DE19806476C1 - Volumetric gas quantity determination in pipe conducting fluid and gaseous phase flow - Google Patents
Volumetric gas quantity determination in pipe conducting fluid and gaseous phase flowInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßvorrichtung zum Bestimmen des volumetrischen Dampfgehalts einer eine Flüssigphase und eine Dampfphase umfassenden Zweiphasen strömung in einem die Zweiphasenströmung führenden Rohr.The invention relates to a method and a measuring device to determine the volumetric vapor content of a Liquid phase and a vapor phase comprising two phases flow in a pipe carrying the two-phase flow.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren zur Bestimmung des volumetrischen Dampfgehalts einer derartigen Zweiphasenströmung bekannt, wobei diese Verfahren, insoweit als sie die Streuung oder Absorption radioaktiver Strahlung betreffen sehr aufwendig sind.A large number of methods are known from the prior art Determination of the volumetric vapor content of such Two-phase flow is known, this method so far than they are the scattering or absorption of radioactive radiation concern are very expensive.
Es ist ferner auch noch die kapazitive Messung des volume trischen Dampfgehalts bekannt.It is also the capacitive measurement of the volume trical steam content known.
Außerdem offenbart die DE 40 23 796 C1 ein Verfahren zur Bestimmung des Dampfanteils in Gasströmen, bei welchem eine Bestimmung des Taupunkts des Gasgemisches mit einem Feuchtsensor, einem Kondensatsammler, einer mit dem Kondensatsammler thermisch gekoppelten Einrichtung zur Regelung der Temperatur des Kondensatsammlers und einem in thermischem Kontakt mit dem Kondensatsammler stehendem Temperatursensor erfolgt. DE 40 23 796 C1 also discloses a method for Determination of the proportion of steam in gas streams at which one Determination of the dew point of the gas mixture with a Humidity sensor, a condensate collector, one with the Condensate collector thermally coupled device for Control the temperature of the condensate collector and one in thermal contact with the condensate collector Temperature sensor takes place.
Allen Verfahren liegt jedoch der Nachteil zugrunde, daß diese mit großer Unsicherheit behaftet sind, da die Verteilung der Flüssigphase in dem die Zweiphasenströmung führenden Rohr nicht erfaßt wird.However, all methods have the disadvantage that they are are fraught with great uncertainty because the distribution of the Liquid phase in the pipe carrying the two-phase flow is not recorded.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Meßvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei welchem der volumetrische Dampfgehalt mit möglichst ein fachen Mitteln und mit möglichst hoher Zuverlässigkeit be stimmbar ist. The invention is therefore based on the object of a method and to create a measuring device of the generic type, at which the volumetric vapor content is as high as possible simple means and with the highest possible reliability is tunable.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschrie benen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Rohr an mindestens zwei in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen eine lokale Messung einer Schichtdicke der Flüssigphase über eine Leitfähigkeitsmessung durchgeführt wird und daß aus den lokalen Messungen der Schichtdicke der Flüssigphase der volumetrische Dampfgehalt der Zweiphasen strömung bestimmt wird.This task is described in a method of the beginning benen type solved according to the invention in that in the tube at least two in the circumferential direction at a distance from each other arranged locations a local measurement of a layer thickness the liquid phase via a conductivity measurement and that from the local measurements of the layer thickness of the Liquid phase is the volumetric vapor content of the two phases flow is determined.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist einerseits darin zu sehen, daß über die Messung der Schichtdicke der Flüssig phase an mehreren Stellen die Verteilung der Flüssigphase in dem Rohr in Umfangsrichtung bestimmbar ist und daß anderer seits mit der Leitfähigkeitsmessung eine bislang im Zusammen hang der Bestimmung von Zweiphasenströmungen nicht bekannte sehr einfache Meßmethode herangezogen wird, die es aufgrund ihrer Einfachheit ermöglicht, die Schichtdicke der Flüssig phase an mehreren, in Umfangsrichtung voneinander beab standeten Stellen zu ermitteln.The advantage of the solution according to the invention is on the one hand to see that about the measurement of the layer thickness of the liquid phase the distribution of the liquid phase in several places the pipe can be determined in the circumferential direction and that others on the one hand together with the conductivity measurement not known due to the determination of two-phase flows very simple measurement method is used, which is due to it their simplicity allows the layer thickness of the liquid phase at several, in the circumferential direction from each other available positions to be determined.
Noch bessere Aussagen über die Verteilung der Flüssigphase und insbesondere die Veränderung der Schichtdicke lassen sich dann machen, wenn an mindestens drei in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen die lokale Messung der Schichtdicke der Flüssigphase durchgeführt wird.Even better statements about the distribution of the liquid phase and in particular the change in the layer thickness can be then do when at least three circumferentially in Locally spaced locations the local measurement the layer thickness of the liquid phase is carried out.
