Способ определения наличия жидкости в движущемся паре или парожидкостной смеси, ее расхода, влажности пара и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N25/60 G01N27/22 G05D27/00 

жидкостной смеси, согласно изобретению, закручивают, разделяя пар и жидкость, расширяют поток в участке с увеличенным диаметром по сравнению с трубопроводом, часть расширенного потока тормозит, заме- ряют давления торможения (Рторм), на наибольшем (Ра) и текущем г (Рг) радиусах расширенного потока, невозмущенного (Ро) и закрученного (Ра) потоков в трубопроводе и по разности давлений (Ра - Ра) судят о наличии жидкости в паре, а по скорости d P

(Р

dt

) возрастания давления в углублении (после его дренажа), давлениям Р0 и Р и давлению торможения (Рторм) о количест- 15 ве (расхода) жидкости в парожидкостной смеси, скорости жидкости в углублении, плотности жидкости и влажности пара (с учётом его расхода).

Поставленная цель достигается также 20 тем, что в устройстве по предлагаемому способу, включающему трубопровод, датчики давления и измеритель времени, согласно изобретению трубопровод выполнен из патрубков двух диаметров с отношением боль- 25 шего к меньшему в пределах 1,2-4, причем в патрубке с меньшим диаметром установлен закручиватель, а патрубок большего диаметра снабжен тангенциально расположенным патрубком с отношением 30 его диаметра к диаметру меньшего патруб- . ка в пределах 0,1 - 0,2. ..... Именно заявленные соотношения раз- меров патрубков и установление закручива- теля в патрубке меньшего диаметра, а также 35 снабжение большего патрубка тангенциально расположенным патрубком, обеспечивает, согласно способу, получение наибольшей точности измерений и тем са--. мым достижение цели изобретения. Это по- 40 зволяет сделать вывод, что изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На фиг; 1 показано устройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1,45

В трубопроёоде 1 (его диаметр Оф) установлен закручиватель 2 потока пара парожидкостной. смеси. После закручивателя трубопровод имеет участок с увеличенным диаметром (Da) - углубление 3 (его длина I), 50 в котором тангенциально расположен патрубок 4, на котором находятся клапан 5 и расходомер 6. Устройство имеет манометры Mo, Mi, Ma, М и Мз. Также имеется измеритель времени.55

Устройство работает следующим образом.

При прохождении через закручиватель влажного пара последний приобретает радиальную скорость, его траектория становится спиральной и разной для пара и жидкости.

Жидкость из-за ее большей по сравнению с паром плотности отбрасывается на стенку, а затем движется вперед, вращаясь, по стенке трубы тонкой пленкой, заполняя по пути все углубления.

В патрубке 4 (отростке) жидкость заторможена, Клапан 5 используется для дренажа и определения расхода жидкости расходомером 6.

Манометр М0 показывает давление Р0 невозмущенного (незакрученного) потока, манометр Mi показывает давление Pi на стенке в закрученном потоке, манометр Ма - давление Ра на дне углубления, манометр Мз давление Рторм. заторможенной в отростке 4 жидкости и манометр Мг - давление Р в потоке на текущем радиусе г углубления.

Физическая сущность изобретений,

Давление в углублении складывается из статического (РСт) и динамического (Рд), определяемого действием центробежной силы вращающейся жидкости. Динамическое давление определяется местоположением точки (г) измерения, плотностью, количеством и скоростью вращения жидкости, радиусом углубления. Это давление изменяется от нуля на радиусе .углубления, равном радиусу свободной поверхности жидкости, до максимального на наибольшем диаметре углубления. В точке установки манометром Ма оно будет равно .

Ра Pi + Рд Pi + 7f ,

О

где F - центробежная сила;

S - площадь поверхности углубления на наибольшем диаметре (Da).

В интегральном виде, в предположении псёвдо-турбулентного режима течения жидкости в углублении, т. е. когда скорость по кольцу жидкости остается постоянной, центробежная сила равна: тда

F 2/ didml.

mr

где ai, mi - ускорение и масса жидкости на текущем радиусе г,

mr - масса диска вращающейся жидкости радиусом от центра углубления до радиуса,

гика - масса диска вращающейся жидкости от центра углубления до радиуса свободной поверхности жидкости. Такой режим течения жидкости сохраняется из-за постоянного поступления в углубление жидкости с постоянной скоростью.

