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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit
Gegenstand der Erfindung sind Verfahren sowie Vorrichtungen zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit durch Messung der Verdampfungswärme, bei welchen die flüssige Phase des Nassdampfes durch die Heiz- leistung eines elektrisch beheizten Messgerätes in Dampf überführt wird.
Die Kenntnis der Dampffeuchtigkeit ist wichtig für das Verfolgen des Wirkungsgrades beim Betrieb von Turbinen, sowie für die Vertiefung der Erkenntnisse über das Verhalten von strömendem Nassdampf in
Rohrleitungen. Ebenso wichtig ist es, die jeweilige Feuchtigkeit des Dampfes in den Überhitzern von
Dampfkesseln zu kennen. Das Messen der Dampffeuchtigkeit stellt demnach eine wichtige Betriebsaufga- be dar. Es ist unerlässlich, in jedem Augenblick Kenntnis über den Betriebszustand zu haben, was nur mit
Hilfe schnell durchführbarer Messmethoden möglich ist, die z. B. in Anwendung bei Dampfturbinen eine ständige Verfolgung der Turbinencharakteristik gestatten.
Die Dampffeuchtigkeit wurde bisher durch die allgemein bekannte Separationsmethode festgestellt, häufiger aber durch Methoden, bei denen Drosselkalorimeter verwendet werden. Diese Methoden erfor- dern umständliche und zeitraubende Messvorgänge, deren Genauigkeit vielfach nicht ausreicht. Auch ist es z. B. nicht möglich, Drosselkalorimeter zur Messung der Feuchtigkeit des Austrittsdampfes von Kon- densationsturbinen zu benutzen, da sich auch bei einer grossen isentalpischen Expansion der aus der End- stufe der Turbine strömende Nassdampf nicht in überhitzten Dampf überführen lässt.
Man hat auch schon vorgeschlagen, als Mass für die Dampffeuchtigkeit die Heizleistung heranzu- ziehen, die von einem elektrisch beheizten Messgerät aufgewendet werden muss, um die flüssige Phase des Nassdampfes in Dampf zu verwandeln.
Die Erfindung betrifft ein nach diesem Prinzip arbeitendes Verfahren, und besteht im wesentlichen darin, dass zwischen dem Messgerät und dem Nassdampf eine konstante Temperatur-Differenz aufrechterhalten wird und die hiezu aufgewendete Heizleistung des Messgerätes, das Mass für die Verdampfungswärme der flüssigen Phase des Nassdampfes und das Mass für den Feuchtigkeitsgrad des Dampfes bildet.
Das Wesen der Erfindung beruht auf folgendem. theoretischen Prinzip :
Wenn man bei Sattdampf mit einer Temperatur tD, mit dem Drucke p und der Durchflussgeschwindigkeit w zwecks Aufrechterhaltung der Temperatur eines elektrischen Heizkörpers auf dem Werte tuf, gegebenenfalls zur Aufrechterhaltung der Temperatur-Differenz. ! = tp-tD zwischen dem Heizkörper und dem einströmenden Sattdampf eine bestimmte Heizleistung Ql braucht, dann wird man bei Nassdampf von derselben Temperatur try demselben Druck p bei der gleichen Durchflussgeschwindigkeit w, zur Aufrechterhaltung dergleichenTemperatur-Differenz.!!eineHeizleistungQ brauchen, die grösser istals Ql.
Die Differenz der beiden Heizleistungen Q=Q-Q entspricht der Verdampfungswärme der flüssigen Phase des Nassdampfes, die mit dem wirksamen Teil des Heizkörpers in Berührung kommt. Der Zuwachs an Heizleistung Q ist somit das Mass der Verdampfungswärme der flüssigen Phase des Nassdampfes und demnach auch das Mass des Feuchtigkeitsgrades des Nassdampfes.
Zur Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren dient eine Vorrichtung, die aus einem zylindrischen Hohlkörper besteht, der vom Nassdampf durchflossen und umflossen wird. Das im Hohlkörper angeordnete Messgerät bestehtaus einem direkt oder indirekt beheizten elektrischen Heizkörper, der aus einem Material verfertigt ist, dessen Temperatur-Abhängigkeit in bezug auf den elektrischen Widerstand sehr klein ist. Als Heizkörper dient ein direkt geheiztes Gitter, welches vom Nassdampf durchflossen wird oder
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eine indirekt geheizte Platte, die vom Nassdampf umflossen wird. Es kann auch eine direkt geheizte Spirale benutzt werden, die an der Stirnseite eines zweckmässig geformten Körpers angebracht ist, der vom Nassdampf umflossen wird.
Auf der vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung des Nassdampfes eingestellten Oberfläche des Heizkörpers verdampfen die im Nassdampf enthaltenen Wasserteilchen, wobei sie die Oberfläche des Heizkörpers abkühlen.
Das erfindungsgemässe Messverfahren beruht darauf, dass die mit dem Nassdampf in Berührung kommende Oberfläche des Heizkörpers auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, bzw. es wird die Differenz zwischen der Temperatur des Nassdampfes und der Temperatur der wirksamen Oberfläche des Heizkörpers konstant gehalten. Bei Abkühlung der wirksamen Oberfläche des Heizkörpers wird durch die Änderung der Heizleistung eine Wärmekompensation am Heizkörper in Abhängigkeit von der Grösse der Verdampfungswärme durchgeführt. Nach Abzug der bekannten, bei der Eichung festgestellten Wärmeverluste, stellt die Heizleistung das Mass der Verdampfungswärme und wenn Durchflussgeschwindigkeit, Druck und Temperatur des Nassdampfes auch den jeweiligen Feuchtigkeitsgrad dar.