Besonders günstig sind die Messungen zur Bestimmung der Ver teilung der Flüssigphase in der Zweiphasenströmung dann durchführbar, wenn die Flüssigphase im wesentlichen symme trisch zu einer in Schwerkraftrichtung verlaufenden und eine Mittelachse des Rohrs schneidenden Vertikalen verläuft und die lokalen Messungen der Schichtdicke jeweils noch auf einer Seite der Vertikalen durchgeführt werden, da die zur jeweils lokalen Messung symmetrische Schichtdicke als im wesentlichen gleich groß angesetzt werden kann.The measurements for determining the Ver division of the liquid phase in the two-phase flow then feasible if the liquid phase essentially symme tric to one in the direction of gravity and one The vertical axis of the pipe intersecting and runs the local measurements of the layer thickness in each case on one Side of the vertical can be carried out, as for each local measurement symmetrical layer thickness as essentially can be set the same size.
Damit läßt sich die Zahl der für eine möglichst genaue Messung des Verlaufs der Schichtdicke notwendigen lokalen Messungen reduzieren.This allows the number of the most accurate Measurement of the course of the layer thickness necessary local Reduce measurements.
So wäre es beispielsweise im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung denkbar, jeweils auf alternierenden Seiten der Verti kalen an den einzelnen Stellen in Umfangsrichtung des Rohrs die lokalen Messungen durchzuführen und die gemessene Schichtdicke jeweils für die zur lokalen Messung symmetrische Position heranzuziehen. Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, daß das Rohr durch die Vertikale in zwei Hälften unterteilt wird und daß die Schichtdicke der Flüssigphase lediglich in einer Hälfte durch die lokalen Messungen bestimmt wird. Dieses Verfahren ist noch einfacher durchzu führen als das vorgenannte.So it would be, for example, in the context of the invention Solution conceivable, in each case on alternating sides of the Verti kalen at the individual points in the circumferential direction of the tube perform the local measurements and the measured ones Layer thickness for the symmetrical one for the local measurement Position. See a particularly simple solution however, before that the pipe through the vertical in half is divided and that the layer thickness of the liquid phase only in half by the local measurements is determined. This procedure is even easier to do perform as the aforementioned.
Hinsichtlich der Anordnung der lokalen Messungen für die Schichtdicke der Flüssigphase sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise wäre es denkbar, ent sprechend einem möglichen angenommenen Verlauf der Änderung der Schichtdicke die lokalen Messungen in unterschiedlichen Abständen voneinander in Umfangsrichtung vorzunehmen. Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, daß die Stellen für die lokale Messung der Schichtdicke der Flüssigphase in Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Regarding the arrangement of local measurements for the The layer thickness of the liquid phase is very different Possibilities conceivable. For example, it would be conceivable to speaking of a possible assumed course of the change the local measurements in different thicknesses Make distances from each other in the circumferential direction. A However, a particularly simple solution provides that the positions for the local measurement of the layer thickness of the liquid phase in Arranged circumferentially at equal distances from each other are.
Hinsichtlich der Auswertung der lokalen Messungen der Schichtdicke der Flüssigphase wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the evaluation of the local measurements of the So far, the layer thickness of the liquid phase has not been closer Information provided.
So wäre es beispielsweise denkbar, eine mathematische Hüll kurve für den Verlauf der Schichtdicke der Flüssigphase anzu nehmen und die lokalen Messungen der Schichtdicke der Flüssigphase als Stützstellen dieser Hüllkurve heranzuziehen und mit diesen Stützstellen den Verlauf der Hüllkurve im einzelnen zu bestimmen, wobei vorzugsweise die Zahl der Stützstellen mindestens der Zahl der freien Parameter der Hüllkurve entspricht.For example, it would be conceivable to have a mathematical envelope curve for the course of the layer thickness of the liquid phase take and the local measurements of the layer thickness of the To use the liquid phase as support points of this envelope and with these points the course of the envelope in individual to determine, preferably the number of Support points at least the number of free parameters of the Envelope corresponds.
Eine hinsichtlich ihrer Einfachheit besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht jedoch vor, daß der Querschnitt des Rohrs in Sektoren unterteilt wird und insbesondere mittig eines jeden Sektors die lokale Messung der Schichtdicke der Flüssigphase durchgeführt wird und innerhalb des jeweiligen Sektors eine konstanten Schichtdicke der Flüssigphase angenommen wird, die aus der lokalen Messung der Schichtdicke in dem jeweiligen Sektor abgeleitet wird, wobei noch die Möglichkeit besteht, in unterschiedlichen Sek toren unterschiedliche Korrekturfaktoren bei der Ermittlung der konstanten angenommenen Schichtdicke zu berücksichtigen.One particularly preferred for its simplicity However, variant of the method according to the invention provides that the cross section of the tube is divided into sectors and in particular in the middle of each sector the local measurement the layer thickness of the liquid phase is carried out and a constant layer thickness within the respective sector the liquid phase is taken from the local measurement the layer thickness in the respective sector is derived, with the possibility of different seconds different correction factors in the determination to take into account the constant assumed layer thickness.