Центробежное ускорение (ацентр.), как известно, равно

лР л Р S ( R2 + Ra ) G А -ТГР-- , где А - - -4-:- - 1 гторм

Предположим, что через углубление проходит часть (К) жидкости, которой обладает поток в трубопроводе (Go) GT К G0. Эта величина (К) зависит от многих факторов, в первую очередь от качества работы закручивателя, скорости потока, размеров системы и может быть найдена для каждого конкретного случая экспериментально.

Расход (G пара) в трубопроводе определяется расходомером. Зная общий расход

(Go) жидкости в трубопроводе, можно найти

/

абсолютную влажность пара; f Т0;

.,....,U;s: U :.;;. у . ; . Ьпара ;

и относительную влажность пара

Степень сухости X двухфазной системы равv -Gnapa . ; . . . -. на Л - р.- -/ч--- . . Ьо т опара

В изобретении соотношения размеров выбраны по следующим причинам.

Давление на дне углубления (его показывает манометр Ма) зависит от диаметра углубления. При малых диаметрах, меньших 1,2Di, динамическое давление незначительно и точность определения (из-за погрешностей приборов) требуемых параметров невелика.

При диаметрах большого патрубка, большего 4Di, развиваемое давление велико, требуется использование манометров высокого, давления, более толстых стенок устройства, что удорожает конструкцию и стоимость определения нужных характеристик, При этом точность измерений из-за использования манометров другого типа - рассчитанных на большее давление, уже не возрастает. ......

Диаметр патрубка для дренажа жидко- сти из углубления выбран из следующих соображений, .,, .

При диаметре патрубка, меньшем 0,1Di, затруднен дренаж углубления (при очень малых его сечениях количество жидкости, поступающей в углубление, может быть больше пропускной способности патрубка). Проходного для жидкости сечения патрубка при его диаметре в пределах (0,1 - 0,2) DT достаточно для быстрого дренажа системы.

При диаметрах патрубка, больших 0,2 DI проявляется воздействие патрубка на поток жидкости в углублении и на тбчнрсть показаний манометра Ма (что ухудшает точность), к тому же удорожается конструкция.

Тангенциальное расположение патрубка к углублению выбрано потому, что в зтом случае давление торможения максимальное (при других расположениях оно меньше на

cos a , где а- угол отклонения расположения патрубка от направления движения жидкости), .-..,. ;

Испытания изобретения были проведе- ны на Электрогорской научно7испытатель- ной станции ВНИИАЭС м на стендах во ВНИИАМе, ; , , .-.,... :

Зксперйменты показалй работоспособность предложенного технического реше- ния.

Использование предлёгаемого способа и устройство позволяет по сравнению с су- ществующими повысить точность измерения, так как погрешность измерения давления образцовым манометром не более ±0,7%, погрешность измерения расхода пара 0,65%, остальные величины дают погрешность не более чем ±0,2%, то погрешность измерения величин по изобре- тению не превышает 1,0%.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

1. Способ определения наличия жидкости в движущемся паре, или парожидкост- ной смеси, ее расхода, влажности пара,

включающий подачу пара или парожидкостной смеси в измеритель с предварительным

закручиванием потока, измерение давления

на стенке измерителя ив потоке и времени

изменения давления, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности измерений, поток пара или парожидкостной смеси после закручивания разделяют на пар и жидкость, расширяют поток на участке измерителя с увеличенным диаметром, часть

расширенного потока тормозят, измеряют давление торможения на наибольшем и текущем диаметрах потока, невозмущенного и закрученного потоков и по разности давлений на наибольшем диаметре потока и

закрученного потока судят о наличии жидкости в паре, по скорости изменения давления на наибольшем диаметре потока после его торможения, давлениям невозмущенного потока, на текущем радиусе потока и торможёния судят о количестве жидкости е парожидкостной смеси, скорости жидкости на наибольшем диаметре и влажности пара.

2. Устройство Для определения наличия жидкости в движущемся паре или парржидкостной Смеси, ее расхода, влажности пара, включающее трубопровод, закручиватель потока, датчики давления и измеритель времени, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений, трубопровод выполнен из патрубков двух диаметров с отношением большего к меньшему в пределах 1,2-4, причем патрубок большего диаметра снабжен тангенциально расположенным патрубком с отношением

его диаметра к диаметру меньшего патрубка в пределах 0,1-0,2, измерители давления установлены в меньшем патрубке дои после закручивателя потока, на переходном участ7 J

ке от меньшего к большему диаметру, в большом патрубке и в тангенциально расположенном патрубке.