CN1005501B

CN1005501B - 电加热量热计法湿度探针

Info

Publication number: CN1005501B
Application number: CN85103642.2A
Authority: CN
Inventors: 崔叔存
Original assignee: BEIJING HEAVY ELECTRICAL MACHINERY PLANT
Current assignee: BEIJING HEAVY ELECTRICAL MACHINERY PLANT
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1989-10-18
Also published as: CN85103642A

Abstract

电加热量热计法湿度探针。本探针主要是由一个电加热器、导流定位真空套、流量孔板装置以及与调整机构相连接的联轴器组成。为减少热损失，测量时将探针插入透平级内，仅将探针的蒸汽输出段置于透平机外；另外加热段具有起绝热作用的真空腔室，以保证取出的蒸汽试样不改变其原蒸汽状态。测量中，其探头可以准确地对准汽流方向，取出具有代表性的湿蒸汽试样。本探针可以用来测定常规汽轮机及原子能汽轮机级内蒸汽湿度沿半径的变化规律，最大测量范围：未级叶片高度在１．２米以内。本探针结构简单，便于操作，测量准确。

Description

电加热量热计法湿度探针

本发明与蒸汽湿度的测量技术有关。

现有的测量蒸汽湿度的方法有多种，量热计法是其中一种，按其原理又可分为节流式、加热式、冷凝式等。加热式量热计法需要在湿蒸汽汽流中取出具有代表性的湿蒸汽试样，但是由于取样过程中存在热损失，分析结果往往不能代表试样的实际湿度。现有技术中还存在一种二次电加热的热量计测湿仪，这种测湿仪不测量试样流量，而且测量中参数不易稳定，难以掌握准确的测量数据。

现有技术的引证文件：

1.M.J.Moore C.H.Sieverding Two phase steam flow in turbines and separators（1976）

汽轮机和气水分离器的两相流动

2.J.SETTLE BSC，PHD

The determination of stagnation enthalpy profiles in wet steam turbines（IME 1979）

决定湿蒸汽轮机中滞止焓的分布

3.I.C.THOMPSON B.SC（ENC）

Turbine water catchment trials

Tinal Report BSRA C 660291

汽轮机除湿的实验

4.

蒸汽级测量装置

本发明的目的是制造一种能够比较准确地测量蒸汽湿度的探针，为设计处于双相介质（液相和汽相）区域中运行的透平机提供可靠的试验数据，由此可以确定透平的低压状态，确定透平的效率。

本发明的测量原理是：在湿蒸汽区域无法用压力p、温度t两个参数确定其蒸汽状态，要通过加热方法把湿蒸汽变为过热蒸汽，这样就可以由p、t确定其蒸汽状态。然后根据加入的热量Q反推出原温蒸汽的焓值，根据此焓值，利用热平衡方程即可确定原湿蒸汽的湿度。