Eine besonders einfache Vorgehensweise sieht vor, daß der Querschnitt des Rohrs in mindestens vier Sektoren unterteilt wird. A particularly simple procedure provides that the Cross section of the pipe divided into at least four sectors becomes.
Die Durchführung der Leitfähigkeitsmessung zur Bestimmung der Schichtdicke der Flüssigphase wäre beispielsweise als ein fache Leitfähigkeitsmessung möglich, wobei allerdings Störungen dadurch eintreten können, daß sich die Leitfähig keit der Flüssigphase selbst ändert.Conducting the conductivity measurement to determine the The layer thickness of the liquid phase would be, for example, one multiple conductivity measurements possible, although Faults can occur because the conductive liquid phase changes itself.
Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß zusätzlich noch eine Referenzmessung der Leitfähigkeit der Flüssigphase durchgeführt wird, so daß stets die Leitfähigkeit der Flüssigphase selbst bekannt ist.For this reason, it is preferably provided that in addition another reference measurement of the conductivity of the liquid phase is carried out so that the conductivity of the Liquid phase itself is known.
Dies läßt sich beispielsweise dadurch durchführen, daß die Referenzmessung der Leitfähigkeit der Flüssigphase in einer Speisewasserzuführung durchgeführt wird, wobei die Speise wasserzuführung dazu dient, zur Erzeugung der Zweiphasen strömung Speisewasser bereit zu stellen.This can be done, for example, in that the Reference measurement of the conductivity of the liquid phase in one Feed water supply is carried out, the food water supply serves to generate the two phases to provide flow of feed water.
Eine besonders störungsunempfindliche Bestimmung der Schicht dicke ist dann möglich, wenn der jeweilige Meßwert für die Leitfähigkeit zur Bestimmung der Schichtdicke der Flüssig phase durch den Referenzwert der Leitfähigkeit der Flüssig phase dividiert wird. In diesem Fall lassen sich die Störun gen durch die Leitfähigkeit im wesentlichen eliminieren.A particularly interference-free determination of the layer thickness is possible if the respective measured value for the Conductivity to determine the layer thickness of the liquid phase through the reference value of the conductivity of the liquid phase is divided. In this case, the malfunctions Essentially eliminate conduction.
Mit den vorstehend beschriebenen Vorgehensweisen läßt sich der volumetrische Dampfgehalt der Dampfphase in der die Flüssigphase und Dampfphase umfassenden Zweiphasenströmung bestimmen, wobei der volumetrische Dampfgehalt nicht die eigentliche Meßgröße ist, die beispielsweise für das Betrei ben eines Dampferzeugers einzusetzen ist. With the procedures described above can be the volumetric vapor content of the vapor phase in which the Two-phase flow comprising liquid phase and vapor phase determine, the volumetric vapor content not the actual measured variable is, for example, for the company a steam generator.
So sieht eine besonders vorteilhafte Möglichkeit des erfin dungsgemäßen Verfahrens vor, daß zur Bestimmung des massen bezogenen Dampfgehalts aus dem volumetrischen Dampfgehalt noch zusätzlich der Druck der Zweiphasenströmung gemessen wird, aus welchem sich dann der massenbezogene Dampfgehalt errechnen läßt.This is a particularly advantageous possibility of inventing method according to the invention that for determining the mass related steam content from the volumetric steam content additionally measured the pressure of the two-phase flow which is then the mass-related steam content can be calculated.
