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Verfahren zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit durch Messung der Entalpieänderung und Vorrichtung zu seiner Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit durch Messung der Entalpie- änderung, bei welchem der zu messende Nassdampf durch Wärmezufuhr in überhitzten Dampf übergeht, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der überhitzte Dampf durch Zuführung weiterer Wärme in den
Zustand einer höheren Überhitzung überführt wird, wobei aus dem Anstieg der Entalpie vom Zustand der niedrigeren in den Zustand der höheren Überhitzung, sowie aus dem Verhältnis der zugeführten Wärme- mengen der Anstieg der Entalpie von dem unbekannten Zustand des Nassdampfes in den Zustand der niedrigeren Überhitzung bestimmt und somit auch der jeweils gegebene Feuchtigkeitsgrad des Nassdampfes festgestellt wird.
Für den wirtschaftlichen Betrieb von Wärmekraftanlagen ist eine ständige Kenntnis der Dampffeuchtig- keit von besonderer Bedeutung, denn sie ermöglicht das Verfolgen des Wirkungsgrades der Dampfturbine.
Auch für die konstruktive Entwicklung von Turbinen sind Erkenntnisse über die Strömung des Nassdampfes in der Rohrleitung und vor den Wärmeaustauschern von ausschlaggebender Bedeutung. Ebenso wichtig und notwendig ist es, die Dampffeuchtigkeit in den Überhitzern bei den Dampfkesseln zu kennen. Die so gewonnenen Erkenntnisse dienen zur Feststellung der Turbinencharakteristik während des Betriebes und es wurde verschiedentlich angestrebt, Verfahren zu finden, die ein schnelles Messen erlauben.
Von den bisher bekannten Methoden des Messens der Dampffeuchtigkeit sei zunächst die Separationsmethode erwähnt, die grösstenteils durch Messmethoden überholt ist, die sich des bekannten Drosselkalori- meters bedienen. Ihr Nachteil besteht darin, dass die Messungen mühsam und zeitraubend sind, wobei in den meisten Fällen nicht die Ergebnisse erzielt werden, die unerlässlich sind, insbesondere eine genügende Genauigkeit. So ist es z. B. nicht möglich, die Messmethode mit einem Drosselkalorimeter bei dem Austrittsdampf von Kondm1sationsturbinen anzuwenden, da sich auch bei einer grossen isentalpischen Expansion der aus der Endstufe der Turbine strömende Nassdampf nicht in überhitzten Dampf überfuh- ren lässt.
Auch andere bisher bekannte Methoden, die zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit die Messung der thermodynamischen Grössen verwenden, wie z. B. die in der deutschen Patentschrift Nr. 727753 beschrie- bene Methode, haben sich infolge verschiedener Unzulänglichkeiten in der Praxis nicht durchsetzen kön- nen. Die Mängel bestehen besonders in den Schwierigkeiten bei der Entnahme richtiger Proben des Nassdampfes, sowie bei der Messung der Dampf-Durchflussmenge. Auch haben sich diese Methoden als nicht hinreichend empfindlich erwiesen.
Die vorliegende Erfindung löst diese schwierige Aufgabe durch ein neues, auf praktischen Erkenntnissen beruhendes Verfahren, welches im nachfolgenden beschrieben wird, wobei anschliessend Vorrichtungen vorgeschlagen werden, die unter Anwendung technisch einfacher Mittel den Betrieben eine wesentliche Unterstützung bieten. Die Anwendung der vorgeschlagenen Messvorrichtungen ist selbstredend nicht nur auf Wärmekraftanlagen beschränkt, sondern kann überall dort ausgenützt werden, wo die sten- digue Kenntnis der jeweiligenDampffeuchtigkeit betriebstechnisch wichtig ist, wie z. J3. in der chemischen Industrie u. a. m.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf folgendem Prinzip : Führt man dem Nassdampf, dessen Temperatur mit to, der Druck mit p und der unbekannte Feuchtigkeitsgrad mit x bezeichnet sei, mittels
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der Heizleistung eines Heizkörpers eine entsprechende mit Ql bezeichnete Wärmemenge zu, so geht der
Dampf in einen ganz bestimmten Zustand des überhitzten Dampfes über, dessen Temperatur mit t 1 und dessen Druck mit PI bezeichnet wird. Führt man nun diesem so überhitzten Dampf eine mit Q bezeich- nete weitere Wärmemenge zu, so geht der Dampf in einem ganz bestimmten Zustand der höheren Überi hitzung über, bei welchem die Temperatur mit t. und der Druck mit Pz bezeichnet seien.
Die Drücke p, PI und Pa können gleich gross sein. Im allgemeinen muss jedoch angenommen werden, dass nicht immer eine isobarische Änderung gegeben sein wird und somit auch die Drücke nicht unverändert bleiben. Für den Anstieg der Entalpie gelten im allgemeinen die folgenden Beziehungen :
Der Anstieg von dem Zustand der charakterisiert ist durch die Parameter to und Po in einen Zustand ) der charakterisiert ist durch die Parameter t. und PI ist gegeben durch :
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Der Anstieg von dem Zustand, der charakterisiert ist durch die Parameter tl und PI, in einen Zustand, der charakterisiert ist durch die Parameter t, und puist gegeben durch :
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wobei M die unbekannte Dampfdurchflussmenge bedeutet.
Ein Vergleich der beiden Entalpie-Differenzen ergibt :
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Daraus folgt nun, dass das Verhältnis der Entalpie-Differenzen weder von der Dampfdurchflussmenge noch von der Dampfdurchflussgeschwindigkeit abhängt. Nachdem ferner Q1 1 sowie Q2 durch die messbaren
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zu berechnen und bei Anwendung des dem jeweiligen Betriebsverhältnis entsprechenden Wärmediagramms den Feuchtigkeitsgrad des untersuchten Nassdampfes direkt festzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert, die in Fig. 1 ein JS-Diagramm darstellt. In dieser Zeichnung bedeutet die voll ausgezogene Linie den linken sowie den rechten Teil der Grenzkurve mit dem darin eingetragenen kritischen Punkt Kp. Aus der Zeichnung sind weiter die Isobaren ersichtlich, die den Drücken p,p und p entsprechen, ausserdem die Isothermen, die sich auf die Temperaturen to't1 und t2 beziehen. Weiter enthält die Zeichnung ein System von Kurven gleichen Feuchtigkeitsgrades x, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Die stärker ausgezogene gestrichelte Linie bezeichnet eine Kurve mit dem gesuchten Feuchtigkeitsgrad x.
Die eingetragenen Punkte A, B und C kennzeichnen die jeweiligen Zustände des Nassdampfes bzw. des überhitzten Dampfes. Der Punkt A entspricht den Parametern Po'to und x des Nassdampfes, der Punkt B den Parametern P1, r1 des überhitzten Dampfes und der Punkt C den Parametern p, t des in der weiteren Stufe überhitzten Dampfes. Die Entalpie-Differenz der Zustände A-B, bezeichnet mit #i1, ist durch die Entfernung der Punkte D-E gegeben, die Entalpie-Differenz der Zustände B-C, mit A L bezeichnet, ist gegeben durch die Entfernung der Punkte E-C.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden zugleich drei beispielsweise Varianten von Vorrichtungen vorgeschlagen, die sich eines dem jeweiligen Zweck angepassten Messfühlers bedienen. Das Messgerät ist als ein zylindrischer Hohlkörper ausgeführt, der so angebracht wird, dass er von dem Nassdampf durchflossen bzw. auch umflossen wird.
Mit dem Eintrittsteil beginnend, befinden sich in dem Messgerät Messfühler für die Messung des
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