设：Q：电加热器每秒加入给湿蒸汽之热量（kcal/s）。

G：湿蒸汽通过电加热器变成过热蒸汽之后之流量，用流量孔板可测得（kg/s）。

β：对每公斤湿蒸汽电加热器加入之热量（kcal/kg）。

tn：过热蒸汽湿度（℃）。

ts：湿蒸汽之饱和温度（℃）。

△Q：热损失。

X₁：在电加热器前湿蒸汽之干度。

Y₁：在电加热器前湿蒸汽之湿度Y₁＝1-X₁。

γ₁：在电加热器前湿蒸汽之汽化潜热kcal/kg。

γ₂：在电加热器后过热蒸汽之汽化潜热kcal/kg。

C₁：电加热器前湿蒸汽之速度M/S。

C₂：电加热器后过热蒸汽之速度M/S，

i₁′：电加热器前饱和水之焓kcal/kg

i₂′：电加热器后饱和水之焓kcal/kg

i₁″：电加热器前饱和蒸汽之焓kcal/lg

i₂″：电加热器后饱和蒸汽之焓kcal/lg

i₁：电加热器前湿蒸汽之焓kcal/kg

i₂：电加热器后过热蒸汽之焓kcal/lg

Cmp：蒸汽之平均定压比热kcal/kg℃

A：电加热器输入电流（安培）A

V：电加热器输入电流（伏特）V

电加热器每秒中加入之热量

Q＝AV/1000 860/3600（kcal/s）

而电加热器对每公斤蒸汽加入之热量

β＝Q/G＝AV/1000 860/3600·1/G。

根据热平衡方程式考虑到热损失可写为

β＝Y₁γ₁+Cmp（t_n-t_s）+△Q+i₂″-i₁″

如果假定△Q＝0，考虑到在电加热器前后之蒸汽速度头，则

代入可得：

或

根据湿度探针前测出的湿蒸汽汽流的静压P₁由i-s图表查出饱和温度t_s、i₁″、i₂″。

i₂由湿度探针孔板前温度、压力测点实测出p₂、t₂亦根据i-s图表求出。

G根据孔板前压力、温度、孔板前后压差求出。

电加热器输入的电功率根据电流计和伏特计测得的电流A和电压V而定。

如果考虑到电热元件之效率η则上式可写成：

根据以上方程就可求出湿蒸汽之干度X₁。

本发明的结构特征是：电加热量热计法湿度探针是由蒸汽输入段、加热段、混合段和蒸汽输出段组成。蒸汽输入段包括探头（1）和探杆（2）。加热段的导流定位真空套（3）中放置电加热器（4），导流定位真空套（3）与外套管（5）之间构成真空腔室，在混合段直管（10）中装有流量孔板（13）和两个固定用的孔板法兰（12），蒸汽输出段的尾部装有与调整机构相连接的联轴器（16）。

下面结合附图所表示的实施例对本发明做进一步的详细描述。

附图1为电加热量热计法湿度探针的总体结构。

附图2为加热段b的纵剖面。

附图3为混合段c的纵剖面。

附图4为蒸汽输出段d的纵剖面。

本发明由蒸汽输入段a、加热段b、混合段c和蒸汽输出段d组成。在从透平级中取湿蒸汽试样时，要将探针插入透平级内，蒸汽输入段a、加热段b、混合段c均置于透平机内，只有蒸汽输出段置于透平机外。蒸汽输入段a包括探头（1）和探杆（2）。探头（1）的蒸汽取样进口直径足够大，以满足测量要求为原则。测量时，在透平级中有一个选定的测量截面，该截面与透平转动轴线垂直，在该截面上，对称的装有圆盘探针和本发明的湿度探针。在调整机构的操纵下使圆盘探针和湿度探针同步运行，以保证探头（1）在测量中准确地对准汽流方向。与探头相接的探杆（2）具有一定锥度，在探杆中汽流压力逐步达到均匀，速度逐渐减小。

在加热段b的导流定位真空套（3）中放置一个经过绝缘处理的电加热器（4），其导线装入套管内通过连接螺母（6）、管接头（7）和导线引出管（8）引入到由过渡套管（14）和直管（10）组成的管壁腔室中。为便于更换电热元件，导线引出管（8）穿过过渡管（9）与过渡（9）和直管（10）连为一体，过渡管（9）与导流定位真空套（3）之间采用螺纹结构。

为不增加蒸汽流动损失，导流定位真空套（3）的进口呈光滑回转曲面，内壁有一环形凹台用于电加热器的定位，其出口端外圆有一环形凸台，凸台上有两个抽真空用的抽气孔，内圆有可与过渡管（9）连接的螺纹结构。为避免热量散失，将导流定位真空套安装在外套管（5）中，它们之间的间隙形成一具有绝热作用的环形真空腔室。