Darüber hinaus wird die eingangs genannte Aufgabe bei einer Meßvorrichtung zum Bestimmen des volumetrischen Dampfgehalts einer eine Flüssigphase und eine Dampfphase umfassenden Zwei phasenströmung in einem die Zweiphasenströmung führenden Rohr erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an mindestens zwei in Um fangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen des Rohrs eine zwei Elektroden aufweisende Leitfähigkeitssonde zur Bestimmung einer Schichtdicke der Flüssigphase angeordnet ist und daß die Leitfähigkeitssonden mit einer Auswerte schaltung verbunden sind, welche ein dem volumetrischen Dampfgehalt entsprechendes Signal erzeugt.In addition, the task mentioned at one Measuring device for determining the volumetric vapor content a two comprising a liquid phase and a vapor phase phase flow in a pipe leading the two-phase flow solved according to the invention in that at least two in order catch direction at a distance from each other Rohrs a two-electrode conductivity probe arranged to determine a layer thickness of the liquid phase is and that the conductivity probes with an evaluation circuit are connected, which is a volumetric Steam content corresponding signal generated.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß mit dem Vorsehen von Leitfähigkeitssonden einfach herzu stellende und einfach zu betreibende Meßsonden zur Verfügung stehen, mit denen die Möglichkeit besteht, an mehreren in Um fangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen die Schichtdicke der Flüssigphase zu bestimmen und somit auch deren Verlauf mit ausreichender Präzision festzuhalten, so daß sich zuverlässige Resultate ergeben.The advantage of the solution according to the invention can be seen in that simply by providing conductivity probes Providing and easy to use measuring probes stand with which there is the possibility of several in order traverse direction spaced locations To determine the layer thickness of the liquid phase and thus also to record their course with sufficient precision, so that there are reliable results.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Leitfähig keitssonden an drei in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen angeordnet sind. A particularly cheap solution provides that the conductive speed probes on three circumferentially spaced apart arranged places are arranged.
Besonders günstig läßt sich die Messung dann durchführen, wenn ein Querschnitt des Rohrs durch eine durch eine Mittel achse des Rohrs hindurchverlaufende Vertikale in zwei Hälften unterteilt ist und daß die Leitfähigkeitssonden in dem jewei ligen Abstand in Umfangsrichtung lediglich die Schichtdicke der Flüssigphase für eine der Hälften bestimmen.The measurement can then be carried out particularly cheaply, if a cross section of the tube through one through a means Vertical line running through the axis of the tube in two halves is divided and that the conductivity probes in each only circumferential distance only the layer thickness determine the liquid phase for one of the halves.
Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Anordnung der Leitfähigkeitssonden sieht vor, daß ein Querschnitt des Rohrs in vier Sektoren unterteilt ist und daß die Leitfähig keitssonden an einer definierten Stelle des jeweiligen Sek tors angeordnet sind. Mit dieser Vorgehensweise ergibt sich hinsichtlich der später durchzuführenden Auswertung eine besonders günstige Anordnung der Leitfähigkeitssonden.Another particularly advantageous possibility of arrangement the conductivity probes provide that a cross section of the Rohrs divided into four sectors and that the conductive speed probes at a defined point in the respective sec tors are arranged. With this procedure it follows with regard to the evaluation to be carried out later particularly favorable arrangement of the conductivity probes.
Hinsichtlich der Möglichkeiten der Auswertung ist es dabei noch besser, wenn die Leitfähigkeitssonden ungefähr mittig des jeweiligen Sektors angeordnet sind.It is there with regard to the possibilities of the evaluation even better if the conductivity probes are approximately in the middle of the respective sector.
Die Leitfähigkeitsmessung zur Bestimmung der Schichtdicke der Flüssigphase setzt eine konstante Leitfähigkeit der Flüssig phase voraus. In einer Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Falle von Dampferzeugern, ist die Leitfähigkeit aufgrund der Entsalzung des Wassers gering und es besteht somit das Problem, daß die Leitfähigkeit der Flüssigphase aufgrund einer Änderung der Ionenkonzentration ebenfalls sehr starken Änderungen unterworfen sein kann.The conductivity measurement to determine the layer thickness of the Liquid phase sets a constant conductivity of the liquid phase ahead. In a variety of applications, in particular in the case of steam generators, the conductivity is due desalination of the water is low and so there is Problem that due to the conductivity of the liquid phase a change in the ion concentration is also very strong May be subject to change.
Aus diesem Grund sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß eine Referenzleitfähigkeitssonde vorgesehen ist, mit welcher eine Referenzleitfähigkeit für die Flüssigphase bestimmbar ist. Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß mit einer Referenzleitfähigkeitssonde nun auch die Mög lichkeit besteht, bei extrem niedrigen Leitfähigkeiten die Schichtdicken genau bestimmen zu können.For this reason, a particularly favorable solution provides that a reference conductivity probe is provided with which is a reference conductivity for the liquid phase is determinable. The advantage of this solution can be seen in that with a reference conductivity probe, the poss there is an extremely low conductivity To be able to determine layer thicknesses precisely.
