательные величины не зависят от давления, но их значения отличны при различных значениях температуры пара, т.е. как уже было сказано

(3) (4)

где t - температура пара, С°;

«-угол наклона данной прямой при заданной температуре.

tg а можно легко определить графически или аналитически, а найденное по термодинамическим таблицам значение

энтальпии пара позволит определить С, Это достигается путем решения уравнения (1) относительно С. Изменяя значение температуры и давления, пользуясь термодинамическими таблицами для определения

энтальпии и решая уравнение (1), определяют зависимости С и tgaor температуры, которые представлены на графике фиг. 2. Реализуют выведенную зависимость с помощью функциональных блоков блок-схе- мы устройства, выходной сигнал которого пропорционален энтальпии перегретого пара в точке измерения температуры и давления. Устройство имеет датчик температуры 1 и датчик давления 2, установленные в точ- ке измерения в котлоагрегате, Датчик температуры соединен через блок динамических преобразований 3, реализующий функцию интегро-дифференцирую- щего звена, с первым 4 и вторым 5 функциональными генераторами. Выход второго функционального генератора 5 подключен на вход умножителя 6. Со вторым входом умножителя соединен выход датчика давления 2. Выход умножителя 6 под- ключей к отрицательному входу сумматора 8. К положительному входу сумматора непосредственно подключен выход первого функционального генератора 4. Датчик давления 2 также соединен со входом сум- матора через второй блок динамических преобразований 7, реализующий функцию реально-дифференцирующего звена. На выходе сумматора получается сигнал 1, соответствующий энтальпии перегретого па- ра.

Устройство работает следующим образом.

В точке измерения с помощью датчиков 1 и 2 получают электрические сигналы, про- порциональные соответственно температуре t и давлению Р. Через блок 3 динамических преобразований, который реализует функцию интегро-дифференцирую- щего звена, сигнал t поступает одновременно к двум функциональным генераторам 4 и 5. Генератор 4 представляет собой нелинейный преобразователь, который реализует зависимость (t), а во втором генераторе 5, который также представляет собой нелинейный преобразователь, электрический сигнал преобразуется в соответствии с зависимостью (t). Сформированные таким образом величины справедливы для текущего значения темпе- ратуры. Преобразованный во втором функциональном генераторе 5 сигнал поступает в умножитель, куда также подается сигнал отдатчика 2, пропорциональный давлению. В результате обработки сигналов в блоке умножения на его выходе формируется электрический сигнал, пропорциональный A(t)P. Этот сигнал совместно с сигналом C(t) с выхода первого функционального генератора 4 поступает на входы блока алгебраического суммирования 8. Сигнал от умножителя подается на отрицательный вход, а от первого Функционального генератора 4 без каких-либо дополнительных преаЬразопа- ний подается на положительный вход сумматора. Дополнительно с датчика 2 через блок динамических преобразований 7, который реализует функцию реально-дифференцирующего звена, подается сигнал с сумматор. В результате алгебраического сложения указанных сигналов на выходе сумматора формируется сигнал 1, пропорциональный энтальпии пара в точке измерения, получаемый в результате преобразования значений давления и температуры в соответстгии с зависимостью

(t)-A(t)-P.

Приведенная блок-схема может быть реализована на аппаратуре Московского завода тепловой автоматики. Возможно использование следующих функциональных блоков комплекса К-аскзд-2 : в качестве функциональных генераторов 4 и 5 - блок нелинейных преобразователей Н05; в качестве умножителя б - блок вычислительных операций А-35; в качестве сумматора 8 - блок суммирования и ограничения А-05. В схеме также используются два блока динамических преобразований БДП, реализующие вышеуказанные функции. Кроме этого, данная блок-схема может быть реализована на аналогичных указанных блоках комплексов АКЭСР-1 и АКЭСР-2 производства Ивано-Франковского ПО ГЕОФИЗПРИ- БОР.

Устройство позволяет измерять энтальпию пара начиная от значений параметров, обеспечивающих минимальный перегрев, что дает возможность использовать его при наладке, в эксплуатации котельных агрегатов. По сравнению с прототипом устройство имеет большую точность в более широком диапазоне значений энтальпии. Точность измерений, которую обеспечивает устройство, реализующее вышеприведенную зависимость, обусловлена только классом точность всех входящих в него компонентов. Погрешность измерения составляет 1- 1,5%.

Формула и-з обретения Устройство для определения энтальпии перегретого пара в заданных точках котлоагрегата, содержащее датчик температуры, два функциональных генератора, выход одного из которых соединен с первым входом умножителя, и датчик давле- ния. подключенный к второму входу

умножителя, выход которого соединен с входом сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит два блока динамических преобразований, а датчик температуры связан с функциональными генераторами через первый блок динамических преобразований, выход датчика давления соединен с входом сумматора через второй блок динамических преобразований, а выход второго функционального генератора непосредственно соединен с входом сумматора.

Использование: теплоэнергетика, для систем регулирования и наладки топочных режимов котлоагрегатов, контроля их теплотехнических параметров. Сущность изобретения: устройство содержит два блока динамических преобразований. На выходе сумматора получается сигнал l C(t)-A(t)-P, соответствующий энтальпии перегретого пара. 3 ил.

I кг

750

TOO

€$0

600

SSo

#а

&0

,

Г С/Ч

300

350

9иг {