Die Zeichnung stellt in den Fig. 1-3 Beispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung dar.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt das Messgerät mit einem direkt geheizten Gitter, das von Nassdampf durchflossen wird, Fig. 2 ein Messgerät mit einer indirekt beheizten, von Nassdampf umflossenen Platte, Fig. 3 ein Messgerät mit einer direkt beheizten, an der Stirnseite des Heizkörpers angebrachten und von Nassdampf umflossenen Spirale.
In Fig. 1 ist l der zylindrische Hohlkörper des Messgerätes, 2 sind die Fühler für die Messung des Druckes in-
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durch ein gemeinsames Rohr 3 an ein Mikromanometer angeschlossen sind. 4 sindangeordnetes Mikromanometer angeschlossen sind. Mit 6 sind Fühler bezeichnet, die zum Messen der
Temperatur innerhalb des Hohlkörpers dienen, z. B. mit Hilfe von Thermoelementen. Diese Fühler sind ebenfalls durch ein gemeinsames Verbindungsrohr an die Austritte 7 angeschlossen, wobei die Leitungs- drähte der Thermoelemente durch das Verbindungsrohr herausgeführt sind. 8 stellt das Heizelement, z. B. ein Gitter dar, 9 sind die Fühler für das Messen der Temperatur der wirksamen Oberfläche des Heizele- mentes, die an das Austrittsrohr 10 angeschlossen sind.
Ferner ist 11 das Austrittsrohr des Körpers des gan- zen Messgerätes, 12 die Millivoltmeter zum Messen der Thermospannungen, 13 ist der Bezugspunkt für die Messung der Temperatur mittels der Thermoelemente, 14 ist ein Wattmeter zum Messen der Heiz- leistung, 15 ein Potentiometer für die Regulierung der Heizleistung.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, in der die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen Be- zugsziffern versehen sind, hat der Heizkörper 16 die Form einer indirekt geheizten Platte, 17 ist eine
Heizspirale, 18 der Körper des Messgerätes, der vom Dampf wirbellos umflossen wird und 19 das Austritts- rohr des Messgerätes.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der'Heizkörper 20 mit einer direkt geheizten, an der Stirn- seite angebrachten Spirale 21 und mit einer Hilfswindung 22 für die Heizung versehen, die an den Seiten angebracht ist und den Zweck hat, Wärmeverluste zu vermeiden, die durch Überführung der Wärme von der wirksamen Oberfläche in die andern Teile des Heizkörpers entstehen würden.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen zwei Beispiele der praktischen Anwendung des erfindungsgemässen
Verfahrens.
Fig, 4 zeigt ein Gerät für die Messung der Feuchtigkeit des Dampfes hinter einer Dampfturbine, wo der Druck erheblich niedriger ist als der Atmosphärendruck.
Fig. 5 zeigt ein Gerät zum Messen des Feuchtigkeitsgrades des Dampfes in einer Rohrleitung, in der der Druck grösser ist als der Atmosphärendruck. In beiden Figuren ist mit 1 das Messgerät bezeichnet, 11 ist das Austrittsrohr des Messgerätes, Mit 24 (Fig. 4) ist eine Pumpe, mit 23 (Fig. 5) ein Regulierventil bezeichnet.
Die Ausführung der Vorrichtung kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, verschieden sein.
So kann z. B. das Messgerät ausserhalb der Strömung des zu messenden Nassdampfes angeordnet und nur von einem Teil des Nassdampfes durchflossen werden, der durch eine Sonde aus der Dampfleitung entnommen wird.
Zum Messen der Temperaturen, der Drücke sowie der Dampfdurchflussmenge werden an sich bekannte Fühler derart benutzt, dass jeder Wert gesondert erfasst wird, woraufhin dann gemeinsam mit der Heizleistung der Feuchtigkeitsgrad des Nassdampfes bestimmt wird. Auch können die bestimmenden Parameter, wie die Temperaturen, die Drücke, die Dampfdurchflussgeschwindigkeit sowie die Verdampfungswärme mit bekannten Einrichtungen in elektrische Grössen überführt und in zweckentsprechenden Apparaten der jeweiligen Dampffeuchtigkeitsgrad ausgewertet werden. Die Feuchtigkeit kann laufend angezeigt und re-
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gistriert werden, ebenso wie die einzelnen der bestimmenden Parameter für sich.
Das erfindungsgemässe Verfahren arbeitet mit einer für Betriebszwecke ausreichenden Genauigkeit bei beliebigen Parametern des Nassdampfs und hat gegenüber bisher bekannten Methoden den Vorteil hoher
Empfindlichkeit, weil schon kleinen Änderungen der Dampffeuchtigkeit grosse Änderungen des Wer- tes Q entsprechen. Ausserdem gestattet die erfindungsgemässe Methode. durch kontinuierliches Messen den Zustand des Nassdampfes ständig zu überwachen und den Messvorgang mit Hilfe geeigneter Vorrich- tungen für die Betätigung von Regelorganen auszunutzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit durch Messung der Verdampfungswärme, bei welchem die flüssige Phase des Nassdampfes durch die Heizleistung eines elektrisch beheizten Messgerätes in Dampf überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messgerät und dem Nassdampf eine konstante Temperatur-Differenz aufrechterhalten wird und die hiezu aufgewendete Heizleistung des Mess- gerätes das Mass für die Verdampfungswärme der flüssigen Phase des Nassdampfes und das Mass für den Feuchtigkeitsgrad des Dampfes bildet.