Die Referenzleitfähigkeitssonde kann prinzipiell an jeder Stelle vorgesehen sein, in welcher die Flüssigphase mit Sicherheit frei von einer Dampfphase vorliegt. Beispielsweise wäre dies eine Stelle, in welcher die Flüssigphase zur Erzeu gung der Zweiphasenströmung, das heißt also auch zur Erzeu gung der Dampfphase, einem Verdampfer zugeführt wird, es wäre sogar noch möglich, die Referenzleitfähigkeitssonde in dem Verdampferrohr vorzusehen und zwar an einer Stelle, an welcher die Referenzleitfähigkeitssonde mit Sicherheit voll ständig in die Flüssigphase eingetaucht ist, insbesondere eine Stelle, an welcher noch keine Dampfphase vorliegt.The reference conductivity probe can in principle be used on any Place should be provided in which the liquid phase with There is security free of a vapor phase. For example this would be a place in which the liquid phase to generate supply of the two-phase flow, that means also for the generation vapor phase, an evaporator, it would be even possible to use the reference conductivity probe in the Evaporator tube to be provided at one point which is definitely the reference conductivity probe is constantly immersed in the liquid phase, in particular a place where there is no vapor phase.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß in dem Fall, in welchem das Rohr, in welchem die Meßvorrichtung an geordnet ist, als Verdampferrohr ausgebildet ist, die Referenzleitfähigkeitssonde in einer Speisewasserzufuhr des Verdampferrohrs angeordnet ist, daß sich in diesem Fall auf grund der ständigen Zufuhr von Speisewasser die Möglichkeit ergibt, auch auf die jeweils veränderte Leitfähigkeit des Speisewassers, das heißt in diesem Fall dann der Flüssig keitsphase, zu reagieren und diese zu korrigieren.A particularly favorable solution, however, provides that in the Case in which the pipe in which the measuring device is on is arranged as an evaporator tube, which Reference conductivity probe in a feed water supply of the Evaporator tube is arranged that in this case because of the constant supply of feed water results, also on the respective changed conductivity of the Feed water, in this case the liquid phase, react and correct it.
Besonders vorteilhaft läßt sich bei der Bestimmung der Leit fähigkeit der Flüssigphase die Schichtdicke der Flüssigphase dann ermitteln, wenn die Auswerteschaltung einen Meßwert der Leitfähigkeitssonden durch den Meßwert der mittels der Referenzleitfähigkeitssonde bestimmten Leitfähigkeit divi diert.Can be particularly advantageous in determining the guide ability of the liquid phase the layer thickness of the liquid phase then determine if the evaluation circuit has a measured value of Conductivity probes by the measured value by means of the Reference conductivity probe specific conductivity divi dated.
Hinsichtlich der Ausbildung der Leitfähigkeitssonden wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the formation of the conductivity probes No details have been given so far.
So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Leitfähigkeitssonden mit korrosionsresistenten Elek troden versehen sind. Derartige Korrosionsresistente Elek troden sind beispielsweise vergoldete oder aus Edelstahl her gestellte Elektroden.A particularly advantageous exemplary embodiment provides that the conductivity probes with corrosion-resistant elec treads are provided. Such corrosion-resistant elec Trodes are, for example, gold-plated or made of stainless steel put electrodes.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß die aus isolierendem Material herzustellenden Durchführungen für elektrische Anschlüsse und Elektroden oder Halterungen für Elektroden aus einem korrosionsresistenten Material, vorzugsweise hochreinem Aluminiumoxid hergestellt sind.Furthermore, it is preferably provided that the insulating Bushings for electrical manufacturing Connections and electrodes or holders for electrodes a corrosion-resistant material, preferably high-purity Alumina are made.
All diese korrosionsresistenten Materialien sind deshalb im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhaft, da die hohen Temperaturen und der hohe Druck in einem der Dampferzeuger stets korrosiv wirken.All of these corrosion-resistant materials are therefore in the Under the solution of the invention advantageous because the high Temperatures and the high pressure in one of the steam generators always have a corrosive effect.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is on hand the description below and the graphic representation of an embodiment explained.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin dungsgemäßen Meßvorrichtung; Fig. 1 is a schematic representation of an inventive measuring device;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Rohrs mit darin angeordneten Leitfähigkeitssonden und Fig. 2 is an enlarged view of a tube with conductivity probes arranged therein
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 im Fall eines Verdampferrohrs mit Speisewasserzuführungen. Fig. 3 is a schematic representation of an arrangement of the measuring device according to the invention according to Fig. 1 in the case of an evaporator tube with feed water supplies.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrich tung zum Bestimmen des volumetrischen Dampfgehalts einer eine Flüssigphase 10 und eine Dampfphase 12 führenden Zweiphasen strömung in einem die Zweiphasenströmung führenden Rohr 14 umfaßt beispielsweise drei Leitfähigkeitssonden 20, 22 und 24, die jeweils zwei sich parallel zu einer radialen Richtung 26 zu einer Mittelachse 28 des Rohrs erstreckende Elektroden 30 und 32 aufweisen, die in einem definierten Abstand A von einander angeordnet sind und sich ausgehend von einer Innen wandfläche 34 des Rohrs 14 in Richtung der Mittelachse 28 erstrecken.An embodiment of a measuring device according to the invention for determining the volumetric vapor content of a liquid phase 10 and a vapor phase 12 leading two-phase flow in a pipe leading the two-phase flow 14 includes, for example, three conductivity probes 20 , 22 and 24 , each two parallel to a radial direction 26 a central axis 28 of the tube extending electrodes 30 and 32 which are arranged at a defined distance A from each other and extending from an inner wall surface 34 of the tube 14 in the direction of the central axis 28 .
Jede der Leitfähigkeitssonden 20, 22 und 24 mißt durch Messung des von der einen Elektrode 30 zur anderen Elektrode 32 fließenden Stroms eine Schichtdicke D einer über der Innenwandfläche 34 stehenden Schicht 36 der Flüssigphase 10, da die Leitfähigkeit im Bereich dieser Schicht 36 größer ist gegenüber der Leitfähigkeit der über der Schicht 36 stehenden und zwischen den Elektroden 30 und 32 liegenden Dampfphase 12.Each of the conductivity probes 20 , 22 and 24 measures a layer thickness D of a layer 36 of the liquid phase 10 standing above the inner wall surface 34 by measuring the current flowing from one electrode 30 to the other electrode 32 , since the conductivity in the region of this layer 36 is greater than that Conductivity of the vapor phase 12 above the layer 36 and between the electrodes 30 and 32 .
Im Fall der vorliegenden Meßvorrichtung ist der Querschnitt des Rohrs 14 in vier Quadranten 40, 42, 44 und 46 aufgeteilt, wobei der erste und in Schwerkraftrichtung unterste Quadrant 40 symmetrisch zu einer durch die Mittelachse 26 hindurch verlaufenden Vertikalen 48 angeordnet ist, in gleicher Weise wie der dritte Quadrant 44.In the case of the present measuring device, the cross-section of the tube 14 is divided into four quadrants 40 , 42 , 44 and 46 , the first and lowest quadrant 40 in the direction of gravity being arranged symmetrically to a vertical 48 running through the central axis 26 , in the same way as the third quadrant 44 .
Dagegen liegen der zweite Quadrant 42 und der vierte Quadrant 46 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Vertikalen 48 und sind spiegelsymmetrisch zu dieser angeordnet.In contrast, the second quadrant 42 and the fourth quadrant 46 each lie on opposite sides of the vertical 48 and are arranged mirror-symmetrically to the latter.
Vorzugsweise liegt nun die erste Leitfähigkeitssonde 20 in einem mittigen Bereich, vorzugsweise zentriert im ersten Quadrant 40, das heißt die beiden Elektroden 30 und 32 sind spiegelsymmetrisch zur Vertikalen 48 angeordnet.The first conductivity probe 20 is now preferably located in a central region, preferably centered in the first quadrant 40 , that is to say the two electrodes 30 and 32 are arranged mirror-symmetrically to the vertical 48 .
Die zweite Leitfähigkeitssonde 22 liegt mit ihren Elektroden 30 und 32 ebenfalls ungefähr mittig, vorzugsweise zentriert im zweiten Quadrant 42, so daß sich die Elektroden 30 und 32 vorzugsweise sich im rechten Winkel zur Vertikalen 48 erstrecken.The second conductivity probe 22 with its electrodes 30 and 32 is also approximately in the center, preferably centered in the second quadrant 42 , so that the electrodes 30 and 32 preferably extend at right angles to the vertical 48 .
Die dritte Leitfähigkeitssonde 24 liegt ihrerseits in einem mittigen Bereich, vorzugsweise zentriert zum dritten Quadrant 44, und somit liegen die Elektroden 30 und 32 derselben vor zugsweise ebenfalls spiegelsymmetrisch zur Vertikalen 48.The third conductivity probe 24 is in turn in a central area, preferably centered on the third quadrant 44 , and thus the electrodes 30 and 32 of the same are preferably also mirror-symmetrical to the vertical 48 .
Geht man nun davon aus, daß das Rohr 14 mit seiner Mittel achse 28 vorzugsweise in horizontaler Richtung verläuft, so bildet sich über Innenwandfläche 34 des Rohrs 14 die Flüssig phase 10 mit einer Schichtdicke 36 aus, die am größten ist im Bereich des ersten Quadranten, im zweiten Quadranten mit zunehmendem Abstand vom ersten Quadranten kontinuierlich abnimmt und im dritten Quadranten so lange abnimmt, bis sie im Bereich der Leitfähigkeitssonde 24 am geringsten ist und dann wieder in Richtung des vierten Quadranten in ihrer Dicke zunimmt.If one now assumes that the tube 14 with its central axis 28 preferably extends in the horizontal direction, the liquid phase 10 is formed over the inner wall surface 34 of the tube 14 with a layer thickness 36 which is greatest in the region of the first quadrant, decreases continuously in the second quadrant with increasing distance from the first quadrant and decreases in the third quadrant until it is the smallest in the area of the conductivity probe 24 and then increases in thickness again in the direction of the fourth quadrant.