湿蒸汽取样经过电加热器加热，液相受热汽化，汽化后的蒸汽达到均衡温度需要一定的时间（大约要半小时），因此，在加热段b的后面有一保证液相完全汽化的混合段c。由于流量孔板只能测量单相介质，必须将湿蒸汽加热为过热蒸汽后才能测流量，因此流量孔板装置需装在混合段c的末端。为准确地测定蒸汽取样的流量，设置了小直径流量孔板（13），在其前后配置了用来固定孔板的孔板法兰（12），孔板法兰上有起均压作用的环形腔室，其壁面有测压孔，测得之压差可以代表孔板前后的平均压力，两个孔板法兰以螺栓紧固，以焊接方式将孔板装置固定在直管（10）上。

在来流方向靠近孔板处有一测量加热后蒸汽温度的微型热电偶装置（11），其进口中心与探针中心一致。

在蒸汽输出段d中直管（10）与通抽气器管接头（15）相接，将取样蒸汽送至射水（射气）抽气器的空气管或真空泵入口。为使动能差减小，提高测量精度，过热蒸汽出口即连通抽气器管接头（15）的直径与湿蒸汽进口即探头（1）的直径相同。联轴器（16）与调整机构连接，可以使探针在测量中与圆盘探针保持同步转动以及在垂直于汽流方向上下移动。输入电功率采用调压器进行调整，用高精度万用数字表和电压表确定其输入的电功率。探针安装时要使探针中心与探针旋转中心一致。当探针插入透平级之间进行测量时，入口处有密封装置（17）以保证透平机的真空严密性。

本发明的湿度探针是在武昌电厂的湿蒸气风洞上标定的。此风洞是由西安热工研究所设计，武昌电厂加工安装的，其标定结果相对误差为3.75%。

本发明较已有技术相比在提高测量精度方面具有以下优点：

（1）测量中探针的探头对准汽流方向。

（2）探头进口直径较大可以加大取样量。

（3）加热段设有真空腔室，减少了内部与外界的热交换。

（4）等速取样使汽流进出口动能差值减小。

（5）探针的蒸汽输入段、加热段、混合段均置于透平机内，减少了热损失。

（6）孔板法兰上有起均压作用的环形腔室。

电加热量热计法湿度探针可以用来测定大功率常规汽轮机及原子能汽轮机内湿度沿半径的变化规律。本发明的实施例用于测量十万千瓦蒸汽轮机末级级后湿度沿径向的变化规律，以此可以确定末级叶片的工作状态，采取防水蚀措施。本探针最大测量范围：末级叶片高度在1.2米以内。本探针结构简单，便于操作，测量准确。

Claims

1、一种供测量蒸汽湿度用的电加热量热计法湿度探针，由蒸汽输入段、加热段、混合段及蒸汽输出段组成，其特征在于：

a.一个电加热器（4）放置在加热段的导流定位真空套（3）中;

b.导流定位真空套（3）与外套管（5）之间构成真空腔室;

c.电加热器之导线装入导线引出管（8），穿过过渡管（9）与过渡管（9）和直管（10）连成一体;

d.在混合段直管（10）中装有流量孔板装置，其装置包括孔板（13）和两个用来固定孔板的孔板法兰（12）;

e.在蒸汽输出段的尾部装有与调整机构相连接的联轴器（16）。

2、按照权利要求1所说的探针，其特征在于导流定位真空套（3）的进口是光滑过渡的回转曲面，内壁有一用于电加热器定位的环形凹台，其出口端外圆有一环形定位凸台，凸台上有两个抽真空用的抽气孔，内圆有与过渡管（9）连接的螺纹结构。

3、按照权利要求2所说的探针，其特征在于孔板法兰（12）上带有一个使压力混合均匀的环形腔室，腔室壁面有一测压孔，两个孔板法兰以螺栓紧固，以焊接方式固定在直管（10）上。

4、按照权利要求3所说的探针，其特征在于探针（1）的进口直径与通抽气器管接头（15）的出口直径相同。

5、按照权利要求4所说的探针，其特征在于在加热段后面有一保证液相完全汽化的混合段。