Im vierten Quadrant 46 verläuft die Schichtdicke 36 spiegel symmetrisch zu der im zweiten Quadranten 42.In the fourth quadrant 46 , the layer thickness 36 is mirror-symmetrical to that in the second quadrant 42 .
Näherungsweise kann davon ausgegangen werden, daß die Schicht 36 durch eine Flüssigphasenoberfläche 50 begrenzt ist, die durch eine Kreislinie beschrieben werden kann, deren Mittel punkt auf der Vertikalen 48 liegt, jedoch in Richtung vom ersten Quadranten 40 weg in den dritten Quadranten 44 ver schoben ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.Approximately, it can be assumed that the layer 36 is delimited by a liquid phase surface 50 , which can be described by a circular line, the center of which is on the vertical 48 , but is pushed ver in the direction of the first quadrant 40 away into the third quadrant 44 , as shown in Fig. 2.
Alle Leitfähigkeitssonden 20, 22 und 24 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer Leitfähigkeitserfassungsschaltung 60 verbunden, die als Maß für die Leitfähigkeit in den einzelnen Leitfähigkeitssonden 20, 22 und 24 eine Spannung U20, U22, U24 mißt.As shown in FIG. 1, all conductivity probes 20 , 22 and 24 are connected to a conductivity detection circuit 60 , which measures a voltage U 20 , U 22 , U 24 as a measure of the conductivity in the individual conductivity probes 20 , 22 and 24 .
Zusätzlich ist mit der Leitfähigkeitserfassungsschaltung 60 noch eine Referenzleitfähigkeitssonde 62 verbunden, welche gleich aufgebaut ist wie die Leitfähigkeitssonden 20, 22 und 24 und deren Elektroden 30 und 32 voll in einem mit der Flüssigphase 10 gefüllten Behältnis 64 liegen, so daß an der Referenzleitfähigkeitssonde 52 eine Referenzspannung URef meß bar ist.In addition, a reference conductivity probe 62 is connected to the conductivity detection circuit 60 , which is constructed in the same way as the conductivity probes 20 , 22 and 24 and their electrodes 30 and 32 lie completely in a container 64 filled with the liquid phase 10 , so that a reference voltage is applied to the reference conductivity probe 52 U Ref is measurable.
Die Leitfähigkeitserfassungsschaltung 60 führt nun neben der Erfassung der Spannungen U20, U22 und U24 eine Division dieser Spannungen durch die Referenzspannung URef durch und liefert die dividierten Werte an einen Auswerterechner 70, der mit den jeweiligen durch die Referenzspannung URef dividierten Spannungen U20, U22 und U24 ein Ausgangssignal S bestimmt, welches ein Maß für den volumetrischen Dampfgehalt ist.In addition to the detection of the voltages U 20 , U 22 and U 24, the conductivity detection circuit 60 now divides these voltages by the reference voltage U Ref and supplies the divided values to an evaluation computer 70 which , with the respective voltages U divided by the reference voltage U Ref 20 , U 22 and U 24 determines an output signal S, which is a measure of the volumetric vapor content.
Der volumetrische Dampfgehalt ist dabei angegeben durch das Querschnittsverhältnis der Dampfphase 12 zum gesamten Quer schnitt des Rohrs 14, ohne daß die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten der Dampfphase 12 und der Flüssig keitsphase 10 Berücksichtigung finden.The volumetric vapor content is indicated by the cross-sectional ratio of the vapor phase 12 to the entire cross section of the tube 14 without the different flow rates of the vapor phase 12 and the liquid phase 10 being taken into account.
Zur Ermittlung des volumetrischen Dampfgehalts geht der Aus werterechner mit seinem Rechenprogramm davon aus, daß in jedem der Quadranten 40, 42 und 44 die Schichtdicke D der Schicht 36 der Flüssigphase 10 der von der jeweiligen Leit fähigkeitssonde 20, 22 oder 24 gemessenen Schichtdicke D ent spricht, wobei diese Schichtdicke noch mit einem Korrektur faktor multipliziert wird.To determine the volumetric vapor content, the evaluation computer with its computer program assumes that in each of the quadrants 40 , 42 and 44 the layer thickness D of the layer 36 of the liquid phase 10 corresponds to the layer thickness D measured by the respective conductivity probe 20 , 22 or 24 , whereby this layer thickness is multiplied by a correction factor.
Die Berechnung erfolgt somit durch in dem ersten Quadranten 40, dem zweiten Quadranten 42 und dem dritten Quadranten 44 mittels der Leitfähigkeitssonden 20, 22 und 24 gemessenen Schichtdicken, wobei dann die Querschnittsfläche mit jeweils einer diesen Schichtdicken entsprechenden konstanten Schicht dicke im jeweiligen Quadranten 40, 42 oder 44 ermittelt wird.The calculation is thus carried out by means of layer thicknesses measured in the first quadrant 40 , the second quadrant 42 and the third quadrant 44 by means of the conductivity probes 20 , 22 and 24 , the cross-sectional area then having a constant layer thickness in the respective quadrant 40 , 42 corresponding to these layer thicknesses or 44 is determined.
Zusätzlich wird aufgrund der symmetrischen Verhältnisse zur Vertikalen 48 auch davon ausgegangen, daß die Schichtdicke D im vierten Quadranten 46 gleich der im dritten Quadranten 42 gemessenen Schichtdicke D ist. In addition, due to the symmetrical relationship to the vertical 48 , it is also assumed that the layer thickness D in the fourth quadrant 46 is equal to the layer thickness D measured in the third quadrant 42 .
Mit diesem berechneten volumetrischen Dampfgehalt ist dann außerdem noch der massenbezogene Dampfgehalt ermittelbar, wobei hierzu noch der Schlupf zwischen der Flüssigphase 10 und der Dampfphase 12 zu berücksichtigen ist.The mass-related vapor content can then also be determined with this calculated volumetric vapor content, with the slip between the liquid phase 10 and the vapor phase 12 also having to be taken into account.
Bei einer bevorzugten Einbauform der erfindungsgemäßen Meß vorrichtung, dargestellt in Fig. 3 ist die mit den Sonden 20 bis 24 versehene Meßvorrichtung 80 in einem Abschnitt eines als Ganzes mit 82 bezeichneten und ungefähr horizontal ver laufenden Verdampferrohrs eines Verdampfers angeordnet, welches in definierten Abständen in dieses mündende Speise wasserzuführleitungen 84 aufweist, wobei diese Speisewasser zuführleitungen 84 dazu dienen, der in dem Verdampferrohr 82 strömenden Zweiphasenströmung 86 Speisewasser zuzuführen, um einen Mindestgehalt der Flüssigphase 10 aufrecht zu erhalten.In a preferred installation form of the measuring device according to the invention, shown in Fig. 3, the measuring device 80 provided with the probes 20 to 24 is arranged in a section of an evaporator tube of an evaporator, designated as a whole by 82 and approximately horizontally running, which is at defined intervals in this opens feed water supply pipes having 84, wherein said feed water supply pipes 84 serve to supply feed water 86 flowing in the evaporator tube 82 two-phase flow, in order to obtain a minimum content of the liquid phase 10 upright.
Hierzu ist beispielsweise in jeder Speiseleitung 84 ein Ventil 88 vorgesehen, welches von einer Steuerung 90 an steuerbar ist, die mit dem Auswerterechner 70 verbunden ist und somit Informationen über den massenbezogenen Dampfgehalt erhält.For this purpose, for example, a valve 88 is provided in each feed line 84 , which can be controlled by a controller 90 , which is connected to the evaluation computer 70 and thus receives information about the mass-related steam content.
Die Steuerung 90 öffnet das Ventil 88 dann, wenn sich aus der Messung des volumetrischen Dampfgehalts im Verdampferrohr 82 ergibt, daß der Anteil der Flüssigphase 10 zu niedrig ist, so daß eine Zufuhr von Speisewasser in das Verdampferrohr 82 erfolgen kann.The controller 90 opens the valve 88 when the measurement of the volumetric vapor content in the evaporator tube 82 shows that the proportion of the liquid phase 10 is too low, so that feed water can be supplied to the evaporator tube 82 .
Vorzugsweise ist außerdem die Referenzleitfähigkeitssonde 62 in der Speisewasserzuleitung 84 angeordnet, die bei dieser Anwendung das Behältnis 64 für die Referenzleitfähigkeits sonde 62 darstellt. Somit ist unmittelbar im zugeführten Speisewasser die Referenzleitfähigkeit bestimmbar.The reference conductivity probe is also arranged in the feed water 84 62 preferably representing in this application, the container 64 for the reference conductivity probe 62nd The reference conductivity can thus be determined directly in the feed water.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102998343A (en) * | 2012-12-05 | 2013-03-27 | 中国科学技术大学 | Two-phase flow tomography system based on array-type monopole conducting probe |
| CN107664657A (en) * | 2017-09-25 | 2018-02-06 | 中国水利水电科学研究院 | A kind of water power leads aeration measuring method |
Citations (1)
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| DE4023796C1 (en) * | 1990-07-26 | 1991-11-14 | M. Laumen Thermotechnik Gmbh, 4150 Krefeld, De |
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1998
- 1998-02-17 DE DE1998106476 patent/DE19806476C1/en not_active Expired - Fee